核電部件屈曲設計方法的對比分析與案例研究

劉 芳，宮建國，黑寶平2，高付海2，軒福貞

(1.華東理工大學 機械與動力工程學院，上海 200237;2.中國原子能科學研究院，北京 102413)

0 引言

屈曲是快堆關鍵部件的重要失效模式，涉及地震載荷下的反應堆主容器、軸壓載荷下的泵和換熱器支撐筒等部件。按照服役溫度[1-2]的不同，其失效模式又可分為瞬時屈曲(時間無關屈曲)失效和蠕變屈曲(時間相關屈曲)失效。與瞬時屈曲相比，蠕變屈曲一般發生在服役一段時間后、且溫度較高的環境，其臨界載荷低于瞬時屈曲載荷，原因在于蠕變變形加劇了缺陷對臨界載荷的不利影響[3]。為保證反應堆安全可靠地運行，核電部件的屈曲設計問題至關重要。

目前，國際上已有相關設計規范[4-7]可用于核電部件的瞬時屈曲和蠕變屈曲設計中。本文分別介紹針對瞬時屈曲和蠕變屈曲的現有設計方法。

對于瞬時屈曲設計，ASME NB[4]中基于屈曲彈性解，給出圓柱殼、球殼等結構的設計方法；ASME NH[5]中提供了瞬時屈曲設計系數，該系數適用于所有結構和載荷。RCC-MRx[6]中基于屈曲彈性解，也給出了圓柱殼和球殼等結構的屈曲設計方法，該方法與ASME NB相同。此外，RCC-MRx給出了瞬時屈曲設計系數，并且在附錄A7中提出用于屈曲強度評價的彈性和非彈性分析方法，其中彈性分析需要保證結構的應力水平不能超過標準中的許用值；對于非彈性分析，需對結構進行詳細的非彈性屈曲分析，判斷結構在施加載荷下是否滿足標準中的屈曲準則。上述兩種方法都是針對恒載屈曲分析，附錄A7中還提供了兩種用于循環載荷的屈曲設計方法：方法一是將等效應力限制在許用應力范圍內；……