高温容器蠕变损伤评估方法研究及程序开发
严重事故下反应堆压力容器材料高温蠕变研究进展
Ｎ Ｏ． ２． ２ １ ０１
核 安 全
Ｎｕ ｅａ Ｓａ ｅｔ ｃｌ ｒ ｆ ｙ
船
严 重 事 故 下 反 应 堆 压 力 容 器 材 料 高 温 蠕 变 研 究 进 展
武 志玮 ，宁 冬 ，姚伟 达
（ 海核 工 程 研 究 设 计 院 ，上 海 上 ２０ ３ ） ０ ２ ３
芯冷 却 系 统 失 去 功 能 ，使 堆 芯 长 期 得 不 到 冷 却 ，最 终 导致 了燃 料棒 部 分 熔化 和垮 塌 的严 重 事故 发 生 。由 于早 期设 计 认 为轻 水 堆 堆 芯 极 不 可 能熔 化 ，更 未 考 虑堆 芯 熔 融 物穿 透 压 力 容 器
－
注水 的冷 却与释 放 ；二是 Ｒ Ｖ的高温蠕变 失 Ｐ
及 时释 放 出 去 。 由 于严 重 事 故 下 的 Ｒ Ｖ 内 壁 Ｐ
所面临和亟待解决的问题 。近年来 ，随着大量
压水 堆 核 电 厂 的投 运 ，各 国政府 和 公 众 越 来 越
关 注核 电厂 的安 全 问题 。
虽然核 电厂发生严重事故的概率极低 ，但
一
旦 发 生 堆 芯燃 料 棒破 损 和 熔化 事 故 ，堆 芯 熔
和金 属 保 温 层 之 间 通 道 内 ，冷 却 Ｒ Ｖ 外 壁 ， Ｐ
通过 沸 腾 换 热 带 走 Ｒ Ｖ 下 封 头 内熔 融 物 产 生 Ｐ
的衰 变 热 ，从 而 使 熔 融 物 包 容 在 Ｒ Ｖ 内 ，而 Ｐ 不 发 生 Ｒ Ｖ 底 部 熔 化 烧 穿 ，防 止 熔 融 物 流 入 Ｐ 混凝 土堆 腔 底 板 ，从 而 使 放射 性 物 质 外 泄 概率 大大 减少 ，起 到缓 解 事 故 的作 用 。 但 是 要将 高 达上 千 度 的堆 芯 熔融 物 包 容 在 Ｒ Ｖ下 封 头 内 ， Ｐ 必须 使 Ｒ Ｖ外 部 堆 腔 冷 却 水 注 量 能 足 够 冷 却 Ｐ 高温 的 Ｒ Ｖ下 封 头 ，同 时 需 将 吸 热 后 的 蒸 汽 Ｐ
高温环境下在用压力容器检测与安全评估技术研究进展(二)———评估方法
B25C D$"%, ’ 4+%,
L@ =>?< MFDN，; DCB?CM ?< O;PC F@ =>C <=;=C ’ FG ’ =>C ’ ;D=< FG @F@ ’ PC<=DQH=?BC OC;<QD?@K =CH>3 2G-0*’#0： @?RQC，O;=CD?;J< P;=;S;<C ;@P <;GC=E ;<<C<<OC@= =CH>@FJFKE GFD >?K> =COTCD;=QDC TDC<<QDC BC<<CJ< U !HHFDP?@K =F ?=< HF@=C@=，?= M;< P?B?PCP ?@=F =MF T;D=<：OC;<QD?@K =CH>@?RQC ;@P O;=CD?;J< P;=;S;@N ;@P ;<<C<<OC@= =CH>@FJ3 FKE U L@ =>?< T;D=，<FOC TDFHCPQDC< ;@P ;TTDF;H>C< GFD ?@=CKD?=E ;<<C<<OC@= FG PCGCH=CP <=DQH=QDC FTCD;=?@K ;= >?K> ’ =COTCD;=QDC ;DC ?@=DFPQHCP，?@HJQP?@K !OCD?H;@ !"#$ %% & ’ ()，=>C ,D?=?<> $@CDKE *+ ;@P ,")-./， =>C 4DC@H> !.0 ;@P =>C VCDO;@ =MF ’ HD?=CD?; OC=>FP，;@P =>C =?OC PCTC@PC@= G;?JQDC ;<<C<<OC@= P?;KD;O ;T3 TDF;H> C=H U 1>C?D ;PB;@=;KC< ;@P <>FD=HFO?@K< ;DC HFOT;DCP F@C SE F@C U 1>C@ GQD=>CD DC<C;DH> CGGFD=< @CCPCP ?@ %>?@; ;DC ;J<F <QKKC<=CP U H"1 I+*4-： >?K> =COTCD;=QDC；@F@ ’ PC<=DQH=?BC OC;<QDCOC@=；O;=CD?;J< TDFTCD=E P;=;S;<C；<;GC=E ;<<C<<OC@= =CH>@?RQC
