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安全分析
压水堆主管道上充管嘴弹塑性成力分析
艾红雷,郑斌,卢喜丰,王新军
核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都610213)
摘要:压水堆主管道上充管嘴在核电,厂运行期间需经受严厉的冷热流体交互流动产生的循环热载
荷,将对上充管嘴的结构完整性产生重要的影响。上充管嘴殚性应力分析证明了结构不会出现弹
性失稳、塑性失稳以及疲劳破坏等现象,但部分分析截面一次加二次应力强度范围超过了规范限
值。针对弹性分析部分结果不满足规范限值的情况,对上充管嘴进行了循环弹塑性分析,结果表
明,上充管嘴结枃在循环載荷作用下出现了明显的塑性安定现象,并且经历所分析的循环载荷后,
其结构的累积应变不会对结构抗塑性失稳能力和抗疲劳破坏能力产生显著的影响。上充管嘴抗快
断分析表明,其结构具备良好的抗快断性能。
关键词:上充管嘴;弹塑性;塑性安定性;快断
中图分类号:TH49;T353.11文献标志码:A文章编号:1001-4837(2016)02-0067-07
doi:10.3969/j.issn.1001-4837.2016.02.011
Elastoplastic Stress Analysis for Charging Nozzle of PWR Primary Piping
AI Hong-lei, ZHENG Bin, LU Xi-feng, WANG Xin-jun
Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory, Chengdu 610213, China
Abstract: The severe cyclical thermal loadings which generated by the interaction flow of hot and cold flu
id are subjected to the charging nozzle of PWR primary piping during the operation of nuclear power
lants. The loadings have significant impact on the structural integrity. The types of damage(clastic insta-
bility, plastic instability, fatigue and so on )do not occur for the nozzle is proved by elastic analysis. For
some analysis sections, the range of primary plus secondary stresses cannot be validated and the cyclical
elastoplastic analysis is used. The results show that the behavior of plastic accommodation occurred under
the cyclical loadings and the cumulative strain induced by repeated loads do not diminish the capacity to
prevent the damage of plastic instability and fatigue. The results of resistance to fast fracture analysis show
that the nozzle has a good ability of resistance to fast fracture
Key words: charging nozzle; elastoplastic; plastic accommodation; fast fracture
轴封和过剩下泄等子系统组成。该系统的主
要功能有:(1)容积控制;(2)反应性和化学控制;
(3)提供主泵轴封水。并且具备为反应堆冷却剂
压水堆核电厂一回路核辅助系统中化学和容系统(RCS)充水、排水、进行水压试验和在稳压器
积控制系统(RCV)主要由上充、下泄、净化、主泵满水时控制RCS的压力等辅助功能。在一些压
CPVI
压水堆主管道上充管嘴弹塑性应力分析
Vol.33No.22016
水堆核电厂中该系统还具备某些安全功能
鉴于RCV系统的功能,上充管与主管道连接
的接管嘴在压水堆核电厂运行期间需要经受严厉
的冷热流体交互流动产生的循环热载荷。这将对
核安全1级部件的结构完整性产生极重要的影
响。李兴华等2基于 Pipestress对上充管道进行
了疲劳分析方法研究;陈学德等?对秦山核电二
期工程冷却剂系统管件进行了弹性应力分析;郑
小涛等“研究了循环热载荷压力管道弯头的安
定性:陈小辉等的分析了温度对循环载荷作用下
内压直管棘轮效应的影响:陆明万?介绍了压力
容器分析设计的弹塑性力学基础。工程上也有诸
图1计算模型
多研究人员对核级进行了应力分析-リ。
RC-M规范2B3200规定了部件应力分
析可采用三种分析方法:
(1)弹性分析法;
(2)弹塑性分析法;
3)实验应力分析法。
本文采用前两种分析方法对主管道上充管嘴
进行应力分析及评定。
1弹性分析
图2计算模型局部图(含水单元
1.1分析对象
上充管嘴连接在反应堆冷却剂系统主管道冷
段上,主管道冷段的材料为Z3CN20-09M
截面8
(M3406),上充管嘴的材料为Z2CND18.12N
截面
(M3301),主管道与接管嘴连接焊缝材料取为主
截面9
截面1ン截面10
截面12
管道材料。主管道名义内直径698.5mm,壁厚截面+面
64mm,接管嘴补强区的外直径210mm,接管嘴
截面5
内直径87.3mm,补强区高度49mm,接管嘴过渡
截面13
截面14
段76mm,接管嘴交又区的内过渡圆弧r1=8
截
載面7
mm,外过渡圆弧2=40mm,热套筒内直径66.7
mm,外直径88.9mm。
1.2分析模型
选取整个接管嘴和部分主管道建立了三维实
体模型进行计算模拟,为消除集中载荷作用引起
应力奇异性对接管嘴计算结果的影响,将主管道
图3应力评定截面示意
两端从焊缝位置沿轴向分别延长400mm(大于
分析温度场时,假设结构的外表面绝热;热套
2.5√R,其中,R为主管道半径,为主管道厚筒内水的传热特性与压力和温度相关,根据不同
度),同理,将热套筒端部从焊缝位置沿轴向延长的压力和温度参数选取相应的计算参数。在
60mm。分析计算模型如图1,2所示。
进行应力分析时,主管道左端部固定约束,主管道