热老化对核电厂一回路主管道LBB分析失效模式的影响

核电厂一回路主管道的材料热老化对其"未爆先漏"(LBB)分析存在明显的影响,基于美国NUREG/CR 4513报告,分析了热老化对一回路主管道的结构塑性极限载荷、裂纹扩展稳定性图(J-T图)、弹塑性断裂失效(EPFM)临界裂纹尺寸和结构失效模式的影响。案例分析结果表明,热老化增加了材料的流变应力和结构塑性极限载荷(增加了11.78%)、降低了材料韧性(裂纹扩张量为5 mm时下降了62.65%)、同样的撕裂模量下热老化后允许的J积分降低了50%以上,热老化后结构的塑性极限载荷与EPFM极限载荷之比(对应于ASME规范Ⅺ卷的Z因子)明显增大。研究结果还表明,在较大的外部载荷作用下,J-T图的驱动力曲线不再是条直线,这与诸如ASME规范Ⅺ卷的简单分析假设不一致,采用ASME规范中的简单假设可能得到非精确的结论。主管道既可能发生EPFM失效,又可能发生塑性失稳失效,发生EPFM失效对应的载荷区间更大。

LBB弹塑性断裂分析中临界裂纹尺寸计算

LBB评估中基于弹塑性断裂方法(EPFM)计算裂纹稳定扩展的临界尺寸是主要难点之一,工程应用中主要通过裂纹扩展驱动力图(J-a图)或裂纹扩展稳定性图(J-T图)计算裂纹稳定扩展的临界尺寸。针对绘制J-a和J-T图的过程较复杂,且作图法确定临界裂纹尺寸精度会受到作图质量影响的问题,基于EPRI工程评定方法的裂纹稳定扩展条件(ASME和R6等规范中也是引用的该条件),给出了一种计算裂纹稳定扩展临界尺寸的数值方法。分析案例研究结果表明,J-T图驱动力曲线存在不是直线的情况,这与简化分析假设不一致。在分析案例中,J-T图分析获得的临界裂纹尺寸是偏于保守的,当外加载荷较小时,这种保守性较小,但当外加载荷较大时,J-T图引起的保守可能高达40%左右。