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核电站一回路辅助管道棘轮变形分析

张琦  
【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。


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