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高温管线尤其是主蒸汽管道是火电机组的主要部件,由于长期处于高温、高压的工作条件下,其安全性随时间而退化,一旦发生事故,将影响整个机组的正常工作,严重时还会造成经济上的巨大损失甚至危及人身安全。因此,发展在线损伤分析方法及寿命评定技术成为亟待解决的问题。在高温应变监测技术的基础上,如能建立基于应变的高温管线损伤和寿命的评定方法,将为结构完整性的在线监测提供有力的技术支持,从而实现主蒸汽管道等复杂高温管线的实时寿命监测,降低发生意外故障的可能性,减少经济损失和保障人员安全。
为此本文以连续损伤力学理论为基础,通过理论分析和有限元模拟,针对基于应变的高温管线损伤和寿命的评定技术进行了探讨。论文的主要研究工作和取得的结论如下:
(1)对高温构件寿命评价方法以及寿命预测技术的研究进展进行了评述,提出了新的研究方向;
(2)介绍了基于连续损伤力学的蠕变损伤理论,阐述固体蠕变分析的有限元法以及用损伤理论研究结构力学行为的过程;
(3)针对某石化企业自备热电厂管线系统,采用ABAQUS有限元软件对作用在管线中的各种载荷进行了详细的应力分析;判断出高温高压管线最薄弱部位;
(4)利用连续损伤理论建立的用户子程序在ABAQuS中对主蒸汽管道的“薄弱”结构(弯管、T型接管)进行损伤寿命的数值模拟;建立了基于应变的损伤和寿命关系,为实现高温构件寿命的实时在线监测提供了理论依据和必要的数据;
(5)采用上述相同的方法,对超临界机组的剩余寿命和损伤情况进行评定,并比较了超临界机组高温构件与普通高温高压构件在损伤及应变发展方面的区别。