【摘 要】本文對(duì)核島一回路反應(yīng)堆壓力容器下筒體和下封頭進(jìn)行了簡(jiǎn)單的應(yīng)力分析，分析結(jié)果顯示反應(yīng)堆壓力容器下筒體和下封頭的應(yīng)力強(qiáng)度符合ASME NB-3200[2]的規(guī)定。

一、設(shè)計(jì)輸入

（一）幾何模型

壓水堆反應(yīng)堆壓力容器主要由容器組件、頂蓋組件、主螺栓組件和密封組件組成（詳見圖1）。本文主要對(duì)容器組件中的下筒體和下封頭進(jìn)行有限元分析，幾何模型如圖1所示。

（二）有限元模型

不論在熱分析還是在結(jié)構(gòu)分析中我們運(yùn)用的都是一個(gè)二維的軸對(duì)稱模型，有限元模型如圖2所示。熱模型和結(jié)構(gòu)模型在結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格上是完全一致的。這兩者的不同是，熱模型的單元類型是PLANE55而結(jié)構(gòu)模型的單元類型是PLANE42。熱模型用到了傳熱系數(shù)和堆芯輻射熱。結(jié)構(gòu)模型沒有考慮堆焊層的影響，而熱模型通過將它合并到傳熱系數(shù)的計(jì)算中，從而考慮了堆焊層的影響。熱分析的計(jì)算結(jié)果是以節(jié)點(diǎn)溫度的形式輸出的。然后將節(jié)點(diǎn)溫度加載到結(jié)構(gòu)模型上作為溫度載荷來(lái)計(jì)算熱應(yīng)力[1]。通過在模型上施加適當(dāng)?shù)闹亓铀俣葋?lái)考慮系統(tǒng)的自重。施加適當(dāng)?shù)膬?nèi)壓來(lái)考慮系統(tǒng)的壓力。

（三）材料屬性

（四）載荷輸入與操作工況

1. 設(shè)計(jì)工況

2. A、B和C級(jí)工況下的壓力瞬態(tài)和熱瞬態(tài)

3. 水壓試驗(yàn)工況

4. 堆芯輻射熱，加載情況見圖3

5. 緊急工況（堆芯跌落，壓力緊急變化）

6. 事故工況（安全停堆地震與失水事故）

二、計(jì)算結(jié)果

對(duì)于反應(yīng)堆壓力容器來(lái)說，設(shè)計(jì)工況，A、B、C、D以及試驗(yàn)工況載荷產(chǎn)生了各種一次應(yīng)力和一次加二次應(yīng)力，分析中我們采用ANSYS通用有限元分析軟件來(lái)完成這些計(jì)算。

計(jì)算中利用ANSYS疲勞模塊計(jì)算出累積使用因子的方式考慮了疲勞。用預(yù)期的循環(huán)次數(shù)除以ASME規(guī)范第三卷第1冊(cè)強(qiáng)制性附錄Ⅰ設(shè)計(jì)疲勞曲線[5]中給定的許用次數(shù)得到每條路徑上的使用因子。

在循環(huán)載荷工況下，作為棘輪作用的結(jié)果，很可能會(huì)產(chǎn)生較大的畸變，即每次循環(huán)所增加的變形量幾乎相等。ASME鍋爐和壓力容器標(biāo)準(zhǔn)第三卷第1冊(cè)NB-3200要求所有的A/B級(jí)工況都需要考慮熱棘輪的影響。熱棘輪的評(píng)定按照ASME鍋爐和壓力容器標(biāo)準(zhǔn)第三卷第1冊(cè)NB-3222.5[2]進(jìn)行。

圖4列出了每個(gè)分析路徑的位置：路徑1位于接管段較薄段的中間處，路徑2位于接管段與筒身段的連接焊縫處，路徑3位于筒身段的中間處，路徑4位于筒身段與過渡段的連接焊縫處，路徑5位于過渡段與下封頭的連接焊縫處，路徑6位于下封頭的中間處。應(yīng)力與疲勞因子的計(jì)算結(jié)果以ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范NB-3200分卷[2]做為評(píng)定準(zhǔn)則。計(jì)算結(jié)果見表1。

三、結(jié)論

該反應(yīng)堆壓力容器的下封頭、下筒體符合ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范，第Ⅲ卷，第1冊(cè)NB-3200[3]分卷在所有操作工況下（設(shè)計(jì)工況、水壓試驗(yàn)工況、正常運(yùn)行工況、異常工況和緊急工況）的應(yīng)力強(qiáng)度限值。并且該反應(yīng)堆壓力容器的下封頭、下筒體滿足ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范，第Ⅲ卷，第1冊(cè)附錄F[3]關(guān)于事故工況的應(yīng)力強(qiáng)度限值的要求。

四、展望

本文僅僅建立了一種網(wǎng)格密度的有限元模型，網(wǎng)格密度對(duì)分析結(jié)果是否有影響是本文以后需要做的工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]西屋計(jì)算書，APP-MV01-Z0C-021，Rev.2， “AP1000 Reactor Pressure Vessel （RPV） Transient Groupings and Heat Transfer Coefficients，” 2010年4月28日

[2]ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范，第Ⅲ卷，第1冊(cè)NB分卷，2007版和2008增補(bǔ)

[3]ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范，第Ⅲ卷，第1冊(cè)附錄F，2007版和2008增補(bǔ)

[4]ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范，第Ⅱ卷，D篇材料性能，2007版和2008年增補(bǔ)

[5]ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范，第Ⅲ卷，第1冊(cè)強(qiáng)制性附錄Ⅰ