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作为核岛内部上方运行的大型起重机械设备,核电站环行起重机是核电站重点关注的十一项主设备之一,其安全性受到高度重视。主梁是核电站环行起重机中支承小车、承受吊重的关键部件,在服役期间主要承受交变载荷作用,其主要的破坏形式是疲劳断裂。主梁断裂将造成整个核电站环行起重机崩塌,损坏反应堆装置,引发不可估量的后果。为了保证核电站环行起重机安全可靠运行,开展核电站环行起重机主梁的疲劳寿命和可靠性研究对保障核电站安全意义重大。论文以第三代核电站环行起重机主梁为研究对象,首先调研分析核电站环行起重机主梁的失效模式与疲劳寿命研究方法;然后在建立核电站环行起重机主梁有限元模型的基础上,结合核电站环行起重机主梁结构的特殊性进行有限元分析,并根据有限元分析结果和裂纹扩展Paris公式开展主梁疲劳寿命研究,进一步设计等效试验并验证主梁疲劳寿命结果。最后,针对缺乏主梁疲劳寿命数据的问题,运用Monte Carlo仿真进行疲劳寿命仿真实验,结合仿真结果对主梁疲劳寿命可靠性进行了研究。论文主要研究工作有:(1)根据第三代核电站环行起重机主梁的实际尺寸,在结构适当简化基础上建立主梁有限元模型。结合核电站环行起重机特点确定四种典型载荷条件,分别在四种载荷条件下进行了有限元应力应变分析。基于有限元分析结果,确定主梁疲劳寿命的预测部位。(2)根据危险部位分析结果,对初始裂纹进行分析判断。由于两个危险部位材料不同(一个处于母材上,一个在焊缝上),在确定这两个部位的初始裂纹时,考虑其力学性能的差异;根据焊缝内部和连接处对初始裂纹的影响,确定两处危险部位的初始裂纹尺寸。(3)考虑裂纹形成阶段的主梁疲劳寿命预测。在通用桥式起重机主梁进行疲劳寿命预测时,通常默认焊缝存在焊接缺陷而忽略了裂纹形成阶段的寿命,相比之下,按照JB/T12214-2015标准进行缺陷检测后的核电站环行起重机主梁,不能忽略裂纹形成阶段的寿命,因此将核电站环行起重机主梁的裂纹形成阶段寿命运用等效初始裂纹的思想考虑进了核电站环行起重机主梁疲劳寿命预测结果中。(4)通过主梁材料Q345钢紧凑拉伸试件的试验数据得到Paris公式中Q345钢的材料常数值,结合主梁有限元应力分析结果与Paris公式完成了主梁疲劳寿命预测。设计等效试验验证了将主梁跨中焊缝做疲劳寿命预测位置的合理性以及主梁端部约束方式对疲劳寿命的影响。