案例中心 / CASE CENTER
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核电结构的强度分析案例1． 项目概述国产自主研制核电AP1000机组，为了确保核电AP1000结构的强度、刚度和稳定性达到设计的要求、保证在安装、运行等各类过程和工况中的安全性和可用性，对核电AP1000汽轮机低压外缸的强度、刚度和稳定性进行有限元分析和安全性评价。根据三维实体模型，使用了两种思路进行了简化，得到了由片体、线体构成的模型I和由实体、片体和线体共同构成的模型II分别用于构建三维有限元离散模型。对于模型简化得到的实体、片体和线体，分别使用了实体单元、壳单元和梁单元进行离散。两种几何模型简化方法、各类几何体使用的单元和简化流程如图 1所示。
图 1 两种不同的实体和有限元模型简化流程
（2）根据额定负荷载荷和约束方式，分别使用1/4缸的模型I和模型II，对AP1000核电低压外缸的额定负荷的位移和应力进行了有限元结构计算。根据计算结果，分析关键部位的变形、位移，用于指导设计和安装。根据要求，使用全缸模型I和全缸模型II对图 2所示支撑平台5和支撑平台6承受水平径向50吨载荷的工况进行了分析，得到了原设计方案下AP1000核电低压外缸的位移有限元计算结果。
图 2 内缸支撑平台示意图 2． AP1000核电结构简化几何模型和有限元模型2.1 三维实体几何模型和简化几何模型 XXX提供的AP1000核电结构三维实体模型如图 3所示。模型横向宽为xxx mm，轴向长度为xxx mm，中分面高度为xxx mm，拱顶距离中分面xxx mm。
图 3 三维实体模型 2.2 连接各类单元后的有限元计算模型 根据图 1所表达的两种几何模型简化和有限元离散方法，得到了模型I和模型II两种有限元计算模型。三维实体局部几何结构简化后得到的有限元计算模型I，该模型中没有实体单元；三维实体局部几何结构简化后得到的有限元计算模型II，为了更接近实际设计情况，该模型适当引入了实体模型。图 4和图 5中标出了不同单元之间的连接方式。
图4 杆与板局部连接有限元模型局部示意图（模型I）
图 5 杆与板局部连接有限元模型局部示意图（模型II）
1/4几何模型使用模型I和模型II方法得到的有限元离散模型分别如图 6和图 7所示。
图6 网格剖分（模型I， 1/4模型）
图7 网格剖分（模型II， 1/4模型）
3． AP1000核电低压外缸稳态工况三维强度和刚度计算3.1 载荷、模型和约束 （1）载荷 xxx。 （2）模型和约束 xxx。 3.2 位移计算结果 对图6,7所示的三维有限元模型在稳态工况下进行计算，计算结果，如图8，9，10，11，12，13，证明两个模型的计算结果可以相互印证和参考，也表明模型的处理方法的正确性。
图 8 模型I的稳态合位移云图
图 9 模型II的上半部分梁单元最大合成应力
图 10未加强工况横向位移结果
图 11加强措施后的合位移结果
图 12 全缸模型1阶模态
图 13 全缸模型2阶模态
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