质量-弹簧模型在储液容器抗震分析中的应用

核电厂有很多储液容器,对这些储液容器进行抗震分析时,液体的晃动可明显改变容器的质心和转动惯量等一些力学参数,因此,液体晃动对设备造成的载荷是不可忽略的。质量-弹簧模型是Housner理论和ASCE-4-98规范中对储液容器在地震作用下承受的液动压力给出的简化计算模型。本工作依据Housner理论和ASCE-4-98规范,对储液容器和容器内液体建立了三维质量 弹簧有限元模型,并据此计算了核电厂的储液容器在承受水平地震载荷时液体的作用力。将计算得到的液体频率结果及对流液体对容器的作用结果与应用公式计算的结果进行比较表明,三维有限元模型的计算结果是合理、可靠的。与ASCE-4-98规范相比,将质量 弹簧模型应用到三维有限元模型中,可直接从地震输入的模型中得到板壳元或三维实体有限元上位移和应力分布结果,这样更为直观方便。     

采用组合质量-弹簧模型的快堆卧式贮钠罐晃动分析

在核电工程中广泛使用各类形式的储液容器,储液容器的抗震分析必须考虑液体晃动的影响。针对矩形储液容器,不同于传统的单向质量-弹簧模型将液体晃动对容器侧壁、底部的作用都等效为对侧壁的作用,本文提出一种组合质量-弹簧模型及计算公式,模拟了液体晃动分别对容器的侧壁、底部的作用。组合质量-弹簧模型在三维有限元模型上的加载位置更加合理,容器底部的应力结果更加真实。利用组合质量-弹簧模型对中国实验快堆的卧式贮钠罐进行横向晃动有限元计算,算例表明了计算结果的可靠性。组合质量-弹簧模型为储液容器的有限元抗震分析提供了一种有效的方法。     

考虑流-固耦合效应的含液容器动力响应有限元分析方法

以圆柱形含液容器振动为例,比较流-固耦合有限元方法与理论解的计算结果,分析有限元方法的适用性。结果证明,流-固耦合有限元方法能够准确有效地计算含液结构的振动特性与动力响应问题,可以利用有限元模型预测复杂流-固耦合结构的动力特性并对其进行地震时程分析。     

储罐等效力学简化模型的研究

为保证储罐抗震设计的合理性,对基于刚性壁理论和柔性壁理论的Housner和Haroun-Housner两种等效液动效应力学简化模型进行比较。使用ANSYS有限元软件建立2种不同尺寸储罐的液固耦合模型,进行模态分析和地震反应谱分析,将2种简化模型理论计算结果与有限元模型计算结果进行比较。分析结果表明:2种简化模型理论中储液一阶晃动频率与有限元模型数值解相符;Haroun-Housner模型理论中一阶耦联频率的公式解具有比较高的精确度;对于刚性储罐,2种简化模型与液固耦合有限元模型计算结果都比较接近;对于柔性储罐,Haroun-Housner模型与液固耦合有限元模型计算结果比较接近。通过对比发现,对柔性储罐采用Housner模型进行设计是不保守的,应采用基于容器弹性变形假设的Haroun-Housner模型。     

约旦次临界装置抗震分析

对于小型核设施的抗震分析,通过地质勘查得到地震谱的方法是不现实的,但可参考核电站的地面设计响应谱等标准得到。对于充液容器,使用液固耦合方法分析液体晃动相当困难,可采用刚性壁理论,最终通过附加质量法,实现工程计算。对于高支腿容器底板的螺栓连接结构,若常规的点点耦合方法过于保守,可采用面面耦合法进行模拟。     

悬挂式储液罐抗震分析

针对悬挂式储液罐建立了2种有限元抗震分析模型。模型1为基于Housner模型和ASCE 4-98规则的质量-弹簧模型。该模型将液动压力对容器底部的弯矩等效为侧壁的压力,并通过提高侧壁压力的高度实现等效。模型2是对Housner模型的改进,是通过公式计算液动压力对容器底部的弯矩,并将弯矩直接施加在容器底部。对所建立的2种模型进行了模态求解和谱分析,并对结果进行对比。结果表明,模型1并不适用于悬挂式储液罐的抗震分析,它忽视了容器底部的弯矩在容器底部到支耳之间引起的应力,其应力结果不符合实际且不保守,而模型2的结果更可靠。     

用DYTRAN程序计算贮液容器液面晃动

贮液容器的液面晃动问题是反应堆工程中的重要问题之一。MSC－DYTRAN有限元程序能较好地模拟贮液容器的液面晃动问题。本文以反应堆压力容器和研究堆水池为研究对象，利用DYTRAN有限元程序分别对圆柱形和矩形贮液容器的液面晃动进行了分析。结果表明：在频率大于1Hz的激励下，液面晃动幅值较小；在较低频率激振下，液面晃动幅值较大；在短形容积的液面晃动中还存在液体飞溅现象。     

核电厂应急补水箱(ASG)地震响应对比分析

随着计算机性能的提升和数值计算方法的发展,流固耦合相互作用分析方法越来越多的用于工程中大型储液容器的抗震分析工作。但在实际应用中发现,流固耦合方法和集中质量-弹簧模型方法进行抗震分析得到的流体晃动振型、振型有效质量和容器壁面应力分布等数据存在明显差异。本文,针对核电厂储液容器的地震响应问题,详细比较了两种方法计算结果的差异,分析了流体晃动振型、振型有效质量和容器壁面应力分布存在差异的原因。     

储液容器跌落事故的有限元分析

考虑了流固耦合效应在储液容器跌落分析中的作用,采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法模拟液体在储液容器跌落过程中的惯性效应以及液体对容器所产生的侧向液动压力,综合考虑了流固耦合效应对储液容器跌落过程中容器本身的变形和动态响应的影响。结果表明,该方法可以较为准确地评价容器的安全性和结构设计的合理性,也为同类结构的设计评价提供参考。     

失水事故引起反应堆堆内结构动响应分析的声学有限元方法

失水事故引起的反应堆堆内结构动响应是反应堆结构动力学的重要问题。现有的分析计算方法主要是基于计算流体动力学(Computation Fluid Dynamics,CFD)的单向/双向流固耦合分析方法,数值预测精度较高但计算成本过高。本文基于以流体和固体位移和流体压力为基本未知量的势流体声学有限元理论,采用商用有限元软件ADINA和流固界面共节点网格技术,对德国HDR(Heiss Dampf Reaktor)实验堆V32破口失水事故进行了数值模拟。声学有限元-结构耦合计算结果与文献中的实验测试结果和基于CFD的双向流固耦合结果吻合良好,但比CFD方法更易于实现且具有较高的计算效率。研究结果为反应堆失水事故下堆内结构动响应提供了一种简单而高效的分析方法。