铅铋环境多层级疲劳评估方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及疲劳设计领域，特别是涉及一种铅铋环境多层级疲劳评估方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.随着全球变暖的影响和不可再生化石能源的不断消耗，全球能源消费结构正在加速向低碳化转型。与未来的可再生能源相比，核能技术已经成熟，可以大规模地进行商业化应用。第四代核电技术有希望通过燃料循环的闭环和核废料的再利用来实现核能的可持续性发展。作为最可行的第四代反应堆，包括加速器驱动系统在内的铅基快堆(lfrs)使用铅铋共晶(lbe)作为冷却剂，由于lbe暴露在空气和水中的化学惰性，它具有内在的安全性。然而，lbe的工作环境也对结构材料造成了不可忽视的损害，这严重限制了lfrs的发展。
3.lfrs的结构材料需在高温、lbe腐蚀和中子辐照等多重极端环境下长期服役。研究发现，铅铋堆材料的缺陷和裂纹尖端会吸附铅、铋等致脆原子导致结构材料发生脆断，极大地降低了材料的疲劳寿命，这对服役于铅铋环境构件的疲劳性能提出了更高的要求，同时也使其疲劳寿命设计方法的建立面临诸多挑战。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种铅铋环境多层级疲劳评估方法、系统、设备及介质，可精确预测部件的疲劳破坏风险以保证铅铋环境下构建的安全长寿运行。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种铅铋环境多层级疲劳评估方法，包括：
7.获取部件的设计寿命和监测数据并根据所述监测数据确定应力幅值；
8.根据所述应力幅值和正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命；
9.根据各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数和正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定铅铋环境下各部件的疲劳寿命；
10.根据所述设计寿命、所述正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命和所述铅铋环境下各部件的疲劳寿命计算正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子；
11.根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险。
12.可选地，所述正常工况下的疲劳寿命预测模型的构建过程具体包括：
13.对部件在正常工况下进行疲劳试验，得到部件正常工况疲劳寿命数据；
14.根据所述部件正常工况疲劳寿命数据构建正常工况下的疲劳寿命预测模型。
15.可选地，根据所述应力幅值和所述正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命，具体包括：
16.根据所述应力幅值和所述正常工况下的疲劳寿命预测模型确定空气环境疲劳设
计曲线；
17.根据所述空气环境疲劳设计曲线确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命。
18.可选地，各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数的确定过程具体包括：
19.分别对部件在正常情况下和铅铋环境进行疲劳试验，得到部件正常工况疲劳寿命数据和部件铅铋环境疲劳寿命数据；
20.根据所述部件正常工况疲劳寿命数据和所述部件铅铋环境疲劳寿命数据确定各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数。
21.可选地，正常工况下疲劳累计损伤因子的表达式为：
[0022][0023]
其中，u
air
为正常工况下疲劳累计损伤因子，i为瞬态下的第i次事件所对应编号，n为瞬态的总次数，n
air-i
为正常工况下第i次瞬态事件下构件的对应的疲劳寿命，ni为第i次事件下对应的设计寿命。
[0024]
可选地，铅铋环境下疲劳累计损伤因子的表达式为：
[0025][0026]
其中，u
lbe
为铅铋环境下疲劳累计损伤因子，i为瞬态下的第i次事件所对应编号，n为瞬态的总次数，n
lbe-i
为铅铋环境下第i次瞬态事件下部件的疲劳寿命，ni为铅铋环境下第i次事件下对应的设计寿命。
[0027]
可选地，根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险，具体包括：
[0028]
判断所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子时是否都小于设定值，得到判断结果；
[0029]
