[发明专利]一种考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法

说明书

本发明提出了一种考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法。首先结合疲劳寿命模型和应力松弛模型，考虑辐照对疲劳参数的影响，构建了压紧弹簧疲劳寿命模型；在压紧弹簧疲劳寿命模型的基础上，考虑工况参数和材料参数的不确定性，采用蒙特卡罗方法计算获取疲劳寿命分布；根据广义应力‑强度干涉模型定义压紧弹簧可靠度并开展灵敏度分析，对压紧弹簧开展可靠性评估。所述方法建立了考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳模型，并给出了压紧弹簧疲劳可靠性评估流程，可以为对压紧弹簧的设计优化提供理论依据。

(一)技术领域：

本发明提供一种考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法，它是一种适用于反应堆堆内构件压紧弹簧的可靠性评估方法，属于可靠性工程技术领域。

(二)背景技术

压紧弹簧作为堆内构件组成部分之一，其作用是压紧并定位堆内构件，保持竖直稳定性，其可靠性关乎整个反应堆的运行安全。由于反应堆特殊的环境，压紧弹簧处于一定的辐照工况中。此外，与反应堆其他部件不同，堆内构件压紧弹簧在运行过程存在应力松弛现象。压紧弹簧的平均应力并不能视为恒定值。如果不考虑应力松弛进行疲劳寿命评估，往往会较大低估疲劳寿命。为了使得疲劳寿命评估结果为更准确，应该同时考虑辐照和应力松弛两个方面的影响。

针对堆内构件压紧弹簧疲劳失效和可靠性问题，提出了一种考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法。本发明建立了考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳模型，并给出了压紧弹簧疲劳可靠性评估流程，可以为对压紧弹簧的设计优化提供理论依据。

(三)发明内容

本发明是一种考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法，即首先获取压紧弹簧材料、结构、载荷约束数据；利用雨流计数法，将变幅温度载荷分解为恒幅载荷；结合疲劳寿命SWT模型和应力松弛Landgraf模型，考虑辐照对疲劳参数的影响，构建了压紧弹簧疲劳寿命模型；在压紧弹簧疲劳寿命模型的基础上，考虑工况参数和材料参数的不确定性，采用蒙特卡罗方法计算获取疲劳寿命分布；根据广义应力-强度干涉模型定义压紧弹簧可靠度并开展灵敏度分析，对压紧弹簧开展可靠性评估。

具体步骤：

(1)根据文献调研、工程经验、试验拟合获取堆内构件压紧弹簧的材料、结构、载荷约束数据。

(2)根据雨流计数法，将实际变幅温度载荷分解为恒幅载荷。

(3)结合疲劳寿命SWT模型和应力松弛Landgraf模型，考虑辐照对疲劳参数的影响，构建考虑应力松弛和辐照影响的压紧弹簧疲劳寿命模型。

(4)根据仿真、工程经验、文献调研生成随机参数仿真输入数据集。

(5)根据蒙特卡罗方法抽样生成n组数据，计算每组参数对应疲劳寿命。

(6)根据疲劳累积损伤准则计算疲劳总损伤D_f和总疲劳寿命N_f。

(7)根据失效判据计算压紧弹簧可靠度R。

(8)计算不确定性参数的可靠性灵敏度S(x_i)。

其中，步骤(2)中将变幅载荷分解为恒幅载荷，因为压紧弹簧的压紧力载荷基本是恒定不变的，但在正常工况下承受变幅温度载荷。SWT模型是根据恒幅循环载荷作用下应力应变响应求解对应疲劳寿命，需要利用雨流计数法将实测变幅载荷分解为保留两参数(变程和均值)恒幅载荷。

步骤(3)中构建考虑应力松弛和辐照影响的压紧弹簧疲劳寿命模型，该步骤具体如下：

SWT模型能够综合考虑应变、应力幅和平均应力对疲劳寿命的影响，其形式如下：