一种压水堆一回路部件应力腐蚀断裂失效概率及置信区间计算方法技术

本发明专利技术提供一种压水堆一回路部件应力腐蚀断裂失效概率及置信区间计算方法，可以定量地对压水堆一回路设备的结构材料进行应力腐蚀断裂失效概率进行预测，为设备的维护提供参考，应用前景广泛；同时该方法过程简单，具有较高的计算效率，适用于工程应用，有利于提高压水堆核电厂的安全性和经济性。水堆核电厂的安全性和经济性。水堆核电厂的安全性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种压水堆一回路部件应力腐蚀断裂失效概率及置信区间计算方法


[0001]本专利技术属于压水堆结构可靠性分析
，具体涉及一种压水堆一回路部件应力腐蚀断裂失效概率及置信区间计算方法。

技术介绍

[0002]应力腐蚀开裂，是指部件在承受拉应力的情况下，金属在腐蚀介质中可能引起的一种破坏模式。应力腐蚀开裂导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。金属的应力腐蚀是个复杂的过程，金属结构中的腐蚀裂纹一旦形成则难以控制，设备的安全运行得不到保障，严重威胁结构的完整性和工作性能，因此是金属失效评估方面的重要内容。应力腐蚀断裂失效是金属材料的一种重要失效模式，应力腐蚀断裂失效的概率分析也是进行金属结构风险评估的重要组成部分。
[0003]压水堆一回路的设备长期处于高温高压的冷却剂环境中，有造成应力腐蚀断裂失效的可能性，严重威胁核电厂的安全性。目前核电厂出于安全考虑，设置冗余的安全设施应对应力腐蚀断裂失效造成的影响，降低了核电厂的经济性。建立一种压水堆一回路部件应力腐蚀断裂失效概率及置信区间计算方法，对设备进行应力腐蚀断裂失效概率计算，进而在设备失效前将其更换以提高核电厂的安全性和经济性，显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了提供一种压水堆一回路部件应力腐蚀断裂失效概率及置信区间计算方法。该方法能够定量地对压水堆一回路设备的结构材料进行应力腐蚀断裂失效概率进行预测。从而为压水堆核电厂一回路设备的维护提供参考，有利于提高压水堆核电厂的安全性和经济性。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：包括以下步骤：
[0006]步骤1，设置样本点个数，考虑到压水堆一回路部件材料属性等参数具有不确定性，需要通过随机抽样方法计算失效概率，只有在一定数量样本点的情况下才能使结果真实可信；
[0007]步骤2，根据计算部件的实际情况，确定压水堆一回路部件所承受的应力、温度和部件结构材料的屈服强度、断裂韧度、厚度、裂纹初始尺寸、裂纹横纵比等参数；
[0008]步骤3，在步骤2的基础上，将上述参数分为服从一定分布规律的不确定性参数和为定值的确定性参数，对于不确定参数，根据其分布规律随机抽取；
[0009]步骤4，联立应力强度因子K
I
计算公式和裂纹扩展速率经验关联式，并将步骤3中得到的参数代入可得到裂纹深度与裂纹扩展速率的微分方程，通过数值方法求解，可以得到裂纹深度与时间的关系；
[0010]步骤5，在步骤4的基础上，将不同时刻下的裂纹深度代入应力强度因子计算公式，得到应力强度因子和时间的关系；
[0011]步骤6，在步骤5的基础上，根据应力腐蚀断裂失效的准则和材料断裂韧度的分布规律，计算出不同时刻下的断裂失效概率；
[0012]步骤7，抽取一组输入参数，完成一次计算为一个样本，判断样本个数是否达到预先设置的个数，若未达到，则返回步骤2；
[0013]步骤8，观察失效概率均值是否趋于稳定，若未趋于稳定，则样本个数不足并返回步骤1，增加样本点个数；
[0014]步骤9，将每一个时刻下的失效概率绘制为失效概率频率直方图，观察每一个时刻下失效概率的分布形式；
[0015]步骤10，在步骤9的基础上，将每一个时刻下的失效概率通过数学方法变换，使变形后的失效概率频率分布直方图为正态分布形式；
[0016]步骤11，在步骤10的基础上，计算变形后失效概率的置信区间；
[0017]步骤12，在步骤11的基础上，将变形后失效概率置信区间通过数学方法转换为未变形时的失效概率置信区间。
[0018]进一步地，所述步骤4中，应力强度因子K
I
计算公式为：
[0019][0020]式中，R
p0.2
为材料屈服强度，MPa；
[0021]σ为拉应力，MPa；
[0022]a为裂纹深度，m；
[0023]b为材料厚度，m；
