本發(fā)明涉及快堆堆芯結(jié)構(gòu)抗震評估。尤其涉及一種快堆全堆芯組件抗震分析方法、系統(tǒng)及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、典型的快堆堆芯是由數(shù)百個堆芯組件組成的，堆芯組件呈六邊形排列，獨立地插入到堆芯支撐結(jié)構(gòu)中。同時，相鄰組件之間的間隙非常小，僅有幾毫米，因此，地震中相鄰組件不可避免地會發(fā)生相互碰撞。此外，由于所有堆芯組件都插入連接在支座中，并且組件周圍被流體包圍，因此，堆芯組件會作為一個整體振動，流固耦合問題顯著，使內(nèi)部碰撞更加復雜。當?shù)卣饛姸茸兏邥r，組件過大的變形和沖擊力可能會影響控制棒的插入性和拔出，導致核心組件的強度失效，甚至造成核泄漏危險，影響反應堆的安全性和可靠性。因此，在快堆堆芯設(shè)計中，發(fā)展堆芯抗震分析和評估方法是必要的。

2、為了評價大規(guī)?？於讯研窘M件的振動特性，目前主要的評價方法包括：抗震試驗和有限元抗震分析方法。盡管抗震試驗更加可信，但是，由于試驗成本較高，因此很少進行完整的全尺寸堆芯抗震試驗。為了解決該問題，通常采用等效替代方案，比如，單根組件試驗、單排組件試驗、六邊形列陣組件試驗和縮比試驗等。相較于傳統(tǒng)抗震試驗，有限元抗震分析方法更加經(jīng)濟高效，目前通用方法包括數(shù)值模擬(abaqus\anasys等)和自主開發(fā)方法，比如法國的cast3m和日本的revian-3d方法。盡管上述方法已經(jīng)很大程度上推進了反應堆的抗震性能評估，但是仍然存在一些缺陷，主要體現(xiàn)在一下幾個方面：

3、試驗方案：盡管替代試驗方案已經(jīng)盡可能模擬真實的組件振動環(huán)境，但是，試驗設(shè)置和真實環(huán)境之間仍然存在很多差異，比如整個堆芯的邊界條件、流體的影響以及尺度效應等。

4、數(shù)值模擬方案：為了模擬全堆芯組件的抗震響應，傳統(tǒng)有限元軟件通常需要大量的計算時長和內(nèi)存，對計算機硬件和軟件環(huán)境要求較高。

5、抗震分析方法：各國自主開發(fā)的抗震分析方法主要采用直接時間積分法或者相應的改進版本，計算效率相對低下；目前針對上述抗震分析主要集中于變形和位移響應分析，缺乏深入研究。

6、如何充分考慮堆芯內(nèi)組件振動時的實際工況，提高計算效率且降低計算環(huán)境，是亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種快堆全堆芯組件抗震分析方法、系統(tǒng)及介質(zhì)。以解決對計算機硬件和軟件環(huán)境要求較高且計算效率相對低下的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，用于快堆堆芯的堆芯組件在地震加速度時間歷程中的抗震分析計算，其中，所述堆芯組件間設(shè)置有墊塊，所述堆芯組件均通過管腳插入插座中固定，球型支座對所述堆芯組件進行單邊限位，包括：

3、第一步：基于數(shù)值仿真得到用于模擬堆芯組件非線性碰撞的間隙-阻尼-彈簧的連接器，初始化各個所述堆芯組件的運動狀態(tài)和各個所述連接器的接觸狀態(tài)，得到全堆非線性多組件系統(tǒng)，將所述全堆非線性多組件系統(tǒng)等效分解為一系列線性單組件振動系統(tǒng)；

4、第二步：計算選取的特征組件的固有頻率和相應的模態(tài)振型，基于數(shù)值仿真，計算所述特征組件的附加質(zhì)量系數(shù)以模擬流固耦合對組件振動的影響；

5、第三步：基于歐拉-伯努利理論，構(gòu)建所述堆芯組件的等效梁模型，結(jié)合所述連接器和所述附加質(zhì)量系數(shù)，建立互不相關(guān)的單根堆芯組件有限梁單元模型，其中，所述連接器在所述堆芯組件與所述堆芯組件墊塊之間、所述堆芯組件與球狀支座之間、所述管腳與所述插座之間分別設(shè)置；

6、第四步：將所述單根堆芯組件振動系統(tǒng)降維為單自由度系統(tǒng)的求解；

7、第五步：采用中心差分法計算所述單自由度系統(tǒng)的模態(tài)坐標下的振動響應，將所述振動響應轉(zhuǎn)化為物理坐標下的動力學響應；

8、第六步：判斷地震加速度時間歷程是否停止，如果所述地震加速度時間歷程停止，則執(zhí)行撓度分析和接觸分析。

9、優(yōu)選的，所述判斷地震加速度時間歷程是否停止之后，還包括，如果所述地震加速度時間歷程未停止，則依次重復執(zhí)行步驟三至步驟五。

10、為實現(xiàn)上述目的，第二方面，用于快堆堆芯的堆芯組件在地震加速度時間歷程中的抗震分析計算，其中，所述堆芯組件間設(shè)置有墊塊，所述堆芯組件均通過管腳插入插座中固定，球型支座對所述堆芯組件進行單邊限位，包括：

11、單組件振動系統(tǒng)生成模塊，用于基于數(shù)值仿真得到用于模擬堆芯組件非線性碰撞的間隙-阻尼-彈簧的連接器，初始化各個所述堆芯組件的運動狀態(tài)和各個所述連接器的接觸狀態(tài)，得到全堆非線性多組件系統(tǒng)，將所述全堆非線性多組件系統(tǒng)等效分解為一系列線性單組件振動系統(tǒng)；

