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锈蚀对核安全壳结构钢衬里撕裂的影响

工程力学 2023年第3期40卷 153-162页

作者：李鑫波贡金鑫李文旭大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 海岸和近海工程国家重点实验室大连理工大学辽宁大连116024

为研究锈蚀对核安全壳结构钢衬里撕裂的影响,该文对36个不同锈蚀率的钢衬里板进行了单轴拉伸试验,分析了锈蚀钢衬里板的力学性能退化机理和退化规律;建立了锈蚀钢衬里板的本构模型;根据试验结果,提出了考虑不同锈蚀率的钢衬里撕裂准则... 详细信息

为研究锈蚀对核安全壳结构钢衬里撕裂的影响,该文对36个不同锈蚀率的钢衬里板进行了单轴拉伸试验,分析了锈蚀钢衬里板的力学性能退化机理和退化规律;建立了锈蚀钢衬里板的本构模型;根据试验结果,提出了考虑不同锈蚀率的钢衬里撕裂准则和锈蚀模拟方法;通过数值模拟,分析了锈蚀对安全壳钢衬里撕裂的影响;最后对比了该文模拟方法与美国核管理委员会(NRC)方法的差异,并给出了NRC方法中锈蚀影响系数的取值建议。结果表明:随锈蚀率增大,钢衬里板的弹性模量变化不大,但其屈服强度、峰值强度、峰值应变和断裂应变大致呈线性退化规律;该文建立的锈蚀钢衬里板的本构模型与试验结果吻合良好;随锈蚀率增大,安全壳钢衬里发生撕裂时的内压逐渐降低,且当锈蚀率为50%时,内压降低29.06%;与NRC方法相比,该文方法能直观反映不同锈蚀率对钢衬里的影响,更能接近实际锈蚀情况;对于NRC所建议的锈蚀影响系数,锈蚀率小于20%时,可取上限值,锈蚀率为20%~40%时,建议取最佳估值,而锈蚀率超过40%后,应当取下限值。该文研究工作可为安全壳钢衬里锈蚀后的性能评估提供借鉴和参考。

关键词：核安全壳结构钢衬里锈蚀本构模型撕裂准则数值模拟

基于COMSOL的核电站安全壳钢衬里外侧腐蚀研究

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中国腐蚀与防护学报 2023年第5期43卷 1133-1139页

作者：李忠诚陈圣刚郭全全郭俊营深圳中广核工程设计有限公司深圳518031 中国矿业大学力学与土木工程学院徐州221116 北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

基于COMSOL建立了钢衬里外侧腐蚀细观模型,在总结多国核电站钢衬里外侧腐蚀案例基础上,从异物、离子侵蚀两个方面对钢衬里外侧腐蚀成因及腐蚀机理展开计算分析。结果表明:混凝土浇筑前钢衬里在海洋环境中的长期暴露可引起侵蚀离子的表... 详细信息

基于COMSOL建立了钢衬里外侧腐蚀细观模型,在总结多国核电站钢衬里外侧腐蚀案例基础上,从异物、离子侵蚀两个方面对钢衬里外侧腐蚀成因及腐蚀机理展开计算分析。结果表明:混凝土浇筑前钢衬里在海洋环境中的长期暴露可引起侵蚀离子的表面不均匀积累,引发钢衬里发生以微电池为主的腐蚀,腐蚀速率随留存最大Cl^(-)浓度的增大而增快;混凝土浇筑过程中遗留的异物(以木块为主)导致的钢衬里腐蚀以宏电池腐蚀为主,随着接触面处异物尺寸的减小,阴阳极面积比增大,腐蚀速率加快;同时,提高混凝土电阻率可有效降低钢衬里腐蚀速率。研究成果将为核电站安全壳的老化机理和防治措施提供技术参考。

关键词：安全壳钢衬里侵蚀离子异物宏电池腐蚀微电池腐蚀

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核电厂安全壳结构钢衬里力学行为研究进展

核科学与工程 2023年第4期43卷 766-776页

作者：金松王冬梅蒋迪安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243000 中国核电工程有限公司北京100840

