3 反应堆压力容器密封分析程序改进

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1、3反应堆压力容器密封分析程序改进3反应堆压力容器密封分析程序改进为了拓展程序功能，扩大计算规模，提高求解速度，我们对程序作了多处修改和扩充。如新增了分块求解器及程序重启动功能，添加了三维可变节点二次等参元，修改了分布载荷输入方式，给出了球面螺栓连接时预紧过程接触修正方法。本章主要叙述了程序重启动设置、二次等参元形函数、螺栓修正方法，带宽优化模块和分块求解器（参见第四章）也是密封分析程序的主要改进之处。3.1现有程序的功能及缺点现有的反应堆压力容器三维密封分析程序涉及弹塑性小变形理论、弹塑性接触理论、稳态及瞬态温度场理论、热接触理论以及多种耦合分析方法。该程序兼顾了通用性和专用性

2、两个方面，既可以分析诸如压力容器密封系统之类复杂的三维瞬态耦合热弹塑性接触问题，也不丧失求解一般有限元问题的效率。程序通过了多个算例的考证，对压力容器模拟体密封分析的结果与试验结果吻合良好，说明了该程序理论及方法的准确性。该程序可以处理多种性能随温度变化的材料类型；可以处理已知位移及载荷历程问题；可以处理具有处理斜支撑的约束问题；可以选择不同的屈服准则来适应各种类型的材料；可以选择不同的接触判定条件以加快接触状态的收敛；可以采用不同的非线性解法加速塑性迭代的收敛。该程序可以采用三种类型的三维线性可变节点等参元，包括四面体等参单元、五面体等参单元、六面体等参单元及三维退化单元，以

3、模拟复杂的边界及过渡区域。然而，现有的三维密封分析程序还存在着一些缺点，主要包括：①求解刚度方程采用波前求解器，且没有考虑波宽优化。当所求问题规模较大时，计算效率较低。为了提高分析规模和计算效率，开发包含带宽优化的分块消元求解器十分必要。②程序没有重启动功能。当问题规模很大需要长时间计算时，无法检查中间结果并进行修改续算。开发重启动功能可以在工况步间任意设置断点以控制程序运行。③单元类型只有线性可变节点等参元，没有高次等参单元。新增二次等参单元有利于提高计算精度。④关于预紧过程螺栓修正问题，当螺栓与垫片接触面为球面时，修正公式还有待进一步改进。293反应堆压力容器密封分析程序改

4、进3.2程序重启动功能设置考虑到核压力容器运行工况复杂，密封分析过程工况步多且存在多个非线性耦合迭代，当计算模型较大时，计算时间往往很长，有时需要几十个小时。因此，程序新增了重启动功能，可以通过断点的设置来控制程序的运行，这不仅方便地实现了工况步长的临时调整，减少了由于停电等引起的程序意外中断所浪费的计算时间，同时也节约了程序调试过程所花费的机时。为了实现重启动功能，程序新增了重启动控制文件ModelName.rst和重启动临时文件Fearpv8.tmp两个数据文件。重启动功能不改变原有的输入数据卡，分析过程是否启用重启动功能取决于重启动控制文件是否存在，由程序自动搜索。重启动

5、控制文件包括每次重启动计算的起始和终止工况步以及对应的时间步长等工况步信息。重启动临时文件Fearpv8.tmp中存储了所有的输入数据和需用于后续计算的中间结果。包含重启动功能的反应堆压力容器法兰密封分析主程序框图如图3.1所示。由图3.1可知，重启动功能程序段的编写穿插在密封分析主程序模块中进行，代码编写及程序使用时需注意以下问题：①不考虑重启动时，计算结束后程序将自动删除所有临时文件。启用重启动功能时，在所有计算工况步完成之前必须保留临时文件以备后续所用，全部工况完成后才能将所有临时文件自动删除。②由于启用重启动功能时，通过多次启动程序运行才能完整生成计算结果。为了保证所有

6、计算结果文件的完整性，重启动运行时，计算结果应在结果文件最后一个记录后续写。因此打开文件时，需在OPEN语句中添加POSITION='APPEND'选项。③由于重启动运行时，需要重新动态分配数组并赋值。因此读重启动临时文件Fearpv8.tmp时，应首先读入与确定数组大小有关的变量，而后动态分配数组内存，最后将前次的计算结果作为初始值赋给动态数组。重启动临时文件中变量的读写次序必须保证完全一致。④程序计算及调试时，保留的中间计算结果应该包含所有的重启动文件、结果文件以及临时文件，才能保证重启动运行的顺利进行。由于接触问题的求解采用刚度方程和柔度方程相结合的混合求解方法，柔度矩阵

7、元素需要通过反复回代求解刚度方程得到。当计算模型较大且接触点对很多时，形成柔度矩阵将花费大量的时间。为此，程序能实时将已生成的柔度矩阵元素自动保存在数据文件ModelName.fm中，当程序意外中断后，程序能从断点继续运行。293反应堆压力容器密封分析程序改进图3.1反应堆压力容器密封分析主程序框图Fig.3.1ThemainProgramFlowchartofSealAnalysisforRPV293反应堆压力容器密封分析程序改进3.3三维可变节点等参元3.3.1等参单元及形状函数[84]