核电站一回路辅助管道棘轮变形分析

论文摘要

本文对直管道在内压与弯矩和内压与扭矩组合载荷下的棘轮效应进行了预测分析,确定出相应的棘轮边界,同时对含球形凹坑缺陷压力管道的棘轮效应进行了分析研究。首先通过对Z2CND18.12N钢单轴拉伸和单轴棘轮试验曲线的拟合,确定了四种循环塑性模型的参数,然后使用ANSYS软件建立直管道有限元分析模型,对在多种工况下的核电站一回路辅助管道进行了棘轮应变预测。四种模型对直管道棘轮应变及其增长率的整体预测结果由大到小依次为:Chaboche模型、Ohno-Wang II模型、Chen-Jiao-Kim模型和双线性随动强化模型。在压力弯矩载荷工况下,恒定压力循环弯矩在所有载荷组合中等效棘轮应变及其应变率较大,而恒定压力循环扭矩在所有压力扭矩载荷组合工况中棘轮效应较为明显。在恒定压力循环弯矩的环向存在明显的棘轮应变,而恒定弯矩循环压力的轴向存在较大的塑性应变累积;恒定压力循环扭矩的环向正应变和恒定扭矩循环压力管道的环向剪应变有渐进的累积。利用四种循环塑性模型,按照C-TDF等效塑性应变增量控制法对恒定压力循环弯矩和恒定压力循环扭矩直管道的棘轮边界进行了确定。通过拟合得到不同温度下的Ohno-Wang II模型参数,从而对25℃、150℃、250℃和350℃下的恒定压力循环弯矩和恒定压力循环扭矩进行棘轮边界的预测,各温度下的棘轮边界变化趋势相似,随温度的升高棘轮安定区域变小。为使所得棘轮边界更具有工程实用意义,基于理想弹塑性理论对有限元分析所得的棘轮边界进行了无量纲化转换。利用Ohno-Wang II模型对无缺陷和含球形凹坑缺陷的压力管道局部危险位置进行了应力应变分析。结果表明,随管道循环载荷的不断施加,凹坑缺陷处会产生明显的棘轮应变。球形凹坑缺陷对承受恒定内压循环对称弯曲直管道的棘轮效应影响明显:内缺陷比外缺陷对管道棘轮效应影响大;缺陷深度比缺陷半径对管道棘轮效应影响大,且深度增大到一定程度时,内缺陷和外缺陷对管道棘轮效应的影响相同;在管道载荷增加的过程中,内部缺陷比外部缺陷对管道棘轮效应的影响更加明显。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 核电的发展及压水堆一回路辅助管道
• 1.1.1 核电的发展
• 1.1.2 压水堆一回路辅助管道的作用及工况
• 1.1.3 一回路辅助管道管材
• 1.2 棘轮效应
• 1.3 多轴棘轮本构模型
• 1.3.1 Armstrong-Frederick 动态恢复模型
• 1.3.2 双线性随动强化（BKH）模型
• 1.3.3 Chaboche 模型
• 1.3.4 Ohno-Wang 模型
• 1.3.5 混合模型
• 1.4 管道棘轮效应
• 1.5 本文的工作及研究意义
• 1.5.1 本文的工作
• 1.5.2 本文的研究意义
• 第二章 压力直管道棘轮应变分析与预测
• 2.1 循环塑性模型参数确定
• 2.1.1 双线性随动强化（BKH）模型
• 2.1.2 Chaboche 模型
• 2.1.3 OW-II 模型
• 2.1.4 Chen-Jiao-Kim 模型
• 2.2 压力直管有限元模型建立
• 2.2.1 有限元模型的建立
• 2.2.2 边界条件与载荷的施加
• 2.3 各循环塑性模型对恒压循环弯矩/扭矩直管道棘轮应变分析
• 2.3.1 恒定内压循环弯矩直管道等效棘轮应变分析
• 2.3.2 恒定内压循环扭矩直管道等效棘轮应变分析
• 2.4 OW-II 模型对直管道在多种载荷工况下棘轮应变的分析
• 2.4.1 COPCBM 管道棘轮应变分析预测
• 2.4.2 COBMCP 管道棘轮应变分析预测
• 2.4.3 CPCBM-1 管道棘轮应变分析预测
• 2.4.4 COPCT 管道棘轮应变分析预测
• 2.4.5 COTCP 管道棘轮应变分析预测
• 2.4.6 CPCT-1 管道棘轮应变分析预测
• 2.5 本章小结
• 第三章 压力直管道棘轮边界的确定
• 3.1 C-TDF 棘轮边界确定方法
• 3.2 压力弯矩管道棘轮边界的确定
• 3.3 压力扭矩管道棘轮边界的确定
• 3.4 管道棘轮边界的无量纲化转换
• 3.5 本章小结
• 第四章 含缺陷压力管道的棘轮效应分析
• 4.1 有限元分析模型
• 4.1.1 有限元模型的建立
• 4.1.2 边界条件与载荷的施加
• 4.2 管道局部应力应变分析
• 4.2.1 无缺陷管道危险位置应力应变分析
• 4.2.2 内表面缺陷局部应力应变分析
• 4.3 缺陷几何尺寸及位置对管道棘轮效应的影响
• 4.3.1 球形缺陷深度及位置对管道棘轮效应的影响
• 4.3.2 球形缺陷半径及位置对管道棘轮效应的影响
• 4.3.3 管道载荷和球形缺陷位置对管道棘轮效应的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要研究工作及结论
• 5.2 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录I：主要符号说明
• 附录II：缩略语表
• 致谢