[發明專利]一種用于過熱器管板的蠕變疲勞損傷評估方法

有效

• 申請號: 202110259404.2
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113049376B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 王潤梓;孫佳錦;李凱尚;張顯程;涂善東
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;熊俊杰

本發明提供一種用于過熱器管板的蠕變疲勞損傷評估方法，包括：穩態循環分析方法的修正；結合CAE模型、屈服應力與溫度相關的理想彈塑性模型和溫度相關蠕變本構方程，分析管板在穩態循環中的蠕變循環塑性行為；采用通用斜率法、設計疲勞曲線評估疲勞損傷；采用時間分數法、延性耗竭模型或應變能密度耗竭模型評估蠕變損傷；根據線性損傷疊加準則或統一蠕變疲勞方程對蠕變疲勞損傷進行評估。本發明的用于過熱器管板的蠕變疲勞損傷評估方法考慮非等溫蠕變效應、多次保載周期和保載期內的應力應變松弛歷史，可對過熱器管板進行蠕變疲勞總損傷評估，具有直觀、適用性強、精確度高的優點。

技術領域

本發明涉及蠕變疲勞的損傷評估領域，尤其涉及一種用于過熱器管板的蠕變疲勞損傷評估方法。

背景技術

過熱器作為傳統的標準管殼換熱設備，是蒸汽發電廠的關鍵部件，在石油和能源行業得到了廣泛的應用。作為典型的單相熱交換器，蒸汽在內管道內流動，并允許外部煙氣以交叉流動(橫流或錯流)的形式加熱蒸汽。過熱器的生產和維護相對簡單、價格低廉，而且適應性強，能夠承受高溫高壓的工作條件。在過熱器的眾多部件中，管板是同時附著在管層和殼層上的最關鍵部件之一。在承受熱載荷和機械載荷的管板中，通常可以檢測到極其復雜的載荷條件，這可能會導致蠕變和疲勞損傷。

在工業領域進行蠕變疲勞損傷評估有兩種方法：基于規則的方法和基于分析的方法。英國R5完整性評估過程和ASME鍋爐及壓力容器規范(NH)廣泛采用的基于規則的方法通常被認為過于保守和不準確。同時，基于有限元分析的方法在過去的十年中得到了很大的發展和改進，特別是對于那些能夠在效率和精度之間取得平衡的直接方法，而不是耗時的分步分析法。近年來，線性匹配方法框架(LMMF)用來進行完整的結構性能評估，其集成了幾個模塊，包括使用原始線性匹配方法(LMM)算法的彈性和塑性安定性分析模塊，使用擴展LMM算法的蠕變斷裂評估模塊，使用直接穩態循環分析(DSCA)方法的低周疲勞評估模塊，以及使用擴展直接穩態循環分析(eDSCA)的蠕變-疲勞交互作用評估模塊。

然而，由于線性匹配-擴展直接穩態循環分析方法(LMM-eDSCA)只能考慮一個載荷循環中的等溫蠕變參數和一個保載周期，并未考慮非等溫條件或多保載蠕變行為等。同時該方法無法在數值模擬中預測保載時間內的蠕變應力松弛歷史，在解決復雜實際問題時存在一定的局限性。因此，需要尋找有效途徑來評估過熱器管板的蠕變疲勞損傷。

發明內容

針對上述現有技術中的不足，本發明提供一種用于過熱器管板的蠕變疲勞損傷評估方法，能夠更好地展示用各種方法評估蠕變疲勞損傷的能力，具有直觀、適用性強、精確度高的優點。

為了實現上述目的，本發明提供一種用于過熱器管板的蠕變疲勞損傷評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：用非等溫蠕變、多重保載和保載期間內的蠕變松弛歷史對穩態循環分析方法進行修正，得到修正后的穩態循環分析方法；

S2：通過所述修正后的穩態循環分析方法、屈服應力與溫度相關的理想彈塑性模型以及溫度相關的蠕變本構方程對所述過熱器管板的CAE模型進行分析，得到所述過熱器管板在穩態循環中的循環蠕變和塑性行為；

S3：根據所述過熱器管板在穩態循環中的循環蠕變和塑性行為，采用修正通用斜率法或美國機械工程師協會提供的設計疲勞曲線獲得所述過熱器管板的疲勞損傷評估結果；

S4：根據所述過熱器管板在穩態循環中的循環蠕變和塑性行為，采用時間分數法、延性耗竭模型或應變能密度耗竭模型獲得所述過熱器管板的蠕變損傷評估結果；

S5：根據所述疲勞損傷評估結果和所述蠕變損傷評估結果，采用線性損傷疊加準則或統一蠕變疲勞方程獲得所述過熱器管板的蠕變疲勞損傷評估結果。

進一步地，所述S1包括：

S11：建立包含非等溫效應的蠕變應變計算方程：