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电厂锅炉汽包低周疲劳寿命评估技术及压力管道结构分析研究

王勇  
【摘要】: 锅炉承压部件(汽包等)及压力管道在交变载荷和其它因素作用下发生疲劳破坏是一种常见的失效方式。本文以电厂BHW-35钢制造的410T/H锅炉汽包和电厂12CrMoV压力弯管作为研究对象,在获得实验数据的基础上,建立了一套较为完整的低周疲劳寿命分析方法,主要研究内容如下: 在BHW-35钢及焊缝材料总应变控制低周疲劳试验基础上,采用概率统计分析方法对实验数据进行分析,得到母材和焊缝材料的P—S—N曲线。将焊缝材料的虚拟应力幅与寿命关系,按照ASME和BS5500规范的方法分析得到BHW—35钢疲劳设计曲线,并与ASME和BS5500规范中的设计曲线进行比较,为我国调峰机组410T/H锅炉汽包疲劳设计提供可靠的实际依据。设计模拟汽包进行应力测试,并与美国ASME规范和经验公式计算值、有限元计算结果进行比较,为后续的低周疲劳寿命估算时交变应力幅值的确定提供依据。 对BHW-35钢焊缝材料进行表面裂纹扩展试验研究,得到裂纹的扩展形貌变化规律,并对其疲劳扩展寿命进行预测研究,为汽包下降管角焊缝部位的表面裂纹扩展寿命预测提供依据,同时也确定了其表面裂纹扩展的临界值。在上述研究的基础上,建立了410T/H锅炉汽包的低周疲劳寿命分析与预测的方法。 利用叠加模型,提出椭圆截面变厚度弯管承受内压时的应力计算力学模型,并通过两支弯管的实验得到验证。通过12CrMoV弯管的低周疲劳试验,建立承受内压弯管的疲劳裂纹扩展寿命预测方法。 综合国内外各种损伤力学耗散势研究,提出一种新的耗散势模型,并用弹性模量下降法来描述损伤变量,发现提出的模型与实验数据符合良好,为损伤力学应用到锅炉汽包疲劳寿命的分析做了一些初步探索。最后本文用Visual C++开发一套适用于锅炉承压部件(汽包为代表)的疲劳寿命评估分析系统。 本文创新点为:在BHW-35钢的P—S—N曲线及da/dN扩展规律的试验研究基础上,提出了410T/H锅炉汽包的低周疲劳寿命分析与预测方法;建立了一种椭圆截面变厚度弯管承受内压时的应力计算力学模型,通过压力弯管的疲劳试验,本文推荐其低周疲劳扩展寿命预测方法;将损伤力学应用到锅炉汽包疲劳寿命预测做了初步的探索。


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