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瞬态载荷下堆芯筒体内表面半圆形轴向裂纹疲劳扩展模拟研究

石凯凯 郑斌 郑连纲

石凯凯, 郑斌, 郑连纲. 瞬态载荷下堆芯筒体内表面半圆形轴向裂纹疲劳扩展模拟研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(S2): 1-4. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0001
引用本文: 石凯凯, 郑斌, 郑连纲. 瞬态载荷下堆芯筒体内表面半圆形轴向裂纹疲劳扩展模拟研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(S2): 1-4. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0001
Shi Kaikai, Zheng Bin, Zheng Liangang. Simulation Study on Fatigue Growth of Semi-Circular Axial Crack on Inner Surface of Core Barrel under Transient Loads[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(S2): 1-4. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0001
Citation: Shi Kaikai, Zheng Bin, Zheng Liangang. Simulation Study on Fatigue Growth of Semi-Circular Axial Crack on Inner Surface of Core Barrel under Transient Loads[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(S2): 1-4. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0001

瞬态载荷下堆芯筒体内表面半圆形轴向裂纹疲劳扩展模拟研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0001
详细信息
    作者简介:

    石凯凯(1987—),男高级工程师,现主要从事反应堆结构力学分析工作,E-mail: shikai1000@163.com

  • 中图分类号: TL353.9

Simulation Study on Fatigue Growth of Semi-Circular Axial Crack on Inner Surface of Core Barrel under Transient Loads

  • 摘要: 为研究瞬态载荷下堆芯筒体内表面裂纹疲劳扩展,采用Zencrack软件中的裂纹块分析方法,对反应堆压力容器堆芯筒体内表面含半圆形轴向裂纹(裂纹深度d为10 mm,裂纹表面长度l 为20 mm)在瞬态载荷下的裂纹形貌变化规律进行了仿真模拟研究,其中采用子程序对堆芯筒体材料的疲劳裂纹扩展速率模型进行了实现。通过仿真研究可知:材料疲劳裂纹扩展速率模型的子程序实现是分析裂纹疲劳扩展模拟的一种高效方式;裂纹块分析方法计算得到的应力强度因子与规范工程化分析方法计算得到的结果是相当的;堆芯筒体内表面初始态为半圆形的轴向裂纹,在瞬态载荷下其裂纹疲劳扩展会出现初始态裂纹椭圆化的过程。

     

  • 图  1  堆芯筒体几何

    O—圆心

    Figure  1.  Geometry of Core Barrel

    图  2  裂纹块区域

    a—为裂纹深度点;c—为裂纹表面点

    Figure  2.  Crack Block Region

    图  3  植入裂纹块后裂纹区域的有限元模型

    Figure  3.  Finite Element Model of Crack Region after Crack Block Implantation

    图  4  分析流程

    Figure  4.  Analysis Process

    图  5  裂纹块分析方法得到的内表面轴向真实裂纹前缘各点K值变化

    Figure  5.  Change of K at Each Point of Inner Surface Axial Real Crack Front Edge Calculated by Crack Block Analysis Method

    图  6  裂纹前缘的应力强度

    Figure  6.  Stress Intensity of Crack Front Edge

    图  7  裂纹块分析方法计算得到的K值与RSE-M规范方法计算得到的K值比较

    Figure  7.  K Calculated by Crack Block Analysis Method is Compared with that Calculated by RSE-M Code Method

    图  8  裂纹扩展形貌

    Figure  8.  Crack Growth Morphology

    图  9  裂纹块分析方法和RSE-M规范方法计算疲劳裂纹扩展规律对比结果

    Figure  9.  Comparison Results of Fatigue Crack Growth Law Calculated By Crack Block Analysis Method and RES-M Code Method

    表  1  PWR环境下16MND5材料的疲劳裂纹扩展速率

    Table  1.   Fatigue Crack Growth Rate of 16MND5 under PWR Environment

    环境RΔK/ (MPa·m0.5)${ { {\dfrac{ { {\text{d} }a} }{ { {\text{d} }N} } } }}\Big/$(mm·cycle−1)
    压水堆 <0.3 ΔK<16.5  取下列式中较保守的值:
    da/dN=1.635×10−13K)8;da/dN=7.947×10−9K有效)2.927
    ΔK有效= Kmax(1−R)0.75
    16.5<ΔK≤100  da/dN=1.983×10−5K)1.4
    ΔK>100  da/dN=4.754×10−10K)3.726
    ≥0.6 ΔK<12  取下列式中较保守的值:da/dN=5.214×10−12K)8;da/dN=7.947×10−9K有效)2.927
    R≤0.9:ΔK有效= Kmax(1R)0.75;当R>0.9:ΔK有效K (1−R/2);
    ΔK≥12  da/dN=7.03×10−5K)1.4
      da/dN=CK)m或da/dN=CK有效)m;ΔK有效—引起裂纹扩展的有效应力强度因子范围;Kmax—最大应力强度因子; C—裂纹扩展速率中的系数;m—裂纹扩展速率中的指数系数;da/dN——每一循环的裂纹扩展速率
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    表  2  裂纹形貌中裂纹深点和表面点的尺寸

    Table  2.   Size of Deep and Surface Points in Crack Morphology

    计算
    方法
    瞬态d/mml/mmt/mm
    裂纹块初始态10.0020.00200.00
    瞬态(升温)10.1620.20200.00
    瞬态(升温)10.5020.65200.00
    瞬态(降温)11.7822.20200.00
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-19
  • 录用日期:  2021-12-06
  • 修回日期:  2021-08-05
  • 刊出日期:  2021-12-29

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