核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法技术

本发明专利技术是一种核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法，尤其涉及承压设备的断裂韧性分析的方法，属于核电及化工机械承压领域，为解决目前压力容器断裂防止方法没有明确的判断和计算方法的问题；本发明专利技术包括该方法采用线弹性断裂力学理论，即将带裂纹的线弹性体裂纹尖端附近应力场的数值和分布与可能导致非延性失效的裂纹尺寸相关联的分析方法，是裂纹扩展时材料的断裂韧性﹑裂纹缺陷尺寸和应力水平三者之间的数值关系；本发明专利技术可以对每时每刻的载荷进行分析判断，提高计算的准确性，并开发相应的计算软件，提高经济性和计算效率。

【技术实现步骤摘要】
核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法
本专利技术是一种核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法,尤其涉及承压设备的断裂韧性分析的方法，属于核电及化工机械承压领域。
技术介绍
对于目前压力容器断裂防止方法，还没有明确的判断和计算方法，国内普遍采用GB/T150中从选材及低温低应力工况，从设计上防止低温脆断的方法，并没有从数值模拟上判断是否有发生断裂的可能；国外标准中只是在运行定期检查时提出检查结果与载荷数值的简单断定裂纹是否扩展，来判定设备的失效，并没有从设计源头上加以考虑和给出建议结果。基于理论与国外标准及设计经验相结合的方法，研究出一套比较保守的防止断裂的方法，进而经过计算也可以设计出合理的结构壁厚，即满足结构强度要求，也能满足防止脆断的发生。采用原理：是线弹性断裂力学理论，即将带裂纹的线弹性体裂纹尖端附近应力场的数值和分布与可能导致非延性失效的裂纹尺寸相关联的分析方法，是裂纹扩展时材料的断裂韧性﹑裂纹缺陷尺寸和应力水平三者之间的数值关系。用于以防止应力在低温时产生的断裂，采用应力场作用于结构的名义应力得到，在一般的应力场中，按裂纹的位置与应力之间的关系，可将裂纹附近的应力场按裂纹表面变形情况分为张开型、滑开型及撕裂型，压力容器的脆性断裂主要为张开型，也就是本专利的研究对象。
技术实现思路
为解决目前压力容器断裂防止方法没有明确的判断和计算方法的问题，本专利技术提出一种核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法，具体方法步骤如下：步骤一，提取待测几何模型的主要壁厚的坐标点数据，并建立有限元模型；步骤二，提取分析边界机械瞬态载荷，同时对边界温度瞬态载荷进行判断；步骤三，对步骤二的提取分析结果的数据进行整合；步骤四，采用理论公式计算参考临界应力强度因子KIC和计算参考临界应力强度因子KIR；步骤五，分别计算轴向和环向的一次薄膜拉伸应力强度因子KIm，并判断结构是否连续；步骤六，按工况计算安全系数F，并首先判断结果是否小于KIC，其次判断是否小于KIR，若是则证明待测所述的几何模型结构设计壁厚合理；步骤七，根据步骤六判断不符合条件，则进行参数修改重新返回至步骤一，或计算允许的缺陷尺寸，并将结果汇总至风险评估报告，用于提示有关人员用于定期检查。进一步地，在步骤一中，关于待测几何模型的主要壁厚数据，针对热分析提取结果路径下提取数据，具体步骤细化为：步骤一一，提取热分析计算结果，首先如果线性化路径与总体坐标系一致，在总体坐标系下提取，否则需要旋转坐标；步骤一二，提取结构分析结果，与步骤一一相同，判断是否需要旋转坐标。进一步地，定义待测几何模型的位置宽度为T，分以下两种情况进行提取数据步骤：第一种情况，对于改变旋转坐标，在新的坐标系下：(1)当100mm≤T≤300mm时，则步骤为：步骤a1，提取内外T/4处的温度值；步骤a2，在小于T/4厚度范围内提取至少四对厚度处的Z向和Y向的总应力分量值；步骤a3，提取内外T/4处的时刻值；步骤a4，将路径宽度线性化；步骤a5，提取内外T/4处的轴向和环向的薄膜应力和弯曲应力；(2)当25mm≤T<100mm时，则同样进行步骤a1-a5，将T/4用25mm代替；第二种情况，不改变坐标系的前提下：(1)当100mm≤T≤300mm时，则步骤为：步骤b1，提取内外T/4处的温度值；步骤b2，在小于T/4厚度范围内提取至少四对厚度处的Z向和Y向的总应力分量值；步骤b3，提取内外T/4处的时刻值；步骤b4，将路径宽度线性化；步骤b5，提取内外T/4处的轴向和环向的薄膜应力和弯曲应力；(2)当25mm≤T<100mm时，则同样进行步骤b1-b5，将T/4用25mm代替；进一步地，所述的热分析提取结果路径下提取数据，其中，结构连续区结构温度结果提取具体操作步骤如下：第一种情况，关于改变旋转坐标，在新的坐标系下：(1)当T≥100mm时，则步骤为：步骤c1，提取内外表面T/4处的Z向和Y向的薄膜应力值；步骤c2，提取内外T/4处的时刻值；步骤c3，将路径宽度线性化；(2)当25mm≤T<100mm时，则步骤为：步骤d1，提取内外表面25mm处的Z向和Y向薄膜应力值；步骤d2，提取内外25mm处的时刻值；步骤d3，将路径宽度线性化；第二种情况，不改变坐标系的前提下：(1)当T≥100mm时，则步骤为：步骤e1，提取内外表面T/4处的Z向和Y向的薄膜应力值；步骤e2，提取内外T/4处的时刻值；步骤e3，将路径宽度线性化；(2)当63mm<T<100mm时，则步骤为：步骤f1，提取内外表面25mm处的Z向和Y向薄膜应力值；步骤f2，提取内外25mm处的时刻值；步骤f3，将路径宽度线性化；进一步地，所述的热分析提取结果路径下提取数据，其中，结构不连续区温度结果提取具体操作步骤如下：(1)当T≥100mm时，则步骤为：步骤g1，提取内外表面T/4处的Z向和Y向的薄膜应力值；步骤g2，提取内外T/4处的时刻值；步骤g3，将路径宽度线性化；(2)当63mm<T<100mm时，则步骤为：步骤h1，提取内外表面25mm处的Z向和Y向薄膜应力值；步骤h2，提取内外25mm处的时刻值；步骤h3，将路径宽度线性化。本专利技术的有益效果体现在：对于多瞬态工况提供一套比较经济适用的分析方法，该方法采用线弹性断裂力学理论，即将带裂纹的线弹性体裂纹尖端附近应力场的数值和分布与可能导致非延性失效的裂纹尺寸相关联的分析方法，是裂纹扩展时材料的断裂韧性﹑裂纹缺陷尺寸和应力水平三者之间的数值关系；一、比较保守的计算结构是在交变温度瞬态载荷下和交变机械瞬态载荷下，共同作用时，结构是否发生裂纹或裂纹扩展；二、在市场经济利益与成本基础上，设计合理经济的结构尺寸，并将可能发生裂纹的部位及尺寸提前预判给用户，提醒用户做定期检查；三、对于高压低温重要设备，按安全等级及危害程度，从断裂韧性方向给出合理的结构和壁厚；四、对于低压高温设备，在满足基本强度的条件下，可以较少局部结构壁厚，以减少二次应力成分，防止断裂发生(增加壁厚的同时，也提高了断裂发生的概率)。五、可以对每时每刻的载荷进行分析判断，提高计算的准确性，并开发相应的计算软件，提高经济性和计算效率。附图说明图1为核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法原理流程图；图2为假想缺陷深度与界面尺寸的关系图；图3为实际应用假想缺陷示意图；其中A部分为YZ平面内的缺陷，应力取X向(环向缺陷)，B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法，其特征在于：具体方法步骤如下：/n步骤一，提取待测几何模型的主要壁厚的坐标点数据，并建立有限元模型；/n步骤二，提取分析边界机械瞬态载荷，同时对边界温度瞬态载荷进行判断；/n步骤三，对步骤二的提取分析结果的数据进行整合；/n步骤四，采用理论公式计算参考临界应力强度因子K

