朱保印，夏晓舟，何 铮，顾水涛，裴 磊

(1.河海大学力学与材料学院,江苏 南京 210000； 2.国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司，北京 100084)

蒸汽发生器安全端焊接接头应力强度因子计算

朱保印1，夏晓舟1，何 铮2，顾水涛1，裴 磊1

(1.河海大学力学与材料学院,江苏 南京 210000； 2.国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司，北京 100084)

推导含初始应力场的扩展有限元(XFEM)弱形式，并应用到焊接导致的残余应力场下裂纹问题数值模拟中。采用互作用积分策略以获得更精确的计算应力强度因子(SIF)。在此基础上，分析蒸汽发生器(SG)安全端异种金属接头在焊接残余应力场下SIF随裂纹深度的变化情况。研究发现，随着焊接接头内侧裂纹的不断深入，SIF先增大、后减小，这表明材料对裂纹扩展的抗力是先增大、后减小的过程。初始应力场施加方法利用了XFEM在模拟裂纹扩展上的优势，避免了网格更新导致的重复计算。

蒸汽发生器；XFEM；互作用积分；SIF；焊接残余应力场

图1 SG安全端示意图Fig.1 Sketch of steam generator (SG) safety side

焊接是核电站建造与安装的关键工艺。压水堆(PWR)蒸汽发生器(SG)安全端异种焊接接头这种特殊的焊接结构，是核电安全运行的关键部件。核电站现场运行经验表明，焊接接头以应力腐蚀开裂(SCC)为代表的环境致裂(EAC)是PWR一回路的主要环境损伤现象，已成为影响核电站长期安全运行的关键问题之一。焊接残余应力是引起应力腐蚀开裂的主要原因。准确模拟焊接残余应力场下裂尖应力状态并计算SIF是SG安全端结构的完整性评价和寿命预测中[1-3]的关键问题。……