01 研究背景

一般冬季是傳統(tǒng)的用電高峰。在核電和水電發(fā)電的基礎(chǔ)上，還需要運(yùn)行火電廠（包括煤炭和天然氣）來(lái)滿足高峰時(shí)期的用電需求。然而隨著高強(qiáng)度的使用，機(jī)組中的蒸汽進(jìn)氣構(gòu)件可能會(huì)因此產(chǎn)生蠕變（Creep）損耗，帶來(lái)安全威脅。

蠕變（英語(yǔ)：Creep），也稱潛變，是在應(yīng)力影響下固體材料緩慢永久性的移動(dòng)或者變形的趨勢(shì)。它的發(fā)生是低于材料屈服強(qiáng)度的應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間作用的結(jié)果。當(dāng)材料長(zhǎng)時(shí)間處于加熱當(dāng)中或者在熔點(diǎn)附近時(shí)，蠕變會(huì)更加劇烈。蠕變常常隨著溫度升高而加劇。

例如在本次的算例中，在某電廠的節(jié)流閥因?yàn)殚L(zhǎng)期處在水蒸氣高溫高壓工作狀態(tài)，產(chǎn)生了一處50mm見(jiàn)方的沖蝕區(qū)域，產(chǎn)生了斷裂裂紋，危害生產(chǎn)安全。為研究蠕變損耗，可以利用code_aster來(lái)進(jìn)行建模分析。

因此為了保障生產(chǎn)安全并預(yù)估出更準(zhǔn)確的節(jié)流閥剩余壽命，我們需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

02 研究方案

在該分析中我們的研究對(duì)象是長(zhǎng)期處于高溫高壓下的節(jié)流閥。具體研究流程如下圖所示：

首先，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)得出物性條件：

然后在物性條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)使用Monkman Grant定理得到蠕變模型。code_aster可以將如上所得模型應(yīng)用到計(jì)算中。

code_aster包含的模型有：

1) 所有從Caboche演變而來(lái)的粘塑性定律模型（code_aster代碼為VISC_ISOT_TRAC, VISC_CIN1_CHAB...）

2) Lemaitre定律

3) Hayhurst定律

4) 模型選擇（S1, S2）

03 模擬過(guò)程與結(jié)果

1) 計(jì)算 - 邊界條件定義：

蒸汽的大氣壓：37.5 bar

重點(diǎn)關(guān)注沖蝕區(qū)域的應(yīng)力仿真結(jié)果

除四周的固定條件外，對(duì)于其他非對(duì)稱區(qū)域只考慮干擾應(yīng)力

2) 前處理 - 網(wǎng)格：

3) 熱學(xué)仿真結(jié)果：

• 內(nèi)壁：熱交換方式主要是對(duì)流，在標(biāo)稱值（水蒸氣565度）下，交換系數(shù)是5815 W/m^2/C

• 外壁：標(biāo)稱值（30度）下，交換系數(shù)是5.815 W/m^2/C

4) 力學(xué)仿真結(jié)果：

• 基于3D_INCO_UPG不可壓縮模型的HPP計(jì)算

• 塑性形變等效于200000h的蠕變

由此圖可以看出S1模型的形變程度更大為了更細(xì)致的觀察，選取兩個(gè)截面L1 - L2：

截面L1：強(qiáng)塑性應(yīng)變定位

可以看到，L1處從內(nèi)向外，應(yīng)變逐步增大

截面L2：弱塑性應(yīng)變定位

而在L2處從內(nèi)向外應(yīng)力逐步減少

05 研究結(jié)論

1) 使用弱應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不同模型的計(jì)算結(jié)果有較大差異。

2) 雖然模型需要進(jìn)一步細(xì)化，但目前僅用于定位出需要檢查的沖蝕區(qū)域已經(jīng)足夠了

3) 還需研究損傷閾值和三向損傷的情況

4) 類似成分還可以用于全部反應(yīng)堆

5) 仍需要損傷和沖蝕穴蠕變的建模

6) 可以提高靈活性 - 進(jìn)一步擴(kuò)展到疲勞和蠕變交互作用的研究

---

限時(shí)試用，歡迎體驗(yàn)！

遠(yuǎn)算自主研發(fā)了短視頻水流測(cè)速APP，采用先進(jìn)大尺度粒子圖像測(cè)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速便捷流速測(cè)量的零門檻水利工具，帶來(lái)“視頻一點(diǎn)，流速在手”的超強(qiáng)體驗(yàn)，輕松、便捷地實(shí)現(xiàn)河流測(cè)速。目前遠(yuǎn)算還上新了小程序版本，歡迎大家掃碼使用！

---

更多資訊可登錄格物CAE官方網(wǎng)站

https://cae.yuansuan.cn/

遠(yuǎn)算在bilibili、頭條、知乎、技術(shù)鄰定期發(fā)布課程視頻等內(nèi)容

敬請(qǐng)關(guān)注