核電工程結(jié)構(gòu)抗震性能計算研究.pdf

1、核電作為一種清潔能源,技術(shù)日漸完善,已成為我國能源電力戰(zhàn)略的重要組成部分。然而2011年3月11日日本大地震導(dǎo)致了世界最大核電站福島核電站的泄漏事故,提醒我們核電的安全性尤其是核電工程結(jié)構(gòu)的抗震安全性仍有很多關(guān)鍵問題急需解決。在核電工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和安全評價中,要求對整體結(jié)構(gòu)進行全面的地震反應(yīng)分析,采取科學(xué)合理的工程措施,確保核電結(jié)構(gòu)的抗震安全。
　　核電工程結(jié)構(gòu)都是體量巨大的建筑物或構(gòu)筑物,要想精確分析在地震作用下這些結(jié)構(gòu)的動態(tài)反應(yīng)

2、,需要對結(jié)構(gòu)進行精細的有限元計算。運用通用商業(yè)軟件進行分析時,存在著計算效率低、需二次開發(fā)(邊界條件、接觸條件等)等不足之處。為了縮短核電工程結(jié)構(gòu)地震動態(tài)反應(yīng)分析的時間,提高分析效率,充分利用我國并行計算硬件(并行計算機)領(lǐng)先的優(yōu)勢,本文開發(fā)了基于MPI的包含接觸問題和粘彈性邊界條件的核電工程結(jié)構(gòu)地震動態(tài)反應(yīng)有限元并行計算程序,主要進行了以下研究工作:
　　1.總結(jié)了地基—結(jié)構(gòu)相互作用時,邊界條件的處理方法,并且對各種方法進行了分

3、析,指出人工粘彈性邊界條件應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的優(yōu)越性。
　　2.提出了包含動接觸條件和粘彈性邊界條件的彈性力學(xué)問題積分弱解形式,統(tǒng)一了其數(shù)學(xué)表達式,揭示了動接觸條件和粘彈性邊界條件的數(shù)學(xué)實質(zhì)。同時,研究了動接觸條件和粘彈性邊界的程序?qū)崿F(xiàn)方法,采用點對點的接觸模型實現(xiàn)了對動態(tài)接觸問題的模擬。
　　3.基于MPI(消息傳遞接口)環(huán)境,開發(fā)了包含接觸問題和粘彈性邊界條件的核電工程結(jié)構(gòu)地震動態(tài)反應(yīng)有限元并行計算程序。利用MP

4、I提供的6類基本庫函數(shù),基于區(qū)域分解理論采用 FORTRAN語言編制了并行分析源代碼程序,并經(jīng)解析算例考核,驗證了其正確性。該程序包含土壓力、冰荷載、靜水壓力、動水壓力、滲流壓力、接觸問題地震荷載等核電工程計算中需要的比較全面的荷載條件。
　　4.利用開發(fā)的動態(tài)反應(yīng)有限元并行計算程序分析了某核電站取水結(jié)構(gòu)在地震作用下的結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力反應(yīng),并對其計算時間和應(yīng)力結(jié)果與商業(yè)有限元軟件ANSYS計算的結(jié)果進行了對比分析,證明了并行計算的可