破前漏（LBB）方法在压水堆管道分析中应用

论文摘要

本文以压水堆主管道为研究对象,分析破前漏（LBB）技术应用情况。在核电厂事故中,核反应堆主管道的失效方式往往是先出现破口而后再泄漏,即所谓的破前漏（Leak-Before-Break,简称LBB）,而不是双端剪切断裂；LBB准则是防止核电厂压力管道发生灾难性破裂事故的重要评定准则。本文简要介绍了反应堆主管道LBB分析在国内外的研究现状和意义；阐述了断裂力学的相关理论和核反应堆主管道LBB分析技术的概念、基本步骤及典型方法。通过理论与实验相结合的方法研究高压情况下管道的破前漏现象；假设管道已存在一处环向贯穿裂纹,运用LBB分析方法通过理论计算得出在高压情况下裂纹的尖端张开位移和管道的泄漏率。然后,根据假设条件进行高压情况下管道的破前漏（LBB）试验设计,建立管道的LBB试验台,选用10号钢制无缝钢管作为实验管道；然后利用ABAQUS软件,确定预制裂纹的位置及模拟裂纹扩展；最后通过实验,测定实验管道在高压情况下的裂纹尖端张开位移δ和管道的泄漏率Q,验证高压情况下管道LBB分析技术的有效性。通过上述工作,得出如下结论：所实验的管道具有LBB特性；通过实验证明了在高压情况下管道LBB分析是有效的；以及实验管道环向外表面裂纹的扩展规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 核电产业的发展
• 1.1.2 压水堆主管道分析
• 1.1.3 破前漏（LBB）分析技术的重要性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 LBB研究现状
• 1.2.2 LBB的基本思想
• 1.2.3 LBB评定方法及裂纹扩展研究现状
• 1.3 论文主要内容
• 第2章 LBB分析的理论与方法
• 2.1 破前漏（LBB）概述
• 2.1.1 LBB的基本概念
• 2.1.2 LBB技术分析的适用范围
• 2.1.3 LBB技术准则
• 2.1.4 LBB分析的基础步骤
• 2.2 管道裂纹与裂纹扩展的类型
• 2.2.1 裂纹的类型
• 2.2.2 裂纹扩展的类型
• 2.3 LBB分析的典型方法
• 2.3.1 R6方法
• 2.3.2 GE-EPRI方法
• 2.3.3 PARIS-TADA方法
• 2.4 LBB分析中的关键参数
• 2.4.1 应力强度因子及其断裂依据
• 2.4.2 裂纹张开位移（COD）理论
• 2.4.3 裂纹张开面积的计算
• 2.4.4 贯穿裂纹的泄漏率计算
• 2.4.5 泄漏监测系统介绍
• 2.5 本章小结
• 第3章 高压管道的LBB实验设计与分析
• 3.1 LBB实验台的设计
• 3.2 LBB实验台构件的制作与选取
• 3.2.1 LBB实验管道的设计与制作
• 3.2.2 高压密封垫片、连接管和阀门的选用
• 3.2.3 加压泵的选用
• 3.3 实验中其它系统的设计
• 3.3.1 测量系统的设计
• 3.3.2 其它方面的设计
• 3.4 实验管道的LBB分析
• 3.4.1 实验管道裂纹的基本假设与测量
• 3.4.2 实验管道的应力分析
• 3.4.3 实验管道应力强度因子的计算
• 3.4.4 实验管道裂纹失稳扩展的评定
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于ABAQUS有限元程序的管道分析
• 4.1 ABAQUS软件介绍
• 4.2 实验管道分析
• 4.3 管道裂纹的扩展模拟
• 4.3.1 XFEM模块
• 4.3.2 管道裂纹扩展仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 管道的数据处理及分析
• 5.1 裂纹张开位移（COD）及张开面积的计算
• 5.1.1 实验管道裂纹尖端张开位移（COD）的计算
• 5.1.2 实验管道裂纹张开面积计算
• 5.2 裂纹泄漏率的计算
• 5.3 实验管道的LBB分析结果
• 5.4 实验内容
• 5.5 实验数据处理
• 5.6 实验数据分析
• 5.6.1 实验管道裂纹穿透管壁、泄漏数据
• 5.6.2 裂纹尖端张开位移δ与理论值比较
• 5.6.3 实验管道裂纹泄漏率与理论值比较
• 5.6.4 实验管道的裂纹尖端张开位移δ与压力P的关系
• 5.6.5 实验管道的裂纹张开位移δ与裂纹深度的关系
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