[发明专利]用于抵抗长期高温和内压共同作用的安全壳结构计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种安全壳结构计算方法，尤其涉及一种用于抵抗长期高温和内压共同作用的安全壳结构计算方法。

背景技术

安全壳是核电厂核岛厂房中的重要构筑物，其内部布置有反应堆等重要系统。安全壳是核安全的第三道屏障，其功能是在发生核安全事故(如失水事故)时包容泄出的放射性物质，并使释放到周围大气的放射性剂量水平限制在容许范围之内的功能。

对于国内二代及二代加压水堆核电厂，根据现行设计规范，在进行安全壳结构设计中，考虑了建造、正常运行、异常运行、极端环境等荷载作用和荷载组合，并未考虑超设计基准的严重事故荷载作用及荷载组合。

随着对核电厂安全要求的日益提高，核电设计标准也随之提高，要求在设计中考虑超设计基准事故荷载作用及其荷载组合。如NS-G-1.10《核动力厂反应堆安全壳系统的设计》6.2节规定，“除了设计基准事故载荷组合之外还应考虑严重事故的载荷组合”。这里所说的严重事故主要包括两种荷载作用，即长期高温、内压，设计中应考虑这两种荷载作用的组合。

发明内容

本发明的目的是针对核电厂安全壳承受长期高温和内压的情况，提供一种可用于安全壳结构设计的分析和计算方法。

本发明的技术方案如下：一种用于抵抗长期高温和内压共同作用的安全壳结构计算方法，包括如下步骤：

(1)将温度时程曲线和环境温度作为输入，计算安全壳标准截面各个时刻的温度梯度；

(2)根据温度和压力的输入时程曲线以及安全壳标准截面各个时刻的温度梯度，选取若干合适的计算时刻，所述的计算时刻为输出计算结果的时刻；

(3)对步骤(1)中安全壳标准截面计算模型的截面网格进行优化，整个截面采用由内侧到外侧网格尺寸逐渐变大的网格划分方式；

(4)针对优化后的安全壳截面网格划分方式，进行整体模型温度梯度计算，得到步骤(2)中确定的各个计算时刻整体模型的温度分布，并得到计算时刻的截面平均温度；

(5)将步骤(4)中的整个安全壳的温度梯度分析有限元模型转化为应力分析有限元模型，在应力分析有限元模型中，将步骤(4)中得到的各个计算时刻的整个安全壳的温度梯度作为荷载读入，计算得到各个计算时刻的温度应力；

(6)采用步骤(5)用到的应力分析有限元模型，施加内压荷载，得到整个安全壳的应力计算结果。

进一步，如上所述的用于抵抗长期高温和内压共同作用的安全壳结构计算方法，步骤(1)中采用通用有限元软件的热分析单元建立安全壳标准截面的三维有限元模型，三维有限元模型采用长方体，沿安全壳厚度方向，模型的网格采用均匀划分；温度时程曲线作为安全壳内表面的计算输入，环境温度作为安全壳外表面的计算输入，通过通用有限元软件进行瞬态热分析计算，计算中分多个荷载步在安全壳的内外表面施加不同时刻的温度荷载，计算结果为整个时间历程标准截面的温度分布。

进一步，如上所述的用于抵抗长期高温和内压共同作用的安全壳结构计算方法，步骤(2)中选取的计算时刻为温度或压力时程曲线上显著变化时刻，以及由截面温度推导得到的最大弯矩时刻。

进一步，如上所述的用于抵抗长期高温和内压共同作用的安全壳结构计算方法，步骤(3)中，初步确定几种渐变的网格尺寸方案，分别得到计算时刻的标准截面温度分布，并与步骤(1)中的计算结果进行比较，在保证精度的前提下，选出一种能够模拟出各个计算时刻的截面温度分布的网格数量最少的网格尺寸方案。

进一步，如上所述的用于抵抗长期高温和内压共同作用的安全壳结构计算方法，步骤(5)中根据步骤(4)中得到截面平均温度，对混凝土弹性模量进行折减。

进一步，如上所述的用于抵抗长期高温和内压共同作用的安全壳结构计算方法，步骤(6)中采用折减后的混凝土弹性模量进行计算，安全壳的内压选择最大值作为荷载输入，其他时刻的压力荷载作用的结构应力由最大内压对应时刻的结构应力乘以小于1的系数得到。

本发明提供的长期高温和内压共同作用的安全壳结构的计算方法具有如下优点：第一，采用了瞬态热分析的方法，准确的反映了结构的温度梯度变化过程；第二，综合考虑各种因素，选取了典型时刻得到计算结果；第三，计算中考虑了高温对混凝土材料特性的影响，依据相关设计规范对弹性模量进行了折减；第四，在保证准确模拟温度梯度作用前提下，对模型网格尺寸进行优化，大大减少了计算单元的数量，减少了计算量。

附图说明

图1为标准截面计算采用的网格，其中内侧有高温作用。