基于耦合CFD-FEM方法的严重事故下RPV蠕变失效风险评估

核电站严重事故发生后,反应堆压力容器（RPV）的剩余固壁在高温差、内压、熔池重量等的作用下可能发生蠕变失效。本文以CPR1000 RPV为研究对象,基于FLUENT软件二次开发求解反应堆压力容器下封头烧蚀温度场,然后基于ANSYS Workbench开展耦合CFD-FEM力学分析,求解严重事故下RPV烧蚀温度场稳定后72 h内的等效应力、等效塑性应变和等效蠕变应变,并评估了RPV的蠕变失效风险。结果表明：当堆坑注水等措施投运后,RPV剩余固壁在72 h内不会发生蠕变失效和塑性变形失效,有效卸压可明显提升RPV结构完整性的安全裕度。     

10CrMo910和316不锈钢的时间相关失效评定曲线

对10CrMo910和316不锈钢进行了总计约1万小时的蠕变拉伸试验、得到了材料的等时应力应变曲线和时间相关失效评定曲线,并给出了长时蠕变情况下的时间相关失效评定曲线方程。     

ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程解析与讨论

ASME 2021版规范提供了316H不锈钢的高温蠕变本构方程。基于正确使用本构方程进行高温设备应变和蠕变损伤评价的目的，本文解析了其各项的物理意义，分析了其关键参数对温度和应力的敏感性，对比了其预测值与ASME规范等时应力应变曲线数据。结果表明：该本构方程由快速瞬态、瞬态和稳态蠕变项来描述蠕变第一、第二阶段，其适用性受蠕变第三阶段起始时间和应力范围的限制，同时方程中快速瞬态蠕变速率常数存在勘误；方程在1 000℉(华氏温度)下所得应变较规范等时应力应变曲线更大，致使应变预测结果相对保守。因此，在满足ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程适用性的前提下，可采用其评价高温设备在950、1 050、1 150℉下的结构完整性，而1 000℉下的相对保守。     

高温含缺陷结构与时间相关的失效评定图

针对高温含缺陷结构的稳态蠕变情况,在裂纹扩展控制参量JT积分的基础上建立了一个与时间相关的失效评定图,给出了与之相关的参量Kr、Lr、Lr^max,σ0.2^3以及等时应力应变曲线的定义和确定方法,详细讨论了材料的蠕变断裂韧性Kmat^c的试验测定方法、参数估算法以及图算法,并据此建立了2．25CrlMo钢—系列的高温失效评定曲线研究结果表明：当环境温度低于材料蠕变温度时．服役时间对2．25CrlMo钢的高温失效评定曲线影响不大,可以采用R6的通用失效评定曲线进行粗略评定;当环境温度高于材料蠕变温度时,服役时间越长、温度越高高温失效评定曲线与R6通用失效评定曲线相比变化越大．这时必须采用与时间相关的失效评定图。     

12Cr-1.5W-0.6Si合金管材长期高温蠕变性能研究

为获得铁素体/马氏体合金的高温蠕变性能，采用蠕变试验装置对12Cr-1.5W-0.6Si合金管材开展了450、500和550℃在空气环境下的蠕变试验，获得了蠕变时间-应变曲线和稳态蠕变速率。研究表明：合金的应力指数较高，通过引入门槛应力获得真实应力指数，其蠕变机制是位错攀移机制；经过550℃、160MPa、3145 h蠕变试验后，第二相仍沿晶界分布，但合金出现了板条晶粒宽化、第二相颗粒粗化现象，且长时间蠕变对微观组织的影响更为显著。     

熔融物堆内滞留条件下RPV长期结构完整性分析

熔融物反应堆压力容器(RPV)内滞留(IVR)是三代核电厂重要的严重事故缓解措施，而防止RPV的热工失效和结构失效是实现IVR的前提。本文建立考虑内壁面熔蚀的RPV有限元模型，在温度场分析的基础上，开展蠕变计算，得到不同时刻下的应力应变响应，通过选取典型评定路径并利用基于Larson-Miller参数的累积损伤理论进行蠕变损伤计算及评价。分析结果表明：在考虑一定内压的IVR条件下，RPV不会发生蠕变断裂，长期结构完整性可保证。本文的研究方法可为后续核电厂RPV在IVR条件下的结构完整性分析提供参考。     

钍基熔盐堆回路管道蠕变疲劳分析和评定研究

钍基熔盐堆(TMSR)回路管道的运行温度大于500℃,需要采用高温反应堆的评定准则来进行评定。对于高温管道需对其进行应力、应变及蠕变-疲劳分析来保证其完整性。传统的方法是采用ANSYS软件建立有限元模型来进行蠕变-疲劳分析,耗时费力。本文采用PIPESTRESS软件对TMSR回路管道进行评定。分析结果表明:通过引入应力指数,对PIPESTRESS软件的计算结果进行处理,可以完成回路管道蠕变-疲劳分析的快速评定。在TMSR回路管道分析中,该方法省时省力,是一种更加实用和有效的方法。     

