CPR1000核电厂核反应堆压力容器应力分析

４９６原子能科学技术第４２卷

由于反应堆压力容器是一级核承压设备，其安全评定是非常重要的，这直接涉及到核电厂的安全运行，因此，对其安全评定要严格遵守相关的规范和标准，本工作所参照的标准和规范是压水堆核岛机械设备设计制造规范规则ＲＣＣ＞Ｍ２０００。

１计算模型

根据反应堆压力容器的结构和载荷对称性［１］，忽略细微部分，对其建立１／３模型进行有限元力学计算，其中，建模基于以下几点假设：忽略反应堆压力容器顶部和底部的小开孑Ｌ；根据ＲＣＣ－ＭＢ篇规定，设计工况和试验工况下，结构强度应力计算时不计内部不锈钢堆焊层的厚度［２１；在整体计算时，对于接管与筒体接合部分即有倒角或过渡区，通过子模型技术来计算得到结构细部或局部位置的应力。

建立的有限元模型示于图１、２。其中，图２为接管和筒体接合部位的子模型。计算模型和子模型均采用ＳＯＬＩＤ４５号单元划分，１／３对称模型划分单元数为１０１８９１，节点数为７１３８１。子模型单元数为９３４４４，节点数为４４３０６。在网格划分时，计算模型大部分采用了计算精度较高的六面体映射网格。通过不同网格密度对

图１计算模型

Ｆｉｇ．１Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ计算结果敏感性对比分析，表明本工作所采用的图１、２所示网格密度符合计算精度要求。

图２子模型

Ｆｉｇ．２Ｓｕｂｍｏｄｅｌ

２计算思想

根据ＲＣＣ—Ｍ规范，本工作计算所采用的强度准则为Ｔｒｅｓｃａ屈服准则，构件中某点处的应力强度为该点处的最大剪应力的２倍［２］，即：Ｓ＝ｍａｘ｛ＩＳ１２Ｉ，ＩＳ２３ｌ，ｌＳ３ｌｌ｝

式中：Ｓ为构件中某点处的应力强度；Ｓ。：＝口。一口２，Ｓ２３一晚一口３，Ｓ３ｌ＝口３一口１，仃１、口２、仃３分别为：滚点处的第１、第２和第３主应力。

分析设计法要求对构件各部位的各种应力（包括温差应力）进行详细计算，并根据应力在构件上的分布、产生的原因以及对失效所起作用的差异分为一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力Ｐ也称基本应力，是指由外加载荷在容器中产生的应力，一次应力为直接参与和机械载荷平衡的应力类别，具有非自限性的基本特征。一次应力又分为一次总体薄膜应力Ｐ。、一次弯曲应力Ｐ。和一次局部薄膜应力Ｐ。。二次应力Ｑ是指由相邻部件的约束或结构自身约束所引起的应力。结构的不连续处的弯曲应力和热应力都属于二次应力。峰值应力Ｆ是由局部结构不连续性或局部热应力的影响而附加到一次及二次应力之和上的应力增量，其主要特点是高度的局部性，因而不引起任何明显的变形，仅可能引起疲劳裂纹或脆性断裂。

本工作采用大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ

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图３设计工况下静力载荷引起的应力分布图Ｆｉｇ．３Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｓｔａｔｉｃｌｏａｄｉｎｇｓｕｎｄｅｒｄｅｓｉｇｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

图４试验工况下子模型应力分布图Ｆｉｇ．４Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｕｂｍｏｄｅｌｕｎｄｅｒｄｅｓｉｇｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

图５模态分析的前４阶频率和振形图

Ｆｉｇ．５Ｅｉｇｅｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｍｏｄａｌｓｈａｐｅｏｆ１－４ｍｏｄｅｌ

ａ、ｂ、ｃ、ｄ分别对应１～４阶

图６水平地震载荷下的应力分布

Ｆｉｇ．６Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄ

ｂｙｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

评定准则为Ｐ。≤１．５Ｓ。。

设计工况下各条路径上的应力评定结果列于表２。

试验工况下根据ＲＣＣ—Ｍ应力准则评定结果列于表３。

图７垂直地震载荷下的应力分布

Ｆｉｇ．７Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄ

ｂｙｖｅｒｔｉｃａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

由上面的评定结果可看出，反应堆压力容器在本工作所计算的工况下是满足ＲＣＣ－Ｍ强度要求的，同时和岭澳一期的力学计算报告相对比，在这两种工况下，岭澳一期计算所得到的最大应力

路径与本工作相同，都在路径７处，二者最大值对

增刊王军伟等：ＣＰＲｌ０００核电厂核反应堆压力容器应力分析４９９

图８试验工况下的应力分布图

Ｆｉｇ．８Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

图９试验工况下子模型应力分布图

Ｆｉｇ．９Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｕｂｍｏｄｅｌｕｎｄｅｒｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

比如下：岭澳一期结果设计工况最大应力值为２５１ＭＰａ，试验工况最大应力值为３２５ＭＰａ［妇；本工作计算结果的设计工况最大应力值为２１５．４ＭＰａ，试验工况最大应力值为２９６．９ＭＰａ。

裹２设计工况下各条路径上的应力评定

Ｔａｂｌｅ２Ｓｔｒｅｓｓｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ０１１ｅａｃｈｐａｔｈ

ｕｎｄｅｒｄｅｓｉｇｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

裹３试验工况下各条路径上的应力评定

Ｔａｂｌｅ３Ｓｔｒｅｓｓｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｎｅａｃｈｐａｔｈ

ｕｎｄｅｒｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

船ＭＰａＰ＝／。‘Ｍ９ＰＳ。ｙ¨Ｐ＝。¨。Ｍ３５ＰＳ。ｙ７结论ＭＰａＭＰａＭＰａＭＰａ’一

由上面结果对比可以看出，本工作所采用的计算方法是正确的，而且计算结果也能反映出反应堆压力容器在不同工况下的受力情况，即在计算的两种工况下，反应堆压力容器满足ＲＣＣ－Ｍ应力强度要求。

４结论

反应堆压力容器在不同工况下，最大受力位置出现在接管与筒体接合处，对该处可通过倒角来消除部分应力集中，降低反应堆压力容器的局部受力。

本工作计算结果严格按照技术规范ＲＣＣ＿Ｍ规定的不同工况下的应力准则进行评定，评定结果满足技术规范ＲＣＣ－ＭＢ篇的强度要求，以上工作也为我国核电站建造设计的国产化和标准化奠定了一定的基础。

参考文献：

［１］Ｌｉｎｇ’ａｏｒｅａｃｔｏｒｖｅｓｓｅｌｓｅｃｔｉｏｎ１：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｇｅｎｅｒａｌ［Ｒ］．Ｐａｒｉｓ：Ｆｒａｎａｔｏｍｅ，１９９９．

［２］法国核岛设备设计建造规则协会．压水堆核岛机械设备设计和建造规则（ＲＣＣ－Ｍ）［ｓＪ．巴黎：

ＥＤＦ，２０００．

［３］罗英．Ｒｅａｃｔｏｒｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｐｅｃｉｆｉ—ｃａｔｉｏｎ［Ｒ］．成都：中国东方电气集团，２００６．［４］Ｌｉｎｇ’ａｏｒｅａｃｔｏｒｖｅｓｓｅｌｓｅｃｔｉｏｎ６：Ｉｎｌｅｔｎｏｚｚｌｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｒ］．Ｐａｒｉｓ：Ｆｒａｎａｔｏｍｅ，２００１．