若所述判断结果为是，则所述部件不会发生疲劳破坏；
[0030]
若所述判断结果为否，则所述部件存在结构失效的风险。
[0031]
本发明还提供一种铅铋环境多层级疲劳评估系统，包括：
[0032]
获取模块，用于获取部件的设计寿命和监测数据并根据所述监测数据确定应力幅值；
[0033]
正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定模块，用于根据所述应力幅值和正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命；
[0034]
铅铋环境下各部件的疲劳寿命确定模块，用于根据各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数和正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定铅铋环境下各部件的疲劳寿命；
[0035]
疲劳累计损伤因子确定模块，用于根据所述设计寿命、所述正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命和所述铅铋环境下各部件的疲劳寿命计算正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子；
[0036]
疲劳破坏风险确定模块，用于根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险。
[0037]
本发明还提供一种电子设备，包括：
[0038]
一个或多个处理器；
[0039]
存储装置，其上存储有一个或多个程序；
[0040]
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如所述的方法。
[0041]
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的方法。
[0042]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0043]
本发明获取部件的设计寿命和监测数据并根据所述监测数据确定应力幅值；根据所述应力幅值和正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命；根据各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数和正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定铅铋环境下各部件的疲劳寿命；根据所述设计寿命、所述正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命和所述铅铋环境下各部件的疲劳寿命计算正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子；根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险。本发明能够能精准预测部件的疲劳寿命，从而完成部件的疲劳破坏风险评估，有助于保证铅铋环境下构件的安全长寿命运行。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045]
图1为本发明所示铅铋环境多层级疲劳寿命预测流程图；
[0046]
图2为本发明实施案例所示铅铋环境下多层级疲劳评估流程图；
[0047]
图3为本发明实施案例所示t91的正常工况的疲劳曲线图；
[0048]
图4为本发明实施案例所示铅铋环境下t91温度与f
lbe
的关系图；
[0049]
图5为本发明实施案例所示铅铋环境下t91总应变范围与f
lbe
的关系图；
[0050]
图6为本发明实施案例所示铅铋环境疲劳寿命预测模型的寿命预测图；
[0051]
图7为本发明实施案例所示t91贫氧铅铋环境下疲劳设计曲线图；
[0052]
图8为本发明实施案例所示t91富氧铅铋环境下的疲劳设计曲线图；
[0053]
图9为本发明提供的铅铋环境多层级疲劳评估方法流程图。
具体实施方式
[0054]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0055]
本发明的目的是提供一种铅铋环境多层级疲劳评估方法、系统、设备及介质，可精确预测部件的疲劳破坏风险以保证铅铋环境下构建的安全长寿运行。
[0056]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实
施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0057]
如图9所示，本发明提供的一种铅铋环境多层级疲劳评估方法，包括：
[0058]
