主管道是連通核反應堆的關鍵部件,是核電冷卻系統(tǒng)的重要組成部分。通常,主管道壁厚較大,并通過焊接工藝進行連接。在服役過程中,主管道會由于冷卻水的壓力、殘余應力及服役環(huán)境的共同作用而出現(xiàn)裂紋。確定存在缺陷的管道能否繼續(xù)服役以及給出相應的缺陷修補原則,對于延續(xù)核電主管道的服役壽命有著重要意義。本文通過有限元分析的方法對厚壁管道的焊接殘余應力進行了系統(tǒng)性的研究。通過簡化焊道層數(shù)的方法研究了管道的特征幾何尺寸r/t以及焊接熱輸入Q?對焊后殘余應力的影響,并給出了包含特征幾何尺寸r/t以及焊接熱輸入Q?的膜應力及彎曲應力的預估公式,為管道的結構安全性評估提供數(shù)據(jù)支持。通過理論計算和有限元分析的方法對管道服役時的工作載荷進行了計算,得到了承受內(nèi)壓時管道所受軸向力為42.36MPa,環(huán)向力為93.824MPa。隨后,通過推導給出了同時包含膜應力與彎曲應力的二次應力引起的裂紋尖端的應力強度因子的計算公式,并依據(jù)BS 7910對包含a/c=0.5與a/c=0.2的裂紋的管道進行了結構安全性評估,最終得出其臨界裂紋尺寸分別為14mm和15.5mm。最后,通過有限元分析的方法探究了厚壁管道最佳補焊原則。通過改...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 有限元方法模擬焊接殘余應力研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 補焊研究現(xiàn)狀
    1.4 本課題主要研究內(nèi)容
第2章 基本理論及技術路線
    2.1 焊接殘余應力的線性化原理
    2.2 二維有限元焊接熱源模型
    2.3 殘余應力演化過程中的退火效應
    2.4 技術路線
    2.5 本章小結
第3章 厚壁管道焊接殘余應計算
    3.1 焊道層數(shù)對厚壁管道焊接殘余應力的影響
        3.1.1 不同焊道層數(shù)下有限元模型的建立
        3.1.2 不同焊道層數(shù)下有限元模型計算結果
    3.2 管道徑厚比r/t對厚壁管道焊接殘余應力的影響
        3.2.1 不同管道管徑比r/t下有限元模型的建立
        3.2.2 不同管道管徑比r/t下的殘余應力計算結果分析
    3.3 焊接熱輸入對厚壁管道焊接殘余應力的影響
        3.3.1 實際焊接工藝參數(shù)的轉(zhuǎn)換及有限元模型的建立
        3.3.2 不同焊接熱輸入下焊接殘余應力結果分析
    3.4 本章小結
第4章 厚壁管道的服役安全性分析
    4.1 厚壁管道的工作載荷計算
        4.1.1 軸向力與環(huán)向力的理論計算
        4.1.2 軸向力與環(huán)向力的有限元計算
    4.2 拉伸和彎曲載荷作用下應力強度因子計算
    4.3 一次應力與二次應力疊加下厚壁管道臨界裂紋尺寸的計算
        4.3.1 結構安全性評估流程
        4.3.2 結構安全性評估結果
    4.4 本章小結
第5章 厚壁管道補焊原則研究
    5.1 補焊深度對補焊后殘余應力場的影響
        5.1.1 原始焊接殘余應力場導入與補焊有限元模型建立
        5.1.2 補焊深度對補焊殘余應力場影響結果討論
    5.2 補焊長度對補焊后殘余應力場的影響
        5.2.1 不同補焊長度下有限元模型建立
        5.2.2 補焊長度對補焊殘余應力場影響結果討論
    5.3 補焊寬度對補焊后殘余應力場的影響
        5.3.1 不同補焊寬度下有限元模型的建立
        5.3.2 補焊寬度對補焊殘余應力場影響結果討論
    5.4 最佳補焊工藝下結構安全性評估
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
致謝



本文編號：3784983