钢衬里作为核电厂安全壳结构的重要防泄漏部件,对保证核电厂安全运行及人员安全至关重要。本文从试验研究,数值模拟分析以及理论分析三方面对钢衬里力学行为相关研究进行系统总结。综合国外著名安全壳模型试验结果,阐述了钢衬里在事故... 详细信息

钢衬里作为核电厂安全壳结构的重要防泄漏部件,对保证核电厂安全运行及人员安全至关重要。本文从试验研究,数值模拟分析以及理论分析三方面对钢衬里力学行为相关研究进行系统总结。综合国外著名安全壳模型试验结果,阐述了钢衬里在事故压力荷载下的撕裂机理。详细对比多轴应力状态系数的不同计算方法,同时指出目前关于钢衬里力学行为问题研究不足及需要深入研究的问题。通过文献综述对比发现:局部区域变形集中是造成钢衬里撕裂的主要原因,钢衬里局部连接几何条件、锚固系统以及钢衬里与混凝土之间相互作用是影响钢衬里撕裂的主要因素。三种钢衬里撕裂准则对应考虑的影响因素不尽相同,钢衬里多轴应力状态系数三种计算方法差别较大,综合相关钢衬里撕裂判定准则研究成果,提出了建议的钢衬里撕裂准则,且本文建议的钢衬里撕裂准则与美国核管会导则RG.1.216准则吻合程度很好。此外,深化钢衬里撕裂机理研究,在此基础上发展安全壳泄漏概率安全评价方法是后续研究工作的重点。

关键词：钢衬里撕裂机理多轴应力状态系数撕裂准则泄漏评价方法

事故工况下安全壳钢衬里撕裂与泄漏行为研究进展

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建筑结构 2022年

作者：郭俊营中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室

事故工况下安全壳的泄漏是由钢衬里撕裂开始，明确钢衬里撕裂与泄漏行为对预测和防止核泄漏具有重要意义。在广泛资料调研的基础上，介绍了国外在安全壳钢衬里屈曲和锚固系统力学性能方面的研究成果；总结了国外大型安全壳模型试验中，... 详细信息

事故工况下安全壳的泄漏是由钢衬里撕裂开始，明确钢衬里撕裂与泄漏行为对预测和防止核泄漏具有重要意义。在广泛资料调研的基础上，介绍了国外在安全壳钢衬里屈曲和锚固系统力学性能方面的研究成果；总结了国外大型安全壳模型试验中，钢衬里在超压荷载下的失效模式；论述了事故工况下安全壳钢衬里撕裂机理和影响钢衬里撕裂的关键因素；梳理了安全壳钢衬里撕裂泄漏的确定性和概率分析方法。最后，基于对既有研究成果的总结和分析，探讨了安全壳钢衬里未来需要进一步研究的问题。

关键词：安全壳钢衬里失效模式撕裂机理泄漏概率

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华龙一号钢衬里加强节点冷弯成型加工技术

压力容器 2024年第3期41卷 81-88页

作者：樊明晔王森吴虞中国核工业华兴建设有限公司南京210000

针对华龙一号钢衬里加强节点预制过程中工作效率低、质量不稳定、制造成本高等问题,根据钢衬里加强节点的结构特点,提出采用整体冷弯成型工艺,通过选择合理的工艺参数及设备,开展成型工艺评定试验,得到钢衬里加强节点冷弯成型关键技术要... 详细信息

针对华龙一号钢衬里加强节点预制过程中工作效率低、质量不稳定、制造成本高等问题,根据钢衬里加强节点的结构特点,提出采用整体冷弯成型工艺,通过选择合理的工艺参数及设备,开展成型工艺评定试验,得到钢衬里加强节点冷弯成型关键技术要点,与传统的焊接成型方法相比,提高了构件加工精度及效率,保证质量及降低工程成本,为后续相同或类似结构的核电堆型施工提供参考。

关键词：华龙一号钢衬里加强节点双曲弧形冷弯成型热处理

美国在役核电厂安全壳钢衬里锈蚀及修复技术研究进展

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建筑结构 2022年第2期52卷 127-134页

作者：郭俊营李忠诚李文旭贡金鑫中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室深圳518172 大连理工大学建设工程学部大连116024

