楊燕珍

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

0 引 言

液位變送器是壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，它的原理是根據(jù)不同比重的液體在不同高度所產(chǎn)生壓力成線性關(guān)系。

在地震災(zāi)害中，如果液位變送器發(fā)生損壞，將會(huì)導(dǎo)致無(wú)法監(jiān)測(cè)核電站的能動(dòng)設(shè)備，將造成很大的安全隱患。所以，驗(yàn)證液位變送器在地震作用下是足夠的是不能缺少的環(huán)節(jié)，本文將對(duì)某液位變送器進(jìn)行數(shù)值建模并進(jìn)行抗震計(jì)算分析，并進(jìn)行評(píng)定。

1 模 型

1.1 結(jié)構(gòu)概況

分析對(duì)象為某液位變送器，變送器殼體為6mm厚，，連接部分直徑為20mm，法蘭厚度為24.3mm，小喇叭厚度為0.8mm，法蘭處固定螺栓為M18*8，單個(gè)螺栓有效直徑為15.65mm，固定處螺栓為M4*4，單個(gè)螺栓有效直徑為3.4mm。

1.2 機(jī)械力學(xué)性能

變送器部分采用CF3M材料，連接部分316L不銹鋼材料，法蘭316L不銹鋼材料，法蘭處固定螺栓采用316L不銹鋼材料，小喇叭固定處螺栓采用316L不銹鋼材料。

表1 雷達(dá)液位變送器常溫下機(jī)械力學(xué)性能

1.3 計(jì)算模型

模型的受力包括兩部分，結(jié)構(gòu)自重荷載及地震作用下的反應(yīng)譜，計(jì)算模型的總重量為12kg。

液位變送器的變送器、連接部分、探頭采用實(shí)體單元(C3D10單元)模擬，法蘭采用實(shí)體單元(C3D8R單元)模擬，小喇叭采用板殼單元(S4R單元)模擬，螺栓采用螺栓接觸面的反作用力進(jìn)行反算，通過(guò)螺紋與法蘭固定，法蘭通過(guò)底部螺栓與其他結(jié)構(gòu)固定，在螺栓固定處施加固定端位移邊界條件，計(jì)算模型見(jiàn)圖1。

圖1 液態(tài)變送器計(jì)算模型

根據(jù)建模計(jì)算和抗震分析的要求，SL-1取1/2SSE，SL-2取SSE。異常工況(B級(jí)使用荷載)荷載組合：DW(自重)±SL-1；事故工況(D級(jí)使用荷載)荷載組合：DW(自重)±SL-2。

2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則

液態(tài)變速器主要受力部件為實(shí)體部件和板殼型部件，B級(jí)荷載下按線彈性分析法進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定，D級(jí)荷載下按規(guī)范中附錄F所規(guī)定的要求進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定，因此，雷達(dá)液位變送器結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則及限制列于表2-表5。

表2 小喇叭應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則及限制(MPa)

表3 變送器應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則及限制(MPa)

表4 連接部分、法蘭應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則及限制(MPa)

表5 固定螺栓應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則及限制(MPa)

3 計(jì)算結(jié)果與評(píng)定

采用ABAQUS 6.14對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析。該模型的總質(zhì)量為12kg。計(jì)算前150階模態(tài)，發(fā)現(xiàn)頻率介于102.08Hz-35606Hz。表6給出結(jié)構(gòu)前6階模態(tài)頻率值及其振動(dòng)特征，其主要振型圖及荷載下的整體應(yīng)力云圖見(jiàn)圖2。發(fā)現(xiàn)三向質(zhì)量參與系數(shù)分別為93.13%，92.13%和93.06%。

各工況下雷達(dá)液位變送器結(jié)構(gòu)的主要部件在B級(jí)、D級(jí)使用荷載作用下的各主要部件響應(yīng)力最大值列于表6-表8，對(duì)比表2-表5，可知各部分的應(yīng)力均能通過(guò)應(yīng)力評(píng)定。

表6 結(jié)構(gòu)應(yīng)力值最大值(MPa)

表7 小喇叭響應(yīng)應(yīng)力最大值(MPa)

表8 小喇叭與上部結(jié)構(gòu)連接螺栓響應(yīng)應(yīng)力最大值(MPa)

圖2 液態(tài)變送器主要陣型及整體應(yīng)力云圖

4 結(jié) 論

液態(tài)變送器在地震作用下的響應(yīng)在安全范圍內(nèi)，對(duì)保障該儀器的正常運(yùn)行和相關(guān)器件的正常運(yùn)行都具有比較重要的意義，某液態(tài)變送器結(jié)構(gòu)的數(shù)值建模下的抗震分析和應(yīng)力評(píng)定結(jié)果表明該液位變送器的結(jié)構(gòu)及其連接部分的地震作用下的安全性均能滿足規(guī)范規(guī)定的抗震規(guī)范要求。分析所得的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果對(duì)于后續(xù)液態(tài)變送器的自主研發(fā)和設(shè)計(jì)、以及后續(xù)的結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)具有借鑒意義。