【技术特征摘要】
1.核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法，其特征在于：具体方法步骤如下：
步骤一，提取待测几何模型的主要壁厚的坐标点数据，并建立有限元模型；
步骤二，提取分析边界机械瞬态载荷，同时对边界温度瞬态载荷进行判断；
步骤三，对步骤二的提取分析结果的数据进行整合；
步骤四，采用理论公式计算参考临界应力强度因子KIC和计算参考临界应力强度因子KIR；
步骤五，分别计算轴向和环向的一次薄膜拉伸应力强度因子KIm，并判断结构是否连续；
步骤六，按工况计算安全系数F，并首先判断结果是否小于KIC，其次判断是否小于KIR，若是则证明待测所述的几何模型结构设计壁厚合理；
步骤七，根据步骤六判断不符合条件，则进行参数修改重新返回至步骤一，或计算允许的缺陷尺寸，并将结果汇总至风险评估报告，用于提示有关人员用于定期检查。


2.根据权利要求1所述的核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法，其特征在于：在步骤一中，关于待测几何模型的主要壁厚数据，针对热分析提取结果路径下提取数据，具体步骤细化为：
步骤一一，提取热分析计算结果，首先如果线性化路径与总体坐标系一致，在总体坐标系下提取，否则需要旋转坐标；
步骤一二，提取结构分析结果，与步骤一一相同，判断是否需要旋转坐标。


3.根据权利要求2所述的核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法，其特征在于：定义待测几何模型的位置宽度为T，分以下两种情况进行提取数据步骤：
第一种情况，对于改变旋转坐标，在新的坐标系下：
(1)当100mm≤T≤300mm时，则步骤为：
步骤a1，提取内外T/4处的温度值；
步骤a2，在小于T/4厚度范围内提取至少四对厚度处的Z向和Y向的总应力分量值；
步骤a3，提取内外T/4处的时刻值；
步骤a4，将路径宽度线性化；
步骤a5，提取内外T/4处的轴向和环向的薄膜应力和弯曲应力；
(2)当25mm≤T<100mm时，则同样进行步骤a1-a5，将T/4用25mm代替；
第二种情况，不改变坐标系的前提下：
(1)当100mm≤T≤300mm时，则步骤为：
步骤b1，提取内外T/4处的温度值；
步骤b2，在小于T/4厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟力波，刘艳鹏，邱砚明，徐树林，徐文吉，范业娇，
申请(专利权)人：哈电发电设备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23