含有裂纹的核级管道的LBB分析及其微观裂纹分子动力学研究

摘要

三维裂纹仿真分析和防断裂设计问题一直是断裂理论和工程应用研究的主要课题。管道系统是核动力工程中的关键部件。本文运用三维有限元分析软件ANSYS和三维裂纹分析专用程序Franc3D，针对中国实验快堆(CEFR)一段余热排放系统中的含有裂纹的管道进行了三维层次的裂纹仿真模拟分析以及LBB(Leak-Before-Break)评定。
　　本文采用适用于高温环境下的材料和法国结构安全设计规范 RCC-MR.A16标准文件。研究的管道材料为9Cr1Mo钢的改良型—T91/P91管材。分析模型为含裂纹的三维结构，且包括管道高温工况和蠕变效应。仿真计算结果表明针对所研究的工况，蠕变较疲劳对三维裂纹扩展的影响更大。采用T91钢的管路系统能够满足相关规范中的LBB设计准则。本文研究为快堆管道选材、含缺陷管道安全评估和高温完整性评定提供设计参考。分子动力学主要是以分子模拟为主，它主要是是用牛顿力学进行计算分子体系的运动规律，按照给定的温度和初始原子速度，计算在不同载荷下模拟模型的各种宏观性质。本文根据分子动力学模拟软件LAMMPS对I和II混合型三维裂纹进行不同温度和加载速率情况下的裂纹分子动力学扩展模拟。最后的得到在不同温度和加载速率下裂纹尖端的原子运动情况，以及模型中相变规律。

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1 绪 论

1.1 课题工程背景

1.2 LBB（破前漏）分析技术

1.3 计算机分子模拟

1.4本文研究的主要内容

2.高温高压核能管道的LBB分析

2.1 研究目的

2.2 研究内容

2.3 研究方法

2.4 计算方法

2.5本章小结

3管道模型的LBB分析

3.1 计算模型的建立和相应的参数

3.2 确定裂纹位置以及裂纹形状

3.3 不同工况下断裂力学参数的计算

3.4 临界裂纹尺寸的计算和裂纹稳定性评定

3.5泄漏量和响应时间的计算和评定

3.6 本章小结

4 三维裂纹扩展的分子动力学模拟研究

4.1 LAMMPS软件简介

4.2 分子动力学模拟过程

4.3 计算结果

4.4 误差分析

4.5 本章小结

5 结论和展望

5.1 论文的主要研究成果

5.2 展望

参考文献

附录A

个人简历

在学期间发表的学术论文

参研项目

致谢