[发明专利]一种RPV含裂纹类缺陷的简化弹塑性断裂力学分析方法

说明书

技术领域

本发明属于结构完整性评定技术领域，具体涉及反应堆压力容器(RPV)含裂纹类缺陷的简化弹塑性断裂力学分析方法，为核电关键设备的安全评定提供准确的技术依据。

背景技术

反应堆压力容器(RPV)是核安全一级部件，在服役过程中，由于受到中子辐照的影响，材料性能将会逐渐劣化；同时RPV在制造、安装、服役过程中又会不可避免的出现缺陷，这些因素都将对核电站的安全运行产生严重的影响。因此，需要对含缺陷RPV的可靠性做出精确的评定。

目前，RPV结构完整性评定中主要进行的是线弹性断裂力学分析，或对线弹性分析结果进行小范围内的塑性修正后再进行分析。在复杂载荷作用下，若要进行弹塑性断裂力学分析，一般需要进行复杂的有限元计算。目前，国际上普遍趋势是采用失效评定图(FAD)技术进行承压设备的安全性能评价，FAD由失效评定曲线(FAC)、坐标轴和FAC截至值构成。FAD方法同时考虑了弹塑性失效和塑性失稳失效的两个失效准则。经过多年的发展，该方法已经发展为基于以J积分理论为基础的FAD方法，如R6规范第四版，但RPV结构完整性评估中需要参考核电领域的通用技术规范，如何将FAD评定方法与核电领域通用技术规范结合应用是一个技术难点。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种RPV含裂纹类缺陷的简化弹塑性断裂力学分析方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种RPV含裂纹类缺陷的简化弹塑性断裂力学分析方法，它包括以下步骤：

(a)对RPV检测到的缺陷进行表征；

(b)确定评估瞬态中涉及的载荷，并以载荷是否对结构的塑性失稳具有影响将各种载荷区分成一次应力载荷和二次应力载荷；

(c)根据评定结构、载荷和材料性能参数计算线弹性应力强度因子K_I，所述线弹性应力强度因子K_I为瞬态中一次应力载荷引起的应力强度因子K_IM和二次应力载荷引起的应力强度因子K_IT之和；

(d)根据计算的裂纹前沿线弹性应力强度因子K_I和RPV含缺陷结构的极限载荷P₀，计算断裂比参量K_r'＝K_IM/K_IC+K_IT/K_IC+ρ和载荷比参数L_r'＝P/P_o，式中P为瞬态中的一次应力载荷；K_IC为RPV材料的断裂韧性；

(e)将计算得到的评定点坐标(L_r'，K_r')绘在选定的失效评定图中；

(f)线弹性应力强度因子塑性修正：当仅存在一次应力载荷时，塑性修正后的应力强度因子K_J为：

式(1)中，点A(L_r^A，K_r^A)为一次应力的评定点，点O为失效评定图坐标原点；点B(L_r^B，K_r^B)为直线OA与失效评定曲线的交点，n为材料拉伸性能Ramberg-Osgood关系中的硬化指数参数，K_I^A和K_I^B为A点和B点对应的应力强度因子；

当同时存在一次应力与二次应力载荷时，塑性修正后的应力强度因子K_J'为：

式(2)中，A'(L_r^A'，K_r^A')为一次应力与二次应力共同作用下的评定点；点O'位于纵坐标轴上，OO'＝K_IT/K_IC+ρ，ρ为二次应力的修正参数；点B'(L_r^B'，K_r^B')为直线O'A'与失效评定曲线的交点；直线B'B”平行于纵坐标，点B”为直线B'B”与OB的交点；K_J^A为一次应力载荷引起的应力强度因子塑性修正后的结果，其按式(1)进行计算；

(g)根据塑性修正后的应力强度因子结合RCC-M规范中弹塑性断裂力学分析方法判断RPV结构的安全性能。