疲劳寿命监测系统蠕变损伤评估方法研究和程序开发
２ 蠕 变 基 本 方 程
依 据蠕变 时效 理论 ［ 蠕变 规律 如式 （ ） ， １：
ｒＴＴ －ｔ ＝ ＋ｆ ） Ｂｔ ／ （ ｄ
公式 中 ： 切应 变强 度 。 Ｆ为
ｒ＝ Ｔ为切 应力 强 度 。 Ｔ：
Ｖ ６
（ １ ）
； （） ２
（） ３
Ｇ为切 向弹性 模量 ， Ｅ ； Ｇ＝
Ｂｔ 丁ｌ 】 （＝３ ＋Ｂ（ 丁ｌ ） ｍ ｍ 数 ， （为 蠕变 后效 曲线 ， Ｑ ｔ ） 由材 料试 验 得到 ， 与材料 、 它 温度有 关 。 当进入 蠕 变 的塑
性状 态时 ， 可假 设材 料为 不可压 缩 ， 即泊 松 比 ｖ ０５ 在单 向拉 伸 时 ： ＝ ．，
维普资讯
疲劳寿命监测系统蠕变损伤评估 方法研究和程序开发
口
邓晶晶
贺寅彪
姚 伟 达
（ 上海核 工程研 究设 计 院 ， ２ ２ ３ ￣ ３）
摘 要 本文 介绍 了疲 劳寿命监 测 系统基 于 弹性分 析 并进行 弹 塑性 和蠕 变修 正 的蠕
变 损伤评估方法和在 ￣ ＶＥ 平台上开发的蠕变 Ｉ Ｗ 损伤钎算程序， 并通过厚壁承压圆筒实
Ｇ＝ 主应力 为 ： １ ， ２ 叮 ＝ ＝ ＝ ３Ｏ 主应 变 为 ： ８ ＝８ ８ ＝ ３ １ １ 一 ． １ ， ２ ８＝一／ ＝ ０５ ８ ｅ （） ７ （） ６ （） ５
将式 （ ） ７ 代 人 式 （ ） ３ ， ６ （） ２ （ ） 得切 应变 强度 和切应 力 强度 为 ：
对 于在 蠕 变 温 度 以下 使 用 的承 压 设 备 ， 所
用 钢材 均具 有 一定 的韧 性 。可 不考 虑其应 变 极
分析 与评 估 。为此 ， 弹性计 算 的基 础上 ， 应 在 对
高温条件下压力容器热弹塑性蠕变分析
（ ６ ）
应力 和时 间 ｔ 函数 ，即 的
占 ＝
．
厂 Ｔ ，） （， ｆ
（） １
基金项 目：山东省教育厅基金项 目 （０ Ｃ ０ Ｊ６ ７ ）资助。
维普资讯
２０ ０ ７年 第 ３ ５卷 第 ｌ 期 ｌ
王清明 ：高温 条件 下压力容器热弹塑性蠕 变分析
整 理后得 到应 力增 量
ｄ＝Ｄ（ － ｏ ［］ ｛ ｄ － ｄ｝
Ｑ 一 ） ｄｄ
其 中
一
（） ０
置５
置６
（ ＋ 一 ）／ （ Ｔｄ＋ ｏ ｏ
元方 程 见文献 『 ］ ３ 。
）
图２ 计 算模 型监测 点分布 表 １ ｌＣ Ｍ ９ ０的材料力学参数 Ｏ ｒｏ１
— —
别 ，所 力 状态 ，对 实际 生产有指 导 意义 Ｉ 。 ２ ｊ
（） ４
笔者在热弹塑性蠕变分析数学模型的基础上 ， 建立压力容器的有限元模型，并对其热弹塑性蠕变 问题 进行 了仿真 分析 计算 。这项 研究 为分析 、计 算
维普资讯
石
油
机
械
。
ＣＨＩ ＮＡ ＥＴ Ｐ ＲＯＬＥＵＭ ＭＡＣ ＮＥＲＹ ＨＩ
２０ ０ ７年
第３ ５卷
第 １ 期 １
．设计计算 一
高温 条 件 下压 力容 器 热 弹 塑 性蠕 变 分 析
王 清 明
（ 潍坊 学院）
摘要
基 于 热弹 塑性蠕 变理论 ，考 虑材料 性 能 随温度 的 变化 ，导 出热 弹塑 性 蠕变 问题 的增 量
材料 常数 如弹性模 量 、？松 比 、屈服 极 限等均会 发 白
