[发明专利]基于扩展有限元的RPV管点蚀坑上裂纹扩展数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于扩展有限元的RPV管点蚀坑上裂纹扩展数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1,模型的建立

S11,进行室内试验，确定RPV管材料在RPV管工况环境下的点蚀坑形貌与尺寸数据；

S12,依据上述点蚀坑形貌与尺寸数据，将实际RPV管等效为长方体，建立含点蚀坑的RPV管材料的三维钢板模型；

S2,材料设置与网格划分

利用abaqus中的properties模块设置RPV管材料的力学参数，定义损伤材料的裂缝起裂准则，三维钢板模型网格采用C3D10十二节点四面体网格，对点蚀坑周围网格进行加密；

S3,荷载及边界条件

定义笛卡尔坐标系，在三维钢板模型中采用钢板两侧施加沿z方向的均匀拉应力，等效实际工况中RPV管在多物理场耦合造成的整体载荷效果；限制钢板底部四周在x和z方向的位移，并禁止其发生转动；

S4,扩展有限元裂纹设置

采用CFEM对三维钢板模型两侧施加沿z方向σ=10MPa的均匀拉应力，通过静力计算得到不同模型下点蚀坑周围的应力集中位置；在该应力集中位置设置扩展有限元富集单元区域，并将ABAQUS中的扩展有限元裂纹性质赋予整个钢板结构，其中扩展有限元裂纹单元与钢板接触属性为硬接触，并且允许裂纹生长；

S5,结果表征

利用准静力学分析，得到钢板上点蚀坑裂纹萌生-扩展的全过程结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，RPV管材料采用316L不锈钢。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S11中，利用硼酸与氢氧化锂溶液进行腐蚀试验，利用激光共聚焦三维显微镜对钢板试样表面点蚀坑进行扫描，确定点蚀坑形貌，和点蚀坑坑口直径以及深度数据。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S12中，将实际RPV管等效为长方体，建立含点蚀坑的RPV管材料的三维钢板模型过程如下：将点蚀坑建立在三维钢板模型上表面中心，其中，三维钢板模型的长、宽相等。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S12中，设定三维钢板模型长l=50μm，宽w=50μm，高t=25μm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，利用abaqus中的properties模块设置RPV管材料的力学参数，定义损伤材料的裂缝起裂准则，具体过程如下：在材料属性中设定为各向同性的弹塑性模型，力学参数为弹性模量E=190GPa，泊松比ν=0.29；采用基于能量释放率的最大主应力破坏准则作为损伤材料的裂缝起裂准则，临界最大主应力为84.4MPa，临界能量释放率G_1c=G_2c=G_3c=4220N/mm；设置粘度系数为5e-5。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，通过静力计算得到不同模型下点蚀坑周围的应力集中位置，应力集中位置通过场输出结果查找点蚀坑周围的最大应力节点编号得到。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，通过计算，得到在不同荷载条件下点蚀坑周围裂纹是否萌生，以及裂纹在点蚀坑表面及钢板内部的扩展速率及路径结果。