應用SolidWorks Simulation 2011 有限元分析軟件，分析了核級全封閉電動閘閥的抗震性能。提取了閥體和閥蓋相關支撐線段上的應力進行評估，證明了閥門壓力邊界的完整性和功能完好性。

1、概述

　　艇用全封閉電動閘閥是核動力裝置回路系統的重要裝置，是保證反應堆一回路系統及其相連管道安全的關鍵設備，屬核安全一級設備�？拐鹆�學分析的目的是考核電動閘閥在地震載荷作用時的性能指標，以驗證其在規定的地震載荷作用下的壓力邊界完整性和功能完好性。

2、材料力學性能及載荷組合

　　電動閘閥的主體由閥體、閥蓋、閘板和屏蔽式電傳動裝置等組成，其中閥體和閥蓋由雙頭螺柱連接成為一個整體，屏蔽電傳動裝置和閥蓋由雙頭螺柱連接成為一個整體，內部有閘板和閥桿等部件。

　　2.1、力學性能

　　閥門主體材料及雙頭螺柱材料的力學性能見表1。材料的許用應力強度應為室溫下規定最小抗拉強度Rm的1/3、工作溫度下抗拉強度Su的1/3、室溫下規定最小屈服強度Re的2/3 或工作溫度下屈服強度Sy的90%中的最小值。

表1 閥門主體材料及主要連接螺栓的力學性能MPa

　　2.2、載荷組合

　　根據NB /T 20010.10 -2010、GB 50276 -1997、GJB 8431A - 2005 及RCC - M 第二冊B 篇的相關規定，對1A 級閥門進行抗震分析和力學計算。為保證閥門在工作條件下的安全性、可靠性及壓力邊界的完整性，地震條件下的力計算采用比較保守計算方法，按O 級及A 級準則進行評價( 表2) ，即1. 2 ×設計內壓+ 管道反作用力+ SL2 地震引起的作用。

3、力學分析計算

　　在力學計算過程中，重點針對閥門的承壓邊界部分進行計算。通過對全封閉電動閘閥的主體，包括閥體、閥蓋和全封閉電傳動裝置進行整體有限元應力計算，求得閥門主體的應力分布。

　　3.1、整體模態分析

　　有限元分析使用的前處理軟件為SolidWorks 2011，計算及后處理軟件為SolidWorks Simulation 2011，取實際結構的三維模型進行網格劃分( 圖1) 。其中屏蔽式電傳動裝置視為外伸機構，力學分析過程中簡化為質點載荷。模態分析求解結果顯示，閥門整體結構的基頻為38.749Hz，第二階頻率為89.33Hz ( 圖2) ，閥門整機包括外伸結構的最低自振頻率大于33Hz，其抗震分析可采用準靜力法。

圖1 閥門整體的有限元模型

圖2 閥門陣型

　　3.2、地震條件下的力學計算

　　地震條件下，閥門除了承受正常運行的各種載荷外，還要承受地震加速度所引起的慣性力。模型中的載荷包括運行壓力(P = 1.2 × 設計壓力) 、管道反作用力、自重和地震加速度(分別為4.5g) ，進行有限元計算后，得到閥門的Tresca 應力分布( 圖3) 。根據承壓邊界一次應力和二次應力的分類原則，由應力云圖顯示的應力分布結果，并結合應力線性化曲線圖( 圖4、圖5) ，分別對閥蓋、閥體進行評價。閥蓋的總體一次薄膜應力限值不超過50MPa，一次薄膜加彎曲應力強度不超過65MPa。閥體有兩個位置需要評價。第1 個位置為閥體中腔處，此處的總體一次薄膜應力極限值不超過85MPa，一次薄膜加彎曲應力強度不超過132MPa。第2 個位置為整體結構不連續區附近，閥體閥徑處有應力集中現象，此處的一次應力為85MPa，一次加二次應力為144MPa。

圖3 地震條件下閥門的Tresca 應力分布

表2 載荷組合及準則級別

4、功能分析

　　通過對閥門整體應變(圖6) 和主體應力評價(表2) 分析，閥門在地震載荷下的整體變形量很小，不影響其功能。

圖4 閥體支撐線段上應力線性化曲線

圖5 閥蓋支撐線段上應力線性化曲線

圖6 閥門應變圖

表3 閥門主體應力評價

5、結語

　　依據相關標準對核級全封閉電動閘閥進行的抗震分析和評估結果表明，閥門的壓力邊界功能完好，整體變形小，為后期的設計及優化提供了可靠的依據。