MnMoNi系核电蒸发器管板应力分析

论文摘要

蒸汽发生器的管板是核电蒸汽发生器的重要部件。数以万计的传热管,全部集中在管板上,由管板支撑整个管束。在运行时管板要承受较高的压力和温度,而且温差也较大,它所受的应力比较复杂。本文采用当量实心板理论和面积相等原则,采用两种简化方式对蒸汽发生器管板模型进行简化。利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,求解得到蒸汽发生器管板的温度场和应力场结果,并对预留膨胀缝进行了分析研究。利用ANSYS有限元软件建立验证厚板模型,通过图表选取合适的等效弹性参数E*和v*,并根据当量实心板理论建立相应的当量实心板模型。选取特定节点,对比研究了当量实心板模型和验证管板模型的节点等效应力、应变结果。研究结果表明,节点的应变平均偏差在15%以内,节点的等效应力平均偏差在5%以内,验证了当量实心板理论的正确性。根据当量实心板理论和面积相等原则,采用三角形和六边形两种简化方式对验证模型进行简化。利用ANSYS有限元软件建立模型。选取特定节点,对比研究了简化模型和验证模型的节点等效应力、应变结果。研究结果表明,节点的应变平均偏差在15%以内,节点的等效应力平均偏差在5%以内,验证了简化的方式的正确性。采用三角形简化方式对蒸汽发生器的管板模型进行简化,利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,得到了蒸汽发生器管板应力场和温度场结果,并建立预留膨胀缝模型对蒸发器管板预留膨胀缝进行了分析。研究结果表明,当管板模型,无法自由膨胀时,节点的等效应力最大值很大,超过了材料的屈服强度；热应力是等效应力过大的主要原因；采取预留膨胀缝的方法可以有效地降低热应力的产生,膨胀缝尺寸和等效应力近似呈线性关系；预留膨胀缝的尺寸应在5.5mm至7.87mm之间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 管板的设计方法
• 1.2.1 当量实心板理论
• 1.2.2 光板弯曲理论
• 1.2.3 管板强度计算方法
• 1.3 有限元理论
• 1.3.1 有限单元法概述
• 1.3.2 有限元方法在换热器管板分析中的应用
• 1.4 核电蒸发器管板材料
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 核电蒸发器管板应力分析理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 管板平均应力强度推导的基本前提
• 2.3 管板表面上孔桥最窄部分的平均应力强度
• 2.4 孔桥最窄截面上的平均应力强度
• 2.5 孔桥上的峰值应力强度
• 2.6 特殊应力
• 2.6.1 热趋肤效应
• 2.6.2 进出口温度降热应力
• 2.6.3 非开孔周边处的峰值应力
• 2.7 有效弹性模量
• 2.8 管板应力及挠度的影响因素
• 2.8.1 传热管对管板应力及挠度的影响
• 2.8.2 隔板和非开孔直径带对管板应力及挠度的影响
• 2.9 本章小结
• 第3章 等效弹性参数计算及验证
• 3.1 引言
• 3.2 等效弹性参数计算
• 3.3 等效弹性参数图
• 3.4 验证模型
• 3.5 应用ANSYS软件对等效参数验证模型进行数值模拟
• 3.6 节点位移模拟结果及分析
• 3.6.1 x方向节点位移等值线图
• 3.6.2 y方向节点位移等值线图
• 3.6.3 节点位移等值线图
• 3.6.4 特定节点的位移结果对比
• 3.7 节点等效应力模拟结果及分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 管板结构模型简化
• 4.1 引言
• 4.2 简化模型建立
• 4.2.1 三角形简化
• 4.2.2 六边形简化
• 4.3 节点位移分析
• 4.3.1 不同模型网格划分及计算时间对比
• 4.3.2 等值线图
• 4.3.2.1 x方向节点位移等值线图
• 4.3.2.2 y方向节点位移等值线图
• 4.3.2.3 节点位移等值线图
• 4.3.3 特定节点位移结果对比
• 4.4 布管区外部应力分析
• 4.5 孔桥应力分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 蒸发器管板应力分析
• 5.1 引言
• 5.2 热应力及其ANSYS分析方法
• 5.2.1 热应力
• 5.2.2 直接耦合法
• 5.2.3 间接耦合法
• 5.3 蒸发器管板应力分析前处理
• 5.3.1 蒸发器管板及简化
• 5.3.2 材料物理性能
• 5.4 蒸发器管板温度场分析
• 5.4.1 温度场边界条件
• 5.4.2 温度场计算结果
• 5.5 蒸发器管板应力场分析
• 5.5.1 应力场边界条件
• 5.5.2 应力场计算结果
• 5.6 热应力及预留膨胀缝模型计算
• 5.6.1 预留膨胀缝模型建立
• 5.6.2 预留膨胀缝几何尺寸分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