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(tǒng)的重要裝置，是保證反應堆一回路系統(tǒng)及其相連管道安全的關鍵設備，屬核安全一級設備。抗震力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(guī)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(guī)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(guī)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(jù)NB /T 20010.10 -2010、GB 50276 -1997、GJB 8431A - 2005 及RCC - M 第二冊B 篇的相關規(guī)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(tài)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(tài)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(jù)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(xù)區(qū)附近，閥體閥徑處有應力集中現(xiàn)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(jù)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(yōu)化提供了可靠的依據(jù)。