CN109492308B - 一种主螺栓断裂对压力容器性能影响的分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主螺栓断裂对压力容器性能影响的分析方法，所述方法包括以下步骤：建立压力容器分析模型，分析模型必须建立足够的螺栓数量；施加载荷，计算主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器密封性能及受断裂螺栓影响的临近其他螺栓受力的变化情况；建立含半根主螺栓的压力容器模型进行结构完好即主螺栓未断裂时的密封性能、应力和疲劳分析；基于上述结果计算多根主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器密封性能及压力容器法兰及螺栓的应力和疲劳结果；本发明能够实现主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式的断裂情况时对压力容器应力、疲劳及密封性能的影响分析。

Description

一种主螺栓断裂对压力容器性能影响的分析方法
技术领域
本发明涉及反应堆结构力学分析领域，具体涉及一种主螺栓断裂对压力容器性能影响的分析方法。
背景技术
随着我国投入运行和在建的核电项目逐步增多，在反应堆压力容器的加工生产过程以及在役阶段产生缺陷的情况也越来越频繁，其中比较典型和严重的缺陷是主螺栓缺陷，包括螺纹缺陷、螺栓预紧力降低、螺栓应力松弛及螺栓断裂等，上述情况下将会降低压力容器密封性能，同时压力容器法兰及螺栓的应力和疲劳结果增大，危及核电厂的正常与安全运行。
螺纹缺陷严重情况下，如果没有替代螺栓，则需要在降低该螺栓预紧力的条件下使用，同时在螺栓的使用过程中也可能产生应力松弛，最极端情况是运行过程中发生螺栓断裂，其中螺栓预紧力降低和应力松弛则可被螺栓断裂情况包络。
目前，关于反应堆压力容器密封分析、应力及疲劳分析，以及主螺栓螺纹缺陷分析等技术均有文献发表，但关于螺栓断裂以及多根螺栓不同组合方式的断裂对压力容器应力、疲劳及密封性能的影响分析方法，还未检索到相关技术文献。
发明内容
为了得到螺栓断裂情况下压力容器的密封性能、应力及疲劳结果，本发明提出了一种主螺栓断裂对原来容器性能影响的分析方法，该方法可分析多种螺栓断裂情况对压力容器应力、疲劳及密封性能的影响。
本发明通过下述技术方案实现：
一种主螺栓断裂对压力容器性能影响的分析方法，包括以下步骤：
步骤一、建立反应堆压力容器分析模型；
步骤二、施加载荷，计算得到主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器密封性能、及受断裂螺栓影响的临近其他螺栓受力的变化情况；
步骤三、建立含半根主螺栓的压力容器模型，在温度瞬态下计算得到压力容器模型结构完好的密封性能，在运行工况载荷下计算得到压力容器模型结构完好的应力和疲劳性能；
步骤四、基于步骤二和步骤三的计算得到的性能参数，得到在运行工况下，主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器密封性能以及压力容器法兰及螺栓的应力和疲劳性能。
优选的，还包括步骤五、基于步骤四得到运行工况下的性能参数，建立主螺栓断裂对压力容器应力、疲劳以及密封性能影响结构数据库。
优选的，所述步骤一中，建立的压力容器分析模型包括压力容器顶盖、顶盖法兰、容器法兰、压力容器筒体及主螺栓，且必须把主螺栓断裂后收到影响的其他主螺栓均建立在该分析模型中。
优选的，所述步骤二中，施加载荷具体包括施加螺栓预紧力、内压、地震及自重载荷。
优选的，所述步骤二中，计算得到的压力容器密封性能包括密封环位置的分离量；计算得到的螺栓受力的变化情况包括螺栓应力增大系数。
优选的，所述步骤四具体包括以下步骤：
步骤4.1采用所述步骤三中计算得到的压力容器模型结构完好的密封性能，修正所述步骤二中计算得到的载荷下的压力容器密封性能，得到压力容器在运行工况下，主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式下的断裂情况下的压力容器密封性能；
步骤4.2基于所述步骤三中计算得到的压力容器模型结构完好的应力和疲劳性能，结合所述步骤二中计算得到的螺栓应力增大系数，采用缺陷分析工程计算方法，计算得到压力容器在运行工况下，主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器法兰以及螺栓的应力和疲劳结果。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提出一种主螺栓断裂对反应堆压力容器应力、疲劳及密封性能的影响分析方法，利用该方法，能够实现主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式的断裂情况时对压力容器应力、疲劳及密封性能的影响分析，填补了螺栓断裂情况下压力容器的密封性能、应力及疲劳的影响的研究空白。
2、本发明适应范围广泛，可适用于各种类型的反应堆压力容器主螺栓断裂影响分析；
3、本发明建立主螺栓断裂对压力容器应力、疲劳及密封性能影响结果数据库，在出现螺栓断裂情况下时直接对照数据库并给出分析结构。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的反应堆压力容器分析模型。
