含埋藏球型缺陷管道蠕变裂纹萌生的预测-材料加工工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 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。 关键词：埋藏球型缺陷 平均等效应力 蠕变裂纹萌生位置 蠕变裂纹萌生时 间 预测模型 ABSTRACT For energy conservation and the reduction of greenhouse gas emissions, clean and efficient ultra-supercritical (USC) thermal power units are being developed actively all over the world. However, defects usually exist in large components during manufacturing process and cracks, pores, slags and incomplete penetration are usually detected after welding process. These defects severely affect the service life of large components such as steam pipes. Therefore, the integrity of pipes containing defects must be evaluated accurately to maintain safety and save money. Some researchers have conducted many studies on creep crack initiation and growth and the current integrity assessment methods R5, RCC-MR code, Two-Criteria-Diagram, and ASME code are relatively mature for creep crack assessment. However, there are no specialized assessment methods for volume defects under creep conditions. According to BS 7910, if non-planar flaws in steels meet certain requirements, they could be free from assessment. However, this may be improper since it does not consider creep damage accumulation. Some non-planar flaws deemed to be acceptable may be dangerous and could not be ignored. On the o