Study on random vibration fatigue evaluation method of small branch pipe welded joints in nuclear power plants

YANG Jiandong; GAO Hongbo; XU Yangyang; ZHOU Shuai; LIN Lei; PENG Liang; SHI Hongxing; LUAN Zhenxing; ZHAO Yue

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.012

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Study on random vibration fatigue evaluation method of small branch pipe welded joints in nuclear power plants

·Vibration·Noise·Monitoring·Diagnosis· | 更新时间：2026-06-16

- Study on random vibration fatigue evaluation method of small branch pipe welded joints in nuclear power plants
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 6, Pages: 110-117(2026)
- 作者机构：
  
  1.广西防城港核电有限公司，防城港 538000
  2.苏州热工研究院有限公司，苏州 215004
- 作者简介：
  
  GAO Hongbo, E-mail: 458508826@qq.com
- 基金信息：
  
  2023 Guangxi Autonomous Region Technological Innovation Self-Funded Project (Guigongxinyuan District 〔2023〕699)(桂工信园区〔2023〕699)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.012
  CLC： TG405
- Received：15 August 2024，
  
  Revised：2024-10-09，
  
  Published：15 June 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
杨建东，高红波，徐洋洋，等. 核电厂小支管焊接接头随机振动疲劳评价方法研究［J］. 机械强度，2026，48（6）：110-116.

YANG Jiandong，GAO Hongbo，XU Yangyang，et al. Study on random vibration fatigue evaluation method of small branch pipe welded joints in nuclear power plants［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：110-116.
杨建东，高红波，徐洋洋，等. 核电厂小支管焊接接头随机振动疲劳评价方法研究［J］. 机械强度，2026，48（6）：110-116. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.012.

YANG Jiandong，GAO Hongbo，XU Yangyang，et al. Study on random vibration fatigue evaluation method of small branch pipe welded joints in nuclear power plants［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：110-116. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.012.

摘要

目的

针对核电厂小支管焊接接头在随机振动载荷下的疲劳寿命评估问题，探讨了基于测试数据、在役适用性评估（Fitness-For-Service

ASME FFS-1

）

方法和等效结构应力法的疲劳寿命评估方法。

方法

对比了基于测试数据、ASME FFS-1疲劳分析方法和等效结构应力法的疲劳寿命评估方法，并通过随机振动疲劳试验进行对比验证。

结果

研究结果表明，ASME FFS-1疲劳分析方法在处理复杂结构时易受网格敏感性影响，可能导致疲劳寿命评估结果的保守性偏高；基于测试应力的疲劳分析方法同样表现出较高的保守性，可能增加不必要的维护成本；相比之下，等效结构应力法能够更准确地考虑焊接接头的局部应力集中效应，并能有效应对复杂的随机振动环境，在疲劳寿命预测中表现出更高的准确性和工程适用性。研究可为制定有效的预防性维护策略提供重要参考。

Abstract

Objective

Aiming at the fatigue life evaluation of welded joints of small-bore pipes in nuclear power plants under random vibration loads

fatigue life evaluation methods based on test data

the in-service fitness-for-service (FFS) assessment method specified in ASME FFS-1 and the equivalent structural stress method were investigated.

Methods

The fatigue life evaluation approaches based on test data

ASME FFS-1 fatigue analysis method and equivalent structural stress method were compared

and comparative verification was conducted via random vibration fatigue tests.

Results

The research results reveal that the ASME FFS-1 fatigue analysis method is susceptible to mesh sensitivity when dealing with complex structures

which may lead to excessively conservative fatigue life evaluation results. The fatigue analysis method based on measured stress also presents high conservatism and may cause unnecessary increase in maintenance costs. In contrast

the equivalent structural stress method can more accurately take into account the local stress concentration effect of welded joints

effectively adapt to complex random vibration environments

and possesses higher prediction accuracy and engineering applicability in fatigue life prediction. It can provide an important reference for formulating effective preventive maintenance strategies.

关键词

Keywords

references

赖姜，何超，孙磊，等 . 核电厂小支管的模态与振动响应分析［J］. 核动力工程， 2019 ， 40 （增刊1 ）： 114 - 116 .

LAI Jiang ， HE Chao ， SUN Lei ， et al . Analysis of modal characteristics and dynamic response of branch pipe in nuclear power plants ［J］. Nuclear Power Engineering ， 2019 ， 40 （ Suppl.1 ）： 114 - 116 . （In Chinese）

沈双全，徐昱根，张世伟，等 . 基于应变与加速度响应的核电厂小支管振动评价［J］. 核动力工程， 2016 ， 37 （增刊2 ）： 77 - 79 .

SHEN Shuangquan ， XU Yugen ， ZHANG Shiwei ， et al . Vibration evaluation of small bore pipe in NPPs based on strain and acceleration ［J］. Nuclear Power Engineering ， 2016 ， 37 （ Suppl.2 ）： 77 - 79 . （In Chinese）

袁少波，李振，徐伟祖，等 . 核电厂小支管裂纹泄漏原因分析和改造［J］. 核动力工程， 2019 ， 40 （增刊1 ）： 97 - 99 .

YUAN Shaobo ， LI Zhen ， XU Weizu ， et al . Cause analysis and improvement of crack leakage of small bore pipe in nuclear power plants ［J］. Nuclear Power Engineering ， 2019 ， 40 （ Suppl.1 ）： 97 - 99 . （In Chinese）

ECONOMOU J ， THEBAULT Y ， COSTES P E . Small bore pipe branch connections fatigue ［C］// Proceedings of the ASME 2011 Pressure Vessels and Piping Conference . New York ： ASME ， 2012 ： 659 - 663 .

RAO K R . Companion guide to the ASME boiler and pressure vessel and piping codes ［M］. 6th ed . New York ： American Society of Mechanical Engineer （ASME） Press ， 2023 ： 225 - 232 .

