含埋藏球型缺陷管道蠕变裂纹萌生的预测

摘要

随着经济发展对能源行业高效利用和节能减排要求的不断提高，应用高温力学性能更优异的钢种、提高电厂管道服役温度和压力成为大势所趋。然而，蒸汽温度和压力的提高导致服役环境更加恶劣，导致力学性能薄弱、含缺陷较多的焊接接头易出现失效，因此需要对结构完整性评定和电厂的安全运行提出更加严苛的要求。
　　国际上高温结构完整性评估标准主要有BS7910、R5等，它们对含裂纹管道的评估已经相对成熟，但对含埋藏体积型缺陷管道的评估方法仍不完善。这些标准通常先判断是否符合基于经验或弹塑性安定分析提出的免评条件，不符合则当作裂纹处理。然而，上述方法没有考虑蠕变机制下的损伤累积，直接免评可能偏危险，而按照现有标准表征为裂纹又可能导致过度保守的返修或更换，迫使机组非计划停运，造成巨大的经济损失。
　　因此，本文基于损伤力学理论，利用数值模拟技术研究了含埋藏球型缺陷管道的蠕变损伤机理，并提出了蠕变裂纹萌生寿命预测模型。论文的主要研究工作及结论如下：
　　1.提出了一个新的物理参量——平均等效应力，即在蠕变裂纹萌生时间ti内等效应力对时间进行积分，然后除以ti。平均等效应力能够表征整个蠕变阶段的应力水平，具有物理意义。
　　2.基于平均等效应力法，研究了含埋藏球型缺陷P92钢管道蠕变裂纹的萌生规律，并从应力和拘束两个方面分析了这些规律存在的内因，进而提出了含埋藏球型缺陷P92钢管道蠕变裂纹萌生位置和时间的预测公式。
　　3.进一步改进了蠕变裂纹萌生预测公式，可考虑不同的材料性能和服役温度，建立了一套适用于不同材料和不同温度的蠕变裂纹萌生预测模型，只需根据初始尺寸条件和载荷即可求解管道的蠕变裂纹萌生位置及时间，节约了大量由于有限元模拟和数据处理所需的时间。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3高温结构完整性评定规范

1.4本文研究目的和研究内容

第二章 蠕变损伤本构模型的确定

2.1引言

2.2单损伤变量模型

2.3双损伤变量模型

2.4多损伤变量模型

2.5延性耗竭模型

2.6本文采用的本构模型及实现过程

2.6本章小结

第三章 含埋藏球型缺陷P92管道蠕变裂纹萌生的预测

3.1引言

3.2有限元模型建立与材料参数确定

3.3蠕变裂纹萌生位置的预测

3.4蠕变裂纹萌生时间的预测

3.5本章小结

第四章 含埋藏球型缺陷管道蠕变裂纹萌生的预测模型

4.1引言

4.2有限元模型建立与材料参数确定

4.3蠕变裂纹萌生位置的预测

4.4蠕变裂纹萌生时间的预测

4.5本章小结

第五章 总结和展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