01 研究背景

一般冬季是传统的用电高峰。在核电和水电发电的基础上，还需要运行火电厂（包括煤炭和天然气）来满足高峰时期的用电需求。然而随着高强度的使用，机组中的蒸汽进气构件可能会因此产生蠕变（Creep）损耗，带来安全威胁。

蠕变（英语：Creep），也称潜变，是在应力影响下固体材料缓慢永久性的移动或者变形的趋势。它的发生是低于材料屈服强度的应力长时间作用的结果。当材料长时间处于加热当中或者在熔点附近时，蠕变会更加剧烈。蠕变常常随着温度升高而加剧。

例如在本次的算例中，在某电厂的节流阀因为长期处在水蒸气高温高压工作状态，产生了一处50mm见方的冲蚀区域，产生了断裂裂纹，危害生产安全。为研究蠕变损耗，可以利用code_aster来进行建模分析。

因此为了保障生产安全并预估出更准确的节流阀剩余寿命，我们需要对其进行数值模拟研究。

02 研究方案

在该分析中我们的研究对象是长期处于高温高压下的节流阀。具体研究流程如下图所示：

首先，通过物理实验得出物性条件：

然后在物性条件的基础上，通过使用Monkman Grant定理得到蠕变模型。code_aster可以将如上所得模型应用到计算中。

code_aster包含的模型有：

1) 所有从Caboche演变而来的粘塑性定律模型（code_aster代码为VISC_ISOT_TRAC, VISC_CIN1_CHAB...）

2) Lemaitre定律

3) Hayhurst定律

4) 模型选择（S1, S2）

03 模拟过程与结果

1) 计算 - 边界条件定义：

蒸汽的大气压：37.5 bar

重点关注冲蚀区域的应力仿真结果

除四周的固定条件外，对于其他非对称区域只考虑干扰应力

2) 前处理 - 网格：

3) 热学仿真结果：

• 内壁：热交换方式主要是对流，在标称值（水蒸气565度）下，交换系数是5815 W/m^2/C

• 外壁：标称值（30度）下，交换系数是5.815 W/m^2/C

4) 力学仿真结果：

• 基于3D_INCO_UPG不可压缩模型的HPP计算

• 塑性形变等效于200000h的蠕变

由此图可以看出S1模型的形变程度更大为了更细致的观察，选取两个截面L1 - L2：

截面L1：强塑性应变定位

可以看到，L1处从内向外，应变逐步增大

截面L2：弱塑性应变定位

而在L2处从内向外应力逐步减少

05 研究结论

1) 使用弱应力标准时，不同模型的计算结果有较大差异。

2) 虽然模型需要进一步细化，但目前仅用于定位出需要检查的冲蚀区域已经足够了

3) 还需研究损伤阈值和三向损伤的情况

4) 类似成分还可以用于全部反应堆

5) 仍需要损伤和冲蚀穴蠕变的建模

6) 可以提高灵活性 - 进一步扩展到疲劳和蠕变交互作用的研究

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