本文選題：管道　切入點：棘輪效應　出處：《天津大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：核電站在運行期間，核反應堆的壓力容器和管道會承受內(nèi)壓、循環(huán)熱載荷及振動等各種復雜載荷工況，這些工況會導致材料或結構發(fā)生棘輪效應，縮減材料或結構的疲勞壽命，嚴重影響壓力容器和管道的安全可靠性。為了保障核電壓力管道安全運行，并為管道棘輪變形設計規(guī)范制定積累基礎數(shù)據(jù)，本文針對壓水堆一回路輔助管道用材Z2CND18.12N奧氏體不銹鋼，從材料循環(huán)本構模型，數(shù)值模擬及直管和彎管部件的棘輪變形試驗等幾個方面對棘輪效應進行了系統(tǒng)的研究。本項研究對核電壓力管道的設計和運行具有重要的理論意義和工程應用價值。 利用多軸疲勞試驗機對內(nèi)壓直管、90o彎管在循環(huán)彎曲載荷作用下的棘輪效應進行了試驗研究。試驗結果表明，直管的棘輪應變主要發(fā)生在環(huán)向，而軸向棘輪應變相對較小，且棘輪應變沿直管軸向向兩端擴展。對于彎管，棘輪應變發(fā)生在頂線、內(nèi)緣線和內(nèi)緣線與頂線的中間位置即45o位置的環(huán)向，軸向也存在一定的棘輪應變。內(nèi)壓直管和彎管在循環(huán)彎曲載荷作用下，無論是不同試件，還是同一試件的多載荷步試驗發(fā)現(xiàn)，在相同內(nèi)壓下，棘輪應變率隨著循環(huán)彎曲載荷增大而增加；在相同循環(huán)彎曲載荷下，棘輪應變率隨著內(nèi)壓增大而增加。在多載荷步加載條件下，高載荷水平下產(chǎn)生棘輪應變后會降低后續(xù)低載荷水平的棘輪應變速率，這種影響十分明顯。利用直管準三點彎曲試驗裝置，確定了內(nèi)壓直管循環(huán)彎曲的棘輪邊界。 根據(jù)奧氏體不銹鋼Z2CND18.12N的材料試驗數(shù)據(jù)，考察確定了ANSYS中現(xiàn)有循環(huán)塑性本構模型和基于Chaboche模型的一系列修正模型的模型參數(shù)。將一系列修正Chaboche模型通過編寫用戶子程序USERPL.F嵌入到ANSYS軟件中，很大程度上提高了材料和結構的多軸棘輪效應預測的準確性，同時將材料的各向同向硬化準則嵌入修正模型中，進一步提高了對管道棘輪變形的預測準確性。本文將材料循環(huán)硬化/軟化特性的函數(shù)p和參數(shù)i的演化規(guī)律引入Ohno-Wang II模型和Armstrong-Frederic模型的疊加模型中，提出了一種新的本構模型，對材料和管道棘輪效應的預測有所改善。 利用ANSYS程序及彈塑性分析對內(nèi)壓直管與彎管在循環(huán)彎曲載荷作用下的棘輪效應進行模擬，并比較各模型對直管、彎管棘輪應變的預測結果，發(fā)現(xiàn)Chen-Jiao-Kim模型預測結果與試驗值能夠較好地吻合。對于循環(huán)彎曲載荷作用下的內(nèi)壓直管和彎管，給出了按C-TDF方法確定的棘輪邊界線，，且將直管的棘輪邊界與現(xiàn)有規(guī)范進行了比較，能夠較好地界定安定區(qū)。利用Chen-Jiao-Kim模型對含局部壁厚減薄內(nèi)壓直管和彎管在循環(huán)彎曲載荷作用下的棘輪效應進行了預測，棘輪應變隨著局部壁厚減薄缺陷深度、軸向及環(huán)向長度的改變而變化，這說明局部壁厚減薄對承受恒定內(nèi)壓循環(huán)對稱彎曲管道的棘輪效應影響明顯。利用Chaboche模型對25℃、150℃、250℃和350℃四種溫度條件下內(nèi)壓直管和彎管在循環(huán)彎曲載荷作用下的棘輪效應進行了預測，發(fā)現(xiàn)棘輪應變隨著溫度的升高而增大，并利用C-TDF方法確定了直管和彎管在不同溫度下的棘輪邊界，發(fā)現(xiàn)無量綱棘輪邊界與溫度無關。另外，基于彈性補償法和下限安定定理的極限載荷乘子m，提出了一種改進的安定性分析方法，確定了內(nèi)壓直管和彎管在循環(huán)彎曲載荷作用下的棘輪邊界，與循環(huán)彈塑性有限元方法確定的棘輪邊界相比，改進方法簡便易行。
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【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM623;TQ055.81

【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 梁婷;熱老化作用下Z2CND18.12N管材棘輪效應及棘輪疲勞性能研究[D];天津大學;2014年

本文編號：1616043