压水堆稳压器波动管疲劳寿命分析与计算

摘要

稳压器波动管是压水堆核电站重要的管道设备，其结构完整性对核电站安全运行有重要作用。20世纪80年代，热分层现象对波动管的疲劳破坏开始在全世界范围内引起人们的重视，并且在同一时代，轻水堆环境下金属疲劳寿命会降低的现象也被发现。由于热分层作用在压水堆电站管道设计中没有被考虑在内，因此研究热分层现象对波动管疲劳寿命的影响对压水堆安全运行有重要意义。
　　为了对波动管的疲劳寿命进行评估，首先需要获得波动管的温度分布以便计算其承受的载荷。获得波动管温度分布的方法主要有三种:建立热分层瞬态、计算机数值计算和现场温度监测，三种方法各有其优缺点和应用价值。稳压器波动管的热分层流动是一个流体—结构耦合问题。为了降低研究难度，一般假定波动管变形比较微小不会影响内部的流动。
　　本文使用计算流体力学的方法计算了反应堆启停阶段波动管内分层流动时的温度场，并以得到的温度场为基础使用有限元计算软件对波动管的应力变化进行了分析。采用引入环境影响系数的方法，分析了热分层作用对波动管疲劳寿命的影响。分析结果显示，反应堆启动和停堆阶段的热分层流动对波动管疲劳寿命有可观的影响。
　　历史监测数据能够涵盖所有工况下波动管的温度分布情况，因此使用历史数据进行计算能够更加全面地反映波动管的疲劳寿命消耗情况。本文使用PHP语言编写了运行于LAMP软件环境下的计算程序，程序使用修正的应力计算公式计算波动管应力强度，使用雨流计数法统计应力幅，使用速率逼近法计算环境影响系数;经过测试程序能够正确完成计算功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 课题研究动态

1．2．1 国内研究动态

1．2．2 国外研究动态

1．3 本文研究内容

第2章 波动管中的热分层流动

2．1 热分层现象

2．2 热分层温度分布的理想化

2．3 热分层发生判据和分层瞬态建立

2．4 本章小节

第3章 热分层对波动管疲劳影响的有限元计算

3．1 有限元模拟

3．1．1 有限元模型

3．1．2 温度载荷

3．2 应力与变形结果

3．2．1 简化温度分布计算结果

3．2．2 CFD计算温度场结果

3．3 疲劳寿命评估

3．3．1 轻水堆环境对金属疲劳寿命的影响

3．3．2 热分层造成的附加使用系数

3．4 本章小节

第4章 基于监测数据的波动管疲劳寿命计算

4．1 波动管疲劳寿命损耗计算的方法

4．1．1 波动管的应力计算

4．1．2 雨流计数法

4．1．3 环境影响系数的计算

4．2 疲劳寿命损耗计算软件开发

4．2．1 软件架构与运行平台

4．2．2 程序开发与测试

4．3 程序运行验证

4．4 本章小节

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 不足之处

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