基于连续损伤模型对熔盐堆堆芯压力容器的蠕变损伤分析与寿命评估

作     者：岑倩莹 

作者单位：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 

学位级别：硕士

导师姓名：曾广礼

授予年度：2020年

学科分类：082703[工学-核技术及应用] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：压力容器 蠕变损伤模型 有限元分析 

摘      要：反应堆堆芯压力容器的结构完整性对反应堆的安全运行具有至关重要的作用。钍基熔盐堆(TMSR)堆芯压力容器的正常运行温度被设计为650℃,设计寿命为10年。由于压力容器需要长期在650℃高温下服役,对其多轴应力下的高温蠕变损伤分析是结构完整性研究中至关重要的一部份。而镍基合金是一种应用广泛的耐热材料,其中UNS N10003合金因具有优异的力学性能和抗辐照脆化特性被选为TMSR堆芯压力容器的结构材料。本研究中,通过拟合650℃下恒应力为220MPa、250MPa、275MPa、320MPa、380MPa的五组单轴拉伸蠕变试验数据,得到了UNS N10003合金在650℃下蠕变本构方程和Lemaitre多轴蠕变损伤模型的材料参数。基于国标GB150和ASME标准对压力容器的壁厚进行了设计分析,壁厚设为30mm,为薄壁压力容器。根据容器内径选择国标JB-T4712中的A7型耳式支座进行进一步的压力容器整体性结构分析。利用ABAQUS软件建立压力容器有限元模型,结合蠕变本构方程进行蠕变行为模拟。通过模拟结果对结构中的经典耳式支撑做了进一步的适应性优化。模拟得到压力容器在静态设计载荷下的等效应力,基于Lemaitre多轴蠕变损伤模型对压力容器进行蠕变损伤计算与寿命评估。数值计算结果表明,30mm壁厚的薄壁压力容器设计在设计寿命内是安全的,与其他类型反应堆相比,节省了大量的压力容器成本。同时,当选择耳式支座来支撑TMSR堆芯压力容器时,需要对支座内部的加强板进行加厚处理,厚度不得低于60mm,以保证在规定的设计寿命10年内结构的安全可靠性,为工程实际提供理论数据参考。