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考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法

张翼 李燕 孙博 曹奇锋 潘俊林 杨西 杨德真 任羿

张翼, 李燕, 孙博, 曹奇锋, 潘俊林, 杨西, 杨德真, 任羿. 考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 141-147. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0141
引用本文: 张翼, 李燕, 孙博, 曹奇锋, 潘俊林, 杨西, 杨德真, 任羿. 考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 141-147. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0141
Zhang Yi, Li Yan, Sun Bo, Cao Qifeng, Pan Junlin, Yang Xi, Yang Dezhen, Ren Yi. Fatigue Reliability Evaluation Method for Hold Down Spring of Reactor Vessel Internals Considering Stress Relaxation and Irradiation[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 141-147. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0141
Citation: Zhang Yi, Li Yan, Sun Bo, Cao Qifeng, Pan Junlin, Yang Xi, Yang Dezhen, Ren Yi. Fatigue Reliability Evaluation Method for Hold Down Spring of Reactor Vessel Internals Considering Stress Relaxation and Irradiation[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 141-147. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0141

考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0141
详细信息
    作者简介:

    张 翼(1981—),男,高级工程师,现主要从事反应堆堆内构件和堆顶结构设计,E-mail: joao114@126.com

    通讯作者:

    孙 博,E-mail: sunbo@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: TL364

Fatigue Reliability Evaluation Method for Hold Down Spring of Reactor Vessel Internals Considering Stress Relaxation and Irradiation

  • 摘要: 针对反应堆堆内构件压紧弹簧疲劳失效模式,在考虑应力松弛和辐照影响的条件下基于仿真方法开展可靠性评估。首先结合疲劳模型和平均应力松弛Landgraf模型,考虑辐照对疲劳参数的影响,构建了压紧弹簧疲劳寿命模型。在压紧弹簧疲劳寿命模型基础上,根据广义应力-强度干涉模型定义压紧弹簧可靠度并开展灵敏度分析。以非能动压水堆AP1000压紧弹簧为例进行案例分析,在95%置信度水平下,分别计算了可靠度为95%和50%时对应的疲劳寿命。结果表明,若不考虑应力松弛,压紧弹簧总疲劳寿命下降88.3%;从经济性角度考虑寿命预测结果较为保守。通过灵敏度分析发现对可靠度影响较大的设计变量是弹性模量和疲劳强度系数,在一定可靠度下可以通过调整设计变量对压紧弹簧的疲劳可靠性评估进行优化。

     

  • 图  1  压紧弹簧疲劳可靠性评估方法流程

    Figure  1.  Process of Fatigue Reliability Evaluation Method for Holddown Spring

    图  2  总疲劳寿命概率密度分布

    Figure  2.  Probability Density Distribution of the Total Fatigue Lifetime

    图  3  可靠度曲线

    Figure  3.  Reliability Curve

    图  4  可靠性灵敏度分析结果

    Figure  4.  Reliability Sensitivity Analysis Results

    表  1  压紧弹簧材料性能参数

    Table  1.   Material Performance Parameters of Holddown Spring

    参数名数值
    密度/(kg·m−2) 7750
    杨氏模量/ GPa 193.5
    泊松比 0.3
    热膨胀系数/℃−1 1.095×10−5
    屈服强度/ MPa 513
    抗拉强度/ MPa 687
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    表  2  随机变量及分布特征

    Table  2.   Random Variables and Distribution Characteristics

    参数分布类型均值标准差
    $ E $正态分布193.5 GPa9.675 GPa
    $ \Delta {\varepsilon _{{\text{t1}}}} $正态分布0.16%0.00163%
    $ {\sigma _{{\text{a1}}}} $正态分布101.2 MPa1.002 MPa
    $ \Delta {\varepsilon _{{\text{t2}}}} $正态分布0.14%0.00138%
    $ {\sigma _{{\text{a2}}}} $正态分布95.3 MPa0.95 MPa
    $ \sigma _{{\text{f0}}}^\prime $正态分布1130 MPa56.5 MPa
    $ \varepsilon _{{\text{f0}}}^\prime $正态分布1.2910.0646
    $ b $正态分布−0.120.0012
    $ c $正态分布−0.60.006
    $ A $正态分布0.0260.0013
    $ B $正态分布−197.4159.871
      $ \Delta {\varepsilon _{{\text{t1}}}} $—大温度循环下应变范围;$ {\sigma _{{\text{a1}}}} $—大温度循环下应力幅;$ \Delta {\varepsilon _{{\text{t2}}}} $—小温度循环下应变范围;$ {\sigma _{{\text{a2}}}} $—小温度循环下应力幅;$ \sigma _{{\text{f0}}}^\prime $—疲劳强度系数辐照前初始值;$ \varepsilon _{{\text{f0}}}^\prime $—疲劳延伸系数辐照前初始值
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    表  3  疲劳寿命计算结果

