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主编：马余刚

ISSN:0253-3219

CN:31-1342/TL

主管单位：中国科学院

主办单位：中国科学院上海应用
物理研究所；中国核学会

出版周期：月刊

 

 

 

 

 

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基于断裂力学的GH3535合金蠕变裂纹扩展模拟和寿命评估

在第四代先进反应堆钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor，TMSR）中，高温含缺陷构件的寿命预测是结构完整性评估的重要环节。在该研究中，首先基于随时间变化的蠕变断裂力学，采用有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）软件的围线积分方法计算蠕变断裂参量C*，结合Python语言编写的自动化分析程序，预测了GH3535合金紧凑拉伸试样C（T）的蠕变裂纹扩展（Creep Crack Propagation，CCP）。将FEA数值计算结果和蠕变裂纹扩展试验的结果进行对比验证，分析了数值模拟计算中的不确定性来源。然后按照规范，建立了GH3535合金的时间相关失效评定图（Time-dependent Failure Assessment Diagram，TDFAD），并从FEA计算结果提取并计算裂纹扩展过程中的应力强度因子K和参考应力σref，最后对缺陷试样进行了寿命评估。在蠕变裂纹扩展数值模拟中，蠕变断裂参量C*仅能描述裂纹扩展阶段，而裂纹萌生阶段采用试验数据拟合的裂纹萌生时间进行描述。高温含缺陷结构的寿命跟缺陷的尺寸、载荷、裂纹扩展速率等因素相关，通过数值模拟方法可获取这些因素的影响。该研究结果解释了GH3535合金的蠕变裂纹行为，为TMSR高温含缺陷结构的寿命预测提供了工程指导。

> 第二十二届全国反应堆结构力学会议 专题

王雯, 王晓艳, 李志军

基于断裂力学的GH3535合金蠕变裂纹扩展模拟和寿命评估
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Volume 48 期 10，2025 2025年第48卷第10期

  • 第二十二届全国反应堆结构力学会议 专题

    “在第四代先进反应堆钍基熔盐堆领域，专家基于蠕变断裂力学，采用有限元分析软件计算蠕变断裂参量C*，预测了GH3535合金蠕变裂纹扩展，为高温含缺陷结构寿命预测提供工程指导。”

    王雯, 王晓艳, 李志军

    DOI：10.3724/j.0253-3219.2025.hjs.48.250045
    摘要：在第四代先进反应堆钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor，TMSR）中，高温含缺陷构件的寿命预测是结构完整性评估的重要环节。在该研究中，首先基于随时间变化的蠕变断裂力学，采用有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）软件的围线积分方法计算蠕变断裂参量C*，结合Python语言编写的自动化分析程序，预测了GH3535合金紧凑拉伸试样C（T）的蠕变裂纹扩展（Creep Crack Propagation，CCP）。将FEA数值计算结果和蠕变裂纹扩展试验的结果进行对比验证，分析了数值模拟计算中的不确定性来源。然后按照规范，建立了GH3535合金的时间相关失效评定图（Time-dependent Failure Assessment Diagram，TDFAD），并从FEA计算结果提取并计算裂纹扩展过程中的应力强度因子K和参考应力σref，最后对缺陷试样进行了寿命评估。在蠕变裂纹扩展数值模拟中，蠕变断裂参量C*仅能描述裂纹扩展阶段，而裂纹萌生阶段采用试验数据拟合的裂纹萌生时间进行描述。高温含缺陷结构的寿命跟缺陷的尺寸、载荷、裂纹扩展速率等因素相关，通过数值模拟方法可获取这些因素的影响。该研究结果解释了GH3535合金的蠕变裂纹行为，为TMSR高温含缺陷结构的寿命预测提供了工程指导。  
    关键词：GH3535;蠕变裂纹扩展;缺陷评估;钍基熔盐堆   
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    更新时间：2025-10-31
    “在海洋条件下，螺旋管换热组件受附加惯性力影响，流动换热特性发生变化。通过模拟海洋条件试验，研究了倾斜、摇摆、起伏等对流动和传热特性的影响。”

