摘 要

核电是一种清洁、经济和安全的能源，已经在全世界范围内得到广泛应用。以核电替代部分煤电，不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量，而且是电力工业减排污染的有效途径，也是减缓地球温室效应的重要措施。止回阀作为核电站重要组成部分，对核电站的安全运行起着至关重要的作用。

本文通过UG软件建立止回阀及其主要部件的三维模型，然后通过ANSYS Workbench有限元分析软件对阀门及其主要部件进行模态分析并提取前六阶频率。根据模态分析的结果对阀门及其主要部件在地震载荷与设计组合载荷作用下进行薄膜应力分析，求取阀门在几种不同工况下的应力分布情况，再从应力分析结果中建立提取应力值的路径，并对其作出应力评定、强度校核以及能动部件的变形评价。完成阀门及其关键部件的安全性能评定。

关键词：止回阀；有限元；模态分析；薄膜应力分析；应力评定；

Film stress analysis of check valve based on finite element method

Abstract

Nuclear power is a clean, economic and safe energy, and has been widely used in the world. Using the nuclear power to replace a part of coal, not only can reduce the coal mining, transportation and burning of the total, but also is the effective way to power industry pollution reduction and mitigation of greenhouse effect on the earth. As the important part of nuclear power station, the check valve plays a vital role in the safe operation of nuclear power station.

The 3D model of check valve and its major components was established through the UG software, and then the valve and its major components of modal analysis and extraction of sixth order frequency through the finite element analysis software ANSYS Workbench in this paper. According to the results of modal analysis of valve and its main parts under the seismic load and design load combination film stress analysis, to calculate the stress distribution of the valve in different conditions, in the results of stress analysis of the established path extraction stress value, and the make rating, strength check and active component deformation evaluation. Safety assessment of the valve and its major components.

Key words: The check valve; The finite element; The modal analysis; Film stress analysis; Stress evaluation;

目录

1 绪论 - 1 -

1.1 引言 - 1 -

1.2 国内外核电阀门的发展概况 - 3 -

1.2.1国外核电阀门的发展概况 - 3 -

1.2.2 国内核电阀门的发展概况 - 4 -

1.3 止回阀研究现状 - 5 -

1.4 薄膜应力的研究 - 6 -

1.5 本文所做的工作 - 6 -

1.6 本章小结 - 7 -

2 止回阀的简介和三维建模 - 8 -

2.1引言 - 8 -

2.2止回阀工作原理 - 8 -

2.3 止回阀结构性能 - 9 -

2.4 UG 三维绘图软件的简介 - 9 -

2.5 基于UG软件下的止回阀建模 - 10 -

2.5.1建立阀体几何模型的原则 - 10 -

2.5.2 止回阀阀体的几何模型 - 10 -

2.6 止回阀三维实体模型 - 11 -

2.7 本章小结 - 16 -

3 基于ANSYS Workbench的阀门零件分析 - 17 -

3.1 引言 - 17 -

3.2 有限元法的介绍 - 17 -

3.3 ANSYS Workbench 简介 - 17 -

3.4 模态分析 - 18 -

3.4.1 模态分析的定义 - 18 -

3.4.2 模态分析的基础 - 19 -

3.5 基于ANSYS Workbench下的模态分析 - 20 -

3.5.1 网格划分概述 - 21 -

3.5.2 阀盖的网格划分 - 22 -

3.5.3 阀瓣的网格划分 - 23 -

3.5.4 阀体的网格划分 - 24 -

3.6 施加约束及求解 - 25 -

3.6.1 阀盖的分析求解 - 25 -

3.6.2 阀瓣的分析求解 - 27 -

3.6.3 阀体的分析求解 - 28 -

3.7 结果分析 - 30 -

3.8 本章小结 - 30 -

4 阀体在各工况下的应力分析 - 32 -

4.1 引言 - 32 -

4.2 阀体在内压载荷下的应力分析 - 32 -

4.3阀体各工况下的应力分析 - 35 -

4.3.1接管极限载荷计算 - 36 -

4.3.2阀体在设计工况下的应力分析 - 36 -

4.3.3阀体在正常工况下的应力分析 - 38 -

4.3.4 阀体在异常工况下的应力分析 - 40 -

4.3.5 阀体在紧急工况下的应力分析 - 42 -

4.3.6 阀体在事故工况下的应力分析 - 44 -

4.3.7 阀体在试验工况下的应力分析 - 46 -

4.4 阀体各工况下的分析结果 - 48 -

4.5 本章小结 - 49 -

5 基于Workbench阀门整体的抗震分析 - 50 -

5.1 引言 - 50 -

5.2 阀门三维建模 - 50 -

5.3 阀门模态分析 - 50 -

5.4 阀门正常工况下的应力分析 - 53 -

5.5 阀门的应力评定 - 55 -

5.6 本章小结 - 60 -

6 总结与展望 - 61 -

6.1 总结 - 61 -

6.2展望 - 62 -

致谢 - 63 -

参考文献 - 64 -

1 绪论

1.1 引言

随着社会经济的高速发展和世界人口的急剧增长，人类社会正面临着能源短缺和气候恶化的严峻挑战。根据相关统计，地球的可消耗资源有限，很难满足人类社会长期发展的需求。我国的煤炭资源、水力资源和石油资源是有一定的储备量，但我国的国情是人口数量多，人均能量消耗少，随着经济发展，今后几十年内对能量的消耗将有大幅度的增长，煤、石油和水力资源将不能满足经济发展需求；同时，大量的地球资源的消耗也给环境造成了巨大的污染。然而，核能领域的发展，给人类带来了福音。十九世纪，国外的物理学和化学确定了原子的概念，至十九末期英国物理学家汤姆逊发现电子开始，人类才逐渐走进原子能的领域。1911年至1940年，科学家在核能方面不断做出新的成绩。1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。1954年6月，前苏联建成世界上第一座核电机组—5000kw石墨水冷堆奥布宁斯克核电站。美国于1956年投入运行第一台电功率为4500kw的沸水堆机组。

然而，核能的安全也给人类带来了新的问题。1979年3月美国三里岛压水堆核电厂二号于1979年3月28日发生的堆芯失水和放射性物质外逸的重大事故。1986年4月26日，前苏联的切尔诺贝利核电站发生严重泄漏及爆炸事故，大约有1650平方千米的土地被辐射。这两次大的核电事故使有些人对核安全的疑虑难以消除。为保证核能能真真正正为人类造福，各国开始重视核电站的安全性能，核电阀门作为核电站安全运行的关键附件，也成为各国及其关注的环节之一。