本文關(guān)鍵詞：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，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：核反應(yīng)堆的堆芯是核反應(yīng)堆發(fā)生核反應(yīng)的場所,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(yīng)堆以來,對大螺柱連接結(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(jié)構(gòu)來解決粘扣問題。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,在長時間的強(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,受中國核動力研究設(shè)計院的委托對其螺紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究并優(yōu)化。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)為研究對象,并對同種型號的核反應(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,削峰均載螺紋是對標(biāo)準(zhǔn)螺紋進(jìn)行二次切削,切削的對象是螺紋的單側(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)于大螺柱螺母軸向切量xm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xm的值。之后利用有限元分析軟件Ansys,對標(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)行對比,驗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,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(jìn)行了分析,并以5.220M?的削峰均載螺母的加工進(jìn)行了細(xì)致的描述,為削峰均載螺紋的研究提供了理論與實踐依據(jù)。本文通過理論分析和仿真實驗驗證了削峰均載螺紋結(jié)構(gòu)的可行性,并利用現(xiàn)在的加工方式加工制造了5.220M?的削峰均載螺母,這為削峰均載螺紋結(jié)構(gòu)在核反應(yīng)堆的應(yīng)用提供了可靠的現(xiàn)實依據(jù),對推進(jìn)核工業(yè)的發(fā)展起到推動作用。
【關(guān)鍵詞】：削峰均載 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 MATLAB優(yōu)化 Ansys 有限元
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH131.3;TL351.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 課題的研究背景9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 國外均載螺紋研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)均載螺紋研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3 核反應(yīng)堆螺紋連接存在的問題18-19
• 1.4 研究的主要內(nèi)容19-21
• 2 堆芯法蘭大螺柱失效研究21-27
• 2.1 堆芯法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)安裝拆卸及技術(shù)要求21-23
• 2.2 堆芯法蘭螺栓連接失效調(diào)查23-25
• 2.3 堆芯法蘭螺栓連接粘扣機(jī)理研究25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 堆芯大螺柱削峰均載螺紋受力分析27-36
• 3.1 螺紋牙的彈性變形27-31
• 3.2 螺紋牙軸向力的分布關(guān)系31-34
• 3.3 削峰均載螺紋理論分析34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 4 堆芯大螺柱削峰均載螺紋結(jié)構(gòu)優(yōu)化36-44
• 4.1 MATLAB軟件簡介36-37
• 4.2 確定螺母軸向切削量xm的優(yōu)化函數(shù)及條件并求xm的值37-43
• 4.2.1 確定目標(biāo)函數(shù)37-38
• 4.2.2 確定已知條件：38
• 4.2.3 限制模型約束條件：38
• 4.2.4 MATLAB優(yōu)化求解38-43
• 4.3 本章小結(jié)43-44
• 5 堆芯大螺柱削峰均載螺紋有限元仿真分析44-54
• 5.1 有限元的方法應(yīng)用44-45
• 5.1.1 有限元方法的基本思想44-45
• 5.1.2 有限元軟件Ansys軟件簡介45
• 5.2 大螺柱削峰均載螺母靜力學(xué)有限元分析45-53
• 5.2.1 建立有限元分析模型45-47
• 5.2.2 確定單元類型與材料性能參數(shù)47-48
• 5.2.3 網(wǎng)格劃分48-49
• 5.2.4 施加約束與載荷49-50
• 5.2.5 有限元模型求解50-53
• 5.3 本章小結(jié)論53-54
• 6 峰均載螺紋的加工制造與實驗54-63
• 6.1 內(nèi)螺紋的加工方法概況54-55
• 6.2 削峰均載螺紋加工制造55-59
• 6.2.1 內(nèi)螺紋加工誤差分析55-57
• 6.2.2 削峰均載螺紋加工制造57-59
• 6.3 削峰均載螺母與標(biāo)準(zhǔn)螺母實驗59-62
• 6.3.1 600B-WEW萬能試驗機(jī)簡介59-60
• 6.3.2 實驗夾具設(shè)計60-62
• 6.3.3 對比實驗過程分析62
• 6.4 本章小結(jié)62-63
• 7 總結(jié)與展望63-65
• 7.1 全文總結(jié)63-64
• 7.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-67
• 附錄A 符號解釋（按照文章出現(xiàn)順序排序）67-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及科研成果68-69
• 致謝69-70

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本文編號：302614