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核电站反应堆压力容器冷热态密封分析

作　者: 杭华江
导　师: 李润方
学　校: 重庆大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 压力容器密封系统有限元分析瞬态温度场
分类号: TL413.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

本论文来源于国防科学技术工业委员会关于先进压水堆核电站先进反应堆设计技术研究项目（批文号：科工委[1999]149号）的子课题“反应堆压力容器瞬态密封程序研制”。本课题研究的目的是为核电站国产化及自主设计提供技术准备，提高设计质量和设计水平，确保先进压水堆核容器密封系统设计的可靠性，确保核安全，使核容器密封设计软件达到世界先进水平。本文开发了反应堆压力容器瞬态密封有限元分析程序FEARPV的前处理程序，实现了参数化的有限元分析模型的自动生成，建立较接近反应堆压力容器密封结构实际情况的计算模型。应用反应堆压力容器瞬态密封有限元分析程序对反应堆压力容器模拟体密封结构进行了螺栓预紧、升温升压、恒温恒压、降温降压等全过程分析。所得计算结果与中国核动力运行研究所（武汉）和中国核动力院设计研究所在压力容器模拟体上所测的大量应力、应变、温度、螺栓力、分离量等数据进行了对比，在两种载荷工况下，无论是冷态还是热态，无论是定性规律还是定量数据，分析结果和实验结果都吻合良好。应用反应堆压力容器瞬态密封有限元分析程序对电站核压力容器密封结构进行了螺栓预紧、升温升压、恒温恒压、降温降压等全过程的三维瞬态密封分析。由本文分析计算可知，虽然电站核压力容器的结构及计算工况较压力容器模拟体复杂得多，然而反应堆压力容器瞬态密封有限元分析程序对塑性迭代和接触迭代仍具有很好的收敛性，数值稳定性好，得到的结果具有良好的规律性，在升温、升压、恒温、恒压、降温和降压等过程中其规律和压力容器模拟体基本相似。计算结果表明，由于密封区斜面的存在，使密封面的接触区增大，接触压力分布更趋合理，并有助于减小内外槽的分离量。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-20
  1．1 引言  10
  1．2 国内外研究状况  10-19
    1．2．1 压力容器法兰密封技术及密封分析概述  10-13
    1．2．2 瞬态热弹塑性接触问题有限元法概述  13-15
    1．2．3 有限元前后处理方法概述  15-19
  1．3 本课题研究内容  19-20
2 三维密封分析基本理论  20-28
  2．1 三维瞬态密封分析基本方程  20-21
    2．1．1 密封基本方程  20
    2．1．2 迭代格式  20-21
    2．1．3 收敛准则  21
  2．2 三维瞬态温度场的有限元列式  21-23
    2．2．1 温度边界条件  21-22
    2．2．2 导热方程  22
    2．2．3 加权残数法  22
    2．2．4 用伽辽金法建立有限元基本方程  22-23
  2．3 瞬态温度场的解法  23-24
  2．4 三维瞬态密封耦合分析  24-27
    2．4．1 热应力耦合分析  25-26
    2．4．2 热态接触耦合过程  26-27
  2．5 本章小结  27-28
3 有限元前后处理和程序设计  28-47
  3．1 有限元前处理  28-36
    3．1．1 映射网格生成法  28-29
    3．1．2 节点生成法  29-31
    3．1．3 子域分离法  31-32
    3．1．4 叉树法  32-33
    3．1．5 扫描法  33-34
    3．1．6 其它方法  34
    3．1．7 网格生成方法的分析比较  34-36
  3．2 有限元后处理  36-38
    3．2．1 体绘制技术  36-37
    3．2．2 等值线图和彩色云图  37-38
  3．3 程序设计  38-46
    3．3．1 程序构成  38-39
    3．3．2 有限元分析网格生成程序  39-40
    3．3．3 压力容器模拟体密封系统有限元建模程序  40-43
    3．3．4 电站核压力容器密封系统有限元建模程序  43-44
    3．3．5 有限元分析可视化程序简介  44-46
  3．4 本章小结  46-47
4 压力容器模拟体密封分析  47-65
  4．1 FEARPV程序介绍  47-48
  4．2 试验概况  48-49
    4．2．1 试验装置  48
    4．2．2 试验工况  48-49
  4．3 有限元计算模型  49-52
    4．3．1 计算模型的建立  49-50
    4．3．2 有限元网格的划分  50-52
    4．3．3 冷态密封分析计算工况  52
    4．3．4 热态密封分析计算工况  52
  4．4 冷态密封计算结果分析  52-59
    4．4．1 预紧阶段计算结果  52-55
    4．4．2 压力循环阶段计算结果  55-59
  4．5 热态密封计算结果分析  59-64
  4．6 本章小结  64-65
5 电站核压力容器三维瞬态密封分析  65-86
  5．1 有限元计算模型  65-67
    5．l．1 结构型式  65
    5．l．2 计算模型的建立  65-66
    5．1．3 有限元网格的划分  66-67
    5．l．4 计算工况  67
  5．2 计算结果分析  67-85
    5．2．1 预紧阶段计算结果  67-70
    5．2．2 运行阶段计算结果  70-85
  5．3 本章小结  85-86
6 结论  86-87
致谢  87-88
参考文献  88-96
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  96
作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  96

核电站反应堆压力容器冷热态密封分析

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