通过美国混凝土安全壳钢衬里锈蚀的一些典型案例说明了钢衬里的锈蚀特征,论述了钢衬里的锈蚀机理,介绍了国外学者对钢衬里锈蚀后力学性能变化、钢衬里局部锈蚀对安全壳完整性和易损性的影响进行的研究,最后论述了钢衬里锈蚀检测和修复... 详细信息

通过美国混凝土安全壳钢衬里锈蚀的一些典型案例说明了钢衬里的锈蚀特征,论述了钢衬里的锈蚀机理,介绍了国外学者对钢衬里锈蚀后力学性能变化、钢衬里局部锈蚀对安全壳完整性和易损性的影响进行的研究,最后论述了钢衬里锈蚀检测和修复技术。分析表明,安全壳钢衬里锈蚀包括由涂层失效引起的钢衬里内表面锈蚀和安全壳混凝土中的异物吸水导致的外表面锈蚀;钢衬里锈蚀对其强度影响不大,极限拉应变有较大程度的降低;钢衬里锈蚀深度小于原截面厚度的50%时,锈蚀对安全壳的完整性和易损性影响不大;当钢衬里锈蚀深度大于原截面厚度的50%时,锈蚀对安全壳的完整性和易损性将会产生较大影响。

关键词：安全壳钢衬里锈蚀力学性能完整性易损性检测修复

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某大跨度穹顶钢衬里稳定性分析

建筑结构 2022年第S01期52卷 621-624页

作者：徐国祯张小雪冯芝茂中国核电工程有限公司北京100840 中国建筑科学研究院有限公司北京100013

某大跨度钢衬里兼作穹顶混凝土浇筑的支撑底模板,失跨比约为1/4,具有厚度薄、跨度大的特点,其上部混凝土浇筑荷载大,按照《空间网格结构技术规程》相关条文,应对其稳定性进行分析。钢衬里稳定性可按规范考虑几何非线性的有限元全过程分... 详细信息

某大跨度钢衬里兼作穹顶混凝土浇筑的支撑底模板,失跨比约为1/4,具有厚度薄、跨度大的特点,其上部混凝土浇筑荷载大,按照《空间网格结构技术规程》相关条文,应对其稳定性进行分析。钢衬里稳定性可按规范考虑几何非线性的有限元全过程分析,分析中钢衬里可假定为材料弹性和弹塑性两种非线性工况。针对钢衬里,进行特征值屈曲分析、非线性屈曲分析,得出钢衬里的容许承载力,保证钢衬里在混凝土浇筑下的安全性和稳定性。

关键词：钢衬里稳定性特征值屈曲非线性屈曲

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安全壳钢衬里微通道气体泄漏机理研究

安全壳钢衬里微通道气体泄漏机理研究

作者：李函泽哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

承压容器在各工业领域都有应用,随着承压设施工作时间增长,其压力边界很容易因裂纹、腐蚀、老化、自然损伤等原因形成微通道,进而导致发生泄漏。这种泄漏形式导致的泄漏量不大,但长期作用下亦会造成经济损失,在核电领域甚至会有巨大的... 详细信息

