CN110598164B - 存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法，包括以下步骤：1)、通过对碳元素的含量占比为0.25wt％～0.32wt％的反应堆压力容器材料断裂韧性试验获得断裂韧性数据；2)、对步骤1)获得的断裂韧性数据进行分析并获得均值和标准差；3)、引入高斯误差函数，建立断裂韧性限值计算模型。本发明所述计算方法不仅考虑了反应堆压力容器材料的碳偏析，而且还考虑了存在碳偏析的反应堆压力容器材料断裂试验数据的分散性，可更好服务于反应堆压力容器设备的防快断分析。

Description

存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法

技术领域

本发明涉及反应堆结构力学领域，具体涉及存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法。

背景技术

断裂力学分析中的防快断分析是反应堆压力容器结构完整性评价的重要组成部分。防快断分析中，材料的平面应变断裂韧性是关键参量。

由于锻件加工工艺技术的原因，会造成反应堆压力容器设备锻件材料碳元素的含量占比不满足RCC-M第II卷要求的现象，该现象被称为碳偏析。材料碳元素的含量占比提高，会增加快速断裂的风险。

RCC-M第II卷要求：反应堆压力容器材料碳元素的含量占比不超过0.22wt％。对于满足RCC-M第II卷要求的反应堆压力容器材料16MND5，RCC-M第III卷的非强制性附录ZG6000提供了断裂韧性限值的计算公式：

式中，K_IC为材料的平面应变断裂韧性，K_IC的单位是

RT_NDT为反应堆压力容器材料的韧脆转变温度，T为反应堆压力容器分析部位对应的温度，RT_NDT和T的单位是℃。对存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性限值的计算，RCC-M第III卷的非强制性附录ZG6000的公式(即公式(1))不再适用。

反应堆压力容器材料断裂韧性试验数据有分散性，需结合概率分析技术开展研究。RCC-M第III卷的非强制性附录ZG 6000中断裂韧性限值的计算公式是基于试验数据下包络给出的确定分析，该计算公式缺少对试验数据的概率分析。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法，本发明所述计算方法基于碳元素的含量占比为0.25wt％～0.32wt％的反应堆压力容器材料断裂韧性试验数据分散性的特点，结合概率分析技术获得断裂一种新的断裂韧性限值的计算公式，为存在碳偏析的反应堆压力容器设备的防快断力学安全分析提供了关键的参量。

本发明通过下述技术方案实现：

存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法，包括以下步骤：

1)、通过对碳元素的含量占比为0.25wt％～0.32wt％的反应堆压力容器材料断裂韧性试验获得断裂韧性数据；

2)、对步骤1)获得的断裂韧性数据进行分析并获得均值和标准差，其中均值计算公式如下：

式中，RT_NDT为反应堆压力容器材料的韧脆转变温度，T为反应堆压力容器分析部位对应的温度，RT_NDT和T的单位是℃；

标准差计算公式如下：

σ_IC＝0.3×K_IC|mean；

3)、引入高斯误差函数，得到断裂韧性限值计算公式如下：

K_IC(p)＝K_IC|mean+σ_IC×3.58×erf(2×p-1)，式中，p为材料发生断裂失效的可接收概率，将该公式按照级数展开后如下：

式中，n为展开的级数阶数。

对存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性限值的计算，现有RCC-M第III卷的非强制性附录ZG 6000的公式不再适用。反应堆压力容器材料断裂韧性试验数据有分散性，需结合概率分析技术开展研究。RCC-M第III卷的非强制性附录ZG 6000中断裂韧性限值的计算公式是基于试验数据下包络给出的确定分析，该计算公式缺少对试验数据的概率分析。为更好服务于反应堆压力容器设备的防快断分析，申请人结合概率分析技术提出适用于分析存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法。

本发明中需要已知的参数包括：反应堆压力容器设备技术规格书中要求的材料韧脆转变温度RT_NDT、反应堆压力容器分析部位对应的温度T和材料发生断裂失效的可接收概率p。

本发明结合存在碳偏析的反应堆压力容器材料断裂韧性试验数据，分析该试验试验数据后得到获得均值和标准差，再引入高斯误差函数，建立断裂韧性限值计算模型。在工程应用中，利用所建立的计算模型可开展对存在碳偏析的反应堆压力容器设备的防快断分析。本发明所述计算方法不仅考虑了反应堆压力容器材料的碳偏析，而且还考虑了存在碳偏析的反应堆压力容器材料断裂试验数据的分散性，可更好服务于反应堆压力容器设备的防快断分析。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、对存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性限值的计算，RCC-M第III卷的非强制性附录ZG 6000的公式不再适用。本发明结合存在碳偏析的反应堆压力容器材料断裂韧性试验数据，分析该试验试验数据后得到获得均值和标准差，再引入高斯误差函数，建立断裂韧性限值计算模型。在工程应用中，利用所建立的计算模型可开展对存在碳偏析的反应堆压力容器设备的防快断分析。

2、RCC-M第III卷的非强制性附录ZG 6000中断裂韧性限值的计算公式是基于试验数据下包络给出的确定分析，该计算公式缺少对试验数据的概率分析。本发明所述计算方法不仅考虑了反应堆压力容器材料的碳偏析，而且还考虑了存在碳偏析的反应堆压力容器材料断裂试验数据的分散性，可更好服务于反应堆压力容器设备的防快断分析。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明所述计算方法的流程图；

图2为碳偏析材料的断裂韧性数据坐标图；

图3为结合均值和标准差的断裂韧性计算的分析图；

图4为本发明所建立计算模型的分析图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1-图4所示，存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法，包括以下步骤：

1)、通过对碳元素的含量占比为0.25wt％～0.32wt％的反应堆压力容器材料断裂韧性试验获得断裂韧性数据；

2)、对步骤1)获得的断裂韧性数据进行分析并获得均值和标准差，其中均值计算公式如下：

式中，RT_NDT为反应堆压力容器材料的韧脆转变温度，T为反应堆压力容器分析部位对应的温度，RT_NDT和T的单位是℃；

标准差计算公式如下：

σ_IC＝0.3×K_IC|mean；

3)、引入高斯误差函数，得到断裂韧性限值计算公式如下：

K_IC(p)k_IC|mean+σIC×3.58×erf(2×p-1)，式中，p为材料发生断裂失效的可接收概率，将该公式按照级数展开后如下：

式中，n为展开的级数阶数。

在本实施例中，假定RT_NDT＝10℃、T＝10℃和p＝5％。

均值计算如下：

标准差计算如下：

断裂韧性限值计算如下：

上述计算中取级数n＝3，可以保证计算结果满足精度要求。因此得到计算结果如下：

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.存在碳偏析的反应堆压力容器材料的断裂韧性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过对碳元素的含量占比为0.25wt％～0.32wt％的反应堆压力容器材料断裂韧性试验获得断裂韧性数据；

2)、对步骤1)获得的断裂韧性数据进行分析并获得均值和标准差，其中均值计算公式如下：

式中，RT_NDT为反应堆压力容器材料的韧脆转变温度，T为反应堆压力容器分析部位对应的温度，RT_NDT和T的单位是℃；

标准差计算公式如下：

σ_IC＝0.3×K_IC|_mean；

3)、引入高斯误差函数，得到断裂韧性限值计算公式如下：：

K_IC(p)＝K_IC|_mean+σ_IC×3.58×erf(2×p-1)，式中，p为材料发生断裂失效的可接收概率，将该公式按照级数展开后如下：

式中，n为展开的级数阶数。

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