應(yīng)用SolidWorks Simulation 2011 有限元分析軟件，分析了核級(jí)全封閉電動(dòng)閘閥的抗震性能。提取了閥體和閥蓋相關(guān)支撐線段上的應(yīng)力進(jìn)行評(píng)估，證明了閥門壓力邊界的完整性和功能完好性。

1、概述

　　艇用全封閉電動(dòng)閘閥是核動(dòng)力裝置回路系統(tǒng)的重要裝置，是保證反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)及其相連管道安全的關(guān)鍵設(shè)備，屬核安全一級(jí)設(shè)備�？拐鹆�學(xué)分析的目的是考核電動(dòng)閘閥在地震載荷作用時(shí)的性能指標(biāo)，以驗(yàn)證其在規(guī)定的地震載荷作用下的壓力邊界完整性和功能完好性。

2、材料力學(xué)性能及載荷組合

　　電動(dòng)閘閥的主體由閥體、閥蓋、閘板和屏蔽式電傳動(dòng)裝置等組成，其中閥體和閥蓋由雙頭螺柱連接成為一個(gè)整體，屏蔽電傳動(dòng)裝置和閥蓋由雙頭螺柱連接成為一個(gè)整體，內(nèi)部有閘板和閥桿等部件。

　　2.1、力學(xué)性能

　　閥門主體材料及雙頭螺柱材料的力學(xué)性能見(jiàn)表1。材料的許用應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)為室溫下規(guī)定最小抗拉強(qiáng)度Rm的1/3、工作溫度下抗拉強(qiáng)度Su的1/3、室溫下規(guī)定最小屈服強(qiáng)度Re的2/3 或工作溫度下屈服強(qiáng)度Sy的90%中的最小值。

表1 閥門主體材料及主要連接螺栓的力學(xué)性能MPa

　　2.2、載荷組合

　　根據(jù)NB /T 20010.10 -2010、GB 50276 -1997、GJB 8431A - 2005 及RCC - M 第二冊(cè)B 篇的相關(guān)規(guī)定，對(duì)1A 級(jí)閥門進(jìn)行抗震分析和力學(xué)計(jì)算。為保證閥門在工作條件下的安全性、可靠性及壓力邊界的完整性，地震條件下的力計(jì)算采用比較保守計(jì)算方法，按O 級(jí)及A 級(jí)準(zhǔn)則進(jìn)行評(píng)價(jià)( 表2) ，即1. 2 ×設(shè)計(jì)內(nèi)壓+ 管道反作用力+ SL2 地震引起的作用。

3、力學(xué)分析計(jì)算

　　在力學(xué)計(jì)算過(guò)程中，重點(diǎn)針對(duì)閥門的承壓邊界部分進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)對(duì)全封閉電動(dòng)閘閥的主體，包括閥體、閥蓋和全封閉電傳動(dòng)裝置進(jìn)行整體有限元應(yīng)力計(jì)算，求得閥門主體的應(yīng)力分布。

　　3.1、整體模態(tài)分析

　　有限元分析使用的前處理軟件為SolidWorks 2011，計(jì)算及后處理軟件為SolidWorks Simulation 2011，取實(shí)際結(jié)構(gòu)的三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分( 圖1) 。其中屏蔽式電傳動(dòng)裝置視為外伸機(jī)構(gòu)，力學(xué)分析過(guò)程中簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)載荷。模態(tài)分析求解結(jié)果顯示，閥門整體結(jié)構(gòu)的基頻為38.749Hz，第二階頻率為89.33Hz ( 圖2) ，閥門整機(jī)包括外伸結(jié)構(gòu)的最低自振頻率大于33Hz，其抗震分析可采用準(zhǔn)靜力法。

圖1 閥門整體的有限元模型

圖2 閥門陣型

　　3.2、地震條件下的力學(xué)計(jì)算

　　地震條件下，閥門除了承受正常運(yùn)行的各種載荷外，還要承受地震加速度所引起的慣性力。模型中的載荷包括運(yùn)行壓力(P = 1.2 × 設(shè)計(jì)壓力) 、管道反作用力、自重和地震加速度(分別為4.5g) ，進(jìn)行有限元計(jì)算后，得到閥門的Tresca 應(yīng)力分布( 圖3) 。根據(jù)承壓邊界一次應(yīng)力和二次應(yīng)力的分類原則，由應(yīng)力云圖顯示的應(yīng)力分布結(jié)果，并結(jié)合應(yīng)力線性化曲線圖( 圖4、圖5) ，分別對(duì)閥蓋、閥體進(jìn)行評(píng)價(jià)。閥蓋的總體一次薄膜應(yīng)力限值不超過(guò)50MPa，一次薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)65MPa。閥體有兩個(gè)位置需要評(píng)價(jià)。第1 個(gè)位置為閥體中腔處，此處的總體一次薄膜應(yīng)力極限值不超過(guò)85MPa，一次薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)132MPa。第2 個(gè)位置為整體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)附近，閥體閥徑處有應(yīng)力集中現(xiàn)象，此處的一次應(yīng)力為85MPa，一次加二次應(yīng)力為144MPa。

圖3 地震條件下閥門的Tresca 應(yīng)力分布

表2 載荷組合及準(zhǔn)則級(jí)別

4、功能分析

　　通過(guò)對(duì)閥門整體應(yīng)變(圖6) 和主體應(yīng)力評(píng)價(jià)(表2) 分析，閥門在地震載荷下的整體變形量很小，不影響其功能。

圖4 閥體支撐線段上應(yīng)力線性化曲線

圖5 閥蓋支撐線段上應(yīng)力線性化曲線

圖6 閥門應(yīng)變圖

表3 閥門主體應(yīng)力評(píng)價(jià)

5、結(jié)語(yǔ)

　　依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)核級(jí)全封閉電動(dòng)閘閥進(jìn)行的抗震分析和評(píng)估結(jié)果表明，閥門的壓力邊界功能完好，整體變形小，為后期的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)。