核电站主管道防甩击新型限制件研发与分析

摘要

在设计核电站时，必须对主管道作假想性的破裂分析，为了防止管道破裂后的甩击对核电站的关键设施、系统以及相应的土建结构造成无法挽回的损伤，必须设置甩击限制件限制破裂后管道的甩动。由于西方发达国家长期垄断着核电站的建设市场，我国使用的甩击限制件主要依靠进口。研究新型的甩击限制件，对实现我国核电站自主建设，保障核电站的安全，减小核电站建设费用，都具有重要的意义。
　　空心微珠/1199Al复合材料是一种具有高强度、高吸能能力的缓冲吸能材料。利用这种泡沫铝制作成填充管结构，其承载、吸能能力进一步提高，可以用于作为核电站主管道的甩击限制件。此外，鼓型橡胶护舷是一种空心的橡胶圈结构，在压缩时由于发生鼓型变形而具有良好的吸能能力。因此，橡胶圈结构具有作为新型主管道甩击限制件的潜力。本文采用简化分析与数值模拟的方法，对新型甩击限制件进行设计和分析。本文的主要研究内容如下：
　　（1）基于ABAQUS有限元分析软件建立泡沫铝填充管以及橡胶圈有限元模型，模拟轴向压缩试验。数值模拟结果与试验结果以及有限元理论吻合较好，验证了有限元模型的可靠性。
　　（2）通过对比不同径厚比、截面形状、套管材料与加载速率对泡沫铝填充管吸能效率的影响，给出了设计甩击限制件时泡沫铝填充管的最优参数。
　　（3）通过对比厚径比、厚高比对橡胶圈名义应力-应变曲线的影响，找出名义应力-应变与厚径比、厚高比的关系。研究了双重橡胶圈、高硬度橡胶对名义应力的提升作用，给出提升橡胶圈结构的承载能力的方法。结果表明，橡胶圈结构承载力不够，不适合作为甩击限制件。
　　（4）对管道-限制件系统运动过程进行简化，提出泡沫铝填充管甩击限制件的设计流程。给定工况下，用数值模拟的方法，将设计好的泡沫铝填充管甩击限制件与现有的U型箍和刚性限制件的甩击性能进行对比。数值模拟结果表明，泡沫铝填充管限制件能够减小管道最大甩击力以及管道的变形。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2管道防甩击技术

1.3新型甩击限制件

1.4本文主要研究工作

第2章 有限元分析模型

2.1材料本构关系

2.2有限元建模方法

2.3试验验证

2.4本章小结

第3章 泡沫铝填充管性能分析

3.1吸能特性评价方法

3.2径厚比影响分析

3.3应变率影响分析

3.4套管材料影响分析

3.5方形截面影响分析

3.6本章小结

第4章 橡胶圈性能分析

4.1鼓型变形影响因素

4.2吸能特性分析

4.3初步试算

4.4本章小结

第5章 管道甩击限制件设计

5.1设计流程

5.2与其它甩击限制件对比

5.3本章小结

结论与展望

参考文献

声明

致谢