[发明专利]一种用于过热器管板的蠕变疲劳损伤评估方法

说明书

本发明提供一种用于过热器管板的蠕变疲劳损伤评估方法，包括：稳态循环分析方法的修正；结合CAE模型、屈服应力与温度相关的理想弹塑性模型和温度相关蠕变本构方程，分析管板在稳态循环中的蠕变循环塑性行为；采用通用斜率法、设计疲劳曲线评估疲劳损伤；采用时间分数法、延性耗竭模型或应变能密度耗竭模型评估蠕变损伤；根据线性损伤叠加准则或统一蠕变疲劳方程对蠕变疲劳损伤进行评估。本发明的用于过热器管板的蠕变疲劳损伤评估方法考虑非等温蠕变效应、多次保载周期和保载期内的应力应变松弛历史，可对过热器管板进行蠕变疲劳总损伤评估，具有直观、适用性强、精确度高的优点。

技术领域

本发明涉及蠕变疲劳的损伤评估领域，尤其涉及一种用于过热器管板的蠕变疲劳损伤评估方法。

背景技术

过热器作为传统的标准管壳换热设备，是蒸汽发电厂的关键部件，在石油和能源行业得到了广泛的应用。作为典型的单相热交换器，蒸汽在内管道内流动，并允许外部烟气以交叉流动(横流或错流)的形式加热蒸汽。过热器的生产和维护相对简单、价格低廉，而且适应性强，能够承受高温高压的工作条件。在过热器的众多部件中，管板是同时附着在管层和壳层上的最关键部件之一。在承受热载荷和机械载荷的管板中，通常可以检测到极其复杂的载荷条件，这可能会导致蠕变和疲劳损伤。

在工业领域进行蠕变疲劳损伤评估有两种方法：基于规则的方法和基于分析的方法。英国R5完整性评估过程和ASME锅炉及压力容器规范(NH)广泛采用的基于规则的方法通常被认为过于保守和不准确。同时，基于有限元分析的方法在过去的十年中得到了很大的发展和改进，特别是对于那些能够在效率和精度之间取得平衡的直接方法，而不是耗时的分步分析法。近年来，线性匹配方法框架(LMMF)用来进行完整的结构性能评估，其集成了几个模块，包括使用原始线性匹配方法(LMM)算法的弹性和塑性安定性分析模块，使用扩展LMM算法的蠕变断裂评估模块，使用直接稳态循环分析(DSCA)方法的低周疲劳评估模块，以及使用扩展直接稳态循环分析(eDSCA)的蠕变-疲劳交互作用评估模块。

然而，由于线性匹配-扩展直接稳态循环分析方法(LMM-eDSCA)只能考虑一个载荷循环中的等温蠕变参数和一个保载周期，并未考虑非等温条件或多保载蠕变行为等。同时该方法无法在数值模拟中预测保载时间内的蠕变应力松弛历史，在解决复杂实际问题时存在一定的局限性。因此，需要寻找有效途径来评估过热器管板的蠕变疲劳损伤。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种用于过热器管板的蠕变疲劳损伤评估方法，能够更好地展示用各种方法评估蠕变疲劳损伤的能力，具有直观、适用性强、精确度高的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于过热器管板的蠕变疲劳损伤评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：用非等温蠕变、多重保载和保载期间内的蠕变松弛历史对稳态循环分析方法进行修正，得到修正后的稳态循环分析方法；

S2：通过所述修正后的稳态循环分析方法、屈服应力与温度相关的理想弹塑性模型以及温度相关的蠕变本构方程对所述过热器管板的CAE模型进行分析，得到所述过热器管板在稳态循环中的循环蠕变和塑性行为；

S3：根据所述过热器管板在稳态循环中的循环蠕变和塑性行为，采用修正通用斜率法或美国机械工程师协会提供的设计疲劳曲线获得所述过热器管板的疲劳损伤评估结果；

S4：根据所述过热器管板在稳态循环中的循环蠕变和塑性行为，采用时间分数法、延性耗竭模型或应变能密度耗竭模型获得所述过热器管板的蠕变损伤评估结果；

S5：根据所述疲劳损伤评估结果和所述蠕变损伤评估结果，采用线性损伤叠加准则或统一蠕变疲劳方程获得所述过热器管板的蠕变疲劳损伤评估结果。

进一步地，所述S1包括：

S11：建立包含非等温效应的蠕变应变计算方程：