低活化钢是先进反应堆(聚变堆、第四代裂变堆)重要的候选材料,反应堆内部高温高压强辐射的环境对反应堆内部构件(燃料包壳、第一壁、包层等)的机械性能产生很高的要求。本论文基于兰州重离子加速器提供的高能离子辐照条件,模拟反应堆内严酷的辐照环境对低活化钢的力学性能的影响。由于现有的离子、中子辐照装置辐照容积普遍有限,需要从较小的样品获取其力学性质,因此本论文探讨了一种小样品技术即小冲压试验(Small-ball Punch Test),并对这种实验建立了有限元模型(Finite Element Modeling),利用有限元方法对试验样品进行应力应变分析,解释了韧性材料在小冲压试验中总是出现环形断口形貌这一现象,利用拉伸测试数据作为输入成功还原了小冲压实验曲线,得到了实验过程中材料上下表面应力应变随压头位移变化而演变的过程,得出样品裂纹最先出现在下表面的结论。利用FEM分析了高能Ne离子辐照低活化钢的数据,得到材料断裂位移处的剪切应力反映的材料硬化与小冲压实验结果一致。利用扫描电子显微镜(SEM)照片测定了环断口偏离样品中心的距离,验证了有限元模型计算结果。将分形维数(Fractal Dimension)引入断裂面形貌的分析,利用MATLAB对样品断裂面进行了分形维数计算,结果表明分形维数越大,材料断裂面越粗糙,材料韧性越好。进一步对辐照脆化现象进行了表征,对高能离子辐照的低活化钢样品的小冲压试验断面进行分形维数分析,得到分形维数与样品韧性的变化结果一致。