步骤101：获取部件的设计寿命和监测数据并根据所述监测数据确定应力幅值。本发明的部件为材料或者构件。
[0059]
步骤102：根据所述应力幅值和正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命。步骤102，具体包括：根据所述应力幅值和所述正常工况下的疲劳寿命预测模型确定空气环境疲劳设计曲线；根据所述空气环境疲劳设计曲线确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命。正常工况指的是空气环境。
[0060]
步骤103：根据各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数和正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定铅铋环境下各部件的疲劳寿命。
[0061]
步骤104：根据所述设计寿命、所述正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命和所述铅铋环境下各部件的疲劳寿命计算正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子。
[0062]
步骤105：根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险。
[0063]
步骤105，具体包括：判断所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子时是否都小于设定值，得到判断结果；若所述判断结果为是，则所述部件不会发生疲劳破坏；若所述判断结果为否，则所述部件存在结构失效的风险。
[0064]
所述正常工况下的疲劳寿命预测模型的构建过程具体包括：对部件在正常工况下进行疲劳试验，得到部件正常工况疲劳寿命数据；根据所述部件正常工况疲劳寿命数据构建正常工况下的疲劳寿命预测模型。
[0065]
各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数的确定过程具体包括：分别对部件在正常情况下和铅铋环境进行疲劳试验，得到部件正常工况疲劳寿命数据和部件铅铋环境疲劳寿命数据；根据所述部件正常工况疲劳寿命数据和所述部件铅铋环境疲劳寿命数据确定各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数。
[0066]
本发明包括一种铅铋环境下材料级疲劳设计曲线的确定方法，及对应的构件级疲劳评估流程。该方法使用材料级铅铋疲劳设计曲线进行铅铋环境下构件的疲劳评估，进而完成材料级和构件级的多层级疲劳寿命设计流程及方法，如图1所示，铅铋环境下材料级疲劳设计曲线的确定方法，包括以下步骤：
[0067]
步骤s1：使用材料级铅铋疲劳设计曲线进行铅铋环境下构件的疲劳评估，其中评估流程包括铅铋设计曲线的建立，分成以下四个模块。
[0068]
步骤s2：模块1：在正常工况和铅铋环境下进行疲劳试验，得到材料疲劳寿命数据。
[0069]
步骤s3：模块2：根据模块1疲劳寿命数据建立材料在正常工况下的疲劳寿命预测模型及铅铋环境损伤系数f
lbe
。
[0070]
步骤s4：模块3：根据数值方法，考虑f
lbe
影响，建立适用于铅铋环境的疲劳寿命预测模型。
[0071]
步骤s5：模块4：根据铅铋疲劳寿命预测模型得到疲劳曲线，对该曲线进行保守化处理，得到适用于铅铋运行环境下高温核电装备的材料级铅铋疲劳设计曲线。
[0072]
如图2所示，铅铋环境多层级疲劳评估方法在实际应用中的流程如下：
[0073]
s11：首先，选择要进行疲劳评估的特定部件。确定该部件在核电站运行过程中的典型运行瞬态，如关机、启动、升温、降温、水压试验、测试、意外停机等。
[0074]
s12：审查该部件的设计文件，以获得每个运行瞬态的设计寿命ni(n1,
…
,ni,
…
,nn)。
[0075]
s13：根据设计文件和监测数据，得到不同操作瞬态下的应力、温度和压力等环境影响因素随时间变化曲线，进而根据步骤s3得出各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数f
lbe
(f
lbe-1
,
…
,f
lbe-i
,
…
,f
lbe-n
)。其中，监测数据为构件在瞬态下温度，应力和压力等实时的数据反馈。
[0076]
s14：对该构件进行有限元建模，输入材料性能和运行工况，模拟获得该部件各瞬态下的应力分布，获得该部件关键部位的一系列最大和最小应力值p(p1,
…
,pi,
…
,pn)。材料性能包括弹性模型，塑性本构参数，运行工况包括温度及构件在承载面上的力。
[0077]
s15：根据asme code，可以从最大和最小应力值计算出关键位置处得应力幅值δs
alt
(δs1,
…
,δsi,
…
,δsn)。
[0078]