生变 化 。材 料 的蠕 变 变 形 可 以表 示 为 温 度 、
汽轮机隔板高温蠕变寿命评估方法的研究
汽轮机隔板高温蠕变寿命评估方法的研究隔板是汽轮机中的一个关键部件，其在高温状态下的蠕变行为对汽轮机的安全运行有着重要影响。
本文针对汽轮机隔板高温蠕变寿命评估方法进行了研究，通过实验和数值模拟的手段，探究了隔板蠕变行为的特点和规律，并提出了一种基于寿命预测的评估方法。
实验结果表明，在高温环境下，隔板存在明显的蠕变行为，其蠕变速率随温度升高而增加。
基于寿命预测的评估方法能够有效地评估隔板的寿命，并为汽轮机的安全运行提供科学依据。
关键词：汽轮机；隔板；高温蠕变；寿命评估AbstractThe baffle is a key component in the steam turbine, and its creep behavior at high temperatures has an important impact on the safe operation of the steam turbine. In this paper, we studied the evaluation method of high-temperature creep life of steam turbine baffle, explored the characteristics and laws of baffle creep behavior through experiments and numerical simulations, and proposed an evaluation method based on life prediction. The experimental results show that there is obvious creep behavior in the baffle under high temperature environment, and the creep rate increases with the increase of temperature. The evaluation method based on life prediction can effectively evaluate the life of the baffle and provide scientific basisfor the safe operation of the steam turbine.Keywords: steam turbine; baffle; high-temperature creep; life evaluation引言汽轮机是一种能量转换装置，广泛应用于电力、化工等领域。
高温蠕变分析的非线性连续损伤力学模型
高温蠕变分析的非线性连续损伤力学模型摘要：本文介绍了一种针对高温蠕变的非线性连续损伤力学模型，并分析了其在材料力学中的应用。
首先，提出了一个数学模型，该模型用于描述蠕变行为随温度变化而变化的情况。
其次，提出了一种等效应力模型，用于表示材料蠕变应力随温度变化而变化的方式。
最后，根据实验数据拟合该模型，从而验证其模拟效果。
关键词：高温蠕变；非线性连续损伤力学模型；材料力学；温度变化；实验数据正文：本文介绍了一种非线性连续损伤力学模型，用于研究高温蠕变。
在数学模型中，蠕变集中是通过一个温度相关函数来表示的，该函数可以描述蠕变行为随温度变化而变化的情况。
为了更好地描述蠕变强度，提出了一种等效应力模型，用于表示材料蠕变应力随温度变化而变化的方式。
然后，根据实验数据，使用最小二乘法拟合该模型，从而验证其模拟效果。
此外，该模型也可用于定量估计材料被污染物、壁厚和温度影响的程度。
