[发明专利]AP1000核电厂重力水箱挡板减震优化布置方式

说明书

技术领域

本发明属于AP1000核电厂重力水箱减震优化问题技术领域，特别是涉及在地震动作用下，重力水箱挡板减震最优的内部布置方式。

背景技术

核能是一种高效、清洁能源，我国是发展中国家，需要消耗大量的资源，传统能源日益枯竭，还会带来许多环境问题。因此，核能已经成为中国的主要能源，其发展十分迅猛。

由于在地震荷载作用下导致的核泄露将会带来巨大灾害，核电站一旦发生事故，可能导致一系列的不良后果，引起国家社会效益与经济效益的多重损伤。因此，有必要分析AP1000核电厂在地震动作用下，重力水箱内部挡板的减震措施和内部最优布置方式。

本专利发明的目的是：以核电厂屏蔽厂房作为主要研究对象，研究其在强震荷载作用下的动力响应结果以及减震措施，提出了AP1000核电厂屏蔽厂房重力水箱挡板最优化的布置方式。

发明内容

本发明目的是提出AP1000核电厂屏蔽厂房重力水箱内部挡板最优化的布置方式。

本发明的技术方案：

AP1000核电厂重力水箱挡板减震优化布置方式，步骤如下：

(1)建立AP1000屏蔽厂房三维全耦合模型

采用有限元分析软件ANSYS，基于流固耦合理论，建立AP1000核电厂屏蔽厂房重力水箱全耦合精细化三维有限元模型；

(2)流固耦合理论

在AP1000核电厂重力水箱的设计中，重力水箱内部有部分水，当核电厂受到地震动作用时，水箱内的水和重力水箱结构发生流体和结构之间的流固耦合作用，从而引发水流的波动和震荡，对结构的动力响应产生了一定的影响；流固耦合作用表示为重力水箱结构与水箱内部水的耦合方程，结构的运动方程如下：

其中，[M]为结构的质量矩阵；[K]为结构的刚度矩阵；为结构加速度矢量；为结构位移的矢量；{F^P}流体作用在结构表面的压力荷载；

压力荷载等效为压力离散变量在结构表面面积上的积分，具体公式如下：

{F^p}＝∫_A{N_u}{N_p}^T{P_e}{n}dA (2)

其中，{N_u}为位移分量{u}的近似单元形函数；{P_e}为压力矢量；{N_P}^T为压力矢量{P_e}的近似单元形函数；{n}为垂直于流体和固体表面的法向向量；A为面积；

在式(2)中，用式(3)来代表中间变量，则式(2)简化为式(4)形式，如下：

[B]＝∫_A{N_u}{N_p}^T{n}dA (3)

{F^p}＝[B]{P_e} (4)

将(4)式代入(1)式，得出式(5)，如下：

在进行数值模拟计算时，流体被认为是不可压缩的、无粘性的；基于上述假设，波动方程表达式为：

其中，c为流体中的声速；k为名义体积模量；ρ₀为名义流体密度；P为声速压力；T为时间；

利用伽辽金方法对波动方程进行分解，得到如下式：

[H]＝∫_A{L}{N_p}{L}{N_p}^TdV (10)

其中，{L}＝▽·()；

流固耦合的边界条件如式(11)：

将式(11)代入式(8)中，得到下式：

利用流固耦合的波动方程及边界条件，即将式(5)与式(12)联立，

得到流固耦合作用的矩阵表达形式：

其中，ρ为密度；

根据以上公式，得到了式(13)矩阵；利用ANSYS有限元分析软件进行流固耦合作用的分析时，即采用ANSYS进行模态分析，用上式求耦合作用的特征值，得到特征方程的特征值；

(3)重力水箱减震理论