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

【摘要】：核電站在運行期間，核反應(yīng)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(fù)雜載荷工況，這些工況會導(dǎo)致材料或結(jié)構(gòu)發(fā)生棘輪效應(yīng)，縮減材料或結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，嚴(yán)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(shè)計規(guī)范制定積累基礎(chǔ)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(gòu)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(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本項研究對核電壓力管道的設(shè)計和運行具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 利用多軸疲勞試驗機(jī)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(yīng)進(jìn)行了試驗研究。試驗結(jié)果表明，直管的棘輪應(yīng)變主要發(fā)生在環(huán)向，而軸向棘輪應(yīng)變相對較小，且棘輪應(yīng)變沿直管軸向向兩端擴(kuò)展。對于彎管，棘輪應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)變后會降低后續(xù)低載荷水平的棘輪應(yīng)變速率，這種影響十分明顯。利用直管準(zhǔn)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(gòu)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(jié)構(gòu)的多軸棘輪效應(yīng)預(yù)測的準(zhǔn)確性，同時將材料的各向同向硬化準(zhǔn)則嵌入修正模型中，進(jìn)一步提高了對管道棘輪變形的預(yù)測準(zhǔn)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(gòu)模型，對材料和管道棘輪效應(yīng)的預(yù)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(yīng)進(jìn)行模擬，并比較各模型對直管、彎管棘輪應(yīng)變的預(yù)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Chen-Jiao-Kim模型預(yù)測結(jié)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(jìn)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(yīng)進(jìn)行了預(yù)測，棘輪應(yīng)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(yīng)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(yīng)進(jìn)行了預(yù)測，發(fā)現(xiàn)棘輪應(yīng)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(guān)。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(jìn)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(jìn)方法簡便易行。
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【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM623;TQ055.81

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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

本文編號：1616043