AP1000核电主管道热处理过程温度场、应力场数值模拟

摘要

本文结合实际生产,做了相关工艺的计算机模拟,对实际生产有一定的指导意义。文中建立了AP1000核电主管道的三维有限元模型。利用ANSYS软件,选用solid5、solid70、solid45号单元对其加热过程与淬火过程进行温度场及应力场的数值模拟。加热过程采用分段加热工艺,第一阶段初始温度为20°C,加热速度范围为1.5°C/min到24°C/min,加热至600°C保温0-5h。第二阶段加热速度范围为2.5°C/min到24°C/min,加热至1100°C保温0-3h。研究了不同加热速度及均热时间对管道温度场、应力场的影响。淬火时初始温度为1050°C,介质温度20°C。分别选用水和盐水两种介质,介质流速为0.3m/s、0.5m/s、0.7m/s、1m/s。研究两种介质在不同流速下主管道淬火过程的温度场、应力场以及塑形应变场。另外,为了避免淬火过程中变形过大,文中把主管道的管接头用夹头夹住,研究了夹持状态下,主管道淬火过程的计算机模拟。
　　结果表明:加热时,随着加热时间的增长,主管道各部位温度分布不均匀,温差持续增大,应力也随之增大。进入保温阶段,随着保温时间的增长,主管道各部位温度趋于均匀,应力随之减小。另外增大加热速度,会使主管道内外温度温差增大。对比不同加热工艺下应力场数据与高温下316LN钢的屈服强度。我们发现,以1.5°C/min加热到600°C保温5h然后再以2.5°C/min加热到1100°C,保温3h。此种工艺下主管道不会产生塑形变形,且与实际加热工艺相比,时间更短。该工艺可为今后制定主管道加热工艺提供参考。
　　冷却时,不同介质对主管道淬火过程影响不大,同时流速越快,主管道冷却速度越快,应力,应变也相应增大。但是,在目前的研究工作下,做不到3分钟心部温度冷却到427°C。另外夹持状态下,阻碍了管接头的塑性变形,模拟显示局部区域的应力很大,会产生裂纹,实际生产中要慎重考虑。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 大型锻件的锻后热处理

1.3 大型锻件的产品热处理

1.4 热处理过程计算机模拟的研究现状及发展趋势

1.5 本文研究意义及主要内容

第2章 计算机模拟建模与热物性参数

2.1 有限元模型的建立

2.2 热物性参数

2.3 高温下316LN钢的屈服强度

2.4 本章小结

第3章 加热过程温度场、应力场数值模拟

3.1传热学原理及边界条件

3.2温度场有限单元方程的建立

3.3应力场计算的理论基础—弹塑性理论基础

3.4 不同模拟加热工艺下温度场、应力场的数值模拟

3.5 本章小结

第4章 淬火过程温度场、应力场数值模拟

4.1 换热系数的测算

4.2 水介质下淬火过程的计算机模拟

4.3 盐水介质下淬火过程的计算机模拟

4.4 淬火过程的验证

4.5 验证3min主管道心部温度冷却到427℃

4.6 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