一种适用于不连续区域的结构断裂评估处理方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于不连续区域的结构断裂评估处理方法，方法包括以下步骤：S1、基于待评估的不连续区域的材料特性和几何特性，利用计算机建立有限元分析模型，并作数值仿真分析，获得不连续区域应力计算影响函数；S2、对待评估的不连续区域进行缺陷的类型及其形状参数的规则化处理，以确定缺陷位置沿壁厚方向分布的应力特性，再计算裂纹前沿断裂参量；S3、将步骤S2中裂纹前沿断裂参量的计算结果与行业评估标准中的评价准则进行比较，进行结构弹塑性断裂评价。本发明专利技术实现了工程快速、精确评价的技术需求，相关技术可应用于核电厂关键设备的在线安全监测和具有相关的快速评估技术需求的情况中。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于不连续区域的结构断裂评估处理方法
本专利技术涉及核电厂设备的在线安全监测领域，尤其涉及一种适用于不连续区域的结构断裂评估处理方法。
技术介绍
反应堆压力容器(ReactorPressureVessel，以下简称RPV)、蒸气发生器等核电厂关键部件是核安全一级部件，在服役过程中，由于受到劣化的影响，同时在制造、安装、服役过程中又会不可避免的出现缺陷，这些因素都将对核电厂的安全运行产生严重的影响。同时，在这些部位的结构不连续区域存在明显的应力集中，因此，需要对关键设备的结构不连续区域的可靠性做出精确的评定。目前，核电厂设计和在役评估规范中主要给出结构连续区域的安全评价方法，对于反应堆压力容器(RPV)、蒸气发生器等设备的结构不连续区域通常需要建立复杂的有限元模型，对瞬态载荷进行应力场和裂纹前沿的断裂参量计算。通常，建立结构不连续区域的有限元模型，特别时含缺陷的有限元模型，不仅耗时，而且对相关技术人员的专业知识要求也高，不利于工程化的应用。基于影响函数法的应力场响应计算技术已得到了广泛的发展，目前主要应用于热冲击载荷作用下结构的应力响应特性的分析(避免了热-机械耦合的复杂计算过程)，相关技术的评估精度已满足工程化的技术需求。对于结构连续区域，基于影响因子和应力分布特性可以快速计算出裂纹前沿的断裂参量(避免了建立含缺陷有限元模型的分析过程)。但是，反应堆压力容器(RPV)、蒸气发生器等结构不连续区域的断裂安全评估中需要参考核电领域的通用技术规范要求，如何将影响函数法计算结构应力、影响因子计算结构断裂参量和核电厂关键设备的断裂安全评价相互结合应用是一个技术难点。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要提供一种适用于不连续区域的结构断裂评估处理方法，本专利技术基于影响函数快速计算结构不连续区域的应力特性，并采用影响因子方法计算裂纹前沿的断裂参量，进行结构不连续区域的断裂快速评估，实现了工程快速、精确评价的技术需求，相关技术可应用于核电厂关键设备的在线安全监测和具有相关的快速评估技术需求的情况中。技术方案如下：提供了一种适用于不连续区域的结构断裂评估处理方法，包括以下步骤：S1、基于待评估的不连续区域的材料特性和几何特性，利用计算机建立有限元分析模型，并对所述有限元模型进行数值仿真分析，获得不连续区域应力计算影响函数；S2、对所述待评估的不连续区域进行缺陷的类型及其形状参数的规则化处理，以确定缺陷位置，并获得所述缺陷位置沿壁厚方向分布的应力特性，再基于步骤S1中的影响函数计算裂纹前沿断裂参量；S3、将步骤S2中所述裂纹前沿断裂参量的计算结果与行业评估标准中的评价准则进行比较，若所述计算结果不满足所述评价准则，则所述计算机获取所述待评估的不连续区域的位置信息，根据所述位置信息在数据库中匹配相应联系人信息，并启动通信模块以向对应的联系人发送提示消息。进一步地，所述材料特性包括材料的导热系数、热膨胀系数、比热容、密度、弹性模量、泊松比、屈服强度和抗拉强度中的一种或多种参数随温度的变化关系；所述几何特性至少包含至不连续区域的边界距离，所述边界距离通过以下公式计算：其中，R为不连续区域的内径，d为不连续区域的壁厚。进一步地，所述不连续区域应力计算影响函数的计算公式如下：其中，σ(P,t)为任意冲击载荷作用时刻t(s)、任意位置P的应力场数据，F0(P)为影响函数的稳态部分，φ(t)为t时刻的局部温度，Tref为参考温度，为标准化的影响函数，γ为积分时间，为曲线在积分时间间隔t-τi+1与t-τi之间的积分面积；对所述应力计算影响函数进行线性叠加，得到以下公式：其中，n为分段线性函数个数，G0(P)为F0(P)的线性叠加函数，φ(t)为t时刻的局部温度，Tref为参考温度，为的线性叠加的积分面积，通过以下公式计算：其中，φ(τi)为τi时刻的局部温度，φ(τi+1)为τi+1时刻的局部温度。进一步地，所述应力计算影响函数计算任意冲击载荷作用时刻t(s)、任意位置P的应力场数据时，所述时间间隔取值范围为1～5s。进一步地，步骤S2中所述缺陷的类型及其形状参数的规则化处理是指根据无损检测确定评估时的裂纹信息，所述裂纹信息包含缺陷位置、缺陷深度、缺陷形状信息。进一步地，步骤S1中所述有限元分析模型在不连续区域壁厚方向的有限元单元数量为至少8个；所述缺陷位置沿壁厚方向分布的应力特性是根据所述不连续区域应力计算影响函数计算不连续区域壁厚方向上至少8个有限元单元位置的应力变化过程，并将每个时刻的应力变化过程依据以下方程拟合得到应力分析特性曲线：其中，A0、A2和A3为拟合系数，x为壁厚方向上的拟合数值，a为壁厚尺寸。进一步地，步骤S2中计算裂纹前沿断裂参量的公式如下：其中，KI是应力强度因子，C0、C1、C2和C3为影响系数。进一步地，影响系数C0、C1、C2和C3分别为0.723、0.551、0.462和0.408。进一步地，步骤S3中所述行业评估标准中的评价准则为KI≤KIC/SF，其中，KI是作为裂纹前沿断裂参量的应力强度因子，KIC是材料的断裂韧性，SF为安全系数。进一步地，步骤S1中所述应力计算影响函数是指基于输入数据建立的结构在单元载荷冲击作用下的响应特征曲线，所述响应特征曲线包含结构的材料特性、几何特性和载荷特性数据。本专利技术具有下列优点：a.核电设备上不连续区域在发生不满足行业评估标准中的评价准则的情况下，及时提醒负责人作出处理，实现在线安全监测；b.影响函数快速计算结构不连续区域的应力特性，提高了基于有限元模型计算结构应力的效率；c.提供了采用影响因子方法计算裂纹前沿的断裂参量方法，为核电厂典型设备结构不连续区域的断裂安全评价提供了依据，避免了建立含缺陷有限元模型的技术需求；d.提供了工程快速化和精确的结构不连续区域断裂快速评估方法，从而保障了核电厂关键设备的安全运行性能。附图说明图1是本专利技术实施例提供的结构断裂评估方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的管嘴位置分析的有限元模型示例图；图3为本专利技术实施例提供的单元参考瞬变影响函数示意图；图4为本专利技术实施例提供的结构不连续区(管嘴)的裂纹规则化示意图；图5为本专利技术实施例提供的分析案例的示例有限元模型；图6为本专利技术实施例提供的分析案例某时刻的应力分布示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于不连续区域的结构断裂评估处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、基于待评估的不连续区域的材料特性和几何特性，利用计算机建立有限元分析模型，并对所述有限元模型进行数值仿真分析，获得不连续区域应力计算影响函数；/nS2、对所述待评估的不连续区域进行缺陷的类型及其形状参数的规则化处理，以确定缺陷位置，并获得所述缺陷位置沿壁厚方向分布的应力特性，再基于步骤S1中的影响函数计算裂纹前沿断裂参量；/nS3、将步骤S2中所述裂纹前沿断裂参量的计算结果与行业评估标准中的评价准则进行比较，若所述计算结果不满足所述评价准则，则所述计算机获取所述待评估的不连续区域的位置信息，根据所述位置信息在数据库中匹配相应联系人信息，并启动通信模块以向对应的联系人发送提示消息。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于不连续区域的结构断裂评估处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于待评估的不连续区域的材料特性和几何特性，利用计算机建立有限元分析模型，并对所述有限元模型进行数值仿真分析，获得不连续区域应力计算影响函数；
S2、对所述待评估的不连续区域进行缺陷的类型及其形状参数的规则化处理，以确定缺陷位置，并获得所述缺陷位置沿壁厚方向分布的应力特性，再基于步骤S1中的影响函数计算裂纹前沿断裂参量；
S3、将步骤S2中所述裂纹前沿断裂参量的计算结果与行业评估标准中的评价准则进行比较，若所述计算结果不满足所述评价准则，则所述计算机获取所述待评估的不连续区域的位置信息，根据所述位置信息在数据库中匹配相应联系人信息，并启动通信模块以向对应的联系人发送提示消息。


