[發明專利]用于抵抗長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構計算方法

有效

• 申請號: 201410452199.1
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104268312B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 孟劍;王黎麗;趙金濤;吳茜婷;于暉
• 申請（專利權）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙)11311
• 代理人: 田明,任曉航

技術領域

本發明涉及一種安全殼結構計算方法，尤其涉及一種用于抵抗長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構計算方法。

背景技術

安全殼是核電廠核島廠房中的重要構筑物，其內部布置有反應堆等重要系統。安全殼是核安全的第三道屏障，其功能是在發生核安全事故(如失水事故)時包容泄出的放射性物質，并使釋放到周圍大氣的放射性劑量水平限制在容許范圍之內的功能。

對于國內二代及二代加壓水堆核電廠，根據現行設計規范，在進行安全殼結構設計中，考慮了建造、正常運行、異常運行、極端環境等荷載作用和荷載組合，并未考慮超設計基準的嚴重事故荷載作用及荷載組合。

隨著對核電廠安全要求的日益提高，核電設計標準也隨之提高，要求在設計中考慮超設計基準事故荷載作用及其荷載組合。如NS-G-1.10《核動力廠反應堆安全殼系統的設計》6.2節規定，“除了設計基準事故載荷組合之外還應考慮嚴重事故的載荷組合”。這里所說的嚴重事故主要包括兩種荷載作用，即長期高溫、內壓，設計中應考慮這兩種荷載作用的組合。

發明內容

本發明的目的是針對核電廠安全殼承受長期高溫和內壓的情況，提供一種可用于安全殼結構設計的分析和計算方法。

本發明的技術方案如下：一種用于抵抗長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構計算方法，包括如下步驟：

(1)將溫度時程曲線和環境溫度作為輸入，計算安全殼標準截面各個時刻的溫度梯度；

(2)根據溫度和壓力的輸入時程曲線以及安全殼標準截面各個時刻的溫度梯度，選取若干合適的計算時刻，所述的計算時刻為輸出計算結果的時刻；

(3)對步驟(1)中安全殼標準截面計算模型的截面網格進行優化，整個截面采用由內側到外側網格尺寸逐漸變大的網格劃分方式；

(4)針對優化后的安全殼截面網格劃分方式，進行整體模型溫度梯度計算，得到步驟(2)中確定的各個計算時刻整體模型的溫度分布，并得到計算時刻的截面平均溫度；

(5)將步驟(4)中的整個安全殼的溫度梯度分析有限元模型轉化為應力分析有限元模型，在應力分析有限元模型中，將步驟(4)中得到的各個計算時刻的整個安全殼的溫度梯度作為荷載讀入，計算得到各個計算時刻的溫度應力；

(6)采用步驟(5)用到的應力分析有限元模型，施加內壓荷載，得到整個安全殼的應力計算結果。

進一步，如上所述的用于抵抗長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構計算方法，步驟(1)中采用通用有限元軟件的熱分析單元建立安全殼標準截面的三維有限元模型，三維有限元模型采用長方體，沿安全殼厚度方向，模型的網格采用均勻劃分；溫度時程曲線作為安全殼內表面的計算輸入，環境溫度作為安全殼外表面的計算輸入，通過通用有限元軟件進行瞬態熱分析計算，計算中分多個荷載步在安全殼的內外表面施加不同時刻的溫度荷載，計算結果為整個時間歷程標準截面的溫度分布。

進一步，如上所述的用于抵抗長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構計算方法，步驟(2)中選取的計算時刻為溫度或壓力時程曲線上顯著變化時刻，以及由截面溫度推導得到的最大彎矩時刻。

進一步，如上所述的用于抵抗長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構計算方法，步驟(3)中，初步確定幾種漸變的網格尺寸方案，分別得到計算時刻的標準截面溫度分布，并與步驟(1)中的計算結果進行比較，在保證精度的前提下，選出一種能夠模擬出各個計算時刻的截面溫度分布的網格數量最少的網格尺寸方案。

進一步，如上所述的用于抵抗長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構計算方法，步驟(5)中根據步驟(4)中得到截面平均溫度，對混凝土彈性模量進行折減。

進一步，如上所述的用于抵抗長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構計算方法，步驟(6)中采用折減后的混凝土彈性模量進行計算，安全殼的內壓選擇最大值作為荷載輸入，其他時刻的壓力荷載作用的結構應力由最大內壓對應時刻的結構應力乘以小于1的系數得到。

本發明提供的長期高溫和內壓共同作用的安全殼結構的計算方法具有如下優點：第一，采用了瞬態熱分析的方法，準確的反映了結構的溫度梯度變化過程；第二，綜合考慮各種因素，選取了典型時刻得到計算結果；第三，計算中考慮了高溫對混凝土材料特性的影響，依據相關設計規范對彈性模量進行了折減；第四，在保證準確模擬溫度梯度作用前提下，對模型網格尺寸進行優化，大大減少了計算單元的數量，減少了計算量。

附圖說明

圖1為標準截面計算采用的網格，其中內側有高溫作用。