核电厂小支管的振动损伤数值模拟分析

发布时间：2017-03-19 07:00

  本文关键词：核电厂小支管的振动损伤数值模拟分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：核电厂中存在大量小支管,剧烈振动易使小支管插套焊的焊缝产生疲劳裂纹,导致管路内含放射性流体的泄漏,给核电厂的安全运行带来巨大威胁。因此,为了减少小支管因振动而产生疲劳裂纹失效,本文对小支管的振动损伤特性进行了数值模拟研究。本文主要工作和结论如下：(1)建立了基于固有频率的小支管裂纹损伤识别方法。选取某核电厂中一段事故多发的小支管,利用有限元软件ABAQUS分析了不同约束形式下管段在受损前后的固有频率变化特点。研究发现,固有频率变化率随裂纹位置的变化为一条正常的震荡曲线,固有频率数值随裂纹深度的增大而增大。(2)探明小支管焊趾处Ⅰ型裂纹应力强度因子的变化规律。通过ABAQUS及Zencrack软件分析横向力作用下小支管插套焊焊趾处的应力及应力强度因子KⅠ的变化规律。结果表明,小支管的振动方向与激振力方向一致,该方向上的应力最大,垂直振动方向时应力最小;KⅠ随裂纹前缘呈倒U形分布,在裂纹最深处取最大值；裂纹深度相同时,圆周长度较短的裂纹逐步扩展形成大裂纹。(3)计算了含裂纹管的局部柔度。基于应变能释放率,对裂纹管的局部柔度公式进行了分析总结,讨论了裂纹尺寸、裂纹位置及外载荷对裂纹直管局部柔度系数的影响规律,发现纯剪切载荷作用下的小直管的局部柔度值最大,弯曲振动时由裂纹扩展引起的刚度变化最大,这些分析可为建立弹簧铰裂纹管模型提供理论依据。(4)推导了含裂纹小支管的振动疲劳裂纹扩展模型。通过对含裂纹小支管弹簧铰模型在振动过程中的动响应变化特性进行分析,发现激振力、外激励频率、各阶模态值对小支管振动疲劳寿命有显著影响,其共振疲劳寿命最短,同时推导得到了小支管受迫振动时的疲劳裂纹扩展量公式。研究结果为核电厂小支管的在线运行及寿命预测提供参考依据。
【关键词】：小支管 振动疲劳 损伤识别 应力强度因子 疲劳寿命
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 核电厂管道振动原因11-14
• 1.3 小支管插套焊振动疲劳研究14-17
• 1.3.1. 小支管振动疲劳分析的范围15-16
• 1.3.2. 小支管振动评定16-17
• 1.4 基于振动的结构损伤识别研究17-20
• 1.4.1. 基于结构振动的损伤识别研究现状18-19
• 1.4.2. 振动疲劳寿命预测的研究19-20
• 1.5 论文的主要内容及安排20-22
• 第2章 基于固有频率变化的小支管裂纹损伤识别研究22-32
• 2.1 含裂纹管道的固有振动特性分析22-23
• 2.2 含裂纹小支管有限元模型的建立23-25
• 2.2.1. ABAQUS软件模拟裂纹方法23-24
• 2.2.2. 含裂纹小支管建模过程24-25
• 2.3 管径对固有频率的敏感度验证25
• 2.4 裂纹位置、深度对小支管固有频率的影响25-31
• 2.4.1. 简支约束时小支管固有频率的变化规律26-28
• 2.4.2. 固支约束时小支管固有频率的变化规律28-29
• 2.4.3. 悬臂约束时小支管固有频率的变化规律29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 小支管焊趾处裂纹的应力强度因子数值计算32-45
• 3.1 管道结构中裂纹的类型32-33
• 3.1.1. 按裂纹的扩展方向分32-33
• 3.1.2. 按裂纹所处的位置分33
• 3.2 应力强度因子理论33-36
• 3.2.1. 裂纹尖端的应力场及位移场33-35
• 3.2.2. 应力强度因子的求解35-36
• 3.3 含裂纹插套焊小支管的有限元模型36-37
• 3.3.1. 模型结构及参数36
• 3.3.2. 有限元模型的建立36-37
• 3.3.3. 边界条件及载荷施加37
• 3.4 焊趾处的应力分布规律37-40
• 3.5 焊趾处应力强度因子的计算40-42
• 3.5.1. 应力强度因子K_I随a/t的变化40-41
• 3.5.2. 应力强度因子K_I随θ/π的变化41
• 3.5.3. 应力强度因子K_I随P的变化41-42
• 3.6 断裂判据及临界裂纹尺寸的确定42-43
• 3.7 本章小结43-45
• 第4章 含裂纹小支管的局部柔度计算45-57
• 4.1 含裂纹结构的局部柔度理论45-48
• 4.2 矩形裂纹梁的局部柔度48-50
• 4.2.1. 含单边裂纹梁的无量纲局部柔度48-49
• 4.2.2. 含两条裂纹梁的无量纲局部柔度49-50
• 4.2.3. 含中心裂纹梁的无量纲局部柔度50
• 4.3 含裂纹圆管的局部柔度50-53
• 4.3.1. 直裂纹圆管的局部柔度系数51
• 4.3.2. 圆周裂纹圆管的局部柔度系数51-53
• 4.4 含裂纹小支管的局部柔度系数计算53-55
• 4.4.1. 裂纹尺寸对直管局部柔度的影响53
• 4.4.2. 裂纹位置对直管局部柔度的影响53-54
• 4.4.3. 外载荷对直管局部柔度的影响54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第5章 含裂纹小支管的振动特性研究57-67
• 5.1 含裂纹小支管振动模型的建立57
• 5.2 小支管自由振动的特征方程57-60
• 5.2.1. 不含裂纹小支管的自由振动特征方程57-58
• 5.2.2. 含裂纹小支管的自由振动特征方程58-60
• 5.3 受迫振动时小支管疲劳裂纹扩展量△a的计算60-61
• 5.4 动应力放大因子β的影响因素61-63
• 5.4.1. 裂纹相对深度a/t对动应力放大因子β的影响62
• 5.4.2. 裂纹位置L_c对动应力放大因子β的影响62-63
• 5.5 含裂纹小支管振动疲劳寿命的影响因素63-65
• 5.5.1. 激振力幅值F对振动疲劳寿命的影响63-64
• 5.5.2. 外激励频率ω对振动疲劳寿命的影响64
• 5.5.3. 各阶模态值为激励频率时对振动疲劳寿命的影响64-65
• 5.6 本章小结65-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士期间所发表论文情况74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 尚鑫;徐岳;任更锋;;受损简支梁固有频率变化规律研究[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2013年05期

