铍电子束环形焊件残余应力测试方法及其数值模拟研究

推导了Modifled—Ψ法应力测试及其穿透深度的计算公式,并利用它测试了铍环形焊件热影响区和基体材料中的残余应力。对电子束焊接的铍环其焊缝附近外表面为拉应力,内表面为压应力。由于Modified—Ψ法透入深度太大,不能用来测定铍的表层残余应力,引入多波长法成功地测试出了铍环表层的应力及应力随层深的分布。同时针对电子束焊接过程的特点,编写了用于应力场计算的有限元分析程序。运用编写的程序分别对不同尺寸及焊接工艺的三个铍环电子束焊接样品进行了有限元分析,并将计算结果与实测值进行了比较。结果表明:有限元计算结果与实测值吻合得较好,为先期预测焊件中残余应力的大小和分布从而优化焊接工艺提供了参考依据。     

镍基合金压力容器环形焊缝残余应力数值模拟与失效应力分析

根据英国结构完整性评估标准BS7910(2013),考虑焊接残余应力影响,采用失效评估图(Failure Assessment Diagram,FAD)方法对镍基合金压力容器焊接部位内表面裂纹进行安全评估。首先采用有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)方法,对压力容器V型、X型坡口环焊缝多层多道对接焊进行数值模拟,获取焊接残余应力分布,并将V型坡口对接焊焊接残余应力曲线与BS7910(2013)标准残余应力分布进行了对比;其次,对BS7910(2013)1级-FAC曲线进行公式化简,在焊接位置考虑残余应力、应力集中、塑性失效因子三因素的影响,对轴向内部半椭圆裂纹进行了失效应力预测。结果表明:残余应力的分布直接影响计算结果,残余拉应力越大,相应失效应力越小;残余应力值和裂纹深度a保持不变,失效应力计算结果随c/a(c为裂纹半长)增大而减小;当c/a比值不变,失效应力值随着a增大而减小。本文焊接残余应力模拟即及失效应力预测方法为以后含缺陷压力容器及管道失效应力计算(寿命预测)提供一定的参考。     

TC4钛合金焊后电子束局部热处理及焊接残余应力测试研究

针对TC4钛合金通过电子束焊后局部热处理工艺来改善接头的性能,采用X射线法对电子束局部热处理后焊接残余应力的分布趋势进行了测试研究.试验结果表明:经电子束局部热处理后,TC4钛合金焊缝区马氏体晶粒组织得到细化;同时上表面接头残余应力的分布得到改善.     

基于模拟件-产品件方法研究反应堆压力容器顶盖与多个CRDM管座焊接残余应力

提出模拟件-产品件有限元数值计算方法研究反应堆压力容器(RPV)顶盖与多个控制棒驱动机构(CRDM)管座焊接的残余应力分布。进行模型件制造和试验测试,获得温度循环、残余应力等数据,针对模拟件残余应力进行数值计算,以试验数据标定模拟件模型和算法并进行优化,最后将优化算法和模型应用于产品件的数值计算。将该方法用于包含2个非中心孔位置J型焊缝的RPV顶盖产品件焊接残余应力算。结果表明:模拟件-产品件的研究方法可应用于核电大型焊接结构的残余应力高效数值分析,CRDM管座焊缝之间的应力叠加效果不明显。     

CRDM管座多道焊焊接残余应力计算方法研究

使用有限元方法,预先分析控制棒驱动机构(CRDM)管座区域过盈配合产生的预应力场,再通过依次模拟多道焊加热和冷却的过程,开展CRDM管座坡口的焊接残余应力数值模拟研究,分析冷装工艺和多道焊焊接残余应力对CRDM管座的共同作用,分析焊道之间的冷却时间的影响,为工程设计和修复提供支持。     

贯穿件J形坡口焊接残余应力分析

核电站反应堆压力容器(RPV)顶盖控制棒驱动机构(CRDM)管座J形坡口焊缝在一回路高温高压水环境下存在应力腐蚀开裂(SCC)的风险,而焊接残余应力是SCC的主要驱动力。使用二维轴对称模型有限元方法对CRDM中心管座J形坡口进行焊接残余应力分析。为了探索一种简单、高效和保守的方法,研究了热源简化、焊缝形状简化、屈服强度、相变和强化行为对焊接残余应力的影响。结果表明:双椭球热源与均匀热源得到的残余应力结果基本一致;焊缝形状由鱼鳞状简化为方块模型对焊接残余应力结果影响不大,但是与合并焊道的结果相差较大;采用低屈服强度得到的残余应力结果并不保守;在ANSYS软件中,固液相变对残余应力结果影响不大;等向强化模型的结果比随动强化模型的结果保守;在工程上,建议采用均匀热源、方块焊道模型和等向强化模型进行焊接模拟。     

