含环向穿透裂纹管道LBB裂纹扩展稳定性计算程序开发

在管道LBB设计和评定中,J积分和裂纹扩展稳定性的计算过程复杂,为提高计算精度和效率,需采用改进的计算方法,并实现程序软件的计算。本文基于增强参考应力法(ERS法)的J积分计算和J积分稳定性评定图法,开发LBB裂纹扩展稳定性计算程序,此程序可计算含环向穿透裂纹管道的LBB失稳载荷和临界裂纹长度。所开发的程序实现了单纯拉伸载荷、弯曲载荷及拉弯复合非比例加载下的裂纹扩展稳定性计算,并提供了两种材料真应力-真应变关系参数的输入计算方法,拓宽了现有计算方法的局限性。通过有限元计算结果和文献中管线试验结果与程序计算结果的对比分析,验证了计算程序的准确性。     

非中心穿透裂纹对LBB技术应用的影响分析

随着LBB技术的发展和应用推广,可运用详细的裂纹扩展分析技术,通过周密的分析论证,以证明带缺陷管系在使用寿期内同样能够满足SRP3.6.3中关于LBB技术应用的、与泄漏探测能力、裂纹稳定性和载荷相关的裕量要求。在这种前提下,一些额外的分析就必不可少。其中之一即为需要考虑载荷对称中心与裂纹对称中心不重合情况,即所谓的非中心裂纹,对LBB技术应用的影响。本文以压水堆核电厂中DN150、DN350和DN550管径的核1级高能管道中非中心裂纹为研究对象,先从偏心角度对裂纹张开面积的分析着手,进而研究其对泄漏率分析与裂纹稳定性分析的影响,并对非中心裂纹对LBB技术应用的影响做了综合性的分析总结,为今后含缺陷管道应用LBB技术的分析提供参考与借鉴。     

LBB设计中管道贯穿裂纹张开位移及泄漏率计算研究

在核电站管道破前漏设计(LBB)过程中,需要对管道的关注部位假设一个贯穿裂纹,然后计算该裂纹在正常运行工况下的裂纹张开位移(COD)以及流体泄漏率,从而验证管道LBB设计准则的适应性。本文介绍了COD以及泄漏率计算的意义,然后探讨了各种计算方法的优缺点和发展方向,最后给出了自主开发程序的验证算例。文中讨论的问题可为LBB技术在我国核电厂中的应用提供参考。     

LBB管道裂纹泄漏率计算软件PICLES验证研究

管道裂纹泄漏率计算是破前漏（LBB）分析中的关键技术,采用与有效软件进行对比和与实验结果进行对比的方式,对国内自主研发的泄漏率计算软件PICLES进行验证研究。与已有成熟工程应用的国际同类软件（PICEP和SI-PICEP）对比,PICLES与其计算结果相差较小;与管道裂纹泄漏率实验结果对比,PICLES计算出的泄漏率与其相差?80.23%~?43.79%,PICLES计算的泄漏裂纹长度与实测裂纹长度相差21.84%~79.07%,说明将PICLES用于过冷水管道LBB分析具有较高的保守性。因此,PICLES可用于实际工程中的LBB分析。      

核反应堆管道LBB设计关键软件研发

破前漏(LBB)设计是三代核电技术的重要技术特征之一,但国内直到现在也没有受认可的LBB设计专用程序,开发出受认可的LBB设计程序具有重要意义。简单介绍LBB设计中断裂力学分析、裂纹张开位移分析以及泄漏率计算的技术背景以及我国相关关键程序的研发。算例验证结果表明,自主开发的程序具有较高的精度,进一步完善和验证后可以应用于实际工程。     

LBB分析中J积分撕裂模量汇交方法研究

介绍了管道破前漏(LBB)分析中极限载荷和临界裂纹长度求解的J积分-撕裂模量汇交方法(J-T法).利用有限元分析软件(ABAQUS)计算3种裂纹长度J积分,并将J积分与裂纹长度采用多项式函数进行拟合,最后在多项式函数的基础上求解极限载荷和临界裂纹长度.采用FLET软件提供的算例对J-T方法的正确性进行验证.结果表明,运用基于ABAQUS的J-T法能提高失稳J积分的计算精度,能适用更广泛范围、更复杂结构的LBB分析.     

