Code_Aster:核燃料厂房的抗震分析

  1. 软件介绍

Salome-Meca是一个具有用户友好图形界面的开源软件,它在Salome数值模拟平台中集成了Code_Aster有限元计算程序,是由法国电力公司研发部开发的计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)软件,可以用来研究线性、非线性问题,作动、静态的热、力耦合结构分析。其中,Code_Aster是一个独立的热、力耦合有限元计算程序,它采用文本的方式处理研究数据,可视化的图形操作功能是通过集成在数值模拟综合平台Salome上实现的。

  2. 案例介绍

核燃料厂房是核电厂中进行新燃料接受、储存、检查、运输和乏燃料搬运、倒换、储存、检查、修理和发运的建筑物。

地震是对核燃料厂房具有极大潜在危害的自然灾害之一。在日本福岛核事故的分析报告中,地震被认为是核燃料厂房损毁的主要原因。对此,核安全局建议针对核燃料厂房给出它的抗震裕度,并要求满足其安全设计标准。

Code_Aster:核燃料厂房的抗震分析的图1

福岛核电站损毁的核燃料厂房

本算例的目的是使用Code_Aster对核燃料厂房进行线性地震分析、静力非线性分析和非线性时域分析,然后给出核燃料厂房的抗震能力的评估。

  3. 模拟过程

使用salome-meca对核燃料厂房进行建模,然后根据核燃料厂房的结构给模型加载。乏燃料水池内的流体以及核燃料厂房的地基都会对厂房结构的地震响应产生影响,为了考虑这些影响,我们使用MISS3D建模来将这些影响转化为等效的阻抗,来模拟环境对厂房地震响应的影响。

核燃料厂房模型

静态非线性分析的思路是通过改变结构的强度和整体韧性来估计目标结构在地震中的行为,从而确定目标点的位移。

Code_Aster:核燃料厂房的抗震分析的图2

竖直梁的位移

非线性时域分析方法直接利用广义应力和广义位移的关系,求解的过程应用的是牛顿法,时域上的积分使用的是Newmark方法。


  4. 模拟结果展示

对于线性地震的研究,我们使用Code_Aster对核燃料厂房中的顶棚钢筋、楼板、梁结构和柱结构进行了计算。Code_Aster能够给出各个结构的应力分布,找到应力集中区域,并与结构典型的失效模式进行比对,给出各个结构的抗震裕度。

Code_Aster:核燃料厂房的抗震分析的图3

顶棚钢筋网络应力分布

使用静态非线性分析得到的结果如下图所示。

Code_Aster:核燃料厂房的抗震分析的图4

核燃料厂房外框架的形变

非线性时域分析使用的是能量耗散密度来刻画核燃料厂房在地震中受到的作用。能量耗散密度越大,该区域受到地震的损伤越大。

Code_Aster:核燃料厂房的抗震分析的图5

核燃料厂房的能量耗散密度分布

通过以上结果我们可知,静态非线性分析法和非线性时域分析法的结果相互吻合,非线性的分析方法很好的弥补了线性分析方法的缺陷。已得的结果不仅可以做抗震裕度分析,还可以用于论证核燃料厂房的密封性。以上两种分析方法在Code_Aster中均有对应的模块可以实现,因此类似的分析还可以迁移到对反应堆厂房、核岛设备等对象上。

来源:开源CAE仿真  

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