[發(fā)明專利]一種考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧疲勞可靠性評估方法

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• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112149242A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫博;潘俊林;楊西;任羿;馮強;楊德真;王自力
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/02;G06F119/04;G06F119/14
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本發(fā)明提出了一種考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧疲勞可靠性評估方法。首先結(jié)合疲勞壽命模型和應(yīng)力松弛模型，考慮輻照對疲勞參數(shù)的影響，構(gòu)建了壓緊彈簧疲勞壽命模型；在壓緊彈簧疲勞壽命模型的基礎(chǔ)上，考慮工況參數(shù)和材料參數(shù)的不確定性，采用蒙特卡羅方法計算獲取疲勞壽命分布；根據(jù)廣義應(yīng)力?強度干涉模型定義壓緊彈簧可靠度并開展靈敏度分析，對壓緊彈簧開展可靠性評估。所述方法建立了考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧疲勞模型，并給出了壓緊彈簧疲勞可靠性評估流程，可以為對壓緊彈簧的設(shè)計優(yōu)化提供理論依據(jù)。

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明提供一種考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧疲勞可靠性評估方法，它是一種適用于反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧的可靠性評估方法，屬于可靠性工程技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

壓緊彈簧作為堆內(nèi)構(gòu)件組成部分之一，其作用是壓緊并定位堆內(nèi)構(gòu)件，保持豎直穩(wěn)定性，其可靠性關(guān)乎整個反應(yīng)堆的運行安全。由于反應(yīng)堆特殊的環(huán)境，壓緊彈簧處于一定的輻照工況中。此外，與反應(yīng)堆其他部件不同，堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧在運行過程存在應(yīng)力松弛現(xiàn)象。壓緊彈簧的平均應(yīng)力并不能視為恒定值。如果不考慮應(yīng)力松弛進行疲勞壽命評估，往往會較大低估疲勞壽命。為了使得疲勞壽命評估結(jié)果為更準確，應(yīng)該同時考慮輻照和應(yīng)力松弛兩個方面的影響。

針對堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧疲勞失效和可靠性問題，提出了一種考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧疲勞可靠性評估方法。本發(fā)明建立了考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧疲勞模型，并給出了壓緊彈簧疲勞可靠性評估流程，可以為對壓緊彈簧的設(shè)計優(yōu)化提供理論依據(jù)。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是一種考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧疲勞可靠性評估方法，即首先獲取壓緊彈簧材料、結(jié)構(gòu)、載荷約束數(shù)據(jù)；利用雨流計數(shù)法，將變幅溫度載荷分解為恒幅載荷；結(jié)合疲勞壽命SWT模型和應(yīng)力松弛Landgraf模型，考慮輻照對疲勞參數(shù)的影響，構(gòu)建了壓緊彈簧疲勞壽命模型；在壓緊彈簧疲勞壽命模型的基礎(chǔ)上，考慮工況參數(shù)和材料參數(shù)的不確定性，采用蒙特卡羅方法計算獲取疲勞壽命分布；根據(jù)廣義應(yīng)力-強度干涉模型定義壓緊彈簧可靠度并開展靈敏度分析，對壓緊彈簧開展可靠性評估。

具體步驟：

(1)根據(jù)文獻調(diào)研、工程經(jīng)驗、試驗擬合獲取堆內(nèi)構(gòu)件壓緊彈簧的材料、結(jié)構(gòu)、載荷約束數(shù)據(jù)。

(2)根據(jù)雨流計數(shù)法，將實際變幅溫度載荷分解為恒幅載荷。

(3)結(jié)合疲勞壽命SWT模型和應(yīng)力松弛Landgraf模型，考慮輻照對疲勞參數(shù)的影響，構(gòu)建考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的壓緊彈簧疲勞壽命模型。

(4)根據(jù)仿真、工程經(jīng)驗、文獻調(diào)研生成隨機參數(shù)仿真輸入數(shù)據(jù)集。

(5)根據(jù)蒙特卡羅方法抽樣生成n組數(shù)據(jù)，計算每組參數(shù)對應(yīng)疲勞壽命。

(6)根據(jù)疲勞累積損傷準則計算疲勞總損傷D_f和總疲勞壽命N_f。

(7)根據(jù)失效判據(jù)計算壓緊彈簧可靠度R。

(8)計算不確定性參數(shù)的可靠性靈敏度S(x_i)。

其中，步驟(2)中將變幅載荷分解為恒幅載荷，因為壓緊彈簧的壓緊力載荷基本是恒定不變的，但在正常工況下承受變幅溫度載荷。SWT模型是根據(jù)恒幅循環(huán)載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)求解對應(yīng)疲勞壽命，需要利用雨流計數(shù)法將實測變幅載荷分解為保留兩參數(shù)(變程和均值)恒幅載荷。

步驟(3)中構(gòu)建考慮應(yīng)力松弛和輻照影響的壓緊彈簧疲勞壽命模型，該步驟具體如下：

SWT模型能夠綜合考慮應(yīng)變、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力對疲勞壽命的影響，其形式如下：