[01387039]基于拘束理论的重大承压设备断裂评价与调控新技术

本项目属于机械工程的设备安全技术领域。 防控断裂失效是保障承压类设备服役安全的核心内容。近年来,随着新型高强材料、极端制造工艺等不断应用,基于传统断裂理论和经验类比方法的断裂防控技术已不能满足现代核能、电力、石化等行业重大承压设备的高参数、重型化和长寿命服役的要求,其瓶颈是基于几何相似性原理的断裂模型忽略失效阈值的结构相关性,导致成本高、安全可靠性差。围绕这一难题,本项目经10余年研究,发展了承压设备断裂破坏的拘束理论,提出了从“被动评价”到“主动调控”的断裂防控技术路线,形成了系列具有知识产权的承压设备断裂失效防控核心技术。主要技术发明如下： 1、构筑了时间及结构几何相关的承压设备拘束断裂理论,实现了承压设备断裂失效防控理论的源头创新。建立基于能量原理的面内-面外统一拘束参数（J-Ap模型）,发明了基于差值函数法的宽温域断裂韧性测量方法及装置,以及断裂参量的双试样曲线交点确定技术,摒弃了传统卸载柔度和多试样参量标定的局限性,所建立的断裂参量测定新技术可覆盖整个的材料韧-脆转变温度范畴,解决了宽温域下承压设备断裂阈值确定的难题,为承压设备断裂失效防控工具和工艺研发提供了理论支撑。 2、发明了虑及断裂拘束效应的含缺陷承压设备失效评定图,建立了系列失效评定曲线族,实现了重大承压设备安全性的简洁、准确评定。开发出重要承压设备的断裂评价专用软件,与欧盟标准（R6,SINTAP）技术相比,精度提高30%,缩短维修时间6-10%,节约了生产成本。 3、发明了“基于断裂参量的设计”和“制造参数优化”的承压设备断裂失效主动调控新技术。建立了时间相关断裂阈值的预测模型,提出了镍基螺栓防断裂设计工艺方法,发明了焊接设备微缺陷抑制优化和基于残余应力调控的超厚管板胀接参数优化工艺及工具,使承压设备断裂防控从传统静强度考核提升到断裂主动控制,解决了大尺寸重型承压设备的设计制造工艺难题。 项目成果应用于核岛压力容器、AP1000蒸汽发生器、核电汽轮机、超超临界汽轮机等4大类重要承压设备,在上海汽轮机厂、上海电气核电设备有限公司、中石化、中石油等企业应用。形成企业自主知识产权规范体系,应用于巴基斯坦恰希玛核电站二期（C2）、CAP1000后续项目工程和CAP1400示范工程。 相关专利18项（其中授权发明专利11项,美国专利2项,公开发明专利4项,国际PCT专利4项）,软件著作权3件,制修订国家标准3件,行业标准3件,制订企业技术标准11项,发表相关学术论文56篇（SCI收录47篇,EI收录5篇,包括国际工程断裂力学领域顶级期刊Engineering Fracture Mechanics 24篇,核工程领域顶级期刊Nuclear Engineering and Design 7篇）,SCI他引413次。 作为共性技术,本项目也为特种设备安全监管提供了技术支撑。近三年累计实现新增直接经济效益3.5亿元,间接经济效益10.1亿元。项目执行期间,课题组成员5次在相关国际学术会议上做大会（plenary）或主旨（Keynote）报告,8次组织国内国际学术研讨会,创建中国结构完整性联盟,有效提升、扩大了国际地位和影响,推动了我国承压设备行业技术进步。