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  随着计算机和结构计算力学的发展，核能行业中的机械零部件可以通过基于仿真的设计优化来大幅度提升其安全性和可靠性。其中阀门、管道和法兰的种类非常之多，使用手动计算等方法对这些零部件进行研究时，会遇到很多困难，比如无法全面地分析所有部件的故障和失效机制。而在技术高度发展的当今，我们大家可以实现复杂零部件的全局建模，更加准确地得到机械结构在复杂载荷作用下的力学结果，从而帮助工程师进行结构设计和故障排查。

  本案例尝试使用结构有限元分析软件code_aster进行截止阀、阀盖以及连接螺栓的仿真分析，进一步评估这些部件在受到热冲击载荷时的力学反应。

  截止阀安装于直径100mm的管道上，外部采用法兰连接波纹管密封，几何模型包括截止阀阀体、阀盖法兰和连接螺栓。模型关于XY平面对称，因此，可以简化建立1/2模型以节省计算资源，如图1所示。在分析螺栓连接的截止阀和阀盖法兰时，必须要格外注意边界条件的设置和局部网格的细化，以得到更贴近实际工况的仿真结果。模型主要是采用六面体网格划分，局部采用四面体网格进行加密，如图2所示。仿真分析中所使用的材料参数均取自法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则RCC-M。材料视为各向同性的弹性材料，包括随气温变化的弹性模量、泊松比和热膨胀系数等物性参数。

  总体的计算过程：假设截止阀内部充满流体，首先由流体分析得到液固界面的温度场分布及压力分布，作为热固耦合分析的边界条件，最终实现单向的热流固耦合计算。在该问题中对结果影响最大的是装配体之间的接触问题，接触类型为摩擦接触，是一个高度的非线性问题。因此接触面的网格尺寸需要尽可能保持一致，有利于计算收敛，螺栓预紧和接触面网格则如图3、图4所示。

  在热冲击载荷作用下，不同时间的截止阀温度场分布如图5所示。从图中可见，在t=10s时，流道内温度逐渐升高，到t=2780s时，截止阀温度基本达到稳定，可以直观地看到整个结构温度在热载荷作用下的变化过程。在法兰连接位置，提取与时间相关的结果，能够获得螺栓拧紧后的受力变化曲线 热冲击载荷作用下截止阀各个部件温度场