1 概述 
    核安全级阀门是核电站中重要的安全设备之一。根据相关核安全法规的要求，核电站的核级与非核级能动设备必须通过分析、试验、检验或综合手段证明设备在地震载荷及设计组合载荷作用下能保持结构完整性和可运行性。随着基础理论及现代技术的发展，在现代核电站抗震设计中，有限元法已成为各类相关设备抗震分析与评价的主要数值仿真工具。本文以核二级电动截止阀为例，在前处理器HyperMesh里建立三维有限元模型，用AN-SYS计算该阀门整机的振动模态以及在承受地震载荷及设计组合载荷共同作用下的应力及变形，然后根据ASME规范对承压边界部件作出应力评定、强度校核以及能动部件的变形评价，验证设备的结构完整性和可运行性。
    2 阀门结构
    核二级电动截止阀（图1，电动装置视为一刚体质量块，以质量单元加在支架上）安全级别为二级，抗震类别为1A。设计压力为6.4MPa，设计温度为200℃。阀体、阀盖和阀瓣由SA-182MF316制成，200℃下最大许用应力值为134MPa。支架由SA-351MCF8M制成，最大许用应力值为138MPa。阀杆由SA-705M630制成，最大许用应力值为285MPa。阀体通过螺栓与阀盖连接，电动装置的质量约为45kg，其重心位置坐标为（50，100，659）。

图1 三维模型

    3 模态计算
    阀门模态计算的目的是确定第一阶固有频率是大于还是小于33Hz，从而确定是利用等效静力方法还是动力分析方法进行计算。
    对阀门进出口法兰的端面进行固定约束和模态计算（图2），提取三阶固有频率数，其计算结果见表1。

表1 阀门固有频率

图2 阀门前三阶模态振型

    根据阀门试验报告，其测得的前三阶固有频率分别为43.45Hz、46.38Hz和第三阶＞100Hz，计算基频与试验结果基本一致。由于阀门最低固有频率均超过33Hz，可视为刚性结构。因此，可用等效静力分析方法进行抗震分析。
    4 抗震分析模型
    4.1 地震载荷输入
    通常当设备固有频率大于33Hz时，可采用等效静力分析方法进行计算，即SSE地震载荷取三方向的加速度值做为地震输入。根据《研制任务书》规定，两个水平方向作用5g地震加速度值，垂直方向作用4g加速度值。
    4.2 载荷组合与应力限值
    抗震分析一般只对第二类和第四类工况进行，第二类工况考虑OBE地震，第四类工况考虑SSE地震。为了计算方便和结果安全，在进行建模计算和限值评定时，使用最严重的载荷组合（即事故工况D级载荷）和最严格的应力限值（即A级的应力限值，表2）。因此，如果这种情况下的应力限值得到满足，则其他工况的计算结果也必小于相应的应力限值，即设计和A、B、C级工况均可满足。

表2 载荷组合及所应用的应力限值

注：表中的应力限值取自ASME规范第III篇表NC-3521-1。
σm：总体薄膜应力强度σb：一次弯曲应力强度σL：局部薄膜应力S：最大许用应力值