综上所述，这种模型可用于研究高温蠕变，并更好地描述材料的蠕变行为。
该模型可以用于多种应用，包括工程材料的诊断、预测和设计。
通过使用该模型，可以更好地理解材料如何随温度变化而变化，并且可以更准确地预测材料的损伤程度。
同时，该模型也可以用于定量估计材料的寿命，以及在健康监测中的应用。
例如，在飞机结构上，受温度变化影响的高温蠕变是一个重要的因素，通过使用该模型可以准确地预测和诊断飞机结构的各个部分的损伤程度。
同样，电力系统和汽车行业中也可以使用该模型，以更精确地诊断材料的行为。
此外，该模型还可以用于采矿行业，以帮助提高安全性和生产力，为挖掘可持续、高效的采矿技术创造条件。
另外，该模型可用于测量材料被污染物和温度影响的程度，以帮助调整工艺条件，以确保生产过程的有效性和可靠性。
总之，该模型可以应用于各种材料的力学设计，以及在多个行业的水文管理中，以更好地预测和控制材料的性能。
在模型优化方面，对于该模型可以进一步测试和优化，以更好地描述高温蠕变力学行为。
高温结构应力松弛和蠕变损伤分析的实用方法
应力的符号) 。图中给出的是前 6 个循环的变化曲线 。 由于高温结构的许用应力是由避免结构全截面进 入塑性的许用应力 ( S m) 和保证不发生高温蠕变破裂 的许用应力 ( S t ) 二者中的最小者决定的 , 通常后者 ( S t ) 较前者 ( S m) 小得多 。所以 , 此结构首次加载最大 应力点的应力仍保持在弹性限内 。启动和关车过程最 大应力点的应力变化也保持弹性范围 ( 3 S m) 之内 。再 则启动和关车过程的时间相对于持续阶段的时间很 短 ,且总体说来温度和应力也相对较低 ,因此启动和关 车过程的蠕变变形相对载荷持续阶段的蠕变变形完全 可以忽略 ,从而对这类高温结构的蠕变变形以及相应 蠕变损伤的分析可集中于各个循环的载荷持续阶段 。 而且从详细非弹性有限元分析的结果可见 , 各个循环 载荷持续阶段蠕变变形和应力松弛可作为持续时间是 整个工作寿命的单一循环看待和分析 。这也是 ASME
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
6
机 械 强 度
2001 年
σ( t ) = σ 0 - 0 . 8 G[σ 0 - σ( t ) ] 文献 [ 6 ]提出的应力松弛公式的改进方案是
Journal of Mechanical Strength
机械强度
2001 ,23 (1) :004～007
高温结构应力松弛和蠕变损伤分析的实用方法
Ξ
PRACTICAL METHOD FOR ANALYSIS OF STRESS RELAXATION AND CREEP DAMAGE IN HIGH 2TEMPERATURE STRUCTURES
高温蠕变拉森算法详解
高温蠕变拉森算法详解在工程上，许多结构部件长期运行在高温条件下，如火力发电设备中的汽轮机、锅炉和主蒸汽管道，石油化工系统中的高温高压反应容器和管道，它们除了受到正常的工作应力外，还需承受其它的附加应力以及循环应力和快速较大范围内的温度波动等作用，因此其寿命往往受到蠕变、疲劳和蠕变-疲劳交互作用等多种机制的制约。
疲劳-蠕变交互作用是高温环境下承受循环载荷的设备失效的主要机理，其寿命预测对高温设备的选材、设计和安全评估有十分重大的意义，一直是工程界和学术界比较关心的问题，很多学者提出了相应的寿命预测模型。
本文对常见的寿命估算方法进行简单的介绍。
寿命-时间分数法对于疲劳-蠕变交互作用的寿命估算问题主要采用线性累积损伤法，又叫寿命-时间分数法。
寿命时间分数法认为材料疲劳蠕变交互作用的损伤为疲劳损伤和蠕变损伤的线性累积，如下式所示：其中Nf为疲劳寿命，ni为疲劳循环周次，tr为蠕变破坏时间，t为蠕变保持时间。
该方法将分别计算得到的疲劳损伤量和蠕变损伤量进行简单的相加，得到总的损伤量，计算十分简单，不过需要获得相应温度环境下纯蠕变和纯疲劳的试验数据。
由于该方法没有考虑疲劳和蠕变的交互作用，其计算结果和精度较差。
为了克服不足，提高计算精度，研究人员提出了多种改进形式。
例如谢锡善的修正式如下：Lagneborg提出的修正式如下：上述式子中，n为交互蠕变损伤指数，1/n为交互疲劳损伤指数，A、B为交互作用系数。
两个修正表达式均增加了交互项，可以用来调整累积损伤法的预测结果和实验结果之间误差，极大地提高了预测结果的可靠性。
频率修正法(FM法)及频率分离法(FS法)目前，工程上广泛使用的疲劳-蠕变寿命估算方法大多数都是基于应变控制模式的估算方法。
频率修正法是Coffin提出来的，认为低周疲劳中主要损伤是由塑性应变所引起的，Eckel在此基础上提出以下公式：式中：tf为破坏时间，K为依赖温度的材料常数，ϑ为频率，∆εp为塑性应变范围。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
器 的在线 寿命监 测系统 ．有必要研究一 种适合 于实 时
监 测 和 在 线 分 析 的 高 温 压 力 容 器 蠕 变 损 伤 评 估 方 法 并 实 现 程 序 开 发 本文介绍 了基于 Ａ Ｓ Ｍ Ｅ锅 炉 及 压 力 容 器 规 范 的 弹 性 分 析 ．进 行 弹 塑 性 和 蠕 变 修 正 的 高温 压 力 容 器 蠕 变 损伤评估方法 ． 并在 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 平 台上 开 发 了 蠕 变 损 伤
邓 晶 晶
（ 上海核工程研究设计 院 ， 上海 ２ ０ ０ ２ ３ ３ ）
摘要 ：
蠕变损伤是高温容器 的主要破坏 因素之一 。为开发 高温压力容器 在线 寿命监测 系统 ． 对 基于弹性分析进行 弹塑性 和
蠕 变 修 正 的蠕 变 损 伤 评 估 方 法 进 行 研 究 ， 并在 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 平 台上 开 发 蠕 变 损 伤 计 算 程 序 。 通 过 对 厚 壁 承 压 圆筒 实例 的
验得到 ， 与材料 、 温 度 有 关
式 中， ｒ为 切 应 变 强 度 ， Ｔ为 切 应 力 强 度 ， Ｇ为 切 向
Ｂ（ ｔ ） ： ３ 丁
Ｂ （ ｔ ） ： ３ 丁 １
Ｕ Ｌ
（ ２ ）
Ｉ ｎ为 蠕 变 指 数 ， Ｑ （ ｔ ） 为蠕变 后效 曲线 ， 由 材 料 试 图 １至 图 ４给 出 了 某 材 料 在 某 温 度 下 的 Ｑ （ ｔ ） 、 Ｂ 。 （ ｔ ） 和蠕 变 、 松 弛 曲线 的示 意 图 。
按照上述 蠕变损伤评估 方法 ． 在 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 平 台上 开发 了蠕变损伤计算程序 为验证计算 程序计算结果
的合 理性 、 保守性和计算速度 ， 对 如 图 ６所 示 厚 壁 承压
圆筒 模 型 ． 分别运用蠕变损 伤计算程序 和 Ａ ＮＳ ＹＳ有 限
据等时应力一 应变曲线确定应力松 弛历史 ， 从 而计 算相
论 解 进 行 比较
＼ ／
Ｐ ｂ—
Ｒ；
一
一 一
图 ５ 蠕 变 损 伤 分 析 评 定 流 程 图
图 ６ 厚 壁 承压 圆 筒模 型示 意 图
血
— … …
…
一． 一一 一
研 究 与 开 发
关 规 范 给 出 的材 料 的应 力 一 应 变 曲线 和最 小 断裂 曲线 相对 都 偏 保 守
（ １ ）
应力不 断降低 ． 产生“ 蠕变棘 轮” ． 严 重时会导致蠕变 断
