核反應堆堆芯法蘭大螺柱削峰均載螺紋結構研究及優(yōu)化.pdf

1、核反應堆的堆芯是核反應堆發(fā)生核反應的場所，其外部的大螺柱螺栓連接結構是核反應堆中重要的連接部件，其設計質量的好壞直接影響到核反應堆的安全性、可靠性以及壽命。大螺柱螺栓連接結構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堆以來，對大螺柱連接結構的研究一直備受關注。堆芯法蘭大螺柱螺栓連接結構主要的失效方式為粘扣，粘扣使得大螺柱的螺紋牙發(fā)生嚴重破損或破裂，從而導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構來解決粘扣問題。
　　造成大螺柱螺栓連接結構粘扣的主要原因是螺紋上的應力分布不均，在長時間的強壓的作用下，導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構螺紋牙上應力分布不均的現(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計院的委托對其螺紋結構進行研究并優(yōu)化。<

3、br>　　本文以某M310核反應堆的堆芯法蘭大螺柱螺栓連接結構為研究對象，并對同種型號的核反應堆大螺柱螺栓連接結構進行調查，確定其主要失效方式為粘扣，螺紋牙上應力分布不均是造成粘扣的主要原因之一。根據(jù)產生粘扣的原因，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準螺紋進行二次切削，切削的對象是螺紋的單側。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系，找到軸向力與螺紋牙的變形協(xié)調方程，根據(jù)變形協(xié)調方程建立關于大

4、螺柱螺母軸向切量mx的數(shù)學模型，并根據(jù)建立的數(shù)學模型以及標準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，對標準堆芯法蘭螺栓及螺母與削峰均載螺栓及螺母進行應力分析，并將得到的結果進行對比，驗證了削峰均載螺紋在理論上能夠實現(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行了分析，并以M20×2.5的削