冲击作用下蒸汽发生器传热管可靠性分析
摘要
蒸汽发生器传热管作为一回路中的重要组成部分，在一、二回路间的能量交换以及
一回路系统压力边界完整性中有着重要作用。由于流致振动的作用，传热管和支撑结构
相互作用而造成磨损，腐蚀性环境也会对传热管造成损伤，这些原因都会导致结构抗力
的不断退化，对蒸汽发生器传热管在服役期间的抗冲击性能产生严重影响。本文围绕蒸
汽发生器传热管在冲击作用下的可靠性问题进行分析，具体内容如下：
（1）通过准静态拉伸试验获得了蒸汽发生器传热管材料Inconel690合金的屈服强
度、弹性模量等静态试验数据；通过分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置获得Inconel
690合金的动态试验数据，结合动态和静态试验数据进行拟合得到了材料的J-C本构模
型的相关参数。
（2）使用最大似然法计算了蒸汽发生器传热管磨损系数的三参数威布尔分布，相
较于矩估计法，该方法的计算结果更加符合磨损系数的实际分布。并基于该磨损系数，
对蒸汽发生器传热管的磨损时变效应进行了分析。针对管道腐蚀的随机性，提出了使用
NM单纯型算法优化三次指数平滑法的方法来对管道腐蚀情况进行预测，该方法使用动
态的平滑初值和平滑系数使得预测结果更加精确。
（3）基于BV043-85标准对蒸汽发生器传热管进行冲击加载，使用ABAQUS二次
开发功能实现了蒸汽发生器传热管的批量动态冲击模拟，获得蒸汽发生器传热管可靠性
分析所需的样本数据。考虑蒸汽发生器传热管的功能函数为隐式的特点，使用基于最大
熵原理的乘子降维法（M-DRM）结合有限元模拟结果计算传热管的瞬时可靠度,并基于
时间离散法，对结构进行时变可靠性分析，得到了蒸汽发生器传热管可靠度的时变规律。
（4）基于本文的可靠性分析流程，设计了蒸汽发生器传热管可靠性分析软件。该软
件提高了蒸汽发生器传热管的可靠度计算效率，实现了可靠性分析的自动化与可视化，
为实际工程中设备的运行和维护提供参考。
本文建立了蒸汽发生器传热管时变可靠性评估流程，针对极限状态仅能以隐式表达
的结构提出了一种可行的时变可靠性分析方法，为结构的安全评定提供参考。
关键词：可靠性分析；时变效应；蒸汽发生器传热管；微动磨损；本构模型
冲击作用下蒸汽发生器传热管可靠性分析
Abstract
Thesteamgeneratorheattransfertube,asanimportantcomponentoftheprimarycircuit,
playsanimportantroleintheenergyexchangebetweentheprimaryandsecondarycircuits,as
wellasintheintegrityofthepressureboundaryoftheprimarycircuitsystem.Duetotheeffect
offlowinducedvibration,theinteractionbetweentheheattransfertubeandthesupporting
structurecauseswear,andcorrosiveenvironmentscanalsocausedamagetotheheattransfer
tube.Thesereasonscanleadtocontinuousdegradationofstructuralresistance,whichhasa
seriousimpactontheimpactresistanceperformanceofthesteamgeneratorheattransfertube
duringservice.Thisarticleanalyzesthereliabilityofsteamgeneratorheattransfertubesunder
impactload,andthespecificcontentisasfollows: