[發(fā)明專利]用于核反應(yīng)堆燃料組件抗震分析的建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011279107.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN112668072A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鵬;代成棟;張德春;周躍民;郭嚴(yán);楊翊仁;劉歡;楊鈺瑩;李偉才
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23;G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 成都慕川專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51278
• 代理人: 謝芳

本發(fā)明具體涉及一種用于核反應(yīng)堆燃料組件抗震分析的建模方法，其特征在于包括如下步驟：步驟1.進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分類；步驟2.將多種結(jié)構(gòu)類型根據(jù)分類進(jìn)行組合；步驟3.對(duì)步驟2中得到的組合進(jìn)行分類設(shè)計(jì)；步驟4.總結(jié)出組件建模的特點(diǎn)，梳理出其中兩類重復(fù)的兩類基本子結(jié)構(gòu)，發(fā)展相應(yīng)的兩類組合單元類型；步驟5.將步驟4中涉及到的兩類組合單元類型分為用于模擬可以發(fā)生橫向振動(dòng)組件各根組件模型和用于模擬計(jì)算組件外側(cè)的圍板的有限元模型；步驟6.將步驟5中的單元模型進(jìn)行組合方式設(shè)計(jì)；步驟7.選擇合單元模型子結(jié)構(gòu)將其進(jìn)行拼接形成整體；步驟8.將步驟7中的子結(jié)構(gòu)拼接耦合成一個(gè)整體，完成對(duì)核反應(yīng)堆燃料組件抗震分析建模。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型能源電力生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及核反應(yīng)燃料組件抗震設(shè)計(jì)分析領(lǐng)域，具體涉及一種用于核反應(yīng)堆燃料組件抗震分析的新型建模方法。

背景技術(shù)

核能作為清潔、高效和安全的綠色能源，具有儲(chǔ)量豐富、能量密集度高、低碳無污染的優(yōu)點(diǎn)，受到各國(guó)的極大重視。實(shí)現(xiàn)核電技術(shù)的完全自主研發(fā)，必定需要有完備的基礎(chǔ)理論研究予以支撐。針對(duì)核電結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)理論問題尤其是基礎(chǔ)的力學(xué)問題進(jìn)行研究，并以此儲(chǔ)備核電設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)新一代反應(yīng)堆的自主設(shè)計(jì)和發(fā)展至關(guān)重要。

燃料組件是反應(yīng)堆內(nèi)的重要部件。壓水堆燃料組件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求：在極限的事故工況下，如地震及冷卻劑喪失工況，燃料組件應(yīng)保持結(jié)構(gòu)完整，確保堆芯可冷卻；燃料組件的橫向變形應(yīng)不影響控制棒組件的插入和反應(yīng)堆的安全停堆。因此燃料組件在正常運(yùn)行和事故工況下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性將影響燃料組件的結(jié)構(gòu)完整性，并直接影響反應(yīng)堆運(yùn)行的安全性和可靠性。反應(yīng)堆燃料組件事故工況下的安全性已被各國(guó)列為重點(diǎn)安全審查項(xiàng)目，各核能設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)都需要具備有相應(yīng)自主開發(fā)的計(jì)算軟件。針對(duì)燃料組件事故工況安全評(píng)估主要包括計(jì)算分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)方面，兩者相輔相成互為支撐。橫向計(jì)算分析在整個(gè)設(shè)計(jì)階段起著重要作用，可以為燃料組件模型的設(shè)計(jì)、修改提供所需要的計(jì)算數(shù)據(jù)支持。現(xiàn)階段針對(duì)燃料組件的計(jì)算分析主要借助于專用軟件及商業(yè)軟件進(jìn)行，主要的計(jì)算模型可以分為：?jiǎn)蝹€(gè)燃料組件橫向詳細(xì)模型、橫向簡(jiǎn)化模型、橫向碰撞模型及一排多個(gè)燃料組件的抗震計(jì)算分析模型，以下簡(jiǎn)稱組件抗震模型，如圖1所示。抗震模型的計(jì)算分析效率則強(qiáng)烈依賴于多個(gè)組件的建模方式。

目前組件抗震模型主要是將多個(gè)組件依次排列成一排而獲得。各個(gè)組件之間依靠上下管座、圍板邊界條件及非線性碰撞力相互耦合。采用有限元方法對(duì)全部 15個(gè)組件進(jìn)行“全結(jié)構(gòu)”式的離散，如圖2所示，通過施加邊界條件而獲得系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程組。考慮地震等極限工況下的等效外部激勵(lì)，采用比例阻尼或者模態(tài)阻尼的施加系統(tǒng)阻尼，通過直接積分求解該微分方程組獲得系統(tǒng)的響應(yīng)。由于系統(tǒng)中含有碰撞等強(qiáng)非線性環(huán)節(jié)，需要采用較小的計(jì)算時(shí)間步進(jìn)行內(nèi)外交替迭代求解才能保證結(jié)果的收斂性，這顯然要以犧牲計(jì)算效率為代價(jià)。

目前組件抗震模型主要采用繁瑣的“全結(jié)構(gòu)”式建模方法，該建模方式存在以下明顯的缺陷和不足：

①“全結(jié)構(gòu)”的建模方式未考慮燃料組件結(jié)構(gòu)的自相似特征，建模過程復(fù)雜，建模成本高；

②“全結(jié)構(gòu)”的建模方式會(huì)導(dǎo)致高維強(qiáng)非線性的求解效率和計(jì)算精度低的問題；

③“全結(jié)構(gòu)”的建模方式需要一次性建立全部結(jié)構(gòu)的模型，不適合復(fù)雜工況的計(jì)算，復(fù)雜工況下的計(jì)算效率普遍偏低。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中忽略組件結(jié)構(gòu)存在的“自相似”特征而普遍采用“全結(jié)構(gòu)”式的建模方式而導(dǎo)致建模過程繁復(fù)、建模效率低、適用性差、計(jì)算效率和計(jì)算精度差的問題，本發(fā)明充分利用了組件結(jié)構(gòu)的局部特征，發(fā)展“子結(jié)構(gòu)”式的建模策略，提出了核反應(yīng)堆燃料組件抗震分析的建模新方法。

本發(fā)明提出的用于核反應(yīng)堆燃料組件抗震分析的建模方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1.對(duì)組件整體依據(jù)結(jié)構(gòu)的局部和各部件的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分類；

步驟2.將步驟1中得到的多種結(jié)構(gòu)類型根據(jù)分類進(jìn)行組合；