一种用于核电厂管道的疲劳寿命估算方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于核电厂管道的疲劳寿命估算方法，该方法包括：S1：测量管道外壁温度；S2：计算管道内壁温度场信息；S3：统计有效载荷循环次数，确定交变应力，修正S-N曲线；S4：计算疲劳使用系数，修正疲劳使用系数；S5：估算疲劳寿命。实施本发明的有益效果是，帮助设计人员掌握核电厂热疲劳环境下的相关数据，根据估算的疲劳寿命优化运行规程和检修大纲，挖掘核电厂管道的设计安全裕度，为电厂定期审核或延寿提供数据支持。
【专利说明】—种用于核电厂管道的疲劳寿命估算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核电【技术领域】，更具体地说，涉及一种用于核电厂管道的疲劳寿命估算方法。
【背景技术】
[0002]在核电厂中，管道的疲劳寿命是评价其质量的重要指标之一，为了保证管道固有的可靠性，在设计疲劳寿命时，如何避免疲劳失效是广大工程技术人员普遍关注的问题。
[0003]疲劳失效是指材料在循环载荷作用下，局部高应力部位损伤逐渐积累，经一定循环次数后形成裂纹或裂纹在循环载荷作用下不断扩展导致发生完全断裂的失效形式，它是核电厂管道失效的主要形式之一，严重时甚至可造成电厂非计划停堆。
[0004]确定疲劳寿命的分析法是依据材料的疲劳性能，对照管道所受到的载荷历程，按分析模型来确定管道的疲劳寿命。任何一个疲劳寿命分析方法都包含有三部分的内容:
[0005]I)材料疲劳行为的描述；
[0006]2)循环载荷下管道的响应；
[0007]3)疲劳累积损伤法则。
[0008]目前在工程应用领域，国内外在疲劳寿命设计中有两种常用的寿命估算方法——名义应力法和局部应力-应变方法。
[0009]名义应力法假定对于相同材料制成的任意构件，只要应力集中系数Kt相同，载荷谱相同。名义应力法以材料或零件的S-N曲线为基础，对照试件或结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，结合疲劳损伤累积理论，校核疲劳强度或计算疲劳寿命。
[0010]局部应力-应变方法，主要用于承受应力水平较高的构件寿命估算。该方法将作用于机构细节的名义应力谱，通过弹塑性分析，转换为结构细节危险点的局部应力谱，然后通过当量循环的方法，把局部谱用计数方法得到的应力应变循环等效于光滑试件的应力应变循环，最后由光滑试件的应变(或转换为当量应变)-寿命曲线估算结构危险点的疲劳损伤，进而预测结构的疲劳寿命。
[0011]然而，目前现有商业疲劳分析软件中，没有考虑不同反应堆冷却剂环境的影响，当有两种或两种以上产生有效应力波动的应力循环类型时，设计人员无法更好地掌握电厂的热疲劳数据，也无法更准确地把握因热疲劳导致核电厂管道故障失效的趋势。
【发明内容】
[0012]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述现有缺陷，提供一种用于核电厂管道的疲劳寿命估算方法，解决在热疲劳环境因素下估算疲劳寿命的问题。
[0013]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种用于核电厂管道的疲劳寿命估算方法，包括以下步骤:
[0014]S1:采用温度传感器测量核电厂管道的外壁温度；
[0015]S2:根据所述核电厂管道的外壁温度和所述核电厂管道材料的性能参数，通过格林函数法，计算所测管道的内壁温度场信息；
[0016]S3:统计所述核电厂管道所经历的每一种应力循环类型(第1，2，3，……，n)的有效载荷循环次数……，nn)，根据所述内壁温度场分布信息确定所述核电厂管道的每一种应力循环类型的交变应力(S 交变I，S交变2，S交变37......，S交变η)；
[0017]采用Monte Carlo方法修正预设的S-N曲线,确定所述每一种应力循环类型的交变应力(S
交变I，S交变2，S交变3，......，S交变η) 允许的最大重复次数，称其为N1, N2, N3,......，
Nn;
[0018]S4:对每种类型的应力循环,根据 U1=Ii1 / NijU2=Ii2 / N2,U3=n3 / N3,......,Un=nn / Nn计算循环的疲劳使用系数(U1, U2，U3,……，Un)，根据管道内壁温度场计算所得的疲劳影
η
响因子Fm，修正所述疲劳使用系数
【权利要求】
1.一种用于核电厂管道的疲劳寿命估算方法，其特征在于，包括以下步骤: S1:采用温度传感器测量核电厂管道的外壁温度； 52:根据所述核电厂管道的外壁温度和所述核电厂管道材料的性能参数，通过格林函数法，计算所测管道的内壁温度场信息； 53:统计所述核电厂管道所经历的每一种应力循环类型(第1，2，3，……，n)的有效载荷循环次数……，nn)，根据所述内壁温度场分布信息确定所述核电厂管道的每一种应力循环类型的交变应力(S 交变I，S交变2，S交变37......，S交变η)； 采用Monte Carlo方法修正预设的S-N曲线,确定所述每一种应力循环类型的交变应力允许的最大重复次数，称其为N1, N2, N3,……，Nn ; 54:对每种类型的应力循环,根据 U1=Ii1 / N1, U2=n2 / N2, U3=n3 / N3,......，Un=nn / Nn计算循环的疲劳使用系数(U1, U2，U3,……，Un)，根据管道内壁温度场计算所得的疲劳影响因子Fen，修正所述疲劳使用系数
2.根据权利要求1所述的疲劳寿命估算方法，其特征在于，所述温度传感器为热电偶。
3.根据权利要求2所述的疲劳寿命估算方法，其特征在于，所述步骤SI中，在所述核电厂管道外壁的上方和下方分别设置一个所述热电偶来测量所述核电厂管道的外壁温度。
4.根据权利要求2所述的疲劳寿命估算方法，其特征在于，所述步骤SI中，在所述核电厂管道外壁的同一侧等间距地设置至少三个所述热电偶来测量所述核电厂管道的外壁温度。
5.根据权利要求1所述的疲劳寿命估算方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤: S21:根据核电厂运行参数、所述核电厂管道材料的性能参数和所述核电厂管道的外壁温度，采用格林函数法分析所述核电厂管道内壁温度场的分布信息； S22:通过分析所述核电厂管道的内壁温度场分布信息，计算所述核电厂管道的当前运行数据，该运行数据至少包括所述核电厂管道内壁反应堆的液位、流速、压力和所述核电厂管道的介质温度； S23:调用该核电厂管道的历史运行数据，将历史运行数据与计算所得的当前运行数据的数值相互比较，若历史运行数据与当前运行数据的数值一致，转至步骤S3，若历史运行数据与当前运行数据的数值不一致，则通过优化所述核电厂管道内壁温度场的边界条件，将所述历史运行数据更新为所述当前运行数据，并转至子步骤S21。
6.根据权利要求1所述的疲劳寿命估算方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过雨流计数法统计所述核电厂管道的每一种应力循环类型(1，2，3，……，n)的有效载荷循环次数(Πι，π。，Π3j......，ηη) ο
7.根据权利要求5所述的疲劳寿命估算方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述核电厂管道的介质温度、应变速率和材料溶解氧水平计算得到所述疲劳影响因子。
【文档编号】G01N3/32GK103698236SQ201310671672
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】凌君, 何大宇, 王骄亚, 刘洪涛, 闫蔚, 彭华清, 秦戈 申请人:中广核工程有限公司, 中国广核集团有限公司