黄毅++颜寒++高付海++王明政

摘 要：热分层现象导致结构的疲劳破坏是核电设备中普遍存在问题。为快速评价结构在热分层下的疲劳可靠性，选用结构响应函数方法通过流体温度振荡幅值和频率计算结构表面热应力振幅，再选择合适的疲劳评价规范得到结构的疲劳损伤，最后使用MATLAB软件编制蒙特卡罗程序对其进行可靠性计算，得到设备在寿期内的可靠度。算例的计算结果表明：结构响应函数和蒙特卡罗方法结合能够满足快速计算热分层结构的疲劳可靠性的需求，其分析结果可以为热分层严重的设备的设计提供指导建议和可靠性依据。

关键词：疲劳可靠性 结构响应函数 热分层 蒙特卡罗法

中图分类号：TH411 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（c）-0011-05

Evaluation of Structure Fatigue Reliability in Thermal Striping Phenomenon

Huang Yi* Yan Han Gao Fuhai Wang Mingzheng

（China Institute of Atomic Energy， Beijing， 102413， China）

Abstract： It is a general problem that thermal striping causes fatigue crack on nuclear components. To evaluate the fatigue reliability of structure rapidly， predict thermal stress amplitudes on structural surface from fluid temperature amplitudes and frequencies through structure response function method， then calculates the fatigue damage by a suitable fatigue analysis， and program Monte Carlo program to calculate structure fatigue reliability. The result shows， the method which combined by structure response function and Monte Carlo method can reach the requirement that calculate structure fatigue reliability， and the calculation results supply tips and reliablity basis for design.

Key Words： Fatigue reliability； Structure response function；Thermal striping； Monte Carlo method

核能設备中由于高温低温流体混合不均匀，流体的温度振荡会造成结构壁面产生热疲劳损伤，这种现象称作热分层。这种混合的热-流耦合和热-固耦合现象涉及的机理十分复杂，如果采用传统的随机有限元方法去计算疲劳可靠性，则会引入巨大的工作量。因此，结构可靠性常用在研究静载荷失效，如强度失效，而多随机变量的疲劳可靠性分析则应用很少。Naoto Kasahara[1]提出结构响应函数法，即使用结构的频率响应特征来快速地求解结构表面的热应力幅值，选择合适的评价规范后很容易就可以得到结构的疲劳损伤。正是这种方法使得多变量的疲劳可靠性快速求解成为可能。

通常，通过结构表面附近的流场进行分析，得到壁面附近流体的温度谱是很复杂的。……