[发明专利]一种基于失效评定图的未爆先漏分析方法

说明书

发明涉及一种基于失效评定图（FAD）的未爆先漏（LBB）分析方法，包括以下步骤：（a）服役状态分析；（b）初始裂纹选择；（c）载荷分析；（d）线弹性应力强度因子（SIF）计算；（e）极限载荷分析；（f）评定点坐标计算；（g）FAD选择；（h）评定点绘制；（i）弹塑性SIF计算；（j）J积分计算；（k）不同裂纹的J积分计算与拟合；（l）结构失效临界裂纹尺寸计算；（m）结构临界泄漏裂纹尺寸计算；（n）LBB准则评估，本发明基于FAD理论，克服了现有规范中弹塑性分析理论基础不足、现有J积分计算手册适用范围有限、有限元建模分析过程复杂，及计算结构失效临界裂纹尺寸和结构临界泄漏裂纹尺寸过程复杂等缺点，提供了一种基于FAD的LBB分析依据。

技术领域

本发明属于压水堆核电厂一回路主管道奥氏体不锈钢铸件的结构完整性评定技术领域，具体涉及基于失效评定图的一回路主管道未爆先漏分析方法，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

压水堆一回路主管道普遍采用奥氏体不锈钢铸件(CASS)，在材料铸造过程中会引入一定含量的铁素体，压水堆运行温度下(292-328℃)长期服役后铁素体相发生分解从而导致材料韧性下降。研究表明：老化前后CASS的冲击韧性下降幅度可达70％以上。同时，在制造、安装、服役过程中主管道又会不可避免的出现缺陷(如裂纹、夹杂、空洞等)，这些因素都将对核电厂的安全运行产生严重的影响。因此，需要对含缺陷主管道的可靠性做出精确的评定。

上世纪80年代以前的核反应堆设计中，为了保证结构的可靠性，往往把压力管道的双端剪切断裂作为设计基准事故。但后来的理论研究和实验发现，双端剪切断裂事故的发生概率是非常小，以此作为设计基础事故会带来一些得不偿失的问题。如果在设计中采用未爆先漏(LBB)分析技术，则可以避免管道的双端剪切断裂，既可以确保核反应堆的安全，又可以省去一些不必要的设施(管道防甩击系统、液体喷射屏蔽系统等)，降低核反应堆结构的复杂程度和建设费用。

LBB分析中涉及两项主要内容：1)表面和贯穿裂纹的J积分的计算，2)贯穿裂纹的张开面积和泄漏率计算，其中弹塑性断裂参量J积分是与断裂力学紧密相关的内容。目前，结构完整性评定规范(如美国ASME规范、法国RCC-M规范)中主要进行的仍是线弹性断裂力学分析，或对线弹性断裂力学分析结果进行简单的塑性修正。J积分计算过程与评估部件的结构、载荷、材料、缺陷等众多基本输入参数相关，且J积分与外加载荷之间存在高度的非线性关系(特别是对LBB分析中采用的贯穿壁厚的大尺寸缺陷)，同时，如何高效计算获得结构失效临界裂纹尺寸和结构临界泄漏裂纹尺寸，则是另外一个工程技术难点。这些因素给LBB工程评估带来了较大的困难。目前，工程应用中通常需要参考相关的计算手册或建立复杂的有限元模型进行LBB评估。

近来，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，如申请号为2015104933604的中国专利公开了一种反应堆压力容器含裂纹类缺陷的简化弹塑性断裂力学分析方法，通过将载荷分成一次应力载荷和二次应力载荷，利用FAD技术对应力强度因子进行塑性修正，再结合RCC-M规范中弹塑性断裂力学分析方法进行结构完整性分析，从而提高反应堆压力容器含裂纹类缺陷分析的准确性。FAD由失效评定曲线(FAC)、坐标轴和FAC截至值构成。经过多年的发展，该方法已经发展为基于J积分理论的FAD方法，如R6规范第四版。第四版R6规范选择3方法是严格基于J积分理论的准则，选择2方法(与材料拉伸性能相关)是选择3方法的简化。FAD技术其具有明显的优势：1)相比ASME或法国RCC-M规范中简单的塑性修正方法，具有更严格的理论基础；2)相比J积分计算手册，其适用范围更广；3)相比有限元建模分析，其应用过程更简单。

但是，FAD应用过程中只能获得临界状态下的J积分数值，对于处在FAD内部的评估点如何计算弹塑性J积分及如何考虑材料性能劣化对J积分计算数值的影响是一个技术难点。同时，如何高效计算获得结构失效临界裂纹尺寸和结构临界泄漏裂纹尺寸，则是另外一个工程技术难点。

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基于失效评定图的未爆先漏分析方法。