【摘 要】
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定子屏蔽套作为第三代先进核电技术AP1000屏蔽电机主泵关键部件,主要作用是将定子铁心及绕组与冷却剂隔开,保护电机绝缘性能及部件免受冷却剂的腐蚀和影响,若定子屏蔽套因失稳鼓包而损坏,冷却剂浸泡定子绕组,使电机不能正常运行,甚至导致辐射性冷却剂向外泄漏,产生灾难性后果,所以提高屏蔽套结构稳定性工程意义重大。本文建立稳定性实验平台,对屏蔽套实验室模拟件哈氏合金C-276圆筒进行ANSYS有限元模拟与实
【基金项目】
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“973 计划”项目《大功率屏蔽式核主泵自主化形性协同制造原理》；
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定子屏蔽套作为第三代先进核电技术AP1000屏蔽电机主泵关键部件,主要作用是将定子铁心及绕组与冷却剂隔开,保护电机绝缘性能及部件免受冷却剂的腐蚀和影响,若定子屏蔽套因失稳鼓包而损坏,冷却剂浸泡定子绕组,使电机不能正常运行,甚至导致辐射性冷却剂向外泄漏,产生灾难性后果,所以提高屏蔽套结构稳定性工程意义重大。本文建立稳定性实验平台,对屏蔽套实验室模拟件哈氏合金C-276圆筒进行ANSYS有限元模拟与实验验证,并研究了定子屏蔽套结构稳定性的影响因素;使用激光和超声冲击对哈氏合金圆筒进行表面改性,探究不同工艺参数和加工工艺对哈氏合金圆筒结构稳定性的影响,并建立局部稳定性模型进行验证。将实验条件下获得的最优工艺参数带入定子屏蔽套模型中,探究表面改性对定子屏蔽套结构稳定性的影响。研究结果表明:（1）局部稳定性实验与模拟计算相互验证,确定了特征值屈曲分析方法对哈氏合金圆筒结构稳定性评价的可行性。在此基础上计算屏蔽套结构尺寸对其结构稳定性的影响:筒长减小、内径减小、壁厚增加,其结构稳定性增加,其中壁厚对稳定性影响最大,但壁厚增加会造成更多的电磁损耗,并导致环流间隙变窄,降低冷却剂循环效率;（2）激光改性通过细化晶粒和第二相析出强化提高了哈氏合金C-276的力学性能,得到实验条件下最优工艺:功率150 W,扫描速度120 mm/min,道次间隔3 mm,光斑直径2 mm,改性后屈服强度由459.7 MPa提升至494.1 MPa,抗拉强度由941.9 MPa提升至989.4 MPa,弹性模量由60.82 GPa提升至67.92 GPa;超声冲击表面改性通过细化晶粒和加工硬化强化提高了哈氏合金C-276力学性能,得到实验条件下最优工艺:冲击速度10 mm/min,道次间隔0.2 mm,改性后屈服强度提升至481.7 MPa,抗拉强度提升至973.1 MPa,弹性模量提升至83.6 GPa;（3）材料改性能有效提升哈氏合金圆筒（屏蔽套实验室模拟件）结构稳定性;激光周向加载时获得的改性圆筒屈曲临界载荷最高,处理前后由66105 Pa提升至73130 Pa;超声冲击周向加载时获得的改性圆筒屈曲临界载荷最高,处理后屈曲临界载荷提升至90865Pa。激光改性圆筒屈曲临界载荷模拟值与实验值相差6.6 N,误差3.6%,超声冲击改性圆筒屈曲临界载荷模拟值与计算值相差2.8 N,误差1.4%;（4）计算预测材料改性提升定子屏蔽套结构稳定性的效果,周向激光改性屏蔽套屈曲临界载荷由2290.4 Pa提升至2582.4 Pa;周向超声冲击改性屏蔽套屈曲临界载荷提升至3148.3 Pa,提升37.5%,表面改性前后定子屏蔽套结构失稳波数未发生变化。
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