熔鹽堆屬于第四代核反應(yīng)堆,其壓力容器采用鎳基哈氏合金C276制造,在熔鹽堆的試驗(yàn)堆運(yùn)行一段時(shí)間后,在其模擬容器筒體與封頭的焊接結(jié)構(gòu)處,會(huì)產(chǎn)生大量與焊縫垂直的非共面平行裂紋。由于熔鹽堆的運(yùn)行溫度很高,而且存在高放射性,使得對于容器密封性能要求極高,裂紋的出現(xiàn)將可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的泄漏,進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)境災(zāi)難及人員傷亡,所以有必要對存在裂紋缺陷的熔鹽堆模擬壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:試驗(yàn)堆的操作壓力為0.4MPa,操作溫度可達(dá)700℃,在運(yùn)行過程中容器所受內(nèi)壓存在波動(dòng)。通過對容器失效現(xiàn)象和裂紋產(chǎn)生原因的分析,確定熔鹽堆鎳基合金模擬壓力容器的裂紋是由于周向工作應(yīng)力、焊接殘余拉應(yīng)力及容器在高溫下長時(shí)間運(yùn)行的共同作用下產(chǎn)生的,疲勞失效與再熱裂紋共同造成了容器的破壞。本文采用有限元分析方法對熔鹽堆模擬壓力容器焊接結(jié)構(gòu)處的工作應(yīng)力和多層多道焊過程進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)處最大主應(yīng)力為周向拉應(yīng)力,此處周向拉應(yīng)力值?MPa4.12θ?,焊縫縱向焊接殘余應(yīng)力在焊縫中心達(dá)到峰值,達(dá)MPa8.243。通過有限元模擬與斷裂力學(xué)理論相結(jié)合的方法,利用J積分參量來對裂紋尖端的應(yīng)力場進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)非共面平行裂紋間距在一定范圍內(nèi),各裂紋尖端應(yīng)力場同時(shí)存在于構(gòu)件上時(shí),裂紋尖端應(yīng)力場相對于單獨(dú)存在時(shí)是被削弱了的。因此對于熔鹽堆模擬壓力容器焊接結(jié)構(gòu)處存在的裂紋群,可選擇其中尺寸最大的裂紋來進(jìn)行分析,這樣得到的結(jié)果是偏于安全的。由于容器上裂紋的長度可直接測得,深度不知,因此需要對具有最大長度的裂紋的深度進(jìn)行假定,本文假定3個(gè)不同的深度值,分別對3條尺寸不同的裂紋進(jìn)行疲勞評定,發(fā)現(xiàn)3條裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子變化范圍?K均小于門檻值th?K,可免于疲勞評定。對3條裂紋的常規(guī)斷裂評定結(jié)果表明,深度為3mm、6mm的裂紋是安全的,深度為mm9的裂紋則是不可接受的。最后采用失效評定圖的方法確定了熔鹽堆模擬容器焊接結(jié)構(gòu)處不同裂紋的尺寸極限值,并提供了各尺寸裂紋的安全性判斷方法。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL426
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
        1.1.1 熔鹽堆的提出及發(fā)展
        1.1.2 課題的研究意義
    1.2 焊接結(jié)構(gòu)安全評定相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 結(jié)構(gòu)安全性評定標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展
            1.2.1.1“合于使用”原則的提出
            1.2.1.2 安全性評定的力學(xué)基礎(chǔ)
            1.2.1.3 評定標(biāo)準(zhǔn)的分類
        1.2.2 國內(nèi)外典型評定標(biāo)準(zhǔn)與研究現(xiàn)狀
            1.2.2.1 歐洲SINTAP：“歐洲工業(yè)結(jié)構(gòu)完整性評定方法”
            1.2.2.2 英國BS7910-2013：“金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗(yàn)收評定方法導(dǎo)則”
            1.2.2.3 美國API579-2007：“石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)”
            1.2.2.4 英國R5：“高溫結(jié)構(gòu)完整性評定規(guī)程”
            1.2.2.5 中國GB/T 19624-2004：“在用含缺陷壓力容器安全評定”
        1.2.3 非共面平行裂紋的表征及干涉
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 斷裂性質(zhì)的研究
    2.1 熔鹽堆模擬容器失效現(xiàn)象
    2.2 裂紋產(chǎn)生原因分析
        2.2.1 裂紋宏觀形貌觀察
        2.2.2 裂紋性質(zhì)分析
    2.3 本章小結(jié)
第3章 結(jié)構(gòu)的應(yīng)力有限元分析
    3.1 熔鹽堆模擬容器結(jié)構(gòu)尺寸及材料參數(shù)的確定
        3.1.1 熔鹽堆模擬容器結(jié)構(gòu)尺寸及工作參數(shù)
        3.1.2 材料性能參數(shù)
    3.2 有限元模型的建立
    3.3 結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析
        3.3.1 筒體工作應(yīng)力分析
        3.3.2 焊接殘余應(yīng)力分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 非共面平行裂紋干涉原則的確定
    4.1 模擬思路
    4.2 裂紋模型的建立
        4.2.1 裂紋的模塊化
        4.2.2 接觸面的定義
        4.2.3 裂紋尖端的定義
        4.2.4 積分路徑的定義
    4.3 模擬驗(yàn)證
        4.3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)及載荷情況
        4.3.2 裂紋尺寸及分組的確定
        4.3.3 J積分模擬運(yùn)算
        4.3.4 結(jié)果討論
    4.4 干涉原則的確定
    4.5 本章小結(jié)
第5章 熔鹽堆模擬容器的安全評定
    5.1 評定方法和流程
    5.2 裂紋的表征
    5.3 缺陷位置處應(yīng)力線性化處理
        5.3.1 安全評定的應(yīng)力分類規(guī)則
        5.3.2 應(yīng)力線性化處理
    5.4 材料性能數(shù)據(jù)的確定
        5.4.1 帕里斯公式中系數(shù)A與指數(shù)m的確定
        5.4.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子變化范圍門檻值th?K的確定
        5.4.3 J積分?jǐn)嗔秧g度c1J的確定
    5.5 對A裂紋進(jìn)行安全性評價(jià)
        5.5.1 應(yīng)力強(qiáng)度因子變化范圍 ?K的計(jì)算
        5.5.2 免于疲勞評定的判別
        5.5.3 常規(guī)斷裂評定
    5.6 對B裂紋進(jìn)行安全性評價(jià)
        5.6.1 應(yīng)力強(qiáng)度因子變化范圍 ?K的計(jì)算
        5.6.2 免于疲勞評定的判別
        5.6.3 常規(guī)斷裂評定
    5.7 對C裂紋進(jìn)行安全性評價(jià)
        5.7.1 應(yīng)力強(qiáng)度因子變化范圍 ?K的計(jì)算
        5.7.2 免于疲勞評定的判別
        5.7.3 常規(guī)斷裂評定
    5.8 結(jié)構(gòu)極限裂紋尺寸的計(jì)算
    5.9 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張敏;徐藹彥;汪強(qiáng);;12Cr1MoV聯(lián)箱與支管焊縫裂紋分析[J];材料科學(xué)與工藝;2015年04期

本文編號：2845984