s16：查询正常工况材料的疲劳设计曲线，根据关键位置处的应力幅值计算正常工况下各瞬态构件的疲劳寿命n
air
(n
air-1
,
…
,n
air-i
,
…
,n
air-n
)。正常工况材料的疲劳设计曲线为空气环境疲劳设计曲线。
[0079]
s17：运行瞬态分析得到的f
lbe
带入正常工况的疲劳设计曲线，查询该疲劳设计曲线，根据关键位置处的应力幅值计算铅铋环境下各瞬态构件的疲劳寿命n
lbe
(n
lbe-1
,
…
,n
lbe-i
,
…
,n
lbe-n
)。将f
lbe
带入正常工况下的疲劳设计曲线得到考虑铅铋环境的疲劳设计曲线，将应力幅值带入得到铅铋环境下各瞬态构件的疲劳寿命。根据正常工况下的疲劳寿命预测模型得到应变与寿命的关系，即一般的空气环境下疲劳曲线，对该曲线进行保守化处理得到疲劳设计曲线。根据正常工况的疲劳曲线利用f
lbe
得到铅铋环境下的疲劳寿命预测模型，根据铅铋环境下的疲劳寿命预测模型确定铅铋环境下的疲劳曲线，对铅铋环境下的疲劳曲线进行保守化处理的，得到铅铋环境下的疲劳设计曲线。
[0080]
s18：分别计算正常工况下疲劳累积损伤因子u
air
和铅铋环境下疲劳累计损伤损伤因子u
lbe
。
[0081]
正常工况下疲劳累计损伤因子的表达式为：
[0082][0083]
其中，u
air
为正常工况下疲劳累计损伤因子，i为瞬态下的第i次事件所对应编号，n为瞬态的总次数，n
air-i
为正常工况下第i次瞬态事件下构件的对应的疲劳寿命，ni为第i次事件下对应的设计寿命。
[0084]
铅铋环境下疲劳累计损伤因子的表达式为：
[0085][0086]
其中，u
lbe
为铅铋环境下疲劳累计损伤因子i为瞬态下的第i次事件所对应编号，n为瞬态的总次数，n
lbe-i
为铅铋环境下第i次瞬态事件下部件的疲劳寿命，ni为铅铋环境下第
i次事件下对应的设计寿命。
[0087]
s19：如果u
air
和u
lbe
都小于1，则该部件不会发生疲劳破坏。否则，lbe中的部件就有结构失效的风险。
[0088]
步骤s13包括铅铋环境损伤因子的确定，具体操作在模块1和2中完成，步骤s15和s16包括正常工况疲劳寿命及铅铋环境疲劳寿命的预测，具体操作在模块2和3中完成，设计曲线在模块4中完成。
[0089]
步骤s2到s5为材料级疲劳评估方法，分成4个模块，模块1中的铅铋环境疲劳试验，载荷条件需与正常工况一致，环境影响因素因根据步骤s11和s13进行选取。
[0090]
模块2中铅铋环境损伤系数f
lbe
数值计算式表示为：
[0091][0092]
其中，n
air
为室温正常工况试样的疲劳寿命，n
lbe
为与正常工况加载条件所对应的铅铋环境下疲劳寿命，将铅铋环境损伤系数f
lbe
作为函数自变量，不同环境影响因素作为因变量，其函数关系可通过如下形式进行拟合：
[0093]
lnf
lbe
＝a
×
lnx
eff
+b (4)，
[0094]
式中a和b为材料参数可通过对f
lbe
拟合得到，x
eff
为具体的环境影响因素，在完成各环境影响因素下f
lbe
，还需对得到的f
lbe
拟合式进行归一化处理。
[0095]
模块3中考虑铅铋环境影响的寿命预测模型如下：
[0096]
lnn
lbe
＝lnn
air-lnf
lbe (5)，
[0097]
其中lnn
air
可通过langer模型计算，lnf
lbe
为所述的归一化的f
lbe
表达式；
[0098]
其中，保守化处理，具体为：模块4将根据模块3得到的疲劳寿命预测模型得出材料在铅铋环境下的疲劳寿命曲线，该曲线y轴为疲劳寿命，x轴为应力或者应变，需对该曲线进行保守化处理，首先将该曲线的y轴除以20得到曲线1，将该曲线x轴除以2得到曲线2，曲线1和曲线2取下包络线，所述操作完成将得到构件级疲劳评估所需的考虑铅铋环境影响的疲劳设计曲线。
[0099]
本发明针对运行于铅铋环境的四代铅冷快堆，能精准预测材料和构件的疲劳寿命，有助于保证铅铋环境下构件的安全长寿命运行。
[0100]
以某国产t91钢为基础材料展示铅铋疲劳设计曲线获取的方法：
[0101]
对t91开展正常工况和铅铋环境下疲劳试验，载荷条件一致，根据四代堆的特点环境影响因素选取温度和总应变范围。
[0102]
正常工况下疲劳寿命预测模型选择langer模型，t91的疲劳寿命拟合结果如图3所示，可以看出langer模型可以很好的拟合疲劳疲劳寿命；针对铅铋环境下的t91疲劳试验，其铅铋环境损伤系数f
lbe
数值利用公式(3)计算。
[0103]
图4和图5为本实施案例中温度和应变范围影响因下f
lbe
结果图，将铅铋环境损伤系数f
lbe
作为函数自变量，温度和总应变幅作为因变量，其函数关系可通过公式(4)进行拟合。图4和图5显示了式2的拟合精度，从图4和图5中可以该公式拟合效果优异。
[0104]
在完成对温度和总应变范围下f
lbe
拟合式的归一化后，将lnf
lbe
带入公式(5)即可得到铅铋环境下的疲劳寿命预测模型。
[0105]
其中lnn
air