2.根据权利要求1所述的结构断裂评估处理方法，其特征在于，所述材料特性包括材料的导热系数、热膨胀系数、比热容、密度、弹性模量、泊松比、屈服强度和抗拉强度中的一种或多种参数随温度的变化关系；所述几何特性至少包含至不连续区域的边界距离，所述边界距离通过以下公式计算：

其中，R为不连续区域的内径，d为不连续区域的壁厚。


3.根据权利要求1所述的结构断裂评估处理方法，其特征在于，所述不连续区域应力计算影响函数的计算公式如下：

其中，σ(P,t)为任意冲击载荷作用时刻t(s)、任意位置P的应力场数据，F0(P)为影响函数的稳态部分，φ(t)为t时刻的局部温度，Tref为参考温度，为标准化的影响函数，γ为积分时间，为曲线在积分时间间隔t-τi+1与t-τi之间的积分面积；
对所述应力计算影响函数进行线性叠加，得到以下公式：

其中，n为分段线性函数个数，G0(P)为F0(P)的线性叠加函数，φ(t)为t时刻的局部温度，Tref为参考温度，为的线性叠加的积分面积，通过以下公式计算：

其中，φ(τi)为τi时刻的局部温度，φ(τi+1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春辉，池志远，安英辉，方奎元，陈明亚，余伟炜，薛飞，陈志林，高红波，黄平，张晏玮，
申请(专利权)人：岭澳核电有限公司，苏州热工研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44