12、附加質(zhì)量系數(shù)計算模塊，用于計算選取的特征組件的固有頻率和相應的模態(tài)振型，基于數(shù)值仿真，計算所述特征組件的附加質(zhì)量系數(shù)以模擬流固耦合對組件振動的影響；

13、等效梁模型構(gòu)建模塊，用于基于歐拉-伯努利理論，構(gòu)建所述堆芯組件的等效梁模型，結(jié)合所述連接器和所述附加質(zhì)量系數(shù)，建立互不相關(guān)的單根堆芯組件有限梁單元模型，其中，所述連接器在所述堆芯組件與所述堆芯組件墊塊之間、所述堆芯組件與球狀支座之間、管腳與插座之間分別設(shè)置；

14、降維模塊，用于將所述單根堆芯組件振動系統(tǒng)降維為單自由度系統(tǒng)的求解；

15、物理響應模塊，用于采用中心差分法計算所述單自由度系統(tǒng)的模態(tài)坐標下的振動響應，將所述振動響應轉(zhuǎn)化為物理坐標下的動力學響應；

16、時間判斷模塊，用于判斷地震加速度時間歷程是否停止，如果所述地震加速度時間歷程停止，則執(zhí)行撓度分析和接觸分析。

17、為實現(xiàn)上述目的，第三方面，本發(fā)明還涉及一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲介質(zhì)中存儲有指令，所述指令運行時執(zhí)行上述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法。

18、本發(fā)明涉及的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，相比于現(xiàn)有技術(shù)，有以下有益效果：

19、本發(fā)明充分考慮堆芯內(nèi)組件振動時的實際工況：非線性碰撞、流固耦合問題和計算效率問題，提出一種簡化的梁單元模型，采用間隙-阻尼-彈簧的連接器模擬組件-組件以及組件-圍筒之間的非線性碰撞，將流固耦合的影響簡化為組件的附加質(zhì)量，并且改進了傳統(tǒng)的模態(tài)疊加法，使其可以加速間隙非線性條件下的動態(tài)響應求解，工程適用性更強。

20、本發(fā)明將復雜的非線性系統(tǒng)分解為等價的線性系統(tǒng)進行計算，改進傳統(tǒng)的模態(tài)疊加法，快速求解間隙條件下的結(jié)構(gòu)動力學響應，摒棄了傳統(tǒng)大規(guī)模非線性系統(tǒng)的直接時間積分法，極大地提升了方法的計算效率，因而在快堆堆芯組件抗震分析領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應用前景。

技術(shù)特征：

1.一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，其特征在于，用于快堆堆芯的堆芯組件在地震加速度時間歷程中的抗震分析計算，其中，所述堆芯組件間設(shè)置有墊塊，所述堆芯組件均通過管腳插入插座中固定，球型支座對所述堆芯組件進行單邊限位，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，其特征在于，所述判斷地震加速度時間歷程是否停止，之后，還包括，如果所述地震加速度時間歷程未停止，則依次重復執(zhí)行步驟三至步驟五。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，其特征在于，所述初始化各個堆芯組件的運動狀態(tài)和各個所述連接器的接觸狀態(tài)，得到全堆非線性多組件系統(tǒng)，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，其特征在于，所述計算所述特征組件的附加質(zhì)量系數(shù)以模擬流固耦合對組件振動的影響，具體為：結(jié)合有限元軟件abaqus的全尺寸聲固耦合模型，測定梁單元模型的附加質(zhì)量系數(shù)，步驟為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，其特征在于:

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，其特征在于：所述執(zhí)行撓度分析和接觸分析，具體包括：得到不同組件間隙條件下組件頂端最大撓度分布圖和擬合曲線，以及不同組件間隙條件下組件頂端最大碰撞力分布圖和擬合曲線。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，其特征在于：所述采用中心差分法計算所述單自由度系統(tǒng)的模態(tài)坐標下的振動響應，將所述振動響應轉(zhuǎn)化為物理坐標下的動力學響應，包括：

9.一種快堆全堆芯組件抗震分析系統(tǒng)，其特征在于，用于快堆堆芯的堆芯組件在地震加速度時間歷程中的抗震分析計算，其中，所述堆芯組件間設(shè)置有墊塊，所述堆芯組件均通過管腳插入插座中固定，球型支座對所述堆芯組件進行單邊限位，包括：

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于：存儲介質(zhì)中存儲有指令，所述指令運行時執(zhí)行如權(quán)利要求1-8中任一項所述的一種快堆全堆芯組件抗震分析方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及了一種快堆全堆芯組件抗震分析方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，一種快堆全堆芯組件抗震分析方法，包括：將全堆非線性多組件系統(tǒng)等效分解為一系列線性單組件振動系統(tǒng)；基于數(shù)值仿真，計算特征組件的附加質(zhì)量系數(shù)以模擬流固耦合對組件振動的影響；基于歐拉?伯努利理論、連接器和附加質(zhì)量系數(shù)，建立互不相關(guān)的單根堆芯組件有限梁單元模型；將單根堆芯組件振動系統(tǒng)降維為單自由度系統(tǒng)的求解；采用中心差分法計算單自由度系統(tǒng)的模態(tài)坐標下的振動響應，并轉(zhuǎn)化為物理坐標下的動力學響應；如果地震加速度時間歷程停止，則執(zhí)行撓度分析和接觸分析。本發(fā)明快速求解間隙條件下的結(jié)構(gòu)動力學響應，極大地提升了方法的計算效率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉小明,劉寶收,彭青
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院力學研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6