[发明专利]一种用于核电厂管道的疲劳寿命估算方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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：

1)材料疲劳行为的描述；

2)循环载荷下管道的响应；

3)疲劳累积损伤法则。

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。

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K_T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。

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。

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

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。

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：

S1：采用温度传感器测量核电厂管道的外壁温度；

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；

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(n₁，n₂，n₃，……，n_n)，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1，S_交变2，S_交变3，……，S_交变n)；

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1，S_交变2，S_交变3，……，S_交变n)允许的最大重复次数，称其为N₁，N₂，N₃，……，N_n；