铍环焊接残余应力的中子衍射测试与有限元分析

利用稳态堆上的中子衍射应力谱仪开展了铍环激光焊接后的残余应力测试。先进行铍材中子衍射应力测试的参数及其优化研究,在固定堆功率、衍射晶面和规范体积的条件下,选取测试时间分别为600s和6 000s进行铍环上同一点的中子衍射峰的重复性测试,结果表明,后者测试铍材应变的统计误差仅为前者的1/3,其标准偏差约为1.10×10-5。取后者测试时间作为优化参数,对铍环焊缝附近轴向应变和环向应变方向的中子衍射峰进行测试,获得两个方向的残余应变分布,进一步计算出焊接残余应力分布。对铍环激光焊接过程的温度场和应力场进行三维有限元数值模拟,将有限元计算得到的铍环焊缝附近中间壁厚处的残余应力和应变与中子衍射测试结果进行对比,结果表明二者分布规律较为一致。     

OEFR小栅板联箱及其节流件数值模拟

使用流体力学软件CFX，对中国实验快堆（CEFR）Ⅰ型小栅板联箱及其节流件进行稳态模拟计算，研究Ⅰ型小栅板联箱及其节流件内压力、速度分布。并研究联箱内7个燃料元件管脚入口的流量分配，以及影响管脚进口流量分配的因素，以提高堆芯流量分配的精度。     

2219铝合金搅拌摩擦焊和钨极保护焊焊接件残余应力的中子衍射研究

利用中子衍射法对2219铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和钨极保护焊(TIG)焊接件开展了三维残余应力测量,并对残余应力分布规律进行了分析。结果表明:焊接件的纵向残余应力数值较大;FSW焊接件残余应力整体较TIG焊接件的小;FSW和TIG焊接件的残余拉应力最大值分别为101 MPa和174 MPa,FSW焊接件残余拉应力最大值较TIG焊接件的小;FSW残余拉应力最大值处于轴肩边缘,且前进侧峰值大于后退侧峰值;TIG焊接件残余拉应力最大值处于焊缝边缘。通过中子衍射实验获得的焊接件残余应力分布,将可用于焊接工艺的优化与焊接件的寿命预测。     

2219铝合金搅拌摩擦焊和钨极保护焊焊接件残余应力的中子衍射研究

利用中子衍射法对2219铝合金搅拌摩擦焊（FSW）和钨极保护焊（TIG）焊接件开展了三维残余应力测量,并对残余应力分布规律进行了分析。结果表明：焊接件的纵向残余应力数值较大;FSW焊接件残余应力整体较TIG焊接件的小;FSW和TIG焊接件的残余拉应力最大值分别为101 MPa和174 MPa,FSW焊接件残余拉应力最大值较TIG焊接件的小;FSW残余拉应力最大值处于轴肩边缘,且前进侧峰值大于后退侧峰值;TIG焊接件残余拉应力最大值处于焊缝边缘。通过中子衍射实验获得的焊接件残余应力分布,将可用于焊接工艺的优化与焊接件的寿命预测。     

大型锥形环件成型制造新工艺及其数值模拟

针对600MW蒸汽发生器壳体大型锥形环件成型制造上的困难,提出了在大型数控径轴向RAW200/160-5型轧环机上实现锥形环件轧制成型的新工艺,并基于动力显式有限元Ansys/Ls_dyna软件建立了径轴向轧环机三维数值仿真模型,对锥形环件一个生产周期内的环件轧制过程进行了数值模拟,验证了新工艺的可行性.仿真计算结果还表明,采用计算机模拟环件轧制成形过程,能够实现观察环件扩展和缺陷生成的实时动态过程,能够实现从设备改造、毛坯结构设计到轧制工艺的优化,可以避免费时耗资的重复实验.     

CEFR小栅板联箱及其节流件数值模拟

使用流体力学软件CFX对中国实验快堆Ⅰ型小栅板联箱及其节流件进行稳态模拟计算,研究Ⅰ型小栅板联箱及其节流件内压力分布、速度分布.并研究联箱内7个燃料元件管脚入口的流量分配,以及影响管脚进口流量分配的因素,以提高堆芯流量分配的精度.     

