新型反應(yīng)堆壓力容器三維瞬態(tài)密封分析程序系統(tǒng)研制.pdf

1、本文源于“反應(yīng)堆壓力容器三維瞬態(tài)密封分析程序開(kāi)發(fā)”課題，為“十五”國(guó)防預(yù)研關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目，屬于反應(yīng)堆程序開(kāi)發(fā)項(xiàng)目之一。該課題的研究對(duì)于提高核動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)水平，確保反應(yīng)堆壓力容器密封設(shè)計(jì)的可靠性，保障核安全具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 反應(yīng)堆壓力容器作為反應(yīng)堆的基本安全屏障，承受高溫、高壓且內(nèi)部包含具有放射性的工作介質(zhì)。在各種苛刻運(yùn)行工況下，容器都必須具有良好的密封性能，以防止工質(zhì)泄漏。為此需要對(duì)反應(yīng)堆壓力容器進(jìn)行

2、可靠的密封分析。壓力容器的密封分析在力學(xué)方面涉及多種非線性因素及它們之間的耦合性，問(wèn)題非常復(fù)雜，除本程序系統(tǒng)外，至今仍未形成數(shù)值穩(wěn)定、結(jié)果可靠且具有一定通用性的反應(yīng)堆壓力容器瞬態(tài)密封分析程序系統(tǒng)。 本文研制了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、可以應(yīng)用于任意形狀的反應(yīng)堆壓力容器的瞬態(tài)密封分析程序系統(tǒng)。在系統(tǒng)的研制過(guò)程中采用了熱彈塑性接觸理論、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)傳熱理論、非線性溫度場(chǎng)理論、熱接觸理論和軟件工程有關(guān)理論，并且考慮了多種耦合作用，建立了比較

3、符合實(shí)際情況的計(jì)算模型。 本文研究工作的主要內(nèi)容如下： 1) 開(kāi)發(fā)了高效的大型線性方程組求解器，包括具有分塊消元功能的 LDL<'T> 分解求解程序和與之結(jié)合使用的帶寬優(yōu)化程序，同時(shí)用多個(gè)計(jì)算實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。使程序更加適用于大型密封問(wèn)題。 2) 在大型線性方程組分塊算法中提出了自適應(yīng)分塊法及其基于內(nèi)存映射文件技術(shù)的高效存取技術(shù)，并編制了相應(yīng)的程序模塊。自適應(yīng)分塊技術(shù)根據(jù)內(nèi)存大小和求解模型的規(guī)模自動(dòng)優(yōu)化分塊，以達(dá)到提

4、高求解效率的目的。分塊后的數(shù)據(jù)用內(nèi)存映射文件的方式來(lái)進(jìn)行文件的讀寫以減少內(nèi)外存交換時(shí)間。 3) 提出螺栓預(yù)緊過(guò)程的修正方法并推導(dǎo)了相應(yīng)的修正公式。對(duì)于平面墊圈，采用直接修正法；對(duì)于球面墊圈，采用考慮局部變形的坐標(biāo)修正法，并用矢量分析法推導(dǎo)了相關(guān)公式。 4) 提出了考慮空氣環(huán)層傳熱并基于三維非線性瞬態(tài)熱彈塑性接觸耦合分析的螺栓溫度滯后仿真方法，使得螺栓法蘭密封結(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)模型更接近于真實(shí)情況。 5) 開(kāi)發(fā)了用于將A

5、NSYS前處理的各類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為求解器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口程序PREP。 6) 基于ANSYS的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)開(kāi)發(fā)了將求解器計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)入ANSYS進(jìn)行后處理的宏命令模塊。 7) 應(yīng)用改進(jìn)后的反應(yīng)堆壓力容器瞬態(tài)密封分析程序?qū)毫θ萜髂M體模型進(jìn)行了冷態(tài)和熱態(tài)密封分析，并與壓力容器模擬體上測(cè)試所得的數(shù)據(jù)對(duì)比，分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。同時(shí)還用該分析系統(tǒng)對(duì)某新型壓水反應(yīng)堆壓力容器進(jìn)行了密封分析，其結(jié)果已提交相關(guān)部門作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

6、 本文在以下幾個(gè)方面取得創(chuàng)新性成果： 1) 首次采用三維瞬態(tài)密封分析程序系統(tǒng)對(duì)某新型壓水反應(yīng)堆壓力容器進(jìn)行了密封分析，分析結(jié)果已提交相關(guān)部門作為設(shè)計(jì)依據(jù)。同時(shí)用該系統(tǒng)對(duì)在冷態(tài)和熱態(tài)兩種工況下的壓力容器模擬體進(jìn)行了密封分析，分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好； 2) 提出了自適應(yīng)分塊方法以及基于內(nèi)存映射文件技術(shù)的高效存取方法，并編寫了相應(yīng)程序模塊； 3) 提出了螺栓預(yù)緊過(guò)程的模擬修正方法并采用矢量分析法推導(dǎo)了球面墊圈螺栓