孔管型支承結構的彈性跟隨行為及優化研究

李 智,曾曉佳,莫亞飛,高付海,趙守智

(1.中國原子能科學研究院 核工程設計研究所，北京 102413;2.國防科工局 核技術支持中心，北京 100070)

0 引言

快堆內孔管型支承結構主要用來為上部設備(例如：中間熱交換器[1-2]和獨立熱交換器[3]等)提供支承；同時熱鈉通過結構密集開孔段(以下均稱孔管段)進入內部換熱設備進行換熱使結構產生冷沖擊和軸向溫度梯度，因此在設計時需針對孔管型支撐結構在長時交變高溫環境下的強度、變形和壽命進行評價。然而由于密集開孔導致孔管段局部剛度不連續，存在彈性跟隨現象，顯著放大了孔管段因軸向溫度梯度產生的熱應力、殘余塑性應力和塑性應變，所以在結構的設計和優化時需針對其彈性跟隨效應進行重點分析。

彈性跟隨現象，即當不同剛度或者強度的結構零部件連在一起且柔性部分處于高應力狀態時，可能產生異常大的應變集中現象。1955年，ROBINSON[4]解釋螺栓連接因為高溫蠕變產生的松弛行為時提出了彈性跟隨效應。ISOBE等[5]基于彈性跟隨的試驗方法，研究了快中子堆316不銹鋼的裂紋擴展和蠕變-疲勞壽命預測，提出當結構疲勞壽命很長時，基于延性耗竭法推測蠕變壽命較時間分數法更加保守。AINSWORTH等[6]提出了在非彈性分析中基于彈性跟隨的存在與否進行一次應力和二次應力的組合方法。SMITH等[7-8]基于彈性跟隨試驗研究了316不銹鋼結構在內部殘余應力和外載荷共同作用下的蠕變松弛和裂紋擴展特性。KASAHARA等[9]建立彈性跟隨模型評估日本文殊快堆中局部剛度不連續結構的高溫強度和蠕變壽命，并針對文殊堆局部過渡區域建立彈性跟隨模型來提高局部區蠕變-疲勞損傷計算的準確度。……