随着第四代技术的持续发展,反应堆的工作温度逐渐升高,这对关键设备的服役环境带来了更加严苛的挑战,尤其是在高温下的失效现象变得更为明显。其中,蠕变疲劳是反应堆高温结构失效的主要形式之一。为了保证反应堆安全且经济地运行,对关键设备在高温条件下的蠕变疲劳损伤进行合理评价显得尤为重要。
依据AE BPVC 2021版规范(本文简称为AE BPVC. Ⅲ.5-21),该规范专门针对高温反应器(Division 5 high temperature reactors)的核设施部件,提供了详尽的分析设计方法和评估标准。目前,SiPESC平台已经整合了这一规范的评价流程,实现了对高温设备蠕变损伤的评价功能。这一功能在压力容器、管道等高温设备的规范评价中有着实际的应用价值。
AE BPVC. Ⅲ.5-21所提供的蠕变损伤评价功能包括:载荷控制应力限值评价、应变和变形限值评价以及蠕变-疲劳限值评价。这些评价可以基于SiPESC平台的有限元计算结果,也可以基于其他软件的有限元分析结果。
蠕变损伤评价功能主要包含以下模块:应力线性化功能模块、高温材料库模块、规范评定功能模块以及评价结果输出模块。以下以压力容器为例,简要介绍蠕变损伤评价功能。
1. 压力容器评价模型的建立
如图1所示,压力容器的示例模型展示了容器的底部固定约束以及两种工况:工况1为自重和内压荷载,工况2为热膨胀荷载。
图1 压力容器评价模型图示
2. 应力线性化功能模块的应用
在危险部位进行评估时,AE规范采用了应力的分类思想,引入了薄膜应力、弯曲应力和峰值应力的概念。通过设置应力分类线,获取线性化后的应力结果,如图2所示。
图2 应力线性化结果图
3. 高温材料库模块的介绍
SiPESC平台包含了五种AE高温材料:316SS、304SS、Alloy 800H、9Cr-1Mo-V和2.25Cr-1Mo。以316SS为例,该材料用于评估的参数如下:
4. 规范评定流程的展示
规范评定流程如图3所示,展示了详细的评定步骤。
图3 AE Ⅲ-5评价流程图
5. 评价结果的输出与解读
输出并解读载荷控制的应力限值评定结果、应变和变形限值评定结果以及蠕变-疲劳限值评定结果。