辛玉欣，湯淋淋

（硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 昆山 215300）

0 引 言

核能是一種通過裂變產(chǎn)生的清潔高效能源，具有很高的安全性和經(jīng)濟(jì)性。百萬級核電站多采用非能動(dòng)型壓水堆核電站，能夠保證核電站的可靠性[1-2]。水閘門為核電站機(jī)組汽輪機(jī)廠房地下廊道水閘門，為了保證地下廊道被水淹沒時(shí)，用來隔斷汽輪機(jī)廠房與地下廊道之間的聯(lián)系，保證水無法漫到核電站機(jī)組汽輪機(jī)廠房中，保護(hù)廠房內(nèi)設(shè)備[3-4]。本文建立了核電站用水閘門有限元模型，分析了水閘門在地震載荷條件下的可靠性，通過靜力學(xué)、強(qiáng)度兩種不同的方式對其受載時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變以及變形量進(jìn)行了數(shù)值分析，判定該水閘門是否滿足地震載荷，為以后的特種門設(shè)計(jì)提供參考以及作為同類型特種門可靠性判定的依據(jù)。

1 有限元模型處理

本文先通過Solidworks 軟件建立了水閘門的幾何模型，在確保計(jì)算結(jié)構(gòu)精確性、總體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位不變的情況下，本文對模型做了如下處理：（1）忽略了水閘門中各個(gè)部件的倒圓角；（2）忽略了水閘門的啟閉裝置；（3）忽略了水閘門的鉸鏈結(jié)構(gòu)[5-7]。核電站用水閘門所用材料為Q235-B 和45 鋼，Q235-B 性能：密度為7 830 kg/m3，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.247；45 鋼性能：密度為7 850 kg/m3，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.269。由于水閘門的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適合采用分區(qū)畫網(wǎng)格的方法，網(wǎng)格大小為1 mm，共113 200 個(gè)單元。

2 抗震分析

2.1 靜力學(xué)分析

2.1.1 載荷及約束的添加

由于水閘門門框安裝在門洞上，門框的背面與墻體相連，門框的四周受到門洞的約束，門框的背面受到墻體的約束，門扇通過鉸鏈與門框連接，因此默認(rèn)為面面貼合接觸。水閘門所受的載荷除了本身的自重外，還受到浸沒水中時(shí)的水體壓力，因此需要對門框的正面和門扇正面進(jìn)行面載荷的施加，其大小為水體壓力，為1 MPa。

2.1.2 水閘門整體結(jié)果分析

由圖1 可知，水閘門的最大等效應(yīng)力發(fā)生在門的正中間梁與梁的交接形成的方形處，最大的等效應(yīng)力為345.25 MPa，最大等效應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，因此該設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。水閘門的最大位移發(fā)生在門的正中間位置，且向四周變形越來越小，最大的位移變形為2.084 5 mm，該值相對較小，由經(jīng)驗(yàn)（小于3 mm）可知，能滿足水閘門實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作要求。

2.2 強(qiáng)度分析

2.2.1 載荷

自重狀態(tài)下的應(yīng)力分析載荷為重力加速度，SSE地震工況下的載荷為重力加速度和地震加速度的累加，F(xiàn)x=4.5 m/s2，F(xiàn)y=4.5 m/s2，F(xiàn)z=14.615 m/s2。

2.2.2 閉合狀態(tài)下SSE 地震事故工況應(yīng)力分析

地震載荷作用下門整體的分析如圖2 所示，最大等效應(yīng)力為79 MPa。

同樣根據(jù)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行應(yīng)力線性化處理，分離出結(jié)構(gòu)的薄膜應(yīng)力和薄膜加彎曲應(yīng)力，Pm=40 MPa，Pm+Pb=90 MPa，應(yīng)力小于許用應(yīng)力（375 MPa），因此，此設(shè)備滿足ASME 關(guān)于強(qiáng)度評定規(guī)范要求。

3 結(jié) 語

本文對水閘門整體進(jìn)行了靜力學(xué)分析，同時(shí)對水閘門門扇部分進(jìn)行了強(qiáng)度分析，得到如下結(jié)論：

（1）水閘門的最大的等效應(yīng)力為345.25 MPa，最大的位移變形為2.084 5 mm，水閘門在1 MPa 水壓下滿足強(qiáng)度要求；（2）地震載荷下水閘門整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足ASME 規(guī)范的要求，在地震作用事故工況下可以保持門的完整性。