考虑多裂纹干涉影响的高温焊接管道蠕变寿命评估方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51505328
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

For the aim of promoting the harmonious development between energy and environment, clean and high efficient Ultra Super Critical (USC) power plants have been widely constructed in China. While with the temperature and pressure increasing, the service environment for high temperature components in USC units is becoming more server and as a result more critical solutions are required to assure their safety. Many high-temperature components contain more than one crack-like defects and flaws. The interactions of these cracks or flaws are therefore ineluctable during the evolution of crack and could cause a change in the stress filed and the crack growth rate, which greatly affect the reliability of these components. However, the combination criteria for multiple cracks in prevailing assessment procedures for the high temperature structures are established under the elastic fracture mechanics and the effects of the creep deformation, constraint level and welding residual stress level on the multiple cracks interaction are not involved. Thus, these approaches have limitations on the reliability assessment and often result in an underestimated or overestimated life prediction. Hence, based on the elastic-plastic creep damage mechanics and high temperature fracture mechanics, the interaction behavior of coplanar multiple cracks in high temperature welded pipes during creep crack growth is systematically investigated by incorporating the experiment research, numerical simulation and theoretical analysis. Then the combination criteria for the multiple cracks during creep crack will be established, where the effects of the configurations and the growth of multiple cracks, the constraint level ahead of crack tip and the present residual stress level are all considered. Furthermore, the characterization of the creep crack growth rate under the multiple cracks interaction is proposed. Finally, the creep life assessment approach for the high temperature welded pipes with multiple cracks will be developed to assure the integrity of high temperature components.
为了促进能源与环境的协调发展,高效洁净的超超临界机组成为了我国目前火力发电的主力机组,而蒸汽参数的提高致使高温结构的服役环境更加恶劣,对其使用安全性提出了更高要求。高温部件往往出现多个裂纹共存,其相互干涉作用将改变裂纹前沿应力场和裂纹扩展速率,严重影响了结构的可靠性。然而现行评估方法中参照线弹性断裂方法建立的多裂纹合并准则,未考虑高温蠕变、拘束和残余应力等影响,具有较大的局限性,导致对评估结果偏保守或过于危险。本项目将针对高温焊接管道,基于高温弹塑性蠕变损伤力学和高温断裂力学,采用试验、数值模拟和理论分析手段相结合,围绕高温下共面多裂纹的干涉效应、裂纹扩展和合并规律展开系统研究,建立高温蠕变条件下综合考虑裂纹扩展、裂纹几何特征、拘束程度和残余应力的多裂纹合并准则,探明多裂纹干涉下蠕变裂纹扩展速率表征方法,发展考虑多因素的含多裂纹高温焊接管道蠕变寿命评估方法,保证高温焊接结构的完整性。