MAEKAWA A ， NODA M ， SUZUKI M ， et al . Development of measurement methods for vibration-induced stress of small-bore piping ［J］. Journal of Pressure Vessel Technology ， 2017 ， 139 （ 4 ）： 041207 .

MAEKAWA A ， TAKAHASHI T ， TSUJI T ， et al . Noncontact measurement method of vibration stress using optical displacement sensors for piping systems in nuclear power plants ［J］. Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science ， 2015 ， 1 （ 3 ）： 031002 .

雷雨恒，任亮，刘强平，等 . 基于应变响应反演技术的弓网动态接触力监测方法及应用研究［J］. 机械强度， 2022 ， 44 （ 6 ）： 1300 - 1306 .

LEI Yuheng ， REN Liang ， LIU Qiangping ， et al . Research on monitoring method and application of the dynamic contact force between catenary and pantograph based on strain response inversion technology ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2022 ， 44 （ 6 ）： 1300 - 1306 . （In Chinese）

文保华，徐凤林，赵华，等 . 三轴随机振动条件下电连接器插孔簧片疲劳损伤研究［J］. 机械强度， 2023 ， 45 （ 6 ）： 1465 - 1473 .

WEN Baohua ， XU Fenglin ， ZHAO Hua ， et al . Research on fatigue damage of electrical connector jack springs under triaxial random vibration conditions ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 6 ）： 1465 - 1473 . （In Chinese）

TAKAHASHI S ， TAMURA A ， SATO S ， et al . Flow-induced vibrations in closed side branch pipes and their attenuation methods ［J］. Journal of Nuclear Science and Technology ， 2016 ， 53 （ 8 ）： 1164 - 1177 .

JIA J H ， ZHENG X Y ， ZHANG Z Q . Crack identification based on natural frequency of cracked small pipes ［C］// Proceedings of the 2017 6th International Conference on Measurement，Instrumentation and Automation （ICMIA 2017） . Paris ： Springer Nature ， 2017 ： 27 - 30 .

WANG R J ， SHANG D G ， LI L S ， et al . Fatigue damage model based on the natural frequency changes for spot-welded joints ［J］. International Journal of Fatigue ， 2008 ， 30 （ 6 ）： 1047 - 1055 .

WANG R J ， SHANG D G . Fatigue life prediction based on natural frequency changes for spot welds under random loading ［J］. International Journal of Fatigue ， 2009 ， 31 （ 2 ）： 361 - 366 .

CHOI Y H ， CHOI S Y . Socket weld integrity in nuclear piping under fatigue loading condition ［J］. Nuclear Engineering and Design ， 2007 ， 237 （ 2 ）： 213 - 218 .

CHOI Y H ， CHOI S Y ， KIM J S . Surface crack behavior in socket weld of nuclear piping under fatigue loading condition ［J］. Key Engineering Materials ， 2005 ， 297/298/299/300 ： 1678 - 1684 .

MILES T ， ANDREWS B . Managing the risk of vibration related failures on facility pipework ［C］// Proceedings of the 2008 7th International Pipeline Conference . New York ： ASME ， 2009 ： 385 - 393 .

BERGER J ， GUILLOU J ， POIRIER E . Small bore piping system fatigue—determination of favored crack location and related admissible vibration criterion ［C］// Proceedings of the ASME 2012 Pressure Vessels and Piping Conference . New York ： ASME ， 2012 ： 409 - 418 .

FAHMY S . Small bore dynamics and some fatigue related issues ［C］// Proceedings of the Inter-noise and Noise-con Congress and Conference . Wakefield ： Institute of Noise Control Engineering ， 2016 ： 4855 - 5847 .

石红梅，崔璐，侯伟，等 . 一种预测高低周复合疲劳寿命的新方法［J］. 机械强度， 2023 ， 45 （ 5 ）： 1229 - 1232 .

SHI Hongmei ， CUI Lu ， HOU Wei ， et al . New method to predict the life of high and low cycle composite fatigue life ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 5 ）： 1229 - 1232 . （In Chinese）

HAN S H ， AN D G ， KWAK S J ， et al . Vibration fatigue analysis for multi-point spot-welded joints based on frequency response changes due to fatigue damage accumulation ［J］. International Journal of Fatigue ， 2013 ， 48 ： 170 - 177 .

DONG P ， HONG J K . The master S-N curve approach to fatigue of piping and vessel welds ［J］. Welding in the World ， 2004 ， 48 （ 1/2 ）： 28 - 36 .

DIRLIK T . Application of computers in fatigue analysis ［D］. Coventry ： University of Warwick ， 1985 ： 198 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

ANALYSIS AND EXPERIMENTAL VERIFICATION OF THE EFFECТ OF ASSEMBLY STRESS ON THE RANDOM FATIGUE LIFE OF AIRCRAFT PIPELINE

STRUCTURAL OPTIMIZATION OF GEARBOX CASES BASED ON FATIGUE LIFE PREDICTION

RANDOM VIBRATION FATIGUE ANALYSIS AND STRUCTURAL DESIGN IMPROVEMENT OF BATTERY PACK BASED ON AN VEHICLE

Research on the influence of welding defects on the fatigue life of welded joints and evaluation methods

Fatigue analysis and optimization of welds in the front frame of loaders based on multi-body dynamics and discrete element joint simulations

Related Author

ZHAO XuSheng

CHEN Guo

ZHANG Xu

QIAN Jin

CHEN ChaoPeng

YANG GuangWu

XIAO ShouNe

ZHU Tao

Related Institution

Civil Aviation College, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

College of General Aviation and Flight, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Traction Power State Key Laboratory,Southwest Jiaotong University

Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Automotive Engineering Institute

⁰