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影响螺纹套管与导向管胀接质量关键因素的分析与优化

何富春 符纯明 唐德文 霍绍勇 陈凯 王诗瑞 宗奔阳

何富春, 符纯明, 唐德文, 霍绍勇, 陈凯, 王诗瑞, 宗奔阳. 影响螺纹套管与导向管胀接质量关键因素的分析与优化[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 123-129. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0123
引用本文: 何富春, 符纯明, 唐德文, 霍绍勇, 陈凯, 王诗瑞, 宗奔阳. 影响螺纹套管与导向管胀接质量关键因素的分析与优化[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 123-129. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0123
He Fuchun, Fu Chunming, Tang Dewen, Huo Shaoyong, Chen Kai, Wang Shirui, Zong Benyang. Analysis and Optimization of Key Factors Affecting the Expansion Quality of Threaded Sleeve and Guide Pipe[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 123-129. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0123
Citation: He Fuchun, Fu Chunming, Tang Dewen, Huo Shaoyong, Chen Kai, Wang Shirui, Zong Benyang. Analysis and Optimization of Key Factors Affecting the Expansion Quality of Threaded Sleeve and Guide Pipe[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 123-129. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0123

影响螺纹套管与导向管胀接质量关键因素的分析与优化

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0123
基金项目: 湖南省教育厅科学研究项目(青年项目)(21B0406);湖南省自然科学基金项目(2023JJ40544)
详细信息
    作者简介:

    何富春(2000—),男,硕士研究生,现从事数值仿真分析等方面工作,E-mail: hfc_usc@163.com

    通讯作者:

    符纯明,E-mail: fuchunminghn@126.com

  • 中图分类号: TL352.1

Analysis and Optimization of Key Factors Affecting the Expansion Quality of Threaded Sleeve and Guide Pipe

  • 摘要: 为探究胀杆加载距离以及两管间摩擦因数对核燃料组件支撑骨架中螺纹套管与导向管之间胀接质量的影响,通过建立螺纹套管与导向管的等比例数值模型,并设计双因素四水平的正交试验,在给定工况下采用有限元分析方法对不同试验组合进行数值分析。分析结果表明,胀杆加载距离和两管间摩擦因数对胀接质量均有显著影响。为提高优化效率,结合Kriging模型并利用粒子群优化算法以最大减薄率≤10%为约束,在给定的胀杆加载距离和两管间摩擦因数区间内进行优化求解,获得优化胀接参数为胀杆加载距离28.42 mm、摩擦因数0.14。本文研究为提升螺纹套管与导向管胀接质量和改善胀接工艺提供了理论参考。

     

  • 图  1  胀接对象与胀接工具

    Figure  1.  Expansion Object and Expansion Tool

    图  2  胀接处截面几何形状变化

    Figure  2.  Change of Section Geometry at Expansion Joint

    图  3  网格无关性验证

    Figure  3.  Mesh Independence Verification

    图  4  网格划分基本情况

    Figure  4.  Basic Situation of Grid Division

    图  5  不同胀接速度下接触力对比

    Figure  5.  Comparison of Contact Forces under Different Expansion Speeds

    图  6  胀杆加载距离优化区间确定

    Figure  6.  Determination of Optimization Interval for Loading Distance of Expansion Rod

    图  7  分析结果响应曲面

    Figure  7.  Response Surface of Analysis Results

    图  8  粒子群优化算法迭代过程

    图中箭头表示个体的搜索方向;红点表示个体位置

    Figure  8.  Iterative Process of Particle Swarm Optimization Algorithm

    图  9  被胀接对象应力应变情况

    Figure  9.  Stress and Strain of the Expanded Object

    表  1  材料属性

    Table  1.   Material Properties

    材料物理属性数值
    M42密度/(kg·m−3)7800
    杨氏模量/${\rm{GPa}}$210
    泊松比0.3
    屈服极限/${\rm{MPa}}$405
    316L密度/(kg·m−3)7980
    杨氏模量/${\rm{GPa}}$195
    泊松比0.31
    屈服极限/${\rm{MPa}}$310
    Zr-4密度/(kg·m−3)7750
    杨氏模量/${\rm{GPa}}$194
    泊松比0.31
    屈服极限/${\rm{MPa}}$345
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    表  2  正交试验因素及水平

    Table  2.   Orthogonal Test Factors and Levels

    水平胀杆加载距离/mm摩擦因数
    1240.08
    2260.10
    3280.12
    4300.14
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    表  3  试验方案及结果

    Table  3.   Test Scheme and Results

    试验
    编号
    胀杆加
    载距离/mm
    两管间
    摩擦因数
    最大减
    薄率/%
    接触力/
    N
    胀包
    尺寸/mm
    1240.088.31125.50714.365
    2240.108.58355.35414.365
    3240.128.81689.25914.362
    4240.148.670121.43714.369
    5260.089.20331.30914.466
    6260.109.32653.48314.462
    7260.129.48058.80714.461
    8260.149.70493.32614.463
    9280.089.51821.80314.575
    10280.1010.30060.01014.572
    11280.129.689100.99514.568
    12280.149.768128.93414.566
    13300.0810.15124.66514.673
    14300.1010.51264.76114.665
    15300.1210.912102.03614.660
    16300.1411.461141.17014.658
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    表  4  两因素对最大减薄率影响的方差分析结果

    Table  4.   Variance Analysis Results for the Influence of Two-factor on Maximum Thinning Rate

    来源自由度偏差平方和P
    胀杆加载距离39.68222.16×10−5
    两管间摩擦因数30.77920.0889
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    表  5  两因素对接触力影响的方差分析结果

    Table  5.   Variance Analysis Results for the Influence of Two-factor on Contact Force

    来源自由度偏差平方和P
    胀杆加载距离312670.094
    两管间摩擦因数3199279.13×10−6
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    表  6  两因素对胀包尺寸影响的方差分析结果

    Table  6.   Variance Analysis Results for the Influence of Two-factor on Bulge Size

    来源自由度偏差平方和P
    胀杆加载距离30.20204.8×10−15
    两管间摩擦因数30.00010.084
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-04
  • 修回日期:  2023-07-27
  • 刊出日期:  2024-02-15

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