在压水堆核电站中,最关键的核岛一回路的主要设备就是反应堆冷却剂泵(通常被称为“核主泵”),同时,核主泵也是核岛内唯一高速旋转的设备,也被比作反应堆冷却系统的“心脏”,而核主泵中最重要的部件就是飞轮。飞轮的设计直接关系到断电事故或其他事故工况下反应堆的安全,其功能是在断电事故下时还能保证核主泵系统在紧急停堆的情况下仍然能够依靠转动惯量缓慢降速,并且使反应堆中的热量被冷却剂缓慢带走,从而,避免由堆芯高温损坏所引发的核泄漏,保障了核主泵的安全。本文研究对象是屏蔽式核主泵多层套装重金属飞轮,该飞轮由内轮毂、重金属钨合金以及外保持环所构成。主要利用有限元模拟软件ABAQUS对这种结构的飞轮进行了研究。首先利用解析法以及有限元法计算了整体式应力分布和接触压力,证明了所建模型的正确性,其次,采用了分块式钨合金结构,得到最优的钨合金结构为12块钨合金构成的钨合金层,可以大幅度降低保持环上分布的高应力区域。进一步研究相邻钨合金块之间的缝隙对飞轮各个接触面接触压力的变化,并且得到比较合适的缝隙值为0.012m。最后,对过盈量的范围进行了计算,在满足机械强度要求的前提下,由于飞轮被壳体所包围影响飞轮最大尺寸的设计,为了在有限的空间内将飞轮的转动惯量设计成最大,得到合适的飞轮尺寸设计参数:保持环径向尺寸为0.05 m,内轮毂径向尺寸为0.14m,钨合金层径向尺寸为0.1575 m,同时出于对安全问题的考虑,同时也为了给内轮毂尺寸设计提供设计空间,过盈量为0.0004 m-0.0008 m比较合适。