承压容器在各工业领域都有应用,随着承压设施工作时间增长,其压力边界很容易因裂纹、腐蚀、老化、自然损伤等原因形成微通道,进而导致发生泄漏。这种泄漏形式导致的泄漏量不大,但长期作用下亦会造成经济损失,在核电领域甚至会有巨大的安全隐患。安全壳是核电厂最外层的围护结构,是阻止放射性物质向大气环境泄漏的最后一道屏障。传统的判断安全壳密封能力的方法是通过安全壳整体密封性试验计算安全壳整体泄漏率,该方法需要将反应堆停堆后进行,整体用时长、成本高、灵活性差。本文开展微通道气体泄漏试验,研究压力驱动下微通道内的气体流动特征,探索安全壳在核反应堆失水事故环境下,气体透过钢内衬钢板的泄漏率与压力、温度、微通道特征之间的关系。本文研究内容包括如下四个方面:(1)整理并对比了世界主要核电国家的安全壳整体密封性试验规范中的泄漏率计算方法,各国规范中均通过检测安全壳内部空气的各物理量变化,基于理想气体状态方程推测整体泄漏率。(2)讨论了微缺陷泄漏的基本理论,经分析本文研究的泄漏问题主要属于可压缩流体的单相流动问题。针对该问题本文分析了基于各种假设的流动方程与泄漏率模型。根据本文研究对象的特殊性,选择依据英国R6核框架中给出的泄漏率模型同时结合计算流体力学方法进行后续的泄漏率计算。(3)设计了微通道气体泄漏试验,模拟并测量核反应堆失水事故环境下,空气透过不同状态钢衬里钢板的泄漏情况。试验通过静态压降法、流量检测法两种方法同时、独立地测量带缺陷钢板的气体泄漏率。设计加工了含有焊缝、锈蚀与人工缺陷的试件,并通过电子计算机断层扫描技术得到试件内部的缺陷情况。通过试验得到了不同温度、压力、试件类型条件下得泄漏率情况。试验结果显示,相同的温度条件下,不同试件中微通道截面尺寸大的试件质量流率更快;同试件不同温度条件下,温度较高时压力容器内压降速度更快,而质量流率则更小。(4)通过计算流体力学办法建立密封缸数值仿真模型进行了仿真试验。对数值仿真模型验证后,引入压力、温度、微通道长度、微通道截面面积、水力直径五个关键因素,对微通道气体泄漏的质量流率进行了影响性分析。微通道气体泄漏的质量流率与压力、微通道截面面积呈正相关,与温度、微通道长度、水力直径呈负相关,其中压力与微通道截面面积影响最明显。比较了气体流量计测得质量流率、静态压降法质量流率、R6方法计算质量流率、数值仿真质量流率之间得误差。经分析,在压差小、温度高的情况下,R6方法得到得质量流率偏大,本文针对压差小、温度高的情况对R6方法进行了调整,调整后R6方法计算得到的质量流率与数值仿真结果的平均误差控制在4.4%以内,误差率缩小了36%。

关键词：钢衬里微通道气体泄漏数值仿真泄漏试验

Modular construction mechanics of a European pressurized reactor steel containment liner

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2017年第6期18卷 467-486页

作者： Jia-chuan YAN Xiao-fei JIN Feng QIN Zheng LI Feng FAN Jin-ping OU Key Lab of Structures Dynamic Behavior and Control of the Ministry of Education Harbin Institute of Technology Harbin 150090 China School of Civil Engineering Harbin Institute of Technology Harbin 150090 China China Construction First Engineering Division Corporation Limited Beijing 101300 China Country Garden Foshan 528312 China China Construction Second Engineering Bureau Nuclear Power Plants Branch Shenzhen 518034 China

A European pressurized reactor (EPR) steel containment liner structure is comprised of the cylinder part and the dome part. An introduction of the steel liner structure is presented, followed by studies on the key mechanical features of the construction process using a refined finite element method. The steel liner was divided into several modules and then assembled during construction. Firstly, the equipment structure used to hoist the liner module was optimized, the lifting lug was analyzed using a multi-scale finite element model; the wind speed limit during lifting was also studied. Subsequently, the effect of internal forces during assembly between the liner modules, the lateral pressure of fresh concrete, the non-uniform temperature load, and the wind load on the cylinder module was analyzed. According to the time-varying structural performance during continuous concrete pouring and the hardening construction, an “overlapping element and birth-death element” technique was adopted to analyze the deformation and stress of the long-span steel dome liner. In addition, the stability-bearing capacities of the dome structure during construction were also studied, which took into consideration the effect of the initial geometrical imperfections and the elasto-plasticity of the material. This study presents a reference in terms of the mechanics of the construction scheme and the safety of such a type of structure.

关键词： Containment Construction mechanics Steel liner Overlapping element Birth-death element 安全壳施工力学钢衬里重叠单元生死单元 TU393.3