    Table  3.   Fatigue Life Calculation Results

    参数可靠度确定性计算
    95%50%考虑应力松弛不考虑应力松弛
    ${N_{\rm{f}}}$/次162998236856784154566484857
    ${T_{\rm{f}}}$/a96.5420.7474.255.3
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  • [1] SCHNEIDER M, FROGGATT A. World nuclear industry status report 2019[R]. Paris: Mycle Schneider Consulting, 2019 : 5-6.
    [2] 张翟,薛国宏. 压紧弹性环的设计方案优化分析[J]. 核技术,2013, 36(4): 38-42.
    [3] XIE L J, XUE G H, ZHANG M. Research on friction coefficient of nuclear reactor vessel internals hold down spring: stress coefficient test analysis method[J]. Nuclear Engineering and Design, 2016(304): 11-18. doi: 10.1016/j.nucengdes.2016.04.023
    [4] XIE L J, XUE G H, ZHANG M. Evolution law of the friction coefficient and fatigue test of the hold-down spring model for nuclear reactor vessel internals[J]. Progress in Nuclear Energy, 2018(105): 160-166. doi: 10.1016/j.pnucene.2018.01.008
    [5] 高靖云,张成成,侯乃先,等. 考虑应力松弛的单晶涡轮叶片蠕变疲劳寿命预测[J]. 航空动力学报,2016, 31(3): 539-547.
    [6] MANSON S S, HIRSCHBERG M H. Fatigue: an interdisciplinary approach[M]. Syracuse: Syracuse University Press, 1964: 361-373.
    [7] 覃鹏,王国辉. 基于有限元分析的涡轮盘疲劳寿命预测[J]. 兵器装备工程学报,2018, 39(8): 176-178. doi: 10.11809/bqzbgcxb2018.08.037
    [8] SMITH R N, WATSON P, TOPPER T H. A stress-strain function for the fatigue of metals[J]. Journal of Materials, 1970, 5(4): 767-778.
    [9] CHOPRA O K, RAO A S. A review of irradiation effects on LWR core internal materials – IASCC susceptibility and crack growth rates of austenitic stainless steels[J]. Journal of Nuclear Materials, 2011, 409(3): 235-256. doi: 10.1016/j.jnucmat.2010.12.001
    [10] 郭进全,轩福贞,王正东,等. 基于蠕变的高温构件应力松弛损伤模型[J]. 核动力工程,2009, 30(4): 9-12.
    [11] 张孝忠,王恭义,程凯,等. 一种考虑平均应力松弛的汽轮机叶根低周疲劳寿命预测方法[J]. 材料科学与工程学报,2019, 37(5): 709-713.
    [12] 陆明万,寿比南,杨国义. 疲劳分析中变幅载荷的循环计数方法[J]. 压力容器,2012, 29(11): 25-29+6. doi: 10.3969/j.issn.1001-4837.2012.11.005
    [13] DIRECTIVE P E. ASME boiler and pressure vessel code 2015 edition Ⅷ: rules for construction of pressure vessels[S]. New York: American Society of Mechanical Engineers, 2015: 97-98.
    [14] LANDGRAF R W, CHERNENKOFF R A. Residual stress effects on fatigue of surface processed steels[C]. Philadelphia: American Society for Testing and Materials, 1988: 105-106.
    [15] 张义民. 机械可靠性漫谈[M]. 北京: 科学出版社, 2012: 90-91.
    [16] 王庆田,罗英,胡朝威,等. 压水堆核电厂堆内构件结构材料优化选择[J]. 中国核电,2016, 9(4): 298-305.
    [17] DIRECTIVE P E. ASME Boiler and pressure vessel code 2015 edition Ⅲ: rules for construction of nuclear facility components[S]. New York: American Society of Mechanical Engineers, 2015 :52-53.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-08
  • 修回日期:  2021-08-20
  • 刊出日期:  2021-12-09

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