第18卷 第8期 中 国 水 运 Vol.18 No.8 2018年 8月 China Water Transport August 2018
收稿日期：2018-02-08
作者简介：季小威（1993-），男，江苏东海人，上海理工大学机械工程学院硕士生，研究方向为计算机辅助设计。 反应堆压力容器的应力分析
季小威，仲梁维，吴家胜
（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）
摘 要：反应堆压力容器在异常、事故工况下承受包括自重、负载、内压以及地震等载荷，本文拟采用反应谱法对反应堆压力容器进行应力计算，由模态自振频率分析知，反应堆压力容器的一阶固有频率大于33Hz，所以最终采
用等效静力法对反应堆压力容器进行应力计算，同时对底封头、筒体、出入口接管段、法兰段、顶盖等主要部分进
行应力分析，对法兰密封连接螺栓进行校核，从而证明了反应堆压力容器结构安全，同时也为不同结构的压力容器
应力分析提供参考。
关键词：反应堆压力容器；等效静力法；模态分析；密封螺栓；应力分析
中图分类号：TL3531 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）08-0085-03
引言 随着国家核电中长期发展规划的颁布，在未来我国将大力
发展压水核电站。反应堆压力容器是在高温、高压流体冲刷和
腐蚀，以及强烈的中子辐照等恶劣条件下运行的。因此在ASME
规范第XI卷要求，反应堆压力容器应采用优质材料、严格制造、
完善的试验和检查技术，且在服役期间应进行定期的检查。
反应堆压力容器是承受巨大运行压力的密闭容器，也称
为反应堆压力壳，反应堆压力容器起到了压力边界的作用，
用于支承和包容反应堆堆芯。反应堆压力容器作为压水堆核
电站最关键的安全屏障之一，长期在恶劣的工作条件下工作，
所以其结构的完整性对反应堆的安全至关重要。
反应堆压力容器由底封头、筒体、出入口接管段、法兰
段、顶盖焊接而成，其内部除放置堆芯，堆芯支承结构、控
制棒及直接与堆芯连接的其他部件外，反应堆压力容器属于
压力容器应力分析
【摘 要】随着工业化社会的不断发展，人类在生活和生产中对于产品的质量、结构安全也提出了新的要求。压力容器作为目前社会发展中应用最多的容器之一，其应力分析和结构整体性也越来越受到人们的关注。本文就压力容器基本概念、用途和设计要点入手进行了分析，简要探讨了其回转曲面与回转壳体之间存在的关系，以供相关工作人员参考。
【关键词】压力容器；应力分析；回转曲面
随着国民经济、科学化技术和贸易交流的不断加强，压力容器的设计、制造以及使用管理策略也日渐趋于成熟。近几年来，先进的科学技术、管理概论的出现促使了压力容器在设计中呈现出飞速发展态势，其应力分析策略也日渐成熟。压力容器作为一项设计专业多、学科复杂的综合性产品结构，其在应用中通过对先进技术、管理策略应用在目前的工作之中，为工作的顺利持续进行提供了合理的保证依据。
1.压力容器概述
为了使压力容器在确保安全的前提下达到设计先进、结构合理、易于制造、使用可靠和造价经济等目的，各国都根据本国具体情况制定了有关压力容器的标准、规范和技术条件，对压力容器的设计、制造、检验和使用等提出具体和必须遵守的规定[1]。
1.1概念
所谓的压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热器和分离器均属压力容器。
1.2用途
压力容器的用途十分广泛。它在石油化工学、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
1.3设计
压力容器都是采用传统的方法进行设计，它是从基本的薄膜应力出发，同时将其他应力对容器安全性的影响，包括在较大的安全系数之中，实际上，在压力
压力容器应力分析报告
1. 引言
