压水堆一回路管道棘轮变形失效机理及设计理论

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51435012
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    300.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0504.机械结构强度学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Primary coolant circuit pipes (PCCPs) are a crucial protective barrier in pressurized water reactor (PWR) nuclear power plants. Thermal aging and fatigue damage result in accelerating ratcheting deformation and failure in PCCPs, which has drawn great attention from domestic and abroad researchers. However, no mature design standard concerning this problem has been accomplished in the world. In this project, as piping ratcheting deformation of primary coolant circuit pipes (PCCPs) in AP1000 PWR, we take the pressurized structure of the straight and elbow pipe as the object of study. Aiming at the following goals: Mechanisms of influence of loading rate, multiaxial loading, loading history, dynamic strain aging, thermal aging and fatigue damage on ratcheting deformation, as well as behaviours of cyclic plasticity of 316 type stainless steel used for PCCPs in AP1000 PWR will be investigated at elevated temperatures; Viscoplastic constitutive model to predict the accumulation of ratcheting deformation will be developed by incorporating multi-mechanism coupling; Tests of ratcheting deformation in the straight and elbow pipes will be conducted under pressure and bend multiaxial cyclic loading conditions; Time-dependent dynamic ratcheting boundaries of piping structure will be determined by analyzing the accumulation of ratcheting strain in typical structures with the newly developed viscoplastic model embedded in the commercial finite element software ANSYS. In one word, this project will establish a design theoretical basis and approach of considering total life cycle interaction of ratcheting deformation and thermal aging and fatigue damage, and finally provide for the building-up of design criteria of preventing ratcheting deformation in PCCPs of PWR. The achievements of this project will be also of significant theoretical meaning and engineering application value to the establishment of standard as well as the design of pressure equipments (such as pressure vessel and piping).
压水堆核电站一回路管道是核电站的重要屏障,而热老化和疲劳损伤导致棘轮应变加速并失效倍受关注,国内外对此并没有成熟的设计规范。针对AP1000压水堆一回路管道棘轮变形设计问题,以典型的承压结构-直管和弯管为研究对象,研究一回路管道用316型不锈钢高温循环塑性性能及棘轮变形规律,澄清加载率、多轴载荷、载荷历史效应、动态应变时效、热老化和疲劳损伤等对棘轮变形影响的机制;建立考虑这些因素影响用于预测棘轮应变积累的多机制耦合的粘塑性循环本构模型;进行直管和弯管部件在各种内压和弯曲组合多轴循环载荷下的棘轮变形测试;通过在ANSYS中嵌入建立的多机制粘塑性循环本构模型,进行典型结构的棘轮应变累积分析,建立与时间相关的管道结构动态棘轮边界,从而建立考虑全寿命周期棘轮变形与热老化和疲劳损伤交互的核压力管道设计理论和方法。研究成果对承压设备(如压力容器和管道)的设计及规范的制定具有重要理论意义和工程应用价值。

结项摘要

压水堆核电站一回路管道是核电站的重要屏障,而热老化和疲劳损伤导致棘轮应变加速并失效倍受关注,国内外对此并没有成熟的设计规范。针对AP1000压水堆一回路管道棘轮变形设计问题,以典型的承压结构-直管和弯管为研究对象,研究一回路管道用316型不锈钢高温循环塑性性能及棘轮变形规律,澄清加载率、多轴载荷、载荷历史效应、动态应变时效、热老化和疲劳损伤等对棘轮变形影响的机制;建立考虑这些因素影响用于预测棘轮应变积累的多机制耦合的粘塑性循环本构模型;进行直管和弯管部件在各种内压和弯曲组合多轴循环载荷下的棘轮变形测试;通过在ANSYS中嵌入建立的多机制粘塑性循环本构模型,进行典型结构的棘轮应变累积分析,建立与时间相关的管道结构动态棘轮边界,从而建立考虑全寿命周期棘轮变形与热老化和疲劳损伤交互的核压力管道设计理论和方法。主要创新点:(1)系统研究了多种加载条件下316LN不锈钢的循环塑性和低周疲劳性能,揭示了材料的棘轮变形和疲劳裂纹萌生机制,发现并解释了316LN不锈钢棘轮-疲劳寿命随平均应力增加不降反增的现象,建立了棘轮-疲劳寿命预测模型;(2)在各向同性强化律中考虑循环软化记忆效应,在随动强化律中引入反映高温下材料动态应变时效作用的强化因子和热老化影响因子,与塑性应变幅、温度、屈服应力与材料晶粒尺寸相关联,建立了描述316LN材料循环行为的统一粘塑性循环本构方程,能很好预测复杂载荷及热老化下材料的棘轮变形;(3)通过实验方法和数值模拟研究了直管和弯管在内压弯矩等复杂载荷条件下的棘轮行为,证实了所提模型对复杂载荷下管道棘轮边界的预测能力,并通过建立屈服极限和多轴参数与老化时间的关系,可以预测热老化后的棘轮边界。研究成果对承压设备(如压力容器和管道)的设计及规范的制定具有重要理论意义和工程应用价值。

项目成果

期刊论文数量(49)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(20)
专利数量(10)
Thermal aging effect on the tensile and fatigue properties of the narrow-gap TIG welded joints in offshore floating nuclear power plants
热时效对海上浮动核电站窄间隙TIG焊接接头拉伸和疲劳性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ijfatigue.2019.05.002
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Thermal aging effect on the tensile and fatigue properties of the narrow-gap TIG welded joints in of
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weiwei Yu;Minyu Fan;Wenqing Jia;Fei Xue;Min Yu;Hui Liu;Xu Chen
  • 通讯作者:
    Xu Chen
焊后热处理对反应堆压力容器内环形件焊接残余应力的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    压力容器
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙少南;于敦吉;邱阳;董元元;陈旭
  • 通讯作者:
    陈旭
反应堆压力容器内环形件焊接过程数值分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    压力容器
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙少南;于敦吉;邱阳;董元元;陈旭
  • 通讯作者:
    陈旭
Uniaxial ratcheting behaviors of Zircaloy-4 tubes at 400 °C
Zircloy-4 管在 400°C 时的单轴棘轮行为
  • DOI:
    10.1016/j.jnucmat.2014.12.028
  • 发表时间:
    2015-03-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Cheng, Haichao;Chen, Gang;Chen, Xu
  • 通讯作者:
    Chen, Xu
Thermal aging effect on the ratcheting-fatigue behavior of Z2CND18.12N stainless steel
热时效对Z2CND18.12N不锈钢棘轮疲劳行为的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ijfatigue.2014.10.014
  • 发表时间:
    2015-03
  • 期刊:
    International Journal of Fatigue
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Liang Ting;Chen Xu;Cheng Haichao;Chen Gang;Ling Xiang
  • 通讯作者:
    Ling Xiang

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其他文献

龙眼miR403及其候选靶标对外源激素的响应模式以及在龙眼体胚中的表达模式
  • DOI:
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  • 作者:
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    林玉玲
阈下安全启动改善非安全依恋女性的注意加工
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  • 通讯作者:
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永磁球形电机转子区间划分及辨识策略研究
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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结合低秩分解与多流融合的行为识别方法
  • DOI:
    10.3979/j.issn.1673-825x.202102210049
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄思翔;高陈强;陈旭;赵悦;杨烽
  • 通讯作者:
    杨烽

其他文献

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陈旭的其他基金

多轴加载下核电结构材料的热机械疲劳研究
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相似国自然基金

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相似海外基金

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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

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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