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(chǎng)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(guò)程中主要起鎖緊和密封的作用，同時(shí)其會(huì)受到高壓、振動(dòng)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(lái)，對(duì)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(shí)必須要更換大螺柱及螺母，增加了更換燃料的時(shí)間及工作量，可能會(huì)造成核泄漏的危險(xiǎn)。為了滿(mǎn)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(lái)解決粘扣問(wèn)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(zhǎng)時(shí)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(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院的委托對(duì)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(duì)象，并對(duì)同種型號(hào)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)螺紋進(jìn)行二次切削，切削的對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)，在本文中還對(duì)削峰均載螺紋的加工過(guò)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