可通过langer模型计算，参数如表1所示，图6为本发明实施案例中350
℃铅铋环境下t91的疲劳寿命预测结果图，可以看出预测疲劳寿命95％以上落在2倍误差带内，预测进度较高；使用上述铅铋环境下疲劳寿命预测模型可以得出t91在铅铋环境下的疲劳寿命曲线，该曲线y轴为疲劳寿命，x轴为应力或者应变，需对该曲线进行保守化处理，首先将该曲线的y轴除以20得到曲线1，将该曲线x轴除以2得到曲线2，曲线1和曲线2取下包络线，所述操作完成将得到构件级疲劳评估所需的考虑铅铋环境影响的疲劳设计曲线，结果如图7和图8所示，可以看出所有数据点均在疲劳设计曲线上方，表明采用环境损伤系数建立的考虑铅铋环境影响的疲劳设计曲线有较高的安全性。
[0106]
表1langer模型的拟合参数及f
lbe
与总应变范围的拟合参数
[0107][0108]
以某设计阶段铅铋快堆t91包壳作为实施案例，结合上述获得的材料级疲劳设计曲线，展示本发明的构件级疲劳损伤评估流程在设计阶段的运用：首先选择快堆包壳作为疲劳评估的具体构件。
[0109]
确定该包壳结构在工况下所遍历的典型运行瞬态，如停机、启动、升温、降温等，选取温度和压力作为其分析瞬态，选取的典型瞬态中温度数据列于表1第二列，使用压力数据计算构件承载应力幅值如下步骤所叙。
[0110]
表2f
lbe
与温度的拟合参数.
[0111][0112][0113]
查阅设计文件，获得每个运行瞬态的设计寿命ni(n1,
…
,ni,
…
,nn)列于表2第三列。
[0114]
根据瞬态曲线，进而依据步骤s3得出各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数f
lbe
(f
lbe-1
,
…
,f
lbe-i
,
…
,f
lbe-n
)。
[0115]
根据步骤s4方法，使用铅铋环境损伤系数f
lbe
和空气环境疲劳设计模型得到空气环境疲劳设计曲线和铅铋环境疲劳设计曲线。
[0116]
对该构件进行有限元建模，输入材料性能和运行工况，模拟获得该部件各瞬态下的应力分布，获得该部件关键部位的一系列最大和最小应力值p(p1,
…
,pi,
…
,pn)。
[0117]
根据asme code，可以从最大和最小应力值计算出关键位置处得应力幅值δs
alt
(δs1,
…
,δsi,
…
,δsn)，列于表3第一列。
[0118]
根据应力幅值，查阅疲劳设计曲线，确定铅铋环境寿命n
lbe
和空气环境寿命n
air
，列于表3第四列及第五列。
[0119]
计算u
air
和u
lbe
，列于表3第五和七列。
[0120]
表3中u
air
为0.439小于1，而u
lbe
为1.031大于1，说明在空气环境工况下，该构件无疲劳失效风险，而该构件在铅铋工况下，将面临疲劳失效的可能，需重新调整该构件的运行工况。
[0121]
下面以某铅铋堆输送液态铅铋的进水管嘴为实施案例，展示本发明提供的方法在确定构件剩余寿命上的应用；该进水嘴管以p91钢制造而成，其材料级疲劳设计曲线与某国产t91钢基本一致，进水嘴管是铅铋流进流出反应堆的主要通道，受瞬态影响大，其典型瞬态比某国产t91钢多，如表4所示。
[0122]
表3某铅铋快堆t91钢燃料包壳构件疲劳损伤评估结果
[0123][0124][0125]
注：上述快堆还处在设计阶段，上述表内数据仅代表极端工况，用于对比空气环境和铅铋环境疲劳损伤差异，仅作参考
[0126]
表4典型运行瞬态的设计循环周次，40a和60a下预计循环周次
[0127]
瞬态设计寿命n40a预计循环周次60a预计循环周次热启动45080125冷停止45080125反应堆历程430130205出口损失903050装料901015安全注入检查230110140泄露测试230100165
[0128]
注：上述表内数据仅代表极端工况，用于展示铅铋环境下多层级疲劳寿命设计方
法仅作参考
[0129]
该进水嘴管已服役40a(40年)，现需确定其剩余疲劳寿命是否满足60a的长时要求，其设计寿命以及40a和60a预计循环周次如表4所示。
[0130]
其剩余寿命评估流程如下：
[0131]
首先选择进水管嘴作为疲劳评估的具体构件。
[0132]
确定该进水管嘴在工况下所遍历的典型运行瞬态，如停机、启动、升温、降温等，选取温度和压力作为其分析瞬态，选取的典型瞬态列于表5第一列，该构件设计时最小预计循环周次及40a和60a下预计循环周次，列于表4，最后使用压力数据计算构件承载应力幅值如下步骤所叙。
[0133]
表5某铅铋堆液态铅铋进水管嘴疲劳延寿评估
[0134][0135][0136]
注：上述表内数据仅代表极端工况，用于展示铅铋环境下多层级疲劳寿命设计方法仅作参考
[0137]
查阅设计文件，获得每个运行瞬态的设计寿命ni(n1,
…
,ni,
…
,nn)，列于表5。
[0138]
根据瞬态曲线，进而依据步骤s3得出各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数f