电子束辐照钻石热传导过程的数值模拟

应用Matlab程序，对钻石内部和边界采用不同的差分迭代格式，计算模拟了其中的热传导过程。数值计算结果，所用方法与PDE工具箱的计算精度相当，但计算时间明显缩短。同时讨论了辐照时间、吸收剂量率、环境温度等因素对于钻石内部温度分布的影响，这对于钻石的辐照工艺具有重要意义。     

环形燃料混合堆芯横向流动特性数值模拟研究

环形燃料混合堆芯横向流动特性对原堆芯的热工安全具有重要影响。本文基于计算流体力学(CFD)方法建立了3×3环形燃料混合堆芯,通过计算混合堆芯的速度场、局部阻力特性与各组件的出入口流量守恒性,对环形燃料与原堆芯燃料之间的横向流动进行了评价。结果表明,当环形燃料与原堆芯燃料轴向各处阻力一致时,原堆芯燃料出入口冷却剂流量相对偏差小于0.8%,环形燃料出入口冷却剂流量相对偏差小于1.8%,混合堆芯各格架段无显著横向流动。     

反应堆压力容器内部大尺寸环形异种金属焊缝残余应力分布研究

获得反应堆压力容器内部大尺寸环形异种金属焊缝残余应力分布可为反应堆压力容器结构设计和制造工艺优化提供指导,通过设计和制造能够代表产品焊接结构形式的镍基合金和低合金钢异种金属焊接结构模拟件,采用轮廓法测试焊接结构模拟件内部纵向残余应力,采用有限元法模拟计算焊接结构模拟件横向和纵向残余应力,获得了整个异种金属焊接接头残余应力分布特征。结果表明:焊缝区域内部纵向残余应力为拉伸应力,峰值应力达到500 MPa左右,并且表层应力大于内部应力,峰值应力出现在距下表面3 mm和24 mm位置;横向残余应力在焊缝区域从上表面到下表面的分布为拉应力-压应力-拉应力,压缩横向残余应力峰值达到?300 MPa,出现在距下表面约18 mm位置。本文研究可为焊接结构设计提供理论指导。      

迷宫型节流件压降的数值模拟研究

迷宫型节流件能够在小空间内实现大压降,因此被广泛应用于钠冷快堆的管道系统中。当选择迷宫型节流件时,在设计过程中评估它的压降是非常有必要的。评估压降通常采用的方法是实验测量,但是实验不仅费时费力,而且难以观察流动细节,近年来,数值模拟已经成为评估压降的常用方法。数值模拟更加便捷,但同时它的准确性受很多因素影响,尤其是湍流模型的选择。另一方面,迷宫型节流件的压降是由很多因素决定的,包括相邻节流板的间距、节流板的高度、节流板的数目和流过节流件的流量。目前关于迷宫型节流件的压降和这些因素之间的关系尚不明确。基于上述认识,本文研究了计算迷宫型节流件压降的数值模拟方法,并且通过数值模拟结果与实验结果的对比,选择了标准k-ε模型为最可信的湍流模型。本文使用经过验证的数值模拟方法,分析了迷宫型节流件的压降随各种因素变化的趋势,最终通过多元回归方法拟合了压降与其各影响因素之间关系的经验公式。     

2219铝合金搅拌摩擦焊和钨极保护焊残余应力的中子衍射和有限元方法研究

正利用中子衍射法对2219铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和非熔化极惰性气体钨极保护焊(TIG)焊接件开展了三维残余应力测量,并对残余应力分布规律进行了分析,结果示于图1。结果表明:焊接件的纵向残余应力数值较大;FSW焊接残余应力整体小于TIG焊;FSW焊接和TIG焊接残余     

中子衍射残余应力分析技术及其应用

中子衍射方法可以用来测量材料内部的三维残余应力分布,是一种重要的无损检测分析手段.本文概述了中子衍射残余应力分析的基本原理、特点和发展现状,并简要介绍了其在工程和材料科学领域的应用情况与前景.     

电子束与复合靶作用后辐射特性的数值模拟

建立了复合靶的蒙特卡罗粒子输运计算模型,以“闪光二号”加速器为电子束源,模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,研究了钽和聚乙烯组成的复合阳极靶对辐射X射线场的影响。模拟结果表明：随着钽厚度的增加,辐射X射线平均能量增大,能量转换效率先增大后减小;聚乙烯可明显减小辐射场中的电子份额。当钽和聚乙烯的厚度分别取20 μm、3 mm时,辐射场中平均光子能量为102.68 keV;光子总能量为88.62 J,远大于电子总能量0.02 J;X射线能量转换效率为0.57%。根据数值模拟结果和实验条件设计了复合靶,计算和测得的X射线平均能量分别为108和121 keV,二者符合得较好。     

流量分配比对环形燃料芯块传热特性影响数值模拟研究

环形燃料具有两条冷却通道,外通道与内通道的冷却水流量分配比（φ）的变化可能会对芯块传热特性产生影响。本文建立了环形燃料单棒流固耦合CFD计算模型,在4种不同的流量分配比工况下,通过计算3个反映芯块传热特性的评价指标,研究了流量分配比变化对环形燃料芯块传热特性的影响。由分析计算结果可知,流量分配比变化不会对有间隙结构的环形燃料的芯块传热特性产生显著影响。