2 周福霖;谭平;刘德稳;;核电站安全的地震威胁及对策分析[J];中国工程科学;2013年04期

3 周继云;张维;栾兴峰;朱光强;;管道弯管区裂纹的断裂力学参数KJ计算研究[J];核技术;2013年04期

4 李虎伟;依岩;熊文彬;曹芳芳;;核电厂地震概率安全分析研究现状及展望[J];辐射防护通讯;2012年06期

5 袁少波;喻丹萍;周正平;席志德;赵晖;何超;;田湾核电站管道振动问题处理[J];核动力工程;2012年06期

6 杨万均;施荣明;;振动疲劳试验寿命确定方法研究[J];机械设计与研究;2012年02期

7 颜军明;袁少波;史庆峰;陈灿;徐伟祖;;核电厂调试期间核级管道振动的测量实施和评价[J];核动力工程;2011年S1期

8 刘文光;陈国平;;含裂纹悬臂梁的振动与疲劳耦合分析[J];振动与冲击;2011年05期

9 陈景杰;黄一;刘刚;;基于奇异元计算分析裂纹尖端应力强度因子[J];中国造船;2010年03期

10 包日东;冯颖;郝敏;;不同支承条件下梁结构弯曲振动的固有特性[J];机械设计与制造;2009年09期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 胡家顺;裂纹管结构的振动分析与裂纹识别[D];大连理工大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 谢超;气液两相流管道振动特性研究[D];中国石油大学;2010年

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本文编号：255653