一种高能贯穿件结构有限元校核方法技术

本发明专利技术公开了一种高能贯穿件结构有限元校核方法，涉及高能贯穿件尺寸校核技术领域。该高能贯穿件结构有限元校核方法包括贯穿件的结构尺寸校核设计、温度场校核计算和力学结构评估校核计算。考虑到贯穿件的实际工作环境，将贯穿件的工作压力和工作温度等复杂环境因素相结合，利用有限元仿真的计算方法，将热

【技术实现步骤摘要】
一种高能贯穿件结构有限元校核方法


[0001]本专利技术涉及高能贯穿件尺寸校核
，具体为一种高能贯穿件结构有限元校核方法。

技术介绍

[0002]高能管道贯穿件是安全壳结构的重要组成部分，在核岛运行期间和发生事故时应保证安全壳的结构完整性和密封性不被破坏，因此贯穿件的设计必须能在各种工况下满足力学性能的要求。高能管道贯穿件是一种受力状态相对复杂的贯穿件类型，不仅承受高能载荷(如压力、连接管道的作用力等)，还承受管道流体热载荷的作用，因此高能管道贯穿件在各种工况下的力学行为要满足核装置的安全运行及使用寿命要求。同时，由于高能管道贯穿件数量和型号众多，标准化的设计校核流程对工程进度和制造成本影响重大。
[0003]高能管道贯穿件的结构类型主要有A型、C型、D型。目前，通常采用结构力学理论方法计算极限接管载荷，以校验贯穿件结构的安全性，但是该方法通常会选取一个较大的安全系数，不仅不利于工程成本的控制，也不满足某些特定场景的轻量化要求。
[0004]因此，本专利技术结合有限元结构仿真计算提供一种核安全壳高能管道贯穿件结构尺寸设计校核计算的方法，该方法可以快速的对高能管道贯穿件的结构尺寸进行校核设计，以满足ASME(AmericanSocietyofMechanicalEngineers)规范中相关要求，从而判断该贯穿件结构的合理性。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高能贯穿件结构有限元校核方法，解决了以下技术问题：
[0007]1、现有贯穿件力学强度校核方法精准度不高；
[0008]2、现有贯穿件设计选取的安全系数较大，不利于工程成本的控制。
[0009](二)技术方案
[0010]本专利技术公开了一种核反应堆高能贯穿件结构尺寸、温度场和力学校核设计流程。该专利技术的目的在于克服现有技术的不足，引入有限元结构仿真的计算方法，提供了一种方便、完整并且准确的高能贯穿件结构尺寸校核涉及方法。
[0011]一种高能贯穿件结构有限元校核方法，包括力学有限元分析校核方法，所述力学有限元分析校核方法包括如下步骤：
[0012]S1A：根据选定的贯穿件结构类型和贯穿件结构结构尺寸建立贯穿件和围护结构的三维模型；
[0013]S2A：将满足堆舱屏蔽件的安全温度范围内的温度场导入贯穿件结构并设置约束点和极限接管载荷，进行有限元结构分析计算；
[0014]S3A：根据S2A中有限元软件计算结果，分析不同路径下贯穿件结构强度是否符合
设计规范的要求。
[0015]如S3A中存在路径不符合设计规范的要求，则修改贯穿件尺寸后回到S1A重新进行校核。
[0016]优选的，所述S2A的具体步骤如下：
[0017]S2.1A：在接管载荷的两端施加接管载荷力FT、剪切力FV、弯矩MT和扭矩MB；
[0018]S2.2A：在不同路径上分析贯穿件结构强度是否符合设计规范的要求。
[0019]优选的，接管载荷力FT为压力、拉力中的一种。
[0020]优选的，所述S2.2A的具体步骤如下：
[0021]S2.2.1A：计算每个路径是否满足Pm>Sm且Pm+Pb>1.5Sm，如全部路径Pm≤Sm且Pm+Pb≤1.5Sm，则贯穿件结构尺寸符合设计要求，其中：Pm为局部薄膜应力、Sm为材料许用应力、Pb为弯曲应力。
[0022]优选的，路径包括以下路径：
[0023]路径1：在高能贯穿件上，位置选择支撑环的中间位置，方向为径向由内向外；
[0024]路径2：在高能贯穿件上，位置选择贯穿件等壁厚中间位置，方向为径向由内向外；
[0025]路径3：在高能贯穿件上，位置选择贯穿件向封头变径开始的位置，方向为径向由内向外；
[0026]路径4：在高能贯穿件上，位置选择贯穿件向封头变径中间位置，方向为径向由内向外；
[0027]路径5：在封头上，贯穿件封头内壁面中间位置指向贯穿件向封头变径过度结束的位置；
[0028]路径6：在封头上，贯穿件封头内壁面中间位置指向封头与贯穿件外连接处；
[0029]路径7：在封头上，位置为封头中间，方向为轴向有舱外指向舱内；
[0030]路径8：在套筒与封头连接处的焊点上，位置为焊点中心位置，方向为径向由外向内；
[0031]路径9：在套筒上，位置为支撑腹板的中间位置，方向为径向由外向内；
