钛合金材料弹塑性修正因子研究

对核级设备的疲劳分析计算通常是采用美国工程师机械学会(ASME)或法国《压水堆核岛机械设备设计和建造准则》(RCC-M)规定的简化弹塑性疲劳分析方法。进行简化的弹塑性疲劳分析需要确定弹塑性修正因子(Ke)及其相关参数。规范给出了核级设备常用材料的Ke基于大量试验数据拟合的经验公式及其相关系数。但目前,规范并没有提供钛合金材料的这些相关数据。由于试验获取钛合金材料Ke需要耗费大量时间和物力,因此,通过数值分析方法获取钛合金材料的Ke,并验证核级设备常用材料规范提供的经验公式是数值分析方法获取Ke的包络值,同时确定包络的最小保守裕量。以此为依据,确定钛合金材料Ke的表达式及其相关系数,以满足钛合金TA17的简化弹塑性疲劳分析要求。     

钛合金TA16弹塑性修正因子数值分析方法研究

本文对核级规范提供的奥氏体不锈钢材料的弹塑性修正因子（KE）的各种敏感因素进行数值验算,确定了不锈钢材料Z2CND18.12(控氮)简化弹塑性疲劳分析所需KE与规范限值之间最小保守裕量为12%。基于钛合金TA16的单轴拉伸、应变循环和应力循环试验,确立了TA16在30 ℃和350 ℃的Chaboche本构模型参数。基于TA16的本构模型参数,对TA16开展各种敏感因素下的弹塑性分析,并参考奥氏体不锈钢的KE表达式和Z2CND18.12(控氮)的KE最小保守裕量迭代计算出TA16的相关系数。TA16的相关系数A、B、C、m、n分别为1.37、1.26、1.37、2.0和0.25。     

钛合金TA16弹塑性修正因子数值分析方法研究

本文对核级规范提供的奥氏体不锈钢材料的弹塑性修正因子(KE)的各种敏感因素进行数值验算,确定了不锈钢材料Z2CND18.12(控氮)简化弹塑性疲劳分析所需KE与规范限值之间最小保守裕量为12%。基于钛合金TA16的单轴拉伸、应变循环和应力循环试验,确立了TA16在30℃和350℃的Chaboche本构模型参数。基于TA16的本构模型参数,对TA16开展各种敏感因素下的弹塑性分析,并参考奥氏体不锈钢的KE表达式和Z2CND18.12(控氮)的KE最小保守裕量迭代计算出TA16的相关系数。TA16的相关系数A、B、C、m、n分别为1.37、1.26、1.37、2.0和0.25。     

核设备弹塑性疲劳分析方法研究

核电设备在运行寿命期间承受温度、压力变化恶劣的瞬态,应力交变幅值通常会超过材料的屈曲极限,此时简化弹塑性疲劳分析很难满足ASME规范要求。本文基于应变的塑性疲劳分析研究了去除简化弹塑性疲劳分析的保守性,并对蒸汽发生器给水管与管接头的塑性疲劳分析进行了研究。结果表明塑性疲劳很好地去除了简化弹塑性疲劳分析带来的保守性,本文方法很好地解决了工程实践中恶劣瞬态条件下的疲劳问题。     

控制棒驱动机构耐压壳下部密封环应力与疲劳分析

采用有限元分析方法对某核电工程控制棒驱动机构耐压壳下部密封环的2种对接厚度进行了应力和疲劳分析对比,在疲劳分析中采用瞬态分组技术,同时参考RCC-M 2002规范对ANSYS程序中的弹塑性修正因子(Ke)进行解耦修正。结果表明,2种接头厚度的分析结果均满足RCC-M规范中的应力评定准则,其中,较薄密封环结构疲劳分析结果相对更安全,较厚密封环结构在其余工况相对更安全;在疲劳分析中对瞬态进行分组能明显降低使用系数和一次加二次应力之和幅值的保守性;在热和机械共同作用的一次加二次应力之和的幅值较高时,对Ke的修正能明显提高计算结果精度。     

Ti-4Al-2V钛合金高温高周疲劳性能研究

采用旋转弯曲的加载方式完成近α相Ti-4Al-2V钛合金棒材在350℃空气中的常规成组法疲劳试验和升降法疲劳试验,对试验数据进行分析和处理,对疲劳断口进行扫描电子显微镜(SEM)分析.结果表明,Ti-4Al-2V钛合金棒材理论耐久极限应力为339MPa,稍高于经验公式计算值,材料具有较好抗高周疲劳的性能;与常温试验结果(394 MPa)相比,高温会加速试样的氧化,降低材料的疲劳寿命.     

反应堆冷却剂系统辅助管道缺陷焊缝疲劳分析与评价

根据某核电厂反应堆冷却剂系统辅助管道核1级焊缝的在役检查结果和施工设计阶段应力分析结果,确定了疲劳分析与评价的典型缺陷焊缝.依据WRC502的实验结果和RCC-M规范,提出了用于疲劳分析的含热(微)裂纹效应的疲劳曲线.在此基础上,对机组运行5 a的瞬变统计次数与设计瞬态次数进行了对比研究,采用优化疲劳分析方法对典型缺陷焊缝进行了疲劳分析与评价.评价结果表明:辅助管道核1级焊缝在核电厂运行10 a内不会发生疲劳失效.     

Ti-4Al-2V合金高周疲劳性能研究

评价了钛合金Ti-4Al-2V棒材的室温高周疲劳性能。采用旋转弯曲的加载方式完成了Ti-4Al-2V棒材在室温空气中的成组常规疲劳试验和升降法试验,对试验数据进行了分析,绘制了S-N曲线和P-S-N曲线,对疲劳断口进行了扫描电子显微镜(SEM)分析。结果表明,钛合金Ti-4Al-2V棒材的疲劳极限σ_(-1(10~7))与经验公式计算值吻合,Ti-4Al-2V棒材具有较好的抗高周疲劳的性能,疲劳断口呈现裂纹萌生、扩展和断裂的特征。     

核监测用断裂韧性Charpy尺寸试样的合理设计

预制疲劳裂纹侧槽Charpy尺寸试样是一种经济、方便的评价核压力容器用钢弹塑性断裂韧性的单试样方法。本文就几种常用压力容器用钢详细研究了侧槽相对深度对断裂韧性及相应的稳定裂纹扩展量的影响,并和满足GB2038要求的大尺寸试样的试验结果进行了对比。研究结果表明,采用预制疲劳裂纹、侧槽相对深度为30%的Charpy尺寸试样及三点弯曲试验曲线上最大载荷前的能量,可以偏安全地评价裂纹开始扩展时材料的弹塑性断裂韧性,建立了核监测用断裂韧性试验Charpy尺寸试样的合理设计。此外,还研究了侧槽的拘束效应和对试样的加厚作用,对试验结果进行了理论解释。     

316不锈钢蠕变-疲劳试验及规范研究

为了研究316不锈钢在蠕变-疲劳交互作用下的影响,开展保载时间的蠕变-疲劳试验和两级加载蠕变-疲劳试验,后者包括先疲劳后蠕变和先蠕变后疲劳两种蠕变-疲劳交互试验。在上述三种试验数据基础上,对316不锈钢的蠕变-疲劳特性进行分析,并对ASME规范的适用性和安全性进行了评价。本研究对蠕变-疲劳试验、ASME规范应用、第四代反应堆高温结构材料的力学特性研究及相关的评定准则具有参考价值。