动态载荷下奥氏体不锈钢管道LBB环向贯穿裂纹稳定性实验及理论分析方法研究

管道环向贯穿裂纹是否稳定是评判管道是否满足破前漏（LBB）设计准则的标准之一,为确保LBB技术安全可靠,对管道环向贯穿裂纹在动态载荷下的稳定性进行实验研究。采用水平冲击机对含环向贯穿裂纹的管道依次进行加载速度为1.22、2、3、4 m/s的高温不带运行压力的冲击实验,以获得各应变率下的实验极限载荷值,并与工程理论分析计算结果进行比较。分析表明:奥氏体不锈钢管道环向贯穿裂纹在动态载荷下的失效模式为塑性失稳;经实验验证,在工程中对承受动态载荷的奥氏体不锈钢管道进行LBB分析时,采用美国核管会标准审查大纲3.6.3破前漏评估程序（SRP 3.6.3）中的极限载荷理论分析方法具有较高的工程安全性,若同时选用准静态下的材料力学性能,则工程安全性更高。      

LBB对材料性能的要求

回顾了破前漏(LBB)的发展历史,并分析了LBB在中国的应用前景.分析了关于材料断裂韧性不同的表达方法和测量方法.根据不同国家的实践,分析了LBB对材料性能的要求.     

LBB和BP在核电站管道设计中的异同性分析

对LBB（破前漏）和BP（破裂排除）两种设计理念进行了比较，从材料质量要求、制造要求、应用范围、泄漏监测、裂纹分析及局部效应、全局效应等方面，对BP和LBB管道设计中的异同性进行了分析。分析结果表明：BP的“纵深防御”体系能包络LBB的主体内容；相对于LBB，BP对管道设计的要求更复杂；主冷却剂管道采用LBB和BP后的局部效应和全局效应大体相同。     

基于声发射的压力管道LBB监测系统研制

核反应堆压力管道应用破前漏(LBB)技术可提高反应堆的安全性、经济性,设置LBB监测系统则是应用的前提和关键。通过分析LBB监测需求,提出了基于声収射的LBB监测方法,幵通过开展相关试验建立了LBB鉴别方法和定位定量模型。为了适应核反应堆压力管道应用环境要求,研制出一体式声収射传感器,实现了高温辐照环境下LBB探测。通过开展信号调理、抗误报警、在线自检等关键技术研究,研制出LBB监测系统。试验验证结果表明,研制的LBB监测系统各项指标满足核电厂应用要求,幵在华龙一号得到应用。     

管道贯穿裂纹泄漏率预测

充分考虑入口为过冷水、两相和过热蒸汽等情况下的临界和非临界流动,对摩擦压降、拐角压降以及临界流模型Henry-Fauske中的相变起始点进行了修正,开发出破前泄漏(LBB)的管道贯穿裂纹泄漏率计算程序。与目前通用的裂纹泄漏率程序(PICEP和SQUIRT)分别就常规直管道、人工裂纹以及自然形成裂纹的泄漏率实验数据进行了对比。计算分析表明,该程序计算结果与实验结果吻合较好且精度高于PICEP和SQUIRT。此外,通过计算分析研究,获得了背压和滞止焓以及裂纹形貌(包括局部粗糙度、全局粗糙度及裂纹开口位移、裂纹拐角数目等)对泄漏率的影响规律。     

LBB泄漏率计算与热力学非平衡效应影响评估

裂纹泄漏率计算是破前漏（LBB）在核电站管道和设备上应用的基础。在Fauske模型基础上,整个裂纹内流体流动假设为等焓过程且充分考虑摩擦效应对裂纹临界泄漏率的影响,利用Mathcad计算得到了管道裂纹两相泄漏率,与已有文献中实验数据进行对比,将其发展成为可准确计算裂纹泄漏率的计算机程序。同时根据两相流动不平衡理论,对模型进行热力学不平衡参数影响修正。结果表明：随裂纹长径比(L/D)增大,两相泄漏率减小;随裂纹入口滞止压力增大,两相泄漏率增大;裂纹入口流体过冷度增大,两相泄漏率增大,数学模型计算结果与实验结果趋势一致,但忽略热力学非平衡效应,数学模型计算得到的临界流量小于实验流量。对于热力学不平衡参数修正后模型,模型计算得到的结果均与实验数据符合很好,故由修正后模型编制的Mathcad程序可完成裂纹泄漏率的准确计算,为LBB在核电站管道上的应用提供基础。     

LBB分析中管道裂缝泄漏率的计算

简要地介绍了在ＬＢＢ分析中欠热或饱和液体在裂缝流道的一般排放特性，给出了考虑不平衡流动特性的求解泄漏率的基本方程组，并对商用３００ＭＷ核电站主管道热段作了泄漏率的实例计算，结果表明，在主管道中应用ＬＢＢ分析技术是可行的。     

损伤力学在核级管道LBB分析中的应用

基于Gurson损伤本构模型，开展了损伤力学在核级管道破前泄漏(1eak before break)分析中的应用研究对含环向贯穿裂纹直管在纯弯载荷作用下进行了三维弹塑性损伤．断裂力学有限元计算．并与弹塑性断裂力学有限元计算结果进行了比较分析。     

基于有限元软件的核电厂管道破前漏裂纹稳定性分析

在核电厂管道的破前漏裂纹稳定性分析中,比较常用的是使用J积分-撕裂模量汇交方法 (简称J-T方法)来计算极限载荷和临界裂纹长度。本文利用有限元方法,建立含有裂纹的管道模型,指出裂纹尖端网格设置的关键点;然后用Abaqus软件对含有裂纹的管道模型进行J-积分分析;最后根据计算的结果,运用J积分-撕裂模量汇交方法计算出临界裂纹尺寸。将所得的计算结果与理论计算结果进行对比,可以看出二者在计算临界裂纹尺寸上具有高度的一致性。可见在小范围屈服(Small-Scale Yielding,简称SSY)情况下,使用有限元法进行破前漏裂纹稳定性分析是可行的。     

破前漏分析中泄漏率模型研究进展

破前漏（LBB）分析对商业核电站承压设备的安全分析至关重要,并有许多突出的优点。目前,LBB在高温气冷堆上的应用尚不成熟,而提出较为精确的破前漏泄漏率模型是破前漏思想能否在高温气冷堆上得以应用的关键。文章主要概述目前各国破前漏分析中泄漏率模型方面的研究进展。通过分析各个泄漏率模型的基本假设,理论分析、计算流体力学分析、实验验证及应用实例,分析各模型的优缺点,理清各因素对泄漏率的影响,并筛选可能应用到高温气冷堆破前漏分析泄漏率模型中的合理部分,为后期高温气冷堆破前漏泄漏率模型研究提供建议。     

压力管道“先漏后破”评定的准则研究

以弹塑性断裂力学为基础,分别建立了轴向表面裂纹和周向表面裂纹韧带的极限失稳压力Pu和穿透裂纹的起裂压力Pc的表达式,提出了一种压力管道的"先漏后破"缺陷评定准则:即若管道表面裂纹韧带的极限失稳压力Pu低于相应穿透裂纹的起裂压力Pc,则管道会泄漏失效;若管道表面裂纹韧带的极限失稳压力Pu等于或大于相应穿透裂纹的起裂压力Pc,则管道会爆破失效.该准则得到了一些文献提供的试验数据的验证.     

带拐角裂纹的反应堆压力容器接管的安全分析

从疲劳断裂的角度对反应堆压力容器(RPV)在两种停堆过程中,带拐角裂纹的RPV接管的安全性进行了分析评定。针对压力和温度随时间变化的复杂情况,采用“半解析法”和弹塑性断裂力学观点进行了大量的分析计算。结果表明,ASME规范第Ⅺ卷的观点(以LEFM为基础)似偏保守。