压力容器是工业中常见的设备，用于存储和传输压力较高的气体或液体。在设计和使用压力容器时，应力分析是至关重要的环节，它可以帮助工程师评估容器的结构强度和可靠性。本报告将介绍如何进行压力容器的应力分析，并给出实例以帮助读者更好地理解。
2. 压力容器的基本原理
压力容器是由材料制成的结构，能够承受内部压力的作用。其设计目标是保证容器在各种工作条件下都能安全运行，并且在设计寿命内不发生破裂或变形。压力容器主要受到内部压力和外部载荷的影响，因此需要进行应力分析来确定内部应力和变形。
3. 压力容器的材料
压力容器的材料选择是应力分析的重要一环。常见的材料包括钢、铝合金等。选择合适的材料要考虑容器的工作温度、压力和介质等因素。不同材料的物理和力学性质会对应力分析产生不同的影响，因此需要通过材料测试和模拟来获取材料参数。
4. 压力容器的边界条件
在进行应力分析时，需要确定压力容器的边界条件。这包括容器的几何形状、支撑方式、固定约束等。边界条件的选择会直接影响应力分布和变形情况。通过准确描述边界条件，可以更精确地进行应力分析。
5. 压力容器的应力分析方法
压力容器的应力分析可以使用有限元分析方法。有限元分析是一种数值计算方法，将结构离散成有限数量的小单元，通过求解单元之间的力学关系，得到整个结构的应力和变形情况。有限元分析可以模拟复杂的几何形状和载荷条件，因此在应力分析中得到了广泛应用。 6. 压力容器的应力分析实例
为了更好地理解压力容器的应力分析，我们以一个简单的圆筒形压力容器为例进行分析。假设容器直径为D，高度为H，材料为钢，内部压力为P。通过有限元分析软件，可以得到容器内部壁的应力分布情况。根据分析结果，我们可以评估容器的结构强度，以及在不同工作条件下的变形情况。
7. 结论
通过应力分析，我们可以评估压力容器的结构强度和可靠性。合理选择材料、确定边界条件，并使用适当的分析方法，可以有效地进行应力分析。在实际工程中，应力分析是确保压力容器安全运行的重要手段，值得工程师们重视和应用。
《过程设备设计基础》
教案
2—压力容器应力分析
课程名称：过程设备设计基础
专 业：过程装备与控制工程
任课教师：
第2章 压力容器应力分析
§2-1 回转薄壳应力分析
主 要 教 学 内 容 授课方式
授课时数
1、回转壳体的基本几何概念
2、无力矩理论的基本方程
3、回转薄壳的无力矩理论
4、无力矩理论的应用
5、回转薄壳的不连续分析
讲授 8
教学目的和要求 1、了解回转壳体的基本几何概念
2、掌握无力矩理论并熟练应用
3、了解圆柱壳轴对称问题的有力矩理论和回转壳体的不连续分
析方法
教学重点和难点 无力矩理论及其基本方程的应用
课外作业 习题T1、T2、T3
一、回转薄壳的概念
薄壳：（t/R）≤0.1 R----中间面曲率半径
薄壁圆筒：（D0/Di）max ≤1.1~1.2
二、薄壁圆筒的应力
图2-1、图2-2 材料力学的“截面法”
三、回转薄壳的无力矩理论
1、回转薄壳的几何要素
（1）回转曲面、回转壳体、中间面、壳体厚度
* 对于薄壳，可用中间面表示壳体的几何特性。 tpDtdpRtpDDtDp
i
22sin244
2
02
（2）母线、经线、法线、纬线、平行圆
（3）第一曲率半径R1、第二曲率半径R2、平行圆半径r
（4）周向坐标和经向坐标
2、无力矩理论和有力矩理论
（1）轴对称问题
轴对称 几何形状----回转壳体
载荷----气压或液压
应力和变形----对称于回转轴
（2）无力矩理论和有力矩理论
a、外力（载荷）----主要指沿壳体表面连续分布的、垂直于壳体表面的压力，如气压、液
压等。
PZ= PZ（φ）
b、内力
薄膜内力----Nφ、Nθ （沿壳体厚度均匀分布）
弯曲内力---- Qφ、Mφ、Mθ （沿壳体厚度非均匀分布）
c、无力矩理论和有力矩理论
有力矩理论（弯曲理论）----考虑上述全部内力
无力矩理论（薄膜理论）----略去弯曲内力，只考虑薄膜内力
