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聚变堆部件可靠性数据修正方法研究及应用

聂淼  
【摘要】:可靠性分析是用概率论和数理统计方法对系统进行定量分析或评估以发现系统在设计与运行阶段存在的薄弱环节和潜在风险。可靠性分析是开展核能系统可用性和可靠性设计的重要内容之一。现有可靠性数据库中大部分部件的材料和运行环境与聚变堆运行环境存在较大差异,直接使用现有可靠性数据会导致系统可靠性分析精确度和可信度低的问题。如何对现有裂变堆可靠性数据进行修正应用到聚变堆可靠性分析中是目前国际上聚变堆部件可靠性数据研究领域亟待解决的关键问题。本文结合聚变堆部件设计及其运行环境特点,对聚变堆部件可靠性数据修正方法开展了深入的探索与研究,本文主要创新如下:1.提出并发展了高温高辐照环境下的多种失效物理模型修正方法,改进了高温度下的阿伦尼斯模型、高辐照下Lauridsen模型、多参数下的Thomas模型以及多影响因子下的FAC模型,有效提升了失效物理模型的在极端环境下的适用范围和部件服役寿命修正精度。主要修正模型包括:(1)采用实验数据结合拟合的方法建立了高温环境下部件材料激活能与温度的关系式,解决了现有的阿伦尼斯模型不能用于500K以上高温失效问题,发展了适用于聚变部件工作温度与部件服役寿命的关系模型;(2)在现有的中子辐照失效模型中引入辐照剂量与时间的关系以及基准部件的辐照因子,提出了适用于高辐照环境下的辐照损伤与部件服役寿命的关系模型;(3)基于失效概率方法综合考虑管道设计参数和运行历史信息,改进了适用于不同设计参数的管道尺寸与寿命关系模型,并基于流体加速腐蚀(FAC)机理及其影响因素,提出了流质流量与管道服役寿命的关系模型。2.提出了一种基于贝叶斯理论的部件服役寿命不同失效分布情形下共轭先验分布的参数估算方法,可根据部件服役寿命的多种先验信息进行处理,可以快速、精确的解决部件服役寿命失效分布参数缺失问题,同时还可以较好地解决在利用Bayes理论进行复杂系统可靠性数据更新问题。3.本文在RiskBase (Database Management System for Reliability Analysis)框架下开展了聚变堆可靠性数据库系统的方法、技术研究,设计并研发了聚变可靠性数据库系统,具备部件数据快速匹配、数据精确修正、数据定制服务等特色应用,并基于现有系统数据修正功能及数据首次开展了ITER中国氦冷固态包层关键系统可靠性数据修正研究。


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