图2为本发明压力容器分析模型中的主螺栓示意图。
图3为本发明中主螺栓未断裂的压力容器模型。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
以某核电项目反应堆压力容器为例，计算和使用本发明的方法如下：
1)利用力学分析软件ANSYS建立反应堆压力容器分析模型，分析包括压力容器顶盖、顶盖法兰、容器法兰、压力容器筒体、主螺栓，分析模型必须建立足够的主螺栓数量，必须把主螺栓断裂后受到影响的其他主螺栓均建立在模型中；
具体的，如图1所示，采用壳体单元、杆单元和实体单元相结合的方式建立包括压力容器顶盖、顶盖法兰、容器法兰、压力容器筒体、主螺栓的计算模型，分析模型包含了22根主螺栓；
2)假设6中不同主螺栓组合断裂方式，如图2所示，包括：
·9号螺栓断裂
·9、10号螺栓断裂
·9、10、11号螺栓断裂
·9、11号螺栓断裂
·9、10、12号螺栓断裂
·9、10、12、13号螺栓断裂
3)施加螺栓预紧力、内压、地震及自重等载荷，计算上述6种组合方式的主螺栓断裂情况下的压力容器密封性能以及受断裂主螺栓影响的临近其他主螺栓受力的增大系数；本实施例中，该密封性能包括密封环位置的分离量；
4)由于上述步骤1)中建立的压力容器分析模型为了保证收到影响的其他主螺栓均建立在模型中，因此导致模拟规模过大，不适合进行温度瞬态下的压力容器密封性能和疲劳分析，因此建立如图3(图3中数字为主螺栓序号，本实施例中，压力容器分析模型共包括22根主螺栓)所示的含半根主螺栓的压力容器模型(该模型中的主螺栓未断裂)，在温度瞬态下进行结构完好即主螺栓未断裂时的密封性能，在运行工况载荷下计算应力和疲劳分析；
5)基于第3)和第4)步计算结果，可得到压力容器在运行工况下(6种主螺栓组合方式的断裂情况下的压力容器密封性能，同时采用缺陷分析工程计算方法，计算得到压力容器法兰及螺栓的应力和疲劳结果。
具体包括：
5.1)应用第4)步所述模型计算温度瞬态下的密封性能，用于修正第3)步所得到的在内压等载荷下的密封分析结果，可得到压力容器在运行工况下(考虑所有载荷)，上述6种主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器密封性能；
5.2)基于应用第4)步所述模型计算结构完好时的应力和疲劳结果，考虑第3)步所得到的螺栓应力放大系数，采用缺陷分析工程计算方法，计算得到多根主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器法兰及螺栓的应力和疲劳结果；
6)由第5)、第6)步计算的结果，建立主螺栓断裂对压力容器应力、疲劳及密封性能影响结果数据库。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种主螺栓断裂对压力容器性能影响的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、建立反应堆压力容器分析模型；
所述步骤一中，建立的压力容器分析模型包括压力容器顶盖、顶盖法兰、容器法兰、压力容器筒体及主螺栓，且必须把主螺栓断裂后收到影响的其他主螺栓均建立在该分析模型中；
步骤二、施加载荷，计算得到主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器密封性能、及受断裂螺栓影响的临近其他螺栓受力的变化情况；
所述步骤二中，施加载荷具体包括施加螺栓预紧力、内压、地震及自重载荷；
所述步骤二中，计算得到的压力容器密封性能包括密封环位置的分离量；计算得到的螺栓受力的变化情况包括螺栓应力增大系数；
步骤三、建立含半根主螺栓的压力容器模型，在温度瞬态下计算得到压力容器模型结构完好的密封性能，在运行工况载荷下计算得到压力容器模型结构完好的应力和疲劳性能；
步骤四、基于步骤二和步骤三的计算得到的性能参数，得到在运行工况下，主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器密封性能以及压力容器法兰及螺栓的应力和疲劳性能；
所述步骤四具体包括以下步骤：
步骤4.1 采用所述步骤三中计算得到的压力容器模型结构完好的密封性能，修正所述步骤二中计算得到的载荷下的压力容器密封性能，得到压力容器在运行工况下，主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式下的断裂情况下的压力容器密封性能；
步骤4.2 基于所述步骤三中计算得到的压力容器模型结构完好的应力和疲劳性能，结合所述步骤二中计算得到的螺栓应力增大系数，采用缺陷分析工程计算方法，计算得到压力容器在运行工况下，主螺栓断裂以及多根主螺栓不同组合方式的断裂情况下的压力容器法兰以及螺栓的应力和疲劳结果。
2.根据权利要求1所述的一种主螺栓断裂对压力容器性能影响的分析方法，其特征在于，还包括步骤五、基于步骤四得到运行工况下的性能参数，建立主螺栓断裂对压力容器应力、疲劳以及密封性能影响结构数据库。
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