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在核电装备中,螺栓无处不在,不管是传递力还是保证垫片的密封性能,其作用都不容忽视。本文以核电装备为研究背景,以螺栓结构为研究对象,进行如下分析。(1)为了研究M螺纹和MJ螺纹的承载分布规律,用ABAQUS软件建立二维螺纹模型,进行力学分析。首先分析了M螺纹径向尺寸、摩擦系数、弹性模量、啮合扣数、螺距对承载分布的影响,计算结果得到了经验公式的验证;然后对MJ螺纹在不同材料下的承载规律进行分析对比,研究了MJ螺纹进入塑性时的承载分布规律;最后数值分析了M螺纹和MJ螺纹的应力、位移、塑性应变;重点讨论了选用不同材料时,MJ螺纹最先出现塑性屈服的部位及出现的原因;同时发现当螺母材料为30CrMnSiA时,各扣螺纹牙承载相对更加均匀。(2)基于精细模型研究螺栓扭矩和预紧力关系。在简谐载荷作用下的螺栓松动过程中,考虑螺纹接触面、螺母接触面的细节变化以及各种因素对螺栓拉伸力的影响,用ABAQUS软件进行二次开发,建立了三种螺栓模型,并进行力学分析。精细模型能准确模拟扭矩和预紧力关系;在简谐载荷作用下,对精细模型中螺栓拉伸力的变化规律进行分析,讨论合力矩、接触压力和摩擦应力对原点力矩之间的关系;对不同影响因素进行分类研究,总结松动过程中各力学参数的变化规律。(3)核电爆破阀是新一代核电机组的关键防护装置。正常运行时,要求阀门本体零泄漏。为研究其在热和工作载荷作用下的螺栓接头的力学性能及垫片的密封性,建立了可以准确描述螺纹细节的精细化有限元模型;考虑了垫片非线性行为,垫片采用ABAQUS软件中的GASKET单元;对爆破阀温度场和应力场、螺栓拉伸力进行了分析。发现了螺栓拉伸力最低的时刻,评价了此时垫片的密封性能。对螺纹接触面状态变化与螺栓拉伸力关系、各扣螺纹牙所占螺栓拉伸力比例、螺母转角与螺栓拉伸力关系进行分析,从中可以看出精细模型能更真实的模拟螺栓拉伸力的变化过程。(4)对反应堆压力容器的密封性能和螺栓接头的力学性能分析。建立了容器有限元模型,考虑了C形密封环的非线性行为,垫片采用ABAQUS软件中的GASKET单元;对其温度场和应力场、螺栓拉伸力进行了分析。发现了螺栓拉伸力最低的时刻,评价了此时内外垫片的密封性能。对不同预紧力、不同压力下螺栓拉伸力变化情况进行了研究;并对有垫片和无垫片的模型进行了对比,发现有垫片的精细模型计算结果更符合实际。对精细模型和简化模型结果对比,发现这两种模型的螺栓拉伸力变化趋势基本一致。