核电楼层谱参数不确定性及敏感性分析

发布时间：2020-05-17 00:43

【摘要】：随着环境问题的日益严峻,核能作为清洁能源越来越受到重视,我国核电的发展也即将迈入黄金时期。保证结构的安全性是发展核电的首要前提,对核电厂进行合理的地震动响应分析,得到可靠的抗震安全性评价结果十分必要。在核电结构的动力分析中有两方面的内容十分关键,一是如何考虑结构地基的相互作用,对于集总质量模型规范给出了便捷的弹簧阻尼器法,但对三维模型的有限元分析则需要施加更为复杂的人工边界,不利于工程应用；二是由于结构地基材料属性的随机性以及模型简化的假定,导致性能参数存在一定的不确定性,需要对结构进行参数不确定性分析,得到具有统计意义的楼层反应谱,分析参数不确定性对楼层反应谱的影响规律。基于以上内容,本文主要从以下几个方面进行了研究： (1)对核电结构进行三维有限元分析时,拟借鉴集总质量弹簧阻尼器模型施加方法,通过力矩等效,实现核电三维土-结构弹簧阻尼器模型的建立,简便易行,便于工程应用。进而通过算例验证该方法的正确性,将三维弹簧阻尼器模型与集总质量模型进行频率和模态质量的对比,两者结果相吻合。 (2)基于蒙特卡洛原理,利用MATLAB和ANSYS软件能够实现核电结构参数不确定性分析,探究核电结构和地基参数不确定性对楼层反应谱的影响,通过算例论证,90%保证率的楼层谱相比确定性分析结果,存在与规范描述一致的“峰降”与“峰拓”变化。但为节省计算时间,一般取小样本循环,计算精度得不到保证。为解决这一问题,利用计算机和软件多处理器工作原理实现MATLAB并行运算；提出并行建模、统一运算的方式实现ANSYS软件并行循环。数值算例表明,经过这两种算法改进,能够实现蒙特卡洛大样本分析,保证楼层反应谱统计结果的计算精度,并极大提高了运算效率；同时两种软件程序的正确性也已经得到论证。 (3)通过核电结构的参数不确定性分析可以有效把握整体随机规律,无法深入探究具体参数的随机理论。本文在整体分析的基础上,探究每种随机参数对楼层反应谱的影响规律,并从解析的角度分析地基剪切模量变化对楼层反应谱的影响,进而深入探索楼层谱对每种性能参数的敏感程度。结果表明,“峰降”和“峰拓”现象的发生均为一种或几种参数共同作用的结果,楼层谱对随机参数的敏感程度则随场地条件和楼层谱频率的不同而发生较大变化,并在峰值频率处出现明显波动。
【图文】：

示意图,场地,计算模型,阻尼器

将地基与结构的相互作用模拟为六组弹灻阻尼器单元，其中包含着三组平动（X、y、Z向）、两组摆动（X、y向）、一组扭转（Z向），示意图见图2.1，，节点1代表核电RX厂房结构的搜板基础，在按板基础上每个方向设置两组弹簧阻尼器，分别表示该方向上的平动和转动。“￡3图2. 1场地计算模型Fig.2.1 The model of the site根据公式确定六组弹簧阻尼器单元的等效系数，即可以模拟地基对于结构的支撑约束作用。按照反应堆厂房基础搜板为圆形求弹簧阻尼器的参数，计算公式如表2.1所示。-7-

原理图,等效离散,阻尼器,弹簧

土弹簧向三维厂房模型搜板基础进行分配，假定按板基础是刚性的。三维计算模型和集总质量模型示意图如图2.2所示，其中三维模型仅给出搜板基础的有限元剖分部分，在筏板有限元模型的每个单元上实现弹簧阻尼器的施加，使得三维离散弹屰阻尼器模型和集总质量模型作用效果一致。总体效果相匹配_ ‘“.誉?栥^ . J(、、‘ 1L 、、、 Z' ‘ 、、- —“图2. 2弹簧阻尼器等效离散原理Fig.2.2 The spring and damper equivalent discrete principle对图2.2中的搜板基础底板的每个单元节点施加弹簧阻尼器。集总质量模型的弹簧刚度主要分为水平方向平动弹灻刚度K^,垂直方向平动弹屰刚度/^"摆动弹簧刚度尤?、K—扭转弹簧刚度由于实体单元仅有三个平动自由度，不仅需要将集总质量模型平动参数进行分配，还需要将三个转动自由度的弹簧阻尼器等效到平动自由度上来，用平动来代替绕坐标轴的转动。对于平动土弹簧-阻尼系数，平动并不引起弯矩作用效应，等效集总质量模型三个平动方向弹簧阻尼器作用效应时，是按照三维实体有限元模型基础底面节点控制面积比例进行分配。集中的总平动弹簧刚度为尺,、K" K:。基础後板节点数为n,第i个节点面积为4
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM623

【参考文献】