核電反應(yīng)堆廠房的損傷破壞數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國(guó)的核電能源發(fā)展近年來(lái)逐步邁入黃金時(shí)期，保證核電廠結(jié)構(gòu)安全性是發(fā)展核電的首要前提。地震、事故內(nèi)壓與外部沖擊是核電站工程超基準(zhǔn)事件安全設(shè)計(jì)的重要考慮因素。合理、高效的數(shù)值分析模型與理論研究，具有重要的工程實(shí)踐意義，主要涉及到靜動(dòng)力分析、非線(xiàn)性分析、以及局部破壞演算等。
　　在國(guó)內(nèi)外核電工程結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析方面，大型通用的有限元分析軟件ANSYS，以其強(qiáng)大的前后處理功能，以及豐富的分析模型與清晰的功能劃分，為美國(guó)核管會(huì)所認(rèn)可，日益在核

2、電力學(xué)分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但工程應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，ANSYS的非線(xiàn)性力學(xué)分析，尤其是動(dòng)力過(guò)程模擬，往往存在收斂困難的問(wèn)題，不利于直接用于結(jié)構(gòu)的損傷破壞過(guò)程研究，也因此影響該軟件在結(jié)構(gòu)極限承載能力評(píng)價(jià)方面的適用性。
　　基于以上問(wèn)題，本文圍繞核電站反應(yīng)堆廠房結(jié)構(gòu)在內(nèi)壓和外部沖擊載荷條件下的損傷破壞過(guò)程的數(shù)值模擬，主要開(kāi)展了以下工作:
　　(1)在通用有限元軟件ANSYS平臺(tái)上，利用UPFs二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，將混凝土看作非均勻的準(zhǔn)脆性

3、材料，且具有拉壓強(qiáng)度不等性，從而基于等效損傷單元理論，在單元層次上開(kāi)發(fā)出三維等效損傷單元類(lèi)型USER300，進(jìn)行與拉壓破壞相對(duì)應(yīng)的損傷演化模擬。通過(guò)實(shí)例分析驗(yàn)證了該用戶(hù)單元的可靠性，驗(yàn)證了該單元與標(biāo)準(zhǔn)ANSYS單元庫(kù)內(nèi)單元類(lèi)型之間的兼容性。
　　(2)基于增量形式的動(dòng)力非線(xiàn)性迭代算法，以UPFs二次開(kāi)發(fā)技術(shù)為手段，在ANSYS平臺(tái)開(kāi)發(fā)可以考慮復(fù)合破壞的等效損傷破壞數(shù)值模型，并且結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)的細(xì)觀損傷演化機(jī)理，完善該模型在模擬結(jié)構(gòu)

4、損傷破壞過(guò)程方面的功能，拓展ANSYS的非線(xiàn)性分析能力與工程適用面。最后，以三維結(jié)構(gòu)損傷破壞靜動(dòng)力分析為例，驗(yàn)證了這一途徑的數(shù)值可靠性與收斂性。
　　(3)以某百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站反應(yīng)堆廠房的安全殼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，以本論文模型為工具，進(jìn)行了不同等級(jí)內(nèi)壓以及外部事件動(dòng)力載荷作用下的靜動(dòng)力分析，驗(yàn)證了工程應(yīng)用的適用性，豐富了核電結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的技術(shù)手段，同時(shí)說(shuō)明該百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站在防飛機(jī)撞擊外部沖擊載荷作用的承載能力是滿(mǎn)足要求的。