    姚彦贵, 冯少东, 张伟, 张菲茜, 巢孟科, 张星亮

    DOI：10.3724/j.0253-3219.2025.hjs.48.250015
    摘要：在海洋条件下流动换热组件中工质受核动力装置升潜、摇摆或复杂运动引入的附加惯性力作用并可能产生附加流动，附加流动与工质自身的流动相叠加，从而形成复杂的流动形式，进而影响换热组件的流动换热特性。为了研究海洋条件对螺旋管换热组件的流动和传热的影响，通过搭建模拟海洋条件试验平台，研究了倾斜、摇摆、起伏等典型海洋条件对螺旋管换热组件流动和传热特性的影响。研究表明：摇摆条件下，回路自然循环流量及试验段压降均随着运动呈现正弦变化，波动幅度随着摇摆角增加和周期减小而增加。由于压力波传播的速度与流量响应速度不同，回路的流量与压降波动存在一定的相位差，本试验条件下流量和压降间的相位差与摇摆角度和周期无关。摇摆运动越剧烈，系统自身的不规则扰动现象越弱。根据运动附加压降对螺旋管摩擦压降进行了修正，摇摆条件下的螺旋管摩擦阻力系数相较静止条件略有增加。摇摆条件下壁温和流体温度均呈类正弦波动，试验段传热能力变化主要取决于入口温度的变化，在横摇条件下试验段的传热能力有小幅下降。  
    关键词：海洋条件;螺旋管;换热组件;流动换热;试验研究   
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    更新时间：2025-10-31
    “在气冷微堆石墨堆芯结构安全性评估领域，专家通过仿真模拟与实验对比，验证了石墨块碰撞规律，为地震载荷下石墨堆芯设计规范提供依据。”

    兰天宝, 冯天佑, 黄忠, 盛锋

    DOI：10.3724/j.0253-3219.2025.hjs.48.250014
    摘要：为评估气冷微堆石墨堆芯的结构安全性，获取堆芯石墨组件在地震激励下的应力状态。研究通过对比小尺寸石墨块碰撞试验与仿真模拟的加速度、速度曲线，发现仿真结果能够有效反映石墨块的碰撞规律，并可通过加速度及速度曲线识别其碰撞刚度与阻尼参数。基于试验获得的关键参数，开展了堆芯石墨构件的仿真分析，并将其应用于堆芯抗震计算中。最终完成了全堆芯模型的计算模拟，获得了石墨构件之间的相互作用力，并采用失效概率法对结构进行了评价。结果表明，石墨堆芯在地震载荷作用下满足ASME设计规范要求。  
    关键词：石墨堆芯;抗震分析;刚度;阻尼;失效概率   
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    更新时间：2025-10-31
    “在核电站松动部件监测领域，专家提出了基于信号谱熵的报警方法，有效减少误报警概率。”

    骈超, 邓晶晶, 秦炎锋, 张锴, 朱夕辉

    DOI：10.3724/j.0253-3219.2025.hjs.48.240051
    摘要：针对核电站松动部件监测系统因噪声导致误报警概率较高的问题，提出了一种基于信号谱熵的报警方法。该方法通过调整松动部件冲击信号能量谱不同频段的权重，对传统谱熵法进行了改进。通过对权重系数进行参数分析，确定了识别松动部件冲击振动信号的最优权重系数。借助钢球试验，研究了背景噪声、脉冲信号等干扰因素对该方法报警准确性的影响。试验结果表明，改进后的谱熵法在信噪比为-5 dB的情况下，仍能显著反映松动部件冲击信号引起的谱熵曲线波动，有效排除松动部件信号典型频段外的噪声与脉冲信号干扰。本文提出的方法显著增强了传统谱熵法区分松动部件冲击信号与干扰信号的能力，可以有效减少松动部件监测系统误报警的概率。  
    关键词：松动部件;谱熵法;误报警;报警算法;监测系统;低信噪比   
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    更新时间：2025-10-31
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