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摘 要

核电站中用于输送高温蒸汽或者高温流体的高能管道容易发生管道破裂。为防止管道破裂引起管道甩击造成二次损坏，防甩件被广泛应用于核电站固定管道，核电站的安全也因此得到提升。

Ω型防甩件的结构是下侧两底端内宽度等于管道外径，上侧是一个圆形环状箍。其优点在于整个防甩件被拉直后，两侧垂直于墙面，所受拉力为最小状态，并且两底端没有弯折角，根部局部应力较小，整体防甩效果较好。

但是，Ω型防甩件就几何角度而言，其设计并不唯一，所以如何控制好尺寸，以期获得最好的防甩效果，是一个值得探究的课题。基于此目的，本文根据弹塑性理论设计出三个不同长度的Ω型防甩件，进行有限元数值仿真后，并对甩击系统进行了能量分析，同时对不同尺寸的Ω型防甩件应力及位移变形进行了分析，得出了其中防甩强度最高、效果最好的Ω型防甩件的尺寸设计。

关键词：Ω型防甩件，ABAQUS有限元数值仿真，应力，位移

ABSTRACT

The high-energy pipeline used to transport high-temperature steam or high-temperature fluid in nuclear power plant is easy to break. In order to prevent the secondary damage caused by pipeline swing caused by pipeline rupture, the anti swing parts are widely used in the fixed pipeline of nuclear power plant, so the safety of nuclear power plant is improved.

The structure of Ω type whipping restraint is that the inner width of the bottom two ends of the lower side is equal to the outer diameter of the pipe, and the upper side is a circular hoop. The advantage is that after the whole anti swing part is straightened, the two sides are perpendicular to the wall, the tension is the minimum state, and there is no bending angle at the bottom of the two ends, the local stress at the root is small, and the overall anti swing effect is good.

However, the geometric design of Ω type whipping restraint is not fixed. Thus, in order to improve its restraint function, it is important to discuss the geometry of Ω-type whipping restraints. On this basis, this paper designs three kinds of Omega type whipping restraints with different length according to the elastic-plastic problem. After the finite element numerical simulation, the energy analysis of the system is carried out, and the stress and displacement deformation of Omega type whipping restraints with different sizes are analyzed. The size of Omega type whipping restraints with the highest anti rejection strength and the best effect is obtained.

KEYWORD: Ω type whipping restraint, ABAQUS finite element numerical simulation, stress, displacement

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2喷射荷载的研究 1

1.3防甩件的设计研究 4

1.4有限元软件及实例验证 4

1.5本文主要研究工作 5

第二章 管道—防甩件系统 7

2.1有限元模型的创建 7

2.2有限元模型接触条件与边界条件定义 9

2.3管道与防甩件的网格划分及优化 11

2.4 本章小结 12

第三章 弹塑性问题研究及Ω型防甩件设计 13

3.1 弹塑性问题 13

3.1.1 弹性变形 13

3.1.2 塑性变形 13

3.2 Ω型防甩件 13

3.2.1 Ω型防甩件几何设计 13

3.2.2 Ω型防甩件尺寸设计 14

3.3 本章小结 15

第四章 管道—防甩件系统的有限元数值模拟分析 16

4.1管道-Ω防甩件系统能量分析 16

4.2防甩件分析 17

4.2.1防甩件受力分析 17

4.2.2防甩件变形分析 19

4.3 本章小结 23

第五章 结论展望 24

5.1 结论 24

5.2 不足与展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1课题研究背景

在经济全球化影响下，世界各国的能源需求压力日益增加。因为大量使用的传统能源基本上都是不可再生能源，所以新能源的开发成为各国任务的重中之重，其中受到最大力度开发的主要是核能，核能因为其安全，高效的特点，能有效缓解国内能源供应压力，实现节能减排。但是大力开发核能也带来了许多安全问题，尤其是核电站，一旦发生事故，其后果是非常严重的，所以要想大力发展核电事业就必须保障核电站运行的安全。

核电站中有各种用于输送的管道。这些管道由于安全等级要求的不同，会被分为高能管道、中能管道和其他管道。高能管道里面输送的是高温流体，其温度超过100摄氏度，最高运行压力超过两兆帕, 且高能管道在此状态下的运行时间一般都超过总运行时间的 2%。长期用来输送高温蒸汽或者高温流体使得高能管道内压力比较大，管壁承受很大应力，同时温度比较高，容易发生蠕变，在这种情况下，裂纹更容易发生扩展，而焊接处因为存在缺陷就容易发生管道破裂^[1-3]，主要有环向断裂和纵向破裂两种类型^[1,2,4]。环向断裂是管道从某处断成两段，破口断面是管道横截面，液体或气体从整个断面喷出。纵向断裂是管道上沿管壁轴向裂开产生裂缝，液体或气体仅从纵向的裂纹喷出。如果一根高能管道发生环向断裂，管道中的流体从断面喷出时，喷射荷载可以达到成百上千吨从而使管道获得很高的横向速度，断裂端会因为这个很大的横向速度而到处甩动，即管道甩击^[5]。甩击的管道会撞击到周围的一些结构件，对核电站内的承重结构、关键设施及其他运输管道造成损害，进而让核电设施和工作人员的安全受到威胁，甚至造成严重的核泄漏事故^[6-8]，这就造成了一次破坏，若设计不当，极有可能影响到附近管道进而形成连锁反应造成难以估计的二次破坏。为了限制二次破坏，提高安全性，就必须对核电站中可能发生断裂的各种管道进行防甩限制，所以防甩件被广泛应用于核电站。

1.2喷射荷载的研究

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