[0032]路径10：在套筒上，位置为套筒的中间位置，方向为径向由外向内；
[0033]路径11：在套筒上，位置为支撑环的内侧到舱壁内侧的中间位置，方向为径向由外向内；
[0034]路径12：在套筒上，位置为舱壁的中间位置，方向为径向由外向内。
[0035]优选的，当路径1、2、3和4不满足强度要求时增大贯穿件厚度；
[0036]当路径5、6和7不满足强度要求时增大封头的轴向厚度；
[0037]当路径8、9、10、11和12不满足强度要求时增大套筒厚度。
[0038]优选的，当路径1、2、3和4满足强度要求时适当减小贯穿件厚度；
[0039]当路径5、6和7满足强度要求时适当减小封头的轴向厚度；
[0040]当路径8、9、10、11和12满足强度要求时适当减小套筒厚度。
[0041]优选的，包括温度场有限元分析校核方法，所述温度场有限元分析校核方法包括如下步骤：
[0042]S1B：对S1A中贯穿件结构类型和贯穿件结构结构尺寸建立贯穿件和围护结构的三维模型计算极限接管载荷；
[0043]S2B：对建立的三维模型进行网格划分；
[0044]S3B：将划分的网格导入有限元热分析计算软件，并设置换热类型和温度等边界条件，进行有限元热分析计算；
[0045]S4B：根据有限元软件计算结果，分析堆舱屏蔽件是否在安全温度范围内。
[0046]如堆舱屏蔽件不在安全温度范围内，则修改堆舱屏蔽件的尺寸后回到S1B重新校核。
[0047]本专利技术还可以以如下步骤进行理解。
[0048]步骤1：根据管内介质类型、流体温度和压力选择贯穿件的结构类型。
[0049]步骤2：根据接管内径、流体温度和压力假设贯穿件壁厚、套筒壁厚、保温层厚度和封头厚度(轴向)。
[0050]步骤3：根据选定的贯穿件结构类型和假设的结构尺寸建立贯穿件和围护结构的三维模型。同时，计算极限接管载荷。
[0051]步骤4：对建立的三维模型进行网格划分。
[0052]步骤5：将划分的网格导入有限元热分析计算软件，并设置换热类型和温度等边界条件，进行有限元热分析计算。
[0053]步骤6：根据有限元软件计算结果，分析堆舱屏蔽结构铅板和铅硼聚乙烯是否在安全温度范围内。如果在安全范围内进行步骤七，如果不在安全范围内修改保温层厚度和封头厚度(轴向)以后返回步骤3重新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高能贯穿件结构有限元校核方法，包括力学有限元分析校核方法，其特征在于：所述力学有限元分析校核方法包括如下步骤：S1A：根据选定的贯穿件结构类型和贯穿件结构结构尺寸建立贯穿件和围护结构的三维模型；S2A：将满足堆舱屏蔽件的安全温度范围内的温度场导入贯穿件结构并设置约束点和极限接管载荷，进行有限元结构分析计算；S3A：根据S2A中有限元软件计算结果，分析不同路径下贯穿件结构强度是否符合设计规范的要求。2.根据权利要求1所述的一种高能贯穿件结构有限元校核方法，其特征在于：所述S2A的具体步骤如下：S2.1A：在接管载荷的两端施加接管载荷力FT、剪切力FV、弯矩MT和扭矩MB；S2.2A：在不同路径上分析贯穿件结构强度是否符合设计规范的要求。3.根据权利要求2所述的一种高能贯穿件结构有限元校核方法，其特征在于：所述接管载荷力FT为压力、拉力中的一种。4.根据权利要求2所述的一种高能贯穿件结构有限元校核方法，其特征在于：所述S2.2A的具体步骤如下：S2.2.1A：计算每个路径是否满足Pm>Sm且Pm+Pb>1.5Sm，如全部路径Pm≤Sm且Pm+Pb≤1.5Sm，则贯穿件结构尺寸符合设计要求，其中：Pm为局部薄膜应力、Sm为材料许用应力、Pb为弯曲应力。5.根据权利要求2或4所述的一种高能贯穿件结构有限元校核方法，其特征在于：所述路径包括以下路径：路径1：在高能贯穿件上，位置选择支撑环的中间位置，方向为径向由内向外；路径2：在高能贯穿件上，位置选择贯穿件等壁厚中间位置，方向为径向由内向外；路径3：在高能贯穿件上，位置选择贯穿件向封头变径开始的位置，方向为径向由内向外；路径4：在高能贯穿件上，位置选择贯穿件向封头变径中间位置，方向为径向由内向外；路径5：在封头上，贯穿件封头内壁面中间位置指向贯穿件向封头变径过度结束的位置；路径6：在封头上，贯穿件封头内壁面中间位置指向封头与贯穿件外连接处；路径7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，王昕宇，钱作勤，张骞，李世杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：