[0024]c为裂纹宽度，a/c称为纵横比；
[0025]裂纹扩展速率经验关联式为：
[0026][0027]式中，C和n为系数，与环境和材料有关。
[0028]进一步地，所述步骤6中，应力腐蚀断裂失效的准则为根据线弹性断裂力学理论的应力强度因子准则，根据应力腐蚀裂纹为I型裂纹的特点，当断裂韧度K
IC
<应力强度因子K
I
时，发生断裂失效，故断裂失效概率计算公式为：
[0029][0030]式中，f(x)为断裂韧度概率密度函数。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种压水堆部件在冷却剂条件下应力腐蚀断裂失效概率及其置信区间的计算方法，可以定量地对压水堆一回路设备的结构材料进行应力腐蚀断裂失效概率进行预测，为设备的维护提供参考，应用前景广泛；
同时该方法过程简单，具有较高的计算效率，适用于工程应用，有利于提高压水堆核电厂的安全性和经济性。
附图说明
[0032]图1为计算流程图；
[0033]图2为裂纹等效示意图；
[0034]图3为失效概率与样本个数示意图；
[0035]图4为某时刻失效概率频率分布直方图示意图；
[0036]图5为某时刻变形后失效概率频率分布直方图示意图；
[0037]图6为结果示意图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和实施例，对本专利技术进行详细说明。本具体实例为计算压水堆一回路某设备结构材料在冷却剂条件下的应力腐蚀断裂失效概率。
[0039]图1为计算流程图，如图1所示，本专利技术所述的压水堆一回路部件应力腐蚀断裂失效概率计算方法如下步骤：
[0040]步骤1，设置样本点个数，考虑到材料属性等参数具有不确定性，需要通过随机抽样方法计算失效概率，只有在一定数量样本点的情况下才能使结果真实可信，在具体实施例中，将样本点个数设置为N。
[0041]步骤2，根据计算部件的实际情况，确定部件所承受的应力σ、温度t、部件结构材料的屈服强度R
p0.2
、断裂韧度K
IC
、厚度B、裂纹初始尺寸a0、裂纹横纵比a/c等参数。考虑到上述参数存在不确定性，需要根据实际情况确定参数分布类型、分布范围、均值、方差等。对于无法确定分布类型的参数按照均匀分布处理。步骤3，在步骤2的基础上，将上述参数按照其分布规律抽取进行抽取，获得输入参数的样本集σ
i
、t
i
、(R
p0.2
)
i
、B
i
、(a0)
i
、(a/c)
i
，其中i为样本集的标号，1≤i≤N。。
[0042]步骤4，本具体实施例选用的裂纹扩展经验关联式为(Terachi T,Yamada T,Miyamoto T,et al.SCC growth behaviors of austenitic stainless steels本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压水堆一回路部件应力腐蚀断裂失效概率及置信区间计算方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：根据压水堆一回路部件材料属性设置样本点个数；步骤2：确定压水堆一回路部件所承受的应力、温度和部件结构材料的屈服强度、断裂韧度、厚度、裂纹初始尺寸、裂纹横纵比；步骤3：在步骤2的基础上，将上述参数分为服从一定分布规律的不确定性参数和为定值的确定性参数，对于不确定参数，根据其分布规律随机抽取；步骤4：联立应力强度因子K
I
计算公式和裂纹扩展速率经验关联式，并将步骤3中得到的参数代入可得到裂纹深度与裂纹扩展速率的微分方程，通过数值方法求解，得到裂纹深度与时间的关系；步骤5：在步骤4的基础上，将不同时刻下的裂纹深度代入应力强度因子计算公式，得到应力强度因子和时间的关系；步骤6：在步骤5的基础上，根据应力腐蚀断裂失效的准则和材料断裂韧度的分布规律，计算出不同时刻下的断裂失效概率；步骤7：抽取一组输入参数，完成一次计算为一个样本，判断样本个数是否达到预先设置的个数，若未达到，则返回步骤2；步骤8：观察失效概率均值是否趋于稳定，若未趋于稳定，则样本个数不足并返回步骤1，增加样本点个数；步骤9：将每一个时刻下的失效概率绘制为失效概率频率直方图，观察每一个时刻下失效概率的分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：程杰，孔德岩，刘旭，王建军，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：