堆焊修复安全端完整性评价和伺服阀管弹簧失效分析

发布时间：2017-04-25 10:13

  本文关键词：堆焊修复安全端完整性评价和伺服阀管弹簧失效分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文对两个典型机械部件,即核电压力容器接管安全端堆焊修复后的完整性及航天伺服阀管弹簧的失效进行了分析。核压力容器接管安全端异种金属焊接接头在服役中通常会产生高温高压水环境下的应力腐蚀裂纹扩展。目前减轻和修复这种裂纹的技术为在安全端管接头外表面堆焊一层更抗腐蚀的镍基合金(Alloy52M)材料。本文通过ABAQUS有限元分析,构建了堆焊修复后结构的失效评定曲线,分析了堆焊层厚度、裂纹深度和裂纹位置对失效评定曲线的影响；计算得到了堆焊修复结构的LBB曲线和韧带失稳线,分析了堆焊层厚度对LBB安全边际的影响。航天电液伺服阀是电液伺服机构中的关键元件,在伺服阀实际工作工程中,管弹簧是最容易产生失效的零件。本文对不同工况下3个典型的失效管弹簧元件进行了失效分析,通过扫描电镜(SEM)和金相显微镜详细观察管弹簧的整体变形、损伤、裂纹形态、表面状况、断口形貌及微观组织,分析研究了其失效机理和影响因素,并对管弹簧元件进行了失效力学和疲劳分析。研究得到的主要结果如下： (1)随着堆焊层厚度的增加、裂纹深度的减小及裂纹位置向接管嘴的移动,失效评定曲线上移,结构的安全性增加。当对堆焊修复接头区的裂纹进行评定时,需要建立与堆焊修复后安全端结构尺寸、裂纹尺寸、裂纹位置和材料性能相关的准确的失效评定曲线。 (2)堆焊修复后结构的LBB曲线和韧带失稳线在没有堆焊层结构的曲线上方,且随堆焊层厚度的增加,LBB曲线和韧带失稳线上移,表明堆焊修复及堆焊层厚度的增加使安全端结构的LBB安全边际增大。 (3)管弹簧失效断裂模式为脆性疲劳裂纹扩展。材料中的夹杂物是引发疲劳裂纹及诱导疲劳裂纹扩展的主要因素；晶粒不均匀程度大,尺寸大于30μm的超标晶粒多,晶界聚集相(Y相+a相聚集)多也是引起疲劳失效的因素。 (4)正常工作下,管弹簧中各处的最大拉伸应力小于107次循环的疲劳强度,一般不会产生疲劳裂纹。当管弹簧在故障模式下工作时,由于应力的提高,使其在低于107次循环时,可能发生疲劳开裂。当管弹簧在引流试验时,由于内压的增大,使环向应力大幅度提高,因此其发生横向疲劳开裂的可能性增大。
【关键词】：堆焊修复 失效评定曲线 LBB曲线 管弹簧 疲劳 失效分析
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG455;TH135
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.1.1 核电堆焊修复安全端失效评价研究背景和意义11
• 1.1.2 伺服阀管弹簧失效评价与分析的研究背景和意义11-12
• 1.2 研究现状12-14
• 1.2.1 核电堆焊修复安全端失效评价研究现状12-13
• 1.2.2 伺服阀管弹簧失效行为与分析研究现状13-14
• 1.3 本文研究内容14-15
• 第二章 安全端异种金属焊接接头堆焊修复后的失效评定图15-29
• 2.1 前言15
• 2.2 含环向裂纹的接管安全端失效评定图的构建方法15-21
• 2.2.1 安全端结构和材料参数16-19
• 2.2.2 裂纹的尺寸和位置19-20
• 2.2.3 极限载荷的确定20
• 2.2.4 J积分的计算20-21
• 2.3 堆焊层厚度对失效评定曲线的影响21-23
• 2.3.1 堆焊层厚度对极限载荷的影响22
• 2.3.2 堆焊层厚度对失效评定曲线的影响22-23
• 2.4 堆焊层厚度一定时裂纹深度对失效评定曲线的影响23-24
• 2.5 堆焊层厚度一定时裂纹位置对失效评定曲线的影响24-28
• 2.6 小结28-29
• 第三章 安全端异种金属焊接接头堆焊修复后的破前泄露(LBB)分析29-40
• 3.1 前言29
• 3.2 先漏后爆(LBB)评定准则简介29-30
• 3.2.1 LBB基本概念29
• 3.2.2 LBB的分析过程29-30
• 3.3 LBB评定图的构建30-34
• 3.3.1 韧带失稳线的确定31-32
• 3.3.2 堆焊层厚度对韧带失稳线的影响32-34
• 3.4 堆焊修复对安全端LBB曲线的影响34-35
• 3.4.1 安全端LBB曲线的确定34-35
• 3.4.2 堆焊层厚度对LBB曲线的影响35
• 3.5 堆焊修复对可检测泄露率的裂纹长度的影响35-38
• 3.5.1 可检测泄漏率的裂纹长度计算35-37
• 3.5.2 堆焊修复对可检测泄露率的裂纹长度的影响37-38
• 3.6 小结38-40
• 第四章 伺服阀管弹簧元件失效分析40-56
• 4.1 前言40-41
• 4.2 管弹簧元件失效分析41-51
• 4.2.1 管弹簧-1失效分析41-45
• 4.2.2 管弹簧-2失效分析45-48
• 4.2.3 管弹簧-3失效分析48-51
• 4.3 失效管弹簧的材料组织/成分分析51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 伺服阀管弹簧元件力学与疲劳分析56-75
• 5.1 引言56
• 5.2 有限元模型的构建56-58
• 5.3 管弹簧元件应力分布计算结果58-71
• 5.3.1 管弹簧正常工作下的应力分布58-61
• 5.3.2 管弹簧故障模式下的应力分布61-64
• 5.3.3 引流试验时管弹簧的应力分布64-67
• 5.3.4 管弹簧元件应力随端部位移和壁厚变化67-69
• 5.3.5 管弹簧元件应力随内压和壁厚的变化69-71
• 5.4 管弹簧元件疲劳分析71-73
• 5.4.1 铍青铜材料疲劳性能71-72
• 5.4.2 正常工作下管弹簧元件的疲劳分析72
• 5.4.3 故障模式下管弹簧元件的疲劳分析72
• 5.4.4 引流试验下管弹簧元件的疲劳分析72-73
• 5.4.5 管弹簧端部位移、内压和壁厚对疲劳行为的影响73
• 5.5 小结73-75
• 第六章 总结75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：326115