新型反應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“反應堆壓力容器三維瞬態(tài)密封分析程序開發(fā)”課題，為“十五”國防預研關(guān)鍵技術(shù)項目，屬于反應堆程序開發(fā)項目之一。該課題的研究對于提高核動力裝置的設計質(zhì)量和設計水平，確保反應堆壓力容器密封設計的可靠性，保障核安全具有十分重要的理論意義和實用價值。 反應堆壓力容器作為反應堆的基本安全屏障，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。為此需要對反應堆壓力容器進行

2、可靠的密封分析。壓力容器的密封分析在力學方面涉及多種非線性因素及它們之間的耦合性，問題非常復雜，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產(chǎn)權(quán)、可以應用于任意形狀的反應堆壓力容器的瞬態(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、符合實際情況的計算模型。 本文研究工作的主要內(nèi)容如下： 1) 開發(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，同時用多個計算實例進行驗證。使程序更加適用于大型密封問題。 2) 在大型線性方程組分塊算法中提出了自適應分塊法及其基于內(nèi)存映射文件技術(shù)的高效存取技術(shù)，并編制了相應的程序模塊。自適應分塊技術(shù)根據(jù)內(nèi)存大小和求解模型的規(guī)模自動優(yōu)化分塊，以達到提

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進行文件的讀寫以減少內(nèi)外存交換時間。 3) 提出螺栓預緊過程的修正方法并推導了相應的修正公式。對于平面墊圈，采用直接修正法；對于球面墊圈，采用考慮局部變形的坐標修正法，并用矢量分析法推導了相關(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)的傳熱學模型更接近于真實情況。 5) 開發(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的二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)了將求解器計算結(jié)果轉(zhuǎn)入ANSYS進行后處理的宏命令模塊。 7) 應用改進后的反應堆壓力容器瞬態(tài)密封分析程序?qū)毫θ萜髂M體模型進行了冷態(tài)和熱態(tài)密封分析，并與壓力容器模擬體上測試所得的數(shù)據(jù)對比，分析結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合良好。同時還用該分析系統(tǒng)對某新型壓水反應堆壓力容器進行了密封分析，其結(jié)果已提交相關(guān)部門作為設計依據(jù)。

6、 本文在以下幾個方面取得創(chuàng)新性成果： 1) 首次采用三維瞬態(tài)密封分析程序系統(tǒng)對某新型壓水反應堆壓力容器進行了密封分析，分析結(jié)果已提交相關(guān)部門作為設計依據(jù)。同時用該系統(tǒng)對在冷態(tài)和熱態(tài)兩種工況下的壓力容器模擬體進行了密封分析，分析結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好； 2) 提出了自適應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，并編寫了相應程序模塊； 3) 提出了螺栓預緊過程的模擬修正方法并采用矢量分析法推導了球面墊圈螺栓