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动态载荷下奥氏体不锈钢管道LBB环向贯穿裂纹稳定性实验及理论分析方法研究

何风 姚迪 王新军 李一磊 白晓明 熊夫睿

何风, 姚迪, 王新军, 李一磊, 白晓明, 熊夫睿. 动态载荷下奥氏体不锈钢管道LBB环向贯穿裂纹稳定性实验及理论分析方法研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 133-137. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0133
引用本文: 何风, 姚迪, 王新军, 李一磊, 白晓明, 熊夫睿. 动态载荷下奥氏体不锈钢管道LBB环向贯穿裂纹稳定性实验及理论分析方法研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 133-137. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0133
He Feng, Yao Di, Wang Xinjun, Li Yilei, Bai Xiaoming, Xiong Furui. Research on Test and Theoretical Analysis Methods on Stability of LBB Circumferential Through-Wall Crack in Austenitic Stainless Steel Pipe under Dynamic Load[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 133-137. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0133
Citation: He Feng, Yao Di, Wang Xinjun, Li Yilei, Bai Xiaoming, Xiong Furui. Research on Test and Theoretical Analysis Methods on Stability of LBB Circumferential Through-Wall Crack in Austenitic Stainless Steel Pipe under Dynamic Load[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 133-137. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0133

动态载荷下奥氏体不锈钢管道LBB环向贯穿裂纹稳定性实验及理论分析方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0133
详细信息
    作者简介:

    何 风(1984—),男,高级工程师,硕士,主要从事反应堆结构力学工作,E-mail: hefeng_work@163.com

  • 中图分类号: TL353+.1

Research on Test and Theoretical Analysis Methods on Stability of LBB Circumferential Through-Wall Crack in Austenitic Stainless Steel Pipe under Dynamic Load

  • 摘要: 管道环向贯穿裂纹是否稳定是评判管道是否满足破前漏(LBB)设计准则的标准之一,为确保LBB技术安全可靠,对管道环向贯穿裂纹在动态载荷下的稳定性进行实验研究。采用水平冲击机对含环向贯穿裂纹的管道依次进行加载速度为1.22、2、3、4 m/s的高温不带运行压力的冲击实验,以获得各应变率下的实验极限载荷值,并与工程理论分析计算结果进行比较。分析表明:奥氏体不锈钢管道环向贯穿裂纹在动态载荷下的失效模式为塑性失稳;经实验验证,在工程中对承受动态载荷的奥氏体不锈钢管道进行LBB分析时,采用美国核管会标准审查大纲3.6.3破前漏评估程序(SRP 3.6.3)中的极限载荷理论分析方法具有较高的工程安全性,若同时选用准静态下的材料力学性能,则工程安全性更高。

     

  • 图  1  水平冲击实验过程

    Figure  1.  Horizontal Impact Test

    图  2  1.22 m/s冲击后裂纹形貌

    Figure  2.  Crack Morphology after 1.22 m/s Impact

    图  3  1.22 m/s冲击下配重重心处加速度时程

    Figure  3.  Acceleration Time History of Counterweight Center of Gravity under 1.22 m/s Impact

    图  4  1.22 m/s冲击下裂纹尖端应变时程

    Figure  4.  Strain Time History at Crack Tip under 1.22 m/s Impact    

    图  5  2、3 m/s冲击下配重重心处加速度时程

    Figure  5.  Acceleration Time History of Counterweight Center of Gravity under 2 m/s and 3 m/s Impact

    图  6  2、3 m/s冲击下裂纹尖端应变时程

    Figure  6.  Strain Time History at Crack Tip under 2 m/s and 3 m/s Impact

    图  7  4 m/s冲击后裂纹形貌

    Figure  7.  Crack Morphology after 4 m/s Impact

    图  8  4 m/s冲击下配重重心处加速度时程

    Figure  8.  Acceleration Time History of Counterweight Center of Gravity under 4 m/s Impact

    图  9  4 m/s冲击下裂纹尖端应变时程

    Figure  9.  Strain Time History at Crack Tip under 4 m/s Impact

    图  10  极限载荷理论分析方法示意图

    Pb—由热膨胀、自重和地震引起的弯曲应力;t—壁厚;β—中性轴与平均半径的两交点和截面圆心组成的半角

    Figure  10.  Schematic Diagram of Limit Load Theoretical Analysis Method

    表  1  常温和高温下不同应变率下试验件材料性能

    Table  1.   Material Properties under Different Strain Rates at Room Temperature and High Temperature

    应变率/s−1σy/MPaσu/MPa
    20℃350℃20℃350℃
    0.001249160552317
    0.100323182549323
    0.300382195551378
    下载: 导出CSV

    表  2  276℃下不同应变率下试验件材料性能及裂纹处极限弯矩理论计算结果

    Table  2.   Material Properties at 276℃ and Theoretical Calculation Results of Limit Bending Moment at Crack under Different Strain Rates

    应变率/s−1σy/MPaσu/MPaσf/MPaSI/MPa极限弯矩/(kN·m)
    0.001179.96369.70274.83256.7557.397
    0.100213.62373.68293.65274.3461.330
    0.300236.93416.79326.86305.3768.268
    下载: 导出CSV

    表  3  裂纹处极限弯矩的理论计算结果与实验结果比较

    Table  3.   Comparison of Theoretical Calculation Results and Experimental Results of Limit Bending Moment at Crack

    加载速度/
    (m·s−1)
    实验结果理论计算结果
    应变率/
    s−1
    极限弯矩/
    (kN·m)
    应变率/
    s−1
    极限弯矩/
    (kN·m)
    1.220.0506≥146.0990.161.330
    20.0734≥667.8800.161.330
    30.0252≥731.5550.161.330
    40.2672≥2725.2900.368.268
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-20
  • 录用日期:  2021-08-16
  • 修回日期:  2021-08-05
  • 刊出日期:  2022-04-02

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