核反應(yīng)堆堆芯法蘭大螺柱削峰均載螺紋結(jié)構(gòu)研究及優(yōu)化.pdf

1、核反應(yīng)堆的堆芯是核反應(yīng)堆發(fā)生核反應(yīng)的場所，其外部的大螺柱螺栓連接結(jié)構(gòu)是核反應(yīng)堆中重要的連接部件，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響到核反應(yīng)堆的安全性、可靠性以及壽命。大螺柱螺栓連接結(jié)構(gòu)在工作過程中主要起鎖緊和密封的作用，同時其會受到高壓、振動等外界因素的作用，自從1942年建立了第一座核反應(yīng)堆以來，對大螺柱連接結(jié)構(gòu)的研究一直備受關(guān)注。堆芯法蘭大螺柱螺栓連接結(jié)構(gòu)主要的失效方式為粘扣，粘扣使得大螺柱的螺紋牙發(fā)生嚴(yán)重破損或破裂，從而導(dǎo)致在更換核燃料的同

2、時必須要更換大螺柱及螺母，增加了更換燃料的時間及工作量，可能會造成核泄漏的危險。為了滿足核工業(yè)發(fā)展的需要，就需要找一種新的螺紋結(jié)構(gòu)來解決粘扣問題。
　　造成大螺柱螺栓連接結(jié)構(gòu)粘扣的主要原因是螺紋上的應(yīng)力分布不均，在長時間的強(qiáng)壓的作用下，導(dǎo)致受力最大的螺紋牙更容易發(fā)生粘扣。為了解決堆芯法蘭大螺柱螺栓連接結(jié)構(gòu)螺紋牙上應(yīng)力分布不均的現(xiàn)象，降低其發(fā)生粘扣的概率以及更換核燃料的效率，受中國核動力研究設(shè)計(jì)院的委托對其螺紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究并優(yōu)化。<

3、br>　　本文以某M310核反應(yīng)堆的堆芯法蘭大螺柱螺栓連接結(jié)構(gòu)為研究對象，并對同種型號的核反應(yīng)堆大螺柱螺栓連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，確定其主要失效方式為粘扣，螺紋牙上應(yīng)力分布不均是造成粘扣的主要原因之一。根據(jù)產(chǎn)生粘扣的原因，提出了一種解決辦法即削峰均載螺紋，削峰均載螺紋是對標(biāo)準(zhǔn)螺紋進(jìn)行二次切削，切削的對象是螺紋的單側(cè)。本文尋找普通螺栓螺母在只受軸向力的情況下，軸向力與每扣螺紋牙的關(guān)系，找到軸向力與螺紋牙的變形協(xié)調(diào)方程，根據(jù)變形協(xié)調(diào)方程建立關(guān)于大

4、螺柱螺母軸向切量mx的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型以及標(biāo)準(zhǔn)大螺柱螺栓及螺母的尺寸規(guī)格建立其優(yōu)化方程，利用MATLAB軟件的優(yōu)化工具箱求解削峰均載螺母每扣螺紋的軸向切削量mx的值。之后利用有限元分析軟件Ansys，對標(biāo)準(zhǔn)堆芯法蘭螺栓及螺母與削峰均載螺栓及螺母進(jìn)行應(yīng)力分析，并將得到的結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了削峰均載螺紋在理論上能夠?qū)崿F(xiàn)削峰的效果。同時，在本文中還對削峰均載螺紋的加工過程中存在的誤差以及加工方法進(jìn)行了分析，并以M20×2.5的削