基于结构安全性的管道环焊缝补焊原则研究

发布时间：2023-04-07 03:19

　　主管道是连通核反应堆的关键部件,是核电冷却系统的重要组成部分。通常,主管道壁厚较大,并通过焊接工艺进行连接。在服役过程中,主管道会由于冷却水的压力、残余应力及服役环境的共同作用而出现裂纹。确定存在缺陷的管道能否继续服役以及给出相应的缺陷修补原则,对于延续核电主管道的服役寿命有着重要意义。本文通过有限元分析的方法对厚壁管道的焊接残余应力进行了系统性的研究。通过简化焊道层数的方法研究了管道的特征几何尺寸r/t以及焊接热输入Q?对焊后残余应力的影响,并给出了包含特征几何尺寸r/t以及焊接热输入Q?的膜应力及弯曲应力的预估公式,为管道的结构安全性评估提供数据支持。通过理论计算和有限元分析的方法对管道服役时的工作载荷进行了计算,得到了承受内压时管道所受轴向力为42.36MPa,环向力为93.824MPa。随后,通过推导给出了同时包含膜应力与弯曲应力的二次应力引起的裂纹尖端的应力强度因子的计算公式,并依据BS 7910对包含a/c=0.5与a/c=0.2的裂纹的管道进行了结构安全性评估,最终得出其临界裂纹尺寸分别为14mm和15.5mm。最后,通过有限元分析的方法探究了厚壁管道最佳补焊原则。通过改...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 有限元方法模拟焊接残余应力研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 补焊研究现状
    1.4 本课题主要研究内容
第2章 基本理论及技术路线
    2.1 焊接残余应力的线性化原理
    2.2 二维有限元焊接热源模型
    2.3 残余应力演化过程中的退火效应
    2.4 技术路线
    2.5 本章小结
第3章 厚壁管道焊接残余应计算
    3.1 焊道层数对厚壁管道焊接残余应力的影响
        3.1.1 不同焊道层数下有限元模型的建立
        3.1.2 不同焊道层数下有限元模型计算结果
    3.2 管道径厚比r/t对厚壁管道焊接残余应力的影响
        3.2.1 不同管道管径比r/t下有限元模型的建立
        3.2.2 不同管道管径比r/t下的残余应力计算结果分析
    3.3 焊接热输入对厚壁管道焊接残余应力的影响
        3.3.1 实际焊接工艺参数的转换及有限元模型的建立
        3.3.2 不同焊接热输入下焊接残余应力结果分析
    3.4 本章小结
第4章 厚壁管道的服役安全性分析
    4.1 厚壁管道的工作载荷计算
        4.1.1 轴向力与环向力的理论计算
        4.1.2 轴向力与环向力的有限元计算
    4.2 拉伸和弯曲载荷作用下应力强度因子计算
    4.3 一次应力与二次应力叠加下厚壁管道临界裂纹尺寸的计算
        4.3.1 结构安全性评估流程
        4.3.2 结构安全性评估结果
    4.4 本章小结
第5章 厚壁管道补焊原则研究
    5.1 补焊深度对补焊后残余应力场的影响
        5.1.1 原始焊接残余应力场导入与补焊有限元模型建立
        5.1.2 补焊深度对补焊残余应力场影响结果讨论
    5.2 补焊长度对补焊后残余应力场的影响
        5.2.1 不同补焊长度下有限元模型建立
        5.2.2 补焊长度对补焊残余应力场影响结果讨论
    5.3 补焊宽度对补焊后残余应力场的影响
        5.3.1 不同补焊宽度下有限元模型的建立
        5.3.2 补焊宽度对补焊残余应力场影响结果讨论
    5.4 最佳补焊工艺下结构安全性评估
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3784983