核电站循环水系统橡胶膨胀节寿命预测

【作者】 尚鸣宇； 方正； 岳仁杰； 王璐； 唐斌； 王正；

【机构】 大连理工大学能源与动力学院；

【摘要】 以核电站冷却循环水系统(CRF)的橡胶膨胀节为研究对象,在传统的Arrhenius方法基础上提出了一种更具可靠性的寿命预测方法。首先,通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)分别对橡胶膨胀节的内、外面橡胶的化学成分进行检测,通过红外光谱图特征吸收峰的不同确定了内、外面橡胶需要分别预测寿命的试验方案。分别对内、外面橡胶进行单轴拉伸试验,分析对比各种超弹材料本构模型对内、外面橡胶材料应力-应变曲线的拟合效果,确定选择Yeoh模型和Mooney-Rivlin模型分别作为内、外面橡胶材料的本构模型。选择压缩永久变形率为退化因子对橡胶材料试样进行热空气老化试验,试验设置70℃、85℃、100℃和125℃四个老化温度,设置3、6、9、12、15和18天六个时间节点。选择KohlrauschWilliams-Watts模型对压缩永久变形率进行数据拟合,引入Arrhenius方程对橡胶老化寿命进行预测。在此基础上,通过Abaqus对橡胶膨胀节的实际工况进行有限元分析,从而确定疲劳试验的边界条件和危险区域。考虑实际工况下的管道振动,根据时温等效原理对老化后的材料进行固定位移的疲劳试验,结果表明橡胶保持了良好的弹性并未发生疲劳断裂现象,试验证明橡胶膨胀节在更换周期内安全有效。更多还原