2021年, 第38卷, 第11期　
刊出日期：2021-11-30

  

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试验研究
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  面内和面外约束相关的反应堆压力容器结构钢断裂性能及预测

  刘争, 王昕, 陈旭

  压力容器. 2021, 38(11): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.001

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  构建实验室小尺寸试样得到的断裂韧性与工程实际含裂纹结构的关联是反应堆压力容器（RPV）结构安全评定的关键。以16MND5低合金钢为研究对象，采用理论、试验与数值分析相结合的研究方法，验证所提出的面外约束参数V₃₃在大尺度屈服下的适应性，结合面内约束参数A，发展三维面内和面外约束相关的断裂力学方法。结果表明：V₃₃作为面外约束参数，适用于量化从小尺度屈服到大尺度屈服下的面外约束水平；发展的J-A-V₃₃方法，通过与试验结果对比，证明是可行的；建立的面内和面外约束相关的16MND5钢断裂性能函数可以准确预测其他断裂试样的断裂行为。以上这些结果对RPV结构的设计、安全服役及结构完整性评估具有重要的意义。
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  超临界压力下CO₂在旋流通道内对流换热试验研究

  宋嘉梁, 陈健, 赵锐, 程文龙, 陈永东

  压力容器. 2021, 38(11): 9-17,35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.002

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  将缠绕管式换热器代替目前普遍使用的印刷电路板式换热器（PCHE）用于超临界二氧化碳（SCO₂）布雷顿循环发电系统具有潜在前景，而SCO₂在变物性和旋流强化支撑体交互作用下的传热与流动试验研究仍十分匮乏。搭建了一套SCO₂闭式循环测试平台，对超临界压力下CO₂在受热竖直旋流通道（管外径6.35 mm、管内径4.57 mm、螺距50 mm、螺旋直径80 mm、总长度1 000 mm）中的对流换热特性进行试验研究，并与直管进行对比。揭示旋流通道内SCO₂在变物性、浮升力、离心力耦合作用下的湍流传热特性，并基于1 071个试验工况数据得出了新的传热准则式，为缠绕管式回热器热力设计方法奠定了基础。该研究进一步丰富和发展了SCO₂测试系统，对缠绕管式SCO₂换热器在核电以及光热发电中的应用及推广具有一定的工程应用价值。
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  长管拖车气瓶材料受火后性能及组织变化

  李桐, 金明哲, 骆辉, 王学敏

  压力容器. 2021, 38(11): 18-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.003

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  通过模拟火灾条件，研究了经历不同热暴露温度后气瓶材料力学性能及微观组织变化规律。试验结果表明，长管拖车气瓶材料在热暴露温度超过700℃时，材料的力学性能出现不满足相关标准要求项，是由组织中条块状铁素体消失及位错密度减少所致。最终形成不同受火温度下长管拖车气瓶材料金相组织图谱及力学性能对应关系，为火灾后长管拖车气瓶检验判定提供参考。
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  P92钢及其焊接接头的蠕变-疲劳寿命预测

  宋宇轩, 余婷, 秦富饶, 高增梁

  压力容器. 2021, 38(11): 26-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.004

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  严苛的服役环境会造成压力容器许多未预期的过早失效，特别是焊接接头结构，其热影响区在服役过程中的过早开裂导致高温压力容器损坏的案例时有发生。通过开展不同保载时间的P92钢及其焊接接头的蠕变-疲劳试验，采用三种应力松弛拟合方法对其应力松弛行为进行拟合，并使用时间分数法、延性耗竭法以及两种修正的应变能密度模型对P92钢及其焊接接头的循环寿命进行预测。研究结果表明，各模型对P92钢母材的预测精度较高，但焊接接头的预测结果存在较大离散性，保守性较差。
设计计算
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  基于四参数棘轮理论的压力容器安定分析

  鲍宏琛, 沈鋆, 刘应华

  压力容器. 2021, 38(11): 36-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.005

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  对于压力容器和管道系统等工业部件，确定结构在复杂循环热机械载荷下的安定域，从而避免低周疲劳和增量塑性变形是至关重要的。基于线性匹配方法下的严格安定分析，应用一种新颖的双平面模型，考虑机械薄膜应力、热薄膜应力、热弯曲应力之间的相互作用，分别给出结构在三类载荷工况下的三维安定域。通过引入一个新的参数二次膜弯比，基于四参数棘轮理论，首次给出了三类工况下安定边界的参数公式，可为工程设计和安全评定提供参考。
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  车载LNG气瓶液体晃动数值分析方法对比

  许海洋, 杨宁祥, 梁琳, 刘蕊, 范海贵, 刘培启

  压力容器. 2021, 38(11): 44-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.006

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  工程上通常将车载LNG气瓶内液体晃动简化为静力问题来计算，这与真实受力情况存在较大差异。用流固耦合方法计算了不同工况下气瓶应力随时间的动态响应，并与等效静力计算结果进行对比分析。结果表明：当气瓶受到液体晃动冲击载荷时，应力强度呈现先增大、后减小的趋势，最后趋于稳定值，最大应力可达静止状态的2倍左右；对等效静力法进行修正，获得了不同方向惯性加速度作用下气瓶的液体晃动影响系数上限值，随着充装率增加，各方向的晃动影响系数均逐渐减小；满载时气瓶应力最大，实际工程应用时，可取晃动影响系数为1.3来校核气瓶强度。
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  X90/X100高钢级管道止裂概率计算方法

  李鹤, 池强, 霍春勇, 吉玲康, 杨坤

  压力容器. 2021, 38(11): 53-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.007

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  随着天然气管道钢级、口径及运行压力的不断增加，容易出现输气管道延性裂纹的长程扩展问题。必须通过制定合理的止裂韧性指标对管道进行止裂控制。X80管道止裂韧性技术指标均按单管止裂要求制定。但是对于X90/X100高纲级管道，实际批量生产中很难达到单管止裂的韧性要求。介绍了一种基于所有炉批次钢管止裂韧性服从正态分布的止裂概率计算方法，并运用此方法计算制定了我国批量试生产X90钢管夏比冲击功炉平均值和夏比冲击功炉最小值技术指标，满足5～8根钢管内概率止裂要求。
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  主蒸汽管道在瞬态流作用下的结构动力分析

  刘浪

  压力容器. 2021, 38(11): 59-63,81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.008

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  核电厂高能管道系统破裂后动态效应的防护设计是纵深防御的重要手段，其中破口引起的管道内瞬态流载荷是决定高能管道结构设计的最主要载荷。基于有限元方法分析了核电厂主蒸汽管道在瞬态流载荷作用下约束刚度和管线部件结构刚度对动力响应的影响，提出一种简化有限元模型的方法，既保证了核电厂安全性，又可提升其经济性。
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  分子筛吸附塔温度交变载荷下的热-力耦合应力场分析

  陈建国, 王传平, 熊涛, 朱琳, 周兆明, 张佳

  压力容器. 2021, 38(11): 64-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.009

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  基于瞬态热力学基础理论，建立全尺寸吸附塔有限元模型，分析了温度交变载荷下塔体关键部位热应力分布规律，并对最大等效应力位置进行强度评估。结果表明，最大应力集中处于塔体开孔接管进出口内壁倒角处，最大为313.34MPa，等效应力沿接管逐渐向四周扩散；塔体内表面应力随着时间的增加呈先减小、后增大的趋势，外表面应力呈先增大、后减小的趋势；裙座连接处内外表面热应力大于塔体封头内外表面热应力；最大应力集中位置各评定路径对应的应力线性化结果均通过评定。所得结论可为吸附塔在复杂温度交变工况下的强度设计、寿命预测及维护提供理论依据。
安全分析
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  基于多尺度建模方法的蠕变-疲劳寿命预测

  李凯尚, 王润梓, 张显程, 涂善东

  压力容器. 2021, 38(11): 73-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.010

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  航空发动机、燃气机、发电机等装置在服役过程中承受着严重的蠕变-疲劳交互作用，这对部件的寿命设计提出了新的要求。基于跨尺度建模方法，实现了非连续结构的蠕变-疲劳损伤评估和寿命预测。在宏观尺度上，结合非统一循环本构方程和蠕变-疲劳损伤模型，确定非连续结构在蠕变-疲劳过程中的危险位置；在微观尺度上，借助晶体塑性理论，描述该危险位置处的微观力学行为和损伤演化规律。为验证提出的多尺度建模方法的可行性，对含孔结构进行一系列蠕变-疲劳试验，结果发现预测的裂纹萌生寿命与试验结果一致。最后，将这种多尺度建模方法运用到某型涡轮盘的损伤评定。
制造与安装
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  超厚管板深孔加工工艺的研究及应用

  廉松松, 关庆鹤, 王立昆, 李国骥

  压力容器. 2021, 38(11): 82-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.11.011

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  高压加热器是电站辅机的重要设备，体积大，结构复杂，设计温度和压力高，介质为高温高压蒸汽和水。介绍了超厚管板深孔加工工艺，针对蒸汽冷却器管板的结构特点和孔群分布型式进行识别和分析，总结了大长径比、密集孔群深孔加工的难点和控制要点，并通过加工试验对工装夹具、数控程序、加工参数进行了优化和改进，从而完成该管板的生产制造。