电站除氧器水箱失效分析与寿命评估

论文摘要

本文对除氧器水箱结构进行了系统的力学分析,总结了水箱结构有限元模拟分析的基本理论和实施方法,对影响计算结果准确程度的一些因素作了初步分析和讨论。运用软件ANSYS的静力学有限元重点研究了水箱结构对应力分布的影响,观察应力、应变分布和应力集中情况并与现场无损探伤的检测结果进行了对比、分析。结合等效线性化分析方法和一次结构法对水箱各类应力进行了计算,按照ASME锅炉压力容器规范对除氧器水箱受力情况和最小壁厚进行了安全校核。运用ANSYS软件对除氧器水箱受力随时间变化情况进行了瞬态动力学的探讨,同时对焊接残余力分布情况以及应力对材料性能的影响进行了计算分析。 对材料的焊接接头进行金相组织观察和硬度试验,分析材料组织分布和变化情况,以及组织对材料机械性能的影响。对热影响区较硬的粗晶魏氏组织和铁素体组织冲击韧性的优劣进行了对比,分析了组织结构和应力分布对材料失效的影响,对裂纹起始源和扩展方式进行了探讨。运用离子色谱法、络合滴定法和XPS分别对除氧器水箱的水质和垢成分进行了分析,并对水箱材质的腐蚀失效模式和腐蚀机理进行了讨论,综合分析了除氧器水箱裂纹形成的原因。 在综合分析除氧器水箱结构应力分布的特点和材质的破坏形式的基础上,本文设计了紧凑拉伸（CT）试样进行了疲劳裂纹扩展试验,得到了已运行近20年的20g材料的疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子的关系,并采用无约束最优化计算方法中的Levenberg-Marquardt算法,运用VC++软件编程,通过疲劳裂纹扩展试验数据较准确的计算出该材质的断裂韧度。根据断裂力学基本理论,利用Paris-Erdogan关系对水箱安全寿命进行了评估。

论文目录

• 郑重声明
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 综述
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究发展现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 2 试验分析
• 2.1 硬度分析
• 2.1.1 布氏硬度
• 2.1.2 显微硬度
• 2.2 显微组织分析
• 2.3 水质试验分析
• 2.4 垢成分试验分析
• 2.5 本章小结
• 3 水箱有限元应力计算及强度校核
• 3.1 压力容器受压元件应力的分类
• 3.1.1 压力容器受压元件受力分析
• 3.1.2 一次应力
• 3.1.3 二次应力
• 3.1.4 峰值应力
• 3.2 各类应力的确定
• 3.2.1 等效线性化方法
• 3.2.2 一次结构法
• 3.3 有限元理论及单元选择
• 3.3.1 有限元理论简介
• 3.3.2 ANSYS软件概述
• 3.3.3 单元的选择
• 3.3.4 单元理论计算的实现
• 3.4 有限元计算及其结果讨论
• 3.4.1 模型建立、网格划分、边界和载荷条件等技术处理
• 3.4.2 计算结果及讨论
• 3.5 水箱强度校核
• 3.5.1 应力强度校核
• 3.5.2 水箱最小壁厚校核
• 3.6 正常运行时水箱受力瞬态动力学探讨
• 3.6.1 模态分析
• 3.6.2 瞬态动力学分析原理
• 3.6.3 结果讨论
• 3.7 本章小结
• 4 除氧器水箱裂纹形成原因分析及疲劳寿命评估
• 4.1 裂纹形成原因分析
• 4.1.1 材料组织与受力方向探讨
• 4.1.2 应力原因
• 4.1.3 疲劳影响
• 4.1.4 腐蚀因素
• 4.1.5 结构因素
• 4.2 防止措施
• 4.3 除氧器水箱疲劳寿命评估
• 4.3.1 疲劳试验设计
• 4.3.2 试验结果讨论及寿命评估
• 4.4 本章小节
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读学位期间发表论文目录）