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强度计算的工程应用：核工程中的腐蚀与强度关系

1强度计算基础

1.1应力与应变的概念

1.1.1应力

应力（Stress）是材料内部单位面积上所承受的力，是衡量材料受力状态的

重要物理量。在核工程中，应力的计算对于评估结构的安全性和稳定性至关重

要。应力可以分为正应力（NormalStress）和剪应力（ShearStress）。

正应力：当力垂直于材料表面时产生的应力，用符号σ表示。

剪应力：当力平行于材料表面时产生的应力，用符号τ表示。

1.1.2应变

应变（Strain）是材料在受力作用下发生的形变程度，是无量纲的物理量。

应变分为线应变（LinearStrain）和剪应变（ShearStrain）。

线应变：材料在长度方向上的形变，用符号ε表示。

剪应变：材料在剪切力作用下发生的形变，用符号γ表示。

1.2材料的力学性能

在核工程中，材料的力学性能是设计和评估结构强度的关键。主要的力学

性能包括：

弹性模量（ElasticModulus）：材料抵抗弹性形变的能力，对于金

属材料，通常指的是杨氏模量（Young’sModulus）。

泊松比（Poisson’sRatio）：材料在弹性形变时横向收缩与纵向伸

长的比值。

屈服强度（YieldStrength）：材料开始发生塑性形变的应力点。

极限强度（UltimateStrength）：材料所能承受的最大应力。

断裂韧性（FractureToughness）：材料抵抗裂纹扩展的能力。

1.3强度计算的基本方法

1.3.1线弹性理论

线弹性理论是强度计算中最基础的方法，适用于应力和应变呈线性关系的

材料。在核工程中，线弹性理论常用于初步设计和安全评估。

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1.3.1.1示例：计算圆柱形压力容器的壁厚

假设一个圆柱形压力容器，其直径为D，承受的内部压力为P，材料的许

用应力为σa。根据线弹性理论，可以计算容器壁厚t。

=

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1.3.1.2代码示例

#计算圆柱形压力容器壁厚

defcalculate_cylinder_wall_thickness(diameter,internal_pressure,allowable_stress):

计算圆柱形压力容器的壁厚。

参数:

diameter(float):容器直径，单位：米。

internal_pressure(float):容器内部压力，单位：帕斯卡。

allowable_stress(float):材料的许用应力，单位：帕斯卡。

返回:

float:容器壁厚，单位：米。

wall_thickness=diameter*internal_pressure/(2*allowable_stress)

returnwall_thickness

#数据样例

diameter=2.0#米

internal_pressure=1e6#帕斯卡

allowable_stress=1e8#帕斯卡

#调用函数

wall_thickness=calculate_cylinder_wall_thickness(diameter,internal_pressure,allowable_stress)

print(f容器壁厚为：{wall_thickness}米)

1.3.2塑性理论

塑性理论适用于应力超过材料屈服点后的非线性形变。在核工程中，塑性

理论用于评估在极端条件下的结构强度。

1.3.3疲劳分析

疲劳分析是评估材料在循环载荷作用下发生破坏可能性的方法。在核工程

中，疲劳分析用于预测结构在长期运行中的安全性。