裂。 当 高 温容 器 承受 运行 工 况 产 生 的 交 变 应 力 时 ． 材料 在高温下 的蠕变效应与交变载荷作用 下的疲劳效应交 互作用 ， 则 有 可 能 产 生 蠕 变 和 疲 劳 的 组 合 损 伤 。 因此 ， 开 发 高 温 压 力 容 器 的 在 线 寿 命 监 测 系 统 ．实 时 监 测 和 评估重要 部件的完整性 ， 对 提 高设 备 运 行 安 全 性 、 可 靠 性 和 经 济 性 具 有 十 分 重 要 的意 义 为 开 发 高 温 压 力 容
计算 ， 比较解析法 、 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元程 序和蠕变 损伤计算程 序三者 的计 算结果 ， 验证蠕变损伤 评估方法 和蠕 变损伤计
算程序能够满足寿命监测 的要求 。
关键词 ：
蠕变损伤 ： 评估方法 ； 程 序 开发
０ 引言
蠕 变 是 高 温 容 器 的 主 要 失 效 形 式 之 一 。材 料 在 高 温下持续长期受载 ， 会缓慢地产生蠕变变形 。 这 种 蠕 变 的 积 累会 导 致宏 观 的 永 久 变 形 ．从 而 出 现 蠕 变 断 裂 或 松弛 。 对 在 蠕 变 温 度 以下 使 用 的压 力 容器 ， 由 于使 用 的
文章 编 号 ： １ ０ ０ ７ — １ ４ ２ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ２ ２ － ０ ０ ０ ７ — ０ ４
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ — １ ４ ２ ３ ． ２ ０ １ ５ ． ２ ２ ． ０ ０ ２
高温容器蠕变损伤评估 方法研 究及 程序 开发
２ 蠕 变 评 估 方 法
高温容器蠕 变损伤分析 以 Ａ Ｓ ＭＥ锅 炉及 压 力 容 器 规 范 提 出 的 弹性 分 析 方 法 为 依 据 ．在 以线 弹性 方 法 求 解 得 到 设 备 中 温 度 引 起 的 热 应 力 和 内压 引 起 的 机 械 应
一
．． 一
…
…
一
．
● 宣 Ｉ
研 究 与 开 发
图 １ ｎ。 （ ｔ ） 曲 线示 意 图
图 ２ Ｂ 。 （ ｔ ） 曲线 示 意 图
图Байду номын сангаас３ 蠕 变 曲线 示 意 图
图 ４ 松 弛 曲线 示 意 图
力 的基 础 上 ． 对 应 变 幅 进 行 多 轴 塑 性 和 泊 松 比修 正 ， 根
３ 程 序 验 证
应 时 间 内 的蠕 变 损 伤 。 最 终 根 据 最 小 断 裂 曲线 进 行 蠕
变分析和评定 ． 确 定 相 关 时 间 内的 蠕 变 损 伤 系 数 。 蠕 变 损 伤 分 析 评 定 流 程 如 图 ５所 示 。
元程 序 ． 以及解析法进行计算 ． 并 将 程 序 计 算 结 果 和 理
ｒ ｔ
钢材具有一定 的韧性 ， 可 以不考虑其应变极 限。 但在工 作温度超过一定 温度时 ． 高温下材料 的等时应力一 应 变
曲线 随 时 间 增 加 而 下 降 ． 设备 内的蠕变应变不断增加 ．
ｒ 寺＋ Ｔ Ｊ 。 Ｂ （ ｔ ） ｄ ｔ
弹性模量
ｍ＋ １ ｍ＋１
计算程序 。 通 过 厚 壁 承 压 圆 筒 实 例 计算 ． 比 较 了 蠕 变损
伤 计算程 序与 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 程序 和解析法 三 者 的计 算结果 ，从 而对 蠕变损伤评估方法 和计算 程序 的合理
性 和 保 守 性 进 行 验 证
１ 蠕 变 基 本 方 程
依 据 蠕 变 时效 理 论 ， 材 料 的蠕 变 规 律 如 式 （ １ ） ：