引言

核电蒸汽发生器管子管板接头普遍采用胀接和焊接结合的连接方法。管子管板的胀接，能够消除换热器管子和管板管孔间的初始间隙，提高管子管板接头耐压、耐高温和抵御载荷波动的能力，降低应力腐蚀和疲劳破坏的风险。液压胀接原理

1 多孔管板胀接理论计算

1.1 计算参数

表1 计算参数选值

多孔管子管板的胀接，难以获得准确的解析解，工程应用中采用简化的两端开口的套筒模型，模型中将每个换热管简化为内层圆筒，管板周围区域（至孔桥边界或当量套筒外径处）简化为外层圆筒，套筒模型见图1。其影响参数主要包括管内外径、管板孔内径、当量外径、孔间隙、材料的应变强化等，计算参数选用表1中数值。

1.2 材料性能

管子和管板均有可能会发生塑性变形，因此在有限元分析过程中采用SA508和SB163 N066 90的真应力—应变曲线作为非线性强化数据。为了提高分析结果的精度，采用多线性强化，即采用图2中真应力—应变曲线作为分析使用的强化准则。

1.3 计算结果对比

周围孔未胀接时，采用Krips，Yokell，颜惠庚及王海峰等给出的公式进行双套筒胀接模型计算，液压胀接压力计算结果见表 3。

表3 胀接压力计算对比

对胀后残余接触压力采用考虑材料应变强化后计算对比，采用王海峰的计算公式及傅智勇等给出的周围孔胀后的当量厚度确定方法进行计算，结果表明，在220～28 0Mpa的胀接压力范围内，当周围孔已全部胀接时，残余接触压力结果小于周围孔未胀接的值，差值小于2%，如图3所示。因此，对于AP1000蒸汽发生器孔数大于20000的多孔管板，胀后的残余应力分布均匀，则可以忽略此影响。

2 数值模拟

考虑不同的布孔方式及胀管位置，采用ANSYS建立二维管子管板模型，应用表1中的规格参数及图2的材料性能参数。管孔和胀管位置采用图4所示的两种方式。

2.1 有限元分析模型

在进行胀接分析时，接头结构选择产品的布孔方式，考虑计算效率，对分析模型进行简化，包括套筒模型和中心轴对称3 0°角度模型，截面如图5所示。

因为AP1000蒸汽发生器布孔为正三角形，两种模型均可作为分析模型，在进行全长度胀接分析时，本课题因为管板厚度较厚，同时正三角布孔方式中心对称，因此为了节省计算资源，1/12的30°模型。采用Inventor进行绘制，导入至ANSYS软件进行网格划分。30°模型见图6。

对30°范围的对称性几何结构建立有限元模型，管子管板接头的胀接及拉脱过程的计算模拟包含了材料非线性、几何非线性和接触非线性，属于高度非线性问题，所以选用8节点非协调单元C3D81，网格采用六面体网格。由于胀接后，在近管板近表面的接触面上将出现两个高应力环带，所以该区域网格划分较密。有限元网格如图7所示。

2.2 载荷和边界条件

2.2.1 载荷

胀接压力加载将根据产品实际胀接过程，在管板一次侧起始端至二次侧全程加压。实际产品胀接时，需要严格控制压力升压、保压和降压过程，因此设定了升压速度 、保压时间和降压速度。分析加载如图8所示。

2.2.2 边界条件

边界条件如图9所示，定义如下：

(1)对称边界条件：面1，3，5为管板0°和30°截面，面6，7为换热管0°和30°截面；

(2)自由边界：面2为管板相邻孔表面，面12为换热管二次侧开口端面；

(3)轴向约束边界：面10为换热管一次侧端面，面9和面11为管板一、二次侧端面；

(4)径向约束边界：面4；

(5)压力戴荷：面8为换热管内表面。

拉脱模拟过程中对面12施加位移载荷。

3 结语

为了准确评价胀接性能，在进行胀接试验或评定时，应根据孔桥及孔中心距的尺寸，确定合适的需要胀接的管间距，一般以间隔1层（1周）孔为宜。

对于多孔管板，不同位置管子管板胀接性能会分布不均，可以通过对不同位置、采用不同的胀接压力的方式来抵消胀接顺序和孔位置的影响，这还需要进行更为深入地研究。

[1]傅智勇，张继革，张光庆.液压胀接接头当量双筒模型直径的计算[J].电站辅机，2011，32（1）：6-9

[2]宁静红，刘敬坤.R290水平管内凝结换热和压降的研究现状[J].流体机械，2013，41（7）：66-71.

[3]颜惠庚，李培宁.换热器的液压胀管研究（四）——胀接接头的拉脱力和压脱压[J].压力容器，1998，15（5）：25-28.