热应力对压力容器疲劳裂纹扩展特性的影响研究

发布时间：2021-10-18 06:40

　　压力容器（RPV）在高温、高压和高辐射的恶劣环境下运行,因此,运行过程中不可避免的会产生缺陷。鉴于RPV是核电站唯一不可更换设备,核电站在运行时保持其结构的完整性对于维持一回路整体的完整性是非常重要的。导致RPV产生失效的一个常见原因是疲劳裂纹,通常是在RPV进出口管内壁这样的应力集中点产生并扩展的。因此,针对RPV入口管的疲劳裂纹进行裂纹扩展规律研究是必要和重要的。本文针对AP1000的压力容器结构及受力情况,建立模型及施加载荷,对压力容器尤其是管口部分进行热应力以及变形情况分析。模拟不同工况下压力容器受力情况及其使用寿命,找出压力容器的重点危险区域;分析不同循环应力幅值和平均应力水平对压力容器疲劳寿命的影响;并在压力容器的应力集中节点引入裂纹,进行应力强度因子评定。对裂纹扩展的影响因素进行评估,分析裂纹形态以及压力容器设计基准事故对裂纹扩展过程中应力强度因子变化的影响。计算得到,随着循环应力幅值和平均应力水平均的升高,压力容器疲劳寿命降低,其中平均应力水平的影响系数较小但不可忽略;随着裂纹的长短轴a/c由1变化到0.6,裂纹的应力强度因子SIF的数值整体降低,裂纹前沿的应力强度因子... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－１交变应力历程图??

ｍｉｎ?￣?￣?（２－６）??图２－２为材料所承受的外加应力５与在该应力幅值下的疲劳寿命ｉＶ之间的??关系曲线（即Ｓ－Ｎ曲线），可分为三部分：低周疲劳区ＬＣＦ、高周疲劳区ＨＣＦ??和亚疲劳区ＳＦ，在循环应力作用下，材料达到疲劳破坏的循环次数为１０６以上??的称为高周疲劳，相对循环次数较低的称为低周疲劳，对于低周疲劳，基于塑??性应变幅＾的疲劳寿命曲线主要应用于工程计算。??ＬＣＦ?：?ＨＣＦ?ｉ?ＳＦ??１／４?１０＊?１栌、７??Ｕ??图２－２典型Ｓ－Ｎ曲线??７??

Ｎ??图２－３简化后的Ｓ－Ｎ曲线??图２－３为简化后的Ｓ－Ｎ曲线，在曲线中当（７降低到一定值，此时无论发生??多少次的应力循环都不考虑发生疲劳损坏，这种无限次在合金钢中定义为１０７??次，对于压力容器这种压力波动不大的设备，事故工况肯定不会超过１〇７次，??设计强度完全合格。Ｓ－Ｎ曲线的斜线部分关系式为：??ｃｆ＇Ｎ?＝?Ｃ?（２－７）??其中（７为应力幅或最大应力，ＴＶ为疲劳应力循环次数，／？，Ｃ是材料有关??的常数。??２．１．２疲劳强度计算??压力容器及设备在循环载荷的作用下，基于材料的弹性无限制的假设，研??究设备部件的应力状态，在部件的节点中确定应力集中的最高应力区域。对于??每一区域的最高应力点，计算循环周期内最大最小的名义弹性应力值：??Ｃ＾＾ｍａｘ＇?Ｃ＾ｉ?—?Ｊ２）ｍａｘ，（＾＇Ｏｍｉｎ，（＾＂２）ｍｉｎ，（＾＂ｌ?＿?Ｏ＾ｍｉｎ。名乂?的弹丨生应力值可由??结构力学理论或者计算机软件计算

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元法的压力容器疲劳强度分析[J]. 左安达,曹宇.  化工装备技术. 2017(02)
[2]反应堆压力容器钢浅谈[J]. 王雪姣,强文江.  金属世界. 2016(01)
[3]压力容器中表面裂纹在高周疲劳下的扩展规律[J]. 李有堂,张洋洋.  兰州理工大学学报. 2015(06)
[4]压力容器的疲劳寿命分析[J]. 陈金梅,黄更平,金誉辉.  化工技术与开发. 2011(10)
[5]压力容器用钢低周疲劳表面裂纹扩展速率试验研究[J]. 韩峰,张亚军,张利娟,高灵清.  材料开发与应用. 2011(04)
[6]夹杂物对2Cr13钢疲劳性能的影响[J]. 吴建华.  热加工工艺. 2009(12)
[7]含凹坑缺陷的薄壁圆筒形压力容器疲劳寿命数值模拟研究[J]. 纪晓懿,金长义.  化工技术与开发. 2008(07)
[8]存在裂纹的压力容器疲劳断裂分析[J]. 郭东,翟振东,刘东坡.  建筑科学与工程学报. 2007(03)
[9]压力容器寿命控制方法[J]. 傅惠民,马学荣.  机械强度. 2004(05)
[10]基于Verhulst模型的疲劳裂纹扩展公式[J]. 郑荣跃,徐永春.  钢结构. 2004(01)



本文编号：3442421