应力循环下T225NG合金塑性累积行为研究

对应力循环下T225NG合金的塑性累积行为进行了试验研究,提出了预测棘轮饱和应变的本构关系及描述棘轮应变演化规律的指数型演化方程。讨论了蠕变效应对T225NG合金棘轮行为的影响．结果表明．应力幅越低,循环蠕变分量在塑性累积中的贡献越大。     

AL6XN超级奥氏体钢的高温蠕变及疲劳行为研究

研究了AL6XN超级奥氏体钢在650～750℃和120～220MPa应力水平下的高温蠕变特性,以及300和600℃不同恒应变幅值条件下的疲劳特性。结果表明,AL6XN具有优越的高温蠕变抗力,其蠕变激活能Q为327kJ/mol,蠕变应力指数为5.23。结合变形微结构观察结果表明,AL6XN的蠕变机制为位错攀移和滑移机制。在一定应变量下,AL6XN在600℃时疲劳试验的应力水平高于300℃的应力水平,同时随着应变量的增加和温度的升高,其疲劳寿命显著降低;600℃疲劳试验后仅形成位错缠结,疲劳裂纹扩展断口存在典型的疲劳辉纹,无明显二次裂纹。以上结果表明,AL6XN疲劳裂纹扩展行为与其动态应变时效有关。     

基于孔洞长大理论的多轴蠕变设计模型及其工程应用

多轴蠕变是高温构件失效的重要原因,工程设计中必须予以考虑.本文介绍了以孔洞长大理论为基础的多轴蠕变设计方法;探讨了孔洞长大的基本原理;讨论了基于该理论的5个常用模型;分析了这些模型在R5、ASME III、RCC-MR 及VGB-R 509L 中的应用,指出了高温构件多轴蠕变设计的困难,并对进一步的工作提出了建议.     

316不锈钢蠕变-疲劳交互作用试验研究

开展了316不锈钢具有保载时间的蠕变-疲劳交互试验、先疲劳后蠕变以及先蠕变后疲劳的蠕变-疲劳交互试验。在试验数据的基础上,对316不锈钢的蠕变-疲劳交互特性进行分析,采用蠕变、疲劳损伤的线性累积原理对蠕变-疲劳交互后的寿命予以评价。结果表明,先疲劳后蠕变的交互方式对寿命的削减作用最大,其次是具有保载时间的交互方式,而先蠕变后疲劳的交互方式则有助于寿命的延长。针对这一结果采用扫描电子显微镜对试件断口进行观察,从微观角度对试验结果予以解释。     

Metallographie Observations on Creep Deformation of Magnox AL80

A study, with emphasis on metallographic observations, has been made on the creep deformation of Magnox AL 80 at 250°, 300°, 350° and 400°C.

The creep deformation at 250°C is quite different from those at 300°C and above. With deformation at 250°C, grains break clown into cells, that are marked and are smaller in size nearer the grain boundaries. This phenomenon however cannot be observed in specimens subjected to creep at higher temperatures. Wavy grain boundaries, caused by uneven migration, are seen at 250°C, while projection of grain boundaries, caused by localized migration, often occurs at higher temperatures.

It is thought that creep cavities are nucleated at the tips of the ripples and projections of the grain boundary, which act like jogs and triple points.     

加Sn对AgInCd压缩蠕变行为影响

采用现有RDL-50型拉伸蠕变试验机,改装部分试验装置后研究Ag In Cd合金加Sn前后在300~400℃温度及12~30 MPa应力范围内的压缩蠕变行为。根据试验结果详细分析稳态速率与温度、应力的关系,计算应力指数n和蠕变激活能Qa;并根据透射电子显微镜结果探讨合金的压缩蠕变机制。结果表明:随温度和应力水平的升高,合金的稳态蠕变速率增加。加Sn后,Ag In Cd对应力敏感性更大,且在任一应力下激活能更高,其抗蠕变性能较好。根据计算,300、350、400℃条件下,加Sn与不加Sn合金的蠕变应力指数n分别为9.41、8.07、9.48和3.31、4.10、5.77;12、18、24 MPa条件下,加Sn与不加Sn合金的蠕变激活能Qa分别为147.9、126.9、149.9 k J/mol和68.1、103.7、131.6 k J/mol。微观形貌以层错为主,300℃的主要蠕变机制为孪生,400℃的主要蠕变机制为位错攀移生成位错墙。     

Study on Tensile and Creep Property of Zr Alloy

<正>Zirconium alloy has small thermal neutron absorption cross section,good mechanical properties and thermal conductivity,so it is often used as structural materials in reactor core.Be-cause of its severe service conditions and important impact on the safety of the reactor,it is necessary to understand its high temperature mechanical properties in detail when developing anew zirconium alloy for reactor.     

严重事故下反应堆压力容器材料高温蠕变研究进展

介绍了近年来在假想堆芯熔化严重事故下国内外反应堆压力容器材料高温蠕变行为的研究进展及现状,着重阐述了在材料高温蠕变试验、缩比模型试验和数值模拟等方面取得的成果,并提出了目前存在的问题及未来的发展方向。