lbe
(f
lbe-1
,
…
,f
lbe-i
,
…
,f
lbe-n
)。
[0139]
根据步骤s4方法，使用铅铋环境损伤系数f
lbe
和空气环境疲劳设计模型得到空气环境疲劳设计曲线和铅铋环境疲劳设计曲线。
[0140]
对该构件进行有限元建模，输入材料性能和运行工况，模拟获得该部件各瞬态下的应力分布，获得该部件关键部位的一系列最大和最小应力值p(p1,
…
,pi,
…
,pn)。
[0141]
根据asme code，可以从最大和最小应力值计算出关键位置处得应力幅值δs
alt
(δs1,
…
,δsi,
…
,δsn)，结合表4瞬态数据，计算出各瞬态下的加载应力幅值列于表5第二列。
[0142]
根据应力幅值，查阅疲劳设计曲线，确定铅铋环境寿命n
lbe
，列于表5最后两列；
[0143]
计算u
air
和u
lbe
，列于表5最后一行。
[0144]
表5中40a的u
lbe
为0.53，60a的u
lbe
为0.79，均小于1，说明该构件在铅铋工况下，有足够的安全裕度，可以从40a延寿到60a。
[0145]
本发明还提供一种铅铋环境多层级疲劳评估系统，包括：
[0146]
获取模块，用于获取部件的设计寿命和监测数据并根据所述监测数据确定应力幅值。
[0147]
正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定模块，用于根据所述应力幅值和正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命。
[0148]
铅铋环境下各部件的疲劳寿命确定模块，用于根据各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数和正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定铅铋环境下各部件的疲劳寿命。
[0149]
疲劳累计损伤因子确定模块，用于根据所述设计寿命、所述正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命和所述铅铋环境下各部件的疲劳寿命计算正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子。
[0150]
疲劳破坏风险确定模块，用于根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险。
[0151]
本发明还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如所述的方法。
[0152]
本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的方法。
[0153]
本发明结合铅铋环境损伤系数，建立了铅铋环境疲劳寿命预测模型，进而提出适用于高温铅铋环境下的多层级的疲劳寿命设计流程及方法，有望对lfrs高温关键部件的长寿命、高可靠设计技术提供科学支持。
[0154]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0155]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种铅铋环境多层级疲劳评估方法，其特征在于，包括：获取部件的设计寿命和监测数据并根据所述监测数据确定应力幅值；根据所述应力幅值和正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命；根据各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数和正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定铅铋环境下各部件的疲劳寿命；根据所述设计寿命、所述正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命和所述铅铋环境下各部件的疲劳寿命计算正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子；根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险。2.根据权利要求1所述的铅铋环境多层级疲劳评估方法，其特征在于，所述正常工况下的疲劳寿命预测模型的构建过程具体包括：对部件在正常工况下进行疲劳试验，得到部件正常工况疲劳寿命数据；根据所述部件正常工况疲劳寿命数据构建正常工况下的疲劳寿命预测模型。3.根据权利要求1所述的铅铋环境多层级疲劳评估方法，其特征在于，根据所述应力幅值和所述正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命，具体包括：根据所述应力幅值和所述正常工况下的疲劳寿命预测模型确定空气环境疲劳设计曲线；根据所述空气环境疲劳设计曲线确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命。