[发明专利]一种中子辐照条件下锆合金热力耦合本构关系的构建方法

摘要

本发明公开了一种中子辐照条件下锆合金热力耦合本构关系的构建方法，本发明的方法结合弹粘塑性自洽理论，建立了从单晶到多晶的跨尺度理论体系，采用的Matlab计算程序，能够简单、快速和准确地对模型参数进行标定，同时模型的数值结果能与不同外载条件下的实验数据吻合较好。该理论模型框架具有广泛的适用性和扩展性，能够为核材料的宏观力学行为研究提供可靠的理论依据。

主权项

1.一种中子辐照条件下锆合金热力耦合本构关系的构建方法，包括以下步骤：/n1)、建立考虑辐照和温度影响的锆合金晶态塑性理论模型，包括：/n1.1金属锆的密排六方结构，位错滑移和孪生变形是影响其塑性变形的重要机制，根据晶体塑性理论，粘塑性应变率表示为：/n /n其中：N_s是位错滑移系的数目，N_t是孪生系的数目，Rⁱ和R^j分别是滑移系和孪生系的施密德因子，和分别是滑移系和孪生系的塑性剪切率；/n1.2滑移系塑性剪切率的表达式为：/n /n其中：和m分别是参考剪切率和应变率敏感因子，τⁱ_RSS和τⁱ_CRSS分别是分切应力和临界分切应力；/n1.3在考虑温度和辐照影响时，临界分切应力应包含对位错滑移的阻力晶格边界硬化的阻力晶格摩擦阻力溶质硬化阻力和辐照缺陷对位错运动的阻力临界分切应力表达式中的部分阻力会发生演化；具体表达式如下：/n /n2)、根据步骤1)中的锆合金晶态塑性理论模型，并结合弹性塑性自洽理论，得到锆合金宏观弹性塑性行为，包括：/n2.1选取一个代表性体积单元，其体积为V并包含N个晶粒，在外载荷作用下，宏观多晶材料的应变率张量和应力率张量可通过经典的均化理论来得到，即/n /n /n其中：f_i为每个晶粒的体积分数；和分别是晶粒i的应力率和应变率；/n2.2通过自洽理论将单个晶粒的局部力学行为与宏观力学行为之间的联系，可得到应变率和应力率表达式为：/n /n /n一个晶粒的应变场不仅受宏观应变场的影响，还与弹性和粘塑性的应变集中张量有关，这体现了晶粒之间复杂的相互作用；/n其中：为经典的Eshelby张量，为弹性应变集中张量，为粘塑性应变集中张量，为宏观弹性柔度张量，为应变率张量，为宏观应变率的张量的粘塑性部分，为宏观应变率的张量的弹性部分，且有为宏观弹性刚度张量；为应变率，为晶粒的粘弹性部分，为晶粒的弹性应变率；Π为四阶单位张量；/n3)、确定步骤1中，确定在不同的温度和辐照条件下，锆合金晶态塑性理论模型中的基本参数，然后，求解单晶塑性理论模型和弹粘塑性自洽理论的数值，得到在不同的温度和辐照条件下，宏观上应力与应变的数据，拟合后，即得应力与应变的关系。/n