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基于分形几何的蒸汽发生器传热管微动损伤预测模型研究

在压水堆核电站中，蒸汽发生器传热管的结构完整性严重影响其安全性和经济性，而蒸汽发生器传热管的微动磨损是不可避免的。为了提高核电站的安全性以及寿命，研究蒸汽发生器传热管的微动损伤特性和建立较为准确的损伤预测模型是极其必要的。本文首先采用自制的微动磨损试验机，开展了水环境下690合金管/405不锈钢块的切向微动磨损试验，研究结果表明690合金管在水环境下主要的磨损机制为剥层。其次以试验结果为基础，采用ABAQUS建立了690合金管/405不锈钢块的微动磨损预测模型，该模型以能量模型为磨损模型，并考虑了接触面的粗糙轮廓；通过UMESHMOTION子程序和ALE自适应网格技术实现磨损表面节点的动态更新。研究结果表明，当接触表面为粗糙表面时，690合金管的仿真计算结果与试验结果基本一致。最后通过分形几何理论建立了690合金管的二维分形几何粗糙面，分析了分形维度对690合金管微动损伤的影响，研究结果表明，当分形维度较大时，R_a也较大；690合金管的最大磨损深度随着分形维度增大而增加。