4.根据权利要求1所述的铅铋环境多层级疲劳评估方法，其特征在于，各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数的确定过程具体包括：分别对部件在正常情况下和铅铋环境进行疲劳试验，得到部件正常工况疲劳寿命数据和部件铅铋环境疲劳寿命数据；根据所述部件正常工况疲劳寿命数据和所述部件铅铋环境疲劳寿命数据确定各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数。5.根据权利要求1所述的铅铋环境多层级疲劳评估方法，其特征在于，正常工况下疲劳累计损伤因子的表达式为：其中，u
air
为正常工况下疲劳累计损伤因子，i为瞬态下的第i次事件所对应编号，n为瞬态的总次数，n
air-i
为正常工况下第i次瞬态事件下构件的对应的疲劳寿命，n
i
为第i次事件下对应的设计寿命。6.根据权利要求1所述的铅铋环境多层级疲劳评估方法，其特征在于，铅铋环境下疲劳累计损伤因子的表达式为：其中，u
lbe
为铅铋环境下疲劳累计损伤因子，i为瞬态下的第i次事件所对应编号，n为瞬
态的总次数，n
lbe-i
为铅铋环境下第i次瞬态事件下部件的疲劳寿命，n
i
为铅铋环境下第i次事件下对应的设计寿命。7.根据权利要求1所述的铅铋环境多层级疲劳评估方法，其特征在于，根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险，具体包括：判断所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子时是否都小于设定值，得到判断结果；若所述判断结果为是，则所述部件不会发生疲劳破坏；若所述判断结果为否，则所述部件存在结构失效的风险。8.一种铅铋环境多层级疲劳评估系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取部件的设计寿命和监测数据并根据所述监测数据确定应力幅值；正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定模块，用于根据所述应力幅值和正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命；铅铋环境下各部件的疲劳寿命确定模块，用于根据各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数和正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定铅铋环境下各部件的疲劳寿命；疲劳累计损伤因子确定模块，用于根据所述设计寿命、所述正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命和所述铅铋环境下各部件的疲劳寿命计算正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子；疲劳破坏风险确定模块，用于根据所述正常工况下疲劳累计损伤因子和所述铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险。9.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至7中任意一项所述的方法。10.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种铅铋环境多层级疲劳评估方法、系统、设备及介质，涉及疲劳设计领域，方法包括根据监测数据确定应力幅值；根据应力幅值和正常工况下的疲劳寿命预测模型确定正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命；根据各运行瞬态下的铅铋环境损伤系数和正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命确定铅铋环境下各部件的疲劳寿命；根据设计寿命、正常工况下的各瞬态部件的疲劳寿命和铅铋环境下各部件的疲劳寿命计算正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子；根据正常工况下疲劳累计损伤因子和铅铋环境下疲劳累计损伤因子确定部件的疲劳破坏风险。本发明能精确预测部件的疲劳破坏风险以保证铅铋环境下构件的安全长寿运行。寿运行。寿运行。


技术研发人员：王润梓 何德成 张显程 谈建平 涂善东 杜鹃 张瀛 隋海明 蒲卓
受保护的技术使用者：中广核研究院有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/9/23