结项摘要

为实现裂纹扩展行为的准确模拟,构建了反映材料微观组织变化、由随机晶粒和晶界构成的理想化组织网格模型,耦合蠕变/疲劳/氧化损伤演变模型,实现了高温蠕变、蠕变/疲劳、蠕变/疲劳/氧化、缺口试样等的裂纹扩展行为的表征,既获得材料的裂纹扩展性能,同时探明了裂纹扩展不同阶段的断裂机制和断裂机理的变化,在国际上首次实现了高温裂纹扩展断裂机制的数值表征。通过含多裂纹高温结构断裂参量的数值模拟分析,探明了多裂纹的间距、形状、深度、蠕变性能以及载荷形式变化对高温蠕变下表面和埋藏多裂纹干涉行为的影响,除多裂纹之间相互距离以外,多裂纹的裂纹深度、蠕变性能以及载荷形式变化也决定了多裂纹的干涉水平,而裂纹形状变化的影响较小;在此基础上,建立了高温蠕变下多裂纹干涉因子的工程计算方法,便于基于工程结构实际缺陷尺寸和载荷工况,计算高温含缺陷结构多裂纹干涉效应。为表征拘束效应对多裂纹干涉行为的影响,提出了基于等效蠕变变形面积的高温蠕变干涉因子,准确反映了裂纹距离、裂纹深度、裂纹形状以及蠕变性能对多裂纹干涉行为的影响,并消除拘束效应对多裂纹干涉行为的影响。基于蠕变裂纹扩展数值模拟方法和高温蠕变多裂纹扩展的试验验证,探明了多裂纹共存下几何特征、载荷形式、残余应力、蠕变性能等变化对多高温蠕变下多裂纹干涉下裂纹扩展速率影响,提出利用裂纹扩展速率加速因子表征多裂纹共存下裂纹扩展行为的变化,分析了裂纹扩展速率加速因子和蠕变多裂纹干涉因子的关系,建立了高温蠕变条件下基于蠕变干涉因子的多裂纹合并判定准则和合并方法,降低了现行标准评估方法的保守性,完善了现行高温结构完整性评估准则,对保证我国高温结构完整性具有重要的工程价值。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Assessment of creep interaction of double elliptical cracks at elevated temperatures using numerical analysis
使用数值分析评估高温下双椭圆裂纹的蠕变相互作用
  • DOI:
    10.1007/s00419-017-1335-9
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Archive of Applied Mechanics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Zhao Lei;Zhao Zunyi;Xu Lianyong;Han Yongdian;Jing Hongyang;Zhao Lei;Zhao Zunyi;Xu Lianyong;Han Yongdian;Jing Hongyang;Xu LY;Xu LY
  • 通讯作者:
    Xu LY
Evaluation of multiple cracks interaction effect subjected to biaxial tension under creep regime
蠕变状态下双轴拉伸下多裂纹相互作用效应的评估
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2017.01.025
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Xu Lianyong;Zhao Lei;Jing Hongyang;Han Yongdian
  • 通讯作者:
    Han Yongdian
A novel creep-fatigue interaction damage model with the stress effect to simulate the creep-fatigue crack growth behavior
一种具有应力效应的新型蠕变-疲劳相互作用损伤模型,用于模拟蠕变-疲劳裂纹扩展行为
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2017.05.036
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Xu Lianyong;Zhao Lei;Gao Zhifang;Han Yongdian
  • 通讯作者:
    Han Yongdian
Evaluation of multiple cracks interaction effect subjected to biaxial tension under creep regime
蠕变状态下双轴拉伸下多裂纹相互作用效应的评估
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2017.01.025
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Xu Lianyong;Zhao Lei;Jing Hongyang;Han Yongdian;Xu Lianyong;Zhao Lei;Jing Hongyang;Han Yongdian;Zhao L
  • 通讯作者:
    Zhao L
高温蠕变下表面多裂纹扩展行为研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    焊接学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭威;赵雷;徐连勇;韩永典;荆洪阳
  • 通讯作者:
    荆洪阳

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其他文献

Titanium-aluminum-chromium alloy target material and preparation method thereof
钛铝铬合金靶材及其制备方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013-09-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王铁军;唐培新;张路长;孙继洲;郝权;赵雷;何向晖
  • 通讯作者:
    何向晖
A modified fracture assessment method for pipelines under combined inner pressure and large-scale axial plastic strain
内压与大范围轴向塑性应变联合作用下管道的改进断裂评估方法
  • DOI:
    10.1049/iet-cdt.2015.0056
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    THEORETICAL AND APPLIED FRACTURE MECHANICS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    贾鹏宇;荆洪阳;徐连勇;韩永典;赵雷
  • 通讯作者:
    赵雷
POM@Fe-MOF衍生物的结构及其电化学性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    武汉科技大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张晚秋;何漩;赵雷;李薇馨;方伟;张富青
  • 通讯作者:
    张富青
创客模式下传统产业诚信合作创新的演化机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    重庆大学学报(社会科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵雷;柴国荣;陈俊喜
  • 通讯作者:
    陈俊喜
基于统计的核电厂地震裕量分析建议反应谱
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    核动力工程
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王玉石;李小军;赵雷;侯春林
  • 通讯作者:
    侯春林

其他文献

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赵雷的其他基金

基于变形损伤控制机制的GH4169及焊接接头的蠕变-疲劳-临氢环境下寿命预测研究
  • 批准号:
    52375371
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
纳入性能不匹配拘束效应焊接接头蠕变-疲劳断裂寿命评估方法研究
  • 批准号:
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    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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