含局部减薄缺陷安全端异种金属焊接接头极限载荷研究.doc

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1、含局部减薄缺陷安全端极限载荷研究目录目录21绪论31.1研究背景及意义31.2极限载荷的研究方法31.2.1确定极限载荷的方法41.2.2确定极限载荷的准则41.3含缺陷安全端异种金属焊接接头极限载荷研究42安全端极限载荷研究62.1安全端结构与材料参数62.2安全端有限元计算模型72.3安全端应力分析102.4安全端极限载荷确定143含局部减薄缺陷安全端极限载荷研究——局部减薄缺陷位于安全端异种金属焊接接头173.1有限元模型173.2极限载荷的确定方法183.3应力分析193.4极限载荷研究474含局部减薄缺陷安全端极

2、限载荷研究——局部减薄缺陷位于安全端接管座564.1有限元模型564.2极限载荷的确定方法584.3应力分析584.4极限载荷研究865总结961绪论1.1研究背景及意义随着能源供应的日益紧张，世界各国对自身的能源供应及安全问题越来越重视，核电终于打破了多年的沉寂，以其安全良好的运行业绩以及清洁环保的因素逐渐受到了广泛的重视。从长远看，要解决我国能源长期增长需要，特别是东部沿海地区的能源问题，并从根本上改善环境，减轻交通运输负担，促进经济长期持续稳定的发展，还须利用核能发展核电。核安全是核电发展的生命线，不能有丝毫马虎，前

3、苏联的切尔诺贝利和美国三哩岛核电事故给人们敲响警钟。目前关于核承压设备结构的设计及寿命和可靠性评价的理论基础和技术方法仍有许多不完善之处。第三代API000机组容量的增大和系统简化使蒸汽发生器和反应堆压力容器等重要部件单体尺寸增加，重量增加，加工精度要求提高，并且设计寿命延长到60年。这对国内制造业是一个挑战，所带来的影响将贯穿从材料、工装设备更新、制造工艺、精度保证、过程检验、质量评价等整个制造过程。这种第三代API000的新设备结构，新材料及新制造工艺等对安全可靠性所带来的影响还不清楚，而且国内外还没有实际长时间运行第

4、三代核电机组的经验，缺乏实际服役中与设备安全可靠性相关的现象和数据。因此如何保证和评价所制造的AP1000的蒸汽发生器和反应堆压力容器等重要部件的安全可靠性并预测其服役寿命是第三代核电设备国产化中遇到的关键技术问题之一。焊接是核承压设备制造中的关键工艺，在蒸汽发生器和反应堆压力容器中含有大量的焊接接头。这些接头存在化学成分，组织结构和力学性能的不均匀性及残余应力，在几何上也存在不连续性，并在加工制造中容易产生各种冶金缺陷。是结构发生破坏的薄弱环节。尤其是核电一回路安全端异种金属焊接接头结构中的缺陷对安全构成很大威胁，如何准

5、确评价这些缺陷的安全性，是需要研究的重要课题。核电回路承压设备安全端异种钢焊接接头是一种特殊的焊接结构，涉及反应堆一回路压力边界，属于核安全重点关注部位。1.2极限载荷的研究方法对于由理想弹塑性材料制成的构件或结构，当外载达到一定值时，即使载荷不再增加，塑性变形仍可继续增长，这种状态称为极限状态，而这种状态所对应的载荷被称为极限载荷。由于材料在进入塑性变形阶段后，其应力－应变关系是非线性的，这种非线性计算在求解时往往会遇到数学上的困难。为了避免这些困难，在工程实践中往往采用近似的方法，即只计算结构的极限载荷而不考虑其变形过

6、程，这种方法叫极限分析方法。与常规计算相比，极限分析更能反映结构的性能，进一步发挥材料的潜能。1.2.1确定极限载荷的方法目前的研究和工程应用中，确定极限载荷的方法主要有以下几种：(1)塑性极限定理(2)弹塑性有限元法(3)试验法1.2.2确定极限载荷的准则极限载荷的定义是基于材料是理想塑性体前提之上的，且仅考虑小变形的情况。事实上，由于材料的应变硬化效应和几何的强化及弱化效应，理想的极限状态是很少发生的。为此，确定真实结构的极限载荷采用什么样的准则成为工程界十分关心的问题，并提出了许多准则。WRCBulletin254对

7、极限载荷的力学概念进行了阐述，并总结了求取极限载荷的若干准则如下：(1)切线交点准则(2)塑性模量准则(3)0.2%残余应变准则(4)两倍弹性变形准则(5)Demir-Drucker准则(6)两倍弹性斜率准则(7)三倍δ准则(8)塑性功准则(9)零曲率准则1.3含缺陷安全端异种金属焊接接头极限载荷研究在美国ASME标准第XI卷，涉及核电设备缺陷评定的附录C中，提出了基于允许缺陷深度的核电管道的缺陷评定方法。在这一方法中，将安全端异种金属焊接接头中的缺陷简化为直管处理。与均匀单一材料制造的直管相比，安全端具有复杂的几何结构和

8、焊接坡口；由包括两种母材、两种焊缝及其热影响区和界面的复杂材料所构成；并工作在一回路的高温高压含氧水介质中，承受包括内压、弯曲、自重、热应力、残余应力、温度和压力波动引起的交变应力、地震动载等复杂载荷。简化为直管的评定未能充分考虑这些复杂性，给评定结果可能带来变数。目前还没有用于安全端接管这种特定复杂结