本發(fā)明涉及堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化分析，具體涉及反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化預(yù)測方法、裝置及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、堆芯吊籃是核電站能量源——堆芯的直接承載結(jié)構(gòu)，是保護堆芯正常平穩(wěn)運行的關(guān)鍵設(shè)備。在壓力容器內(nèi)部，加壓水作為堆芯冷卻劑，會經(jīng)由壓力容器壁面管口進入壓力容器內(nèi)部并流經(jīng)堆芯吊籃外壁面，從堆芯吊籃底部冷卻劑孔流入堆芯吊籃內(nèi)部冷卻堆芯，最后從堆芯吊籃壁面管口流出堆芯吊籃，因此堆芯吊籃在冷卻劑的湍流激勵下會產(chǎn)生振動，并且通過對堆外中子噪聲信號進行統(tǒng)計信號處理可以得到堆芯吊籃的固有振動頻率值。而在反應(yīng)堆運行過程中，堆芯產(chǎn)生的熱和輻射會對各金屬部件材料的微觀組織產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其力學(xué)性能的改變。尤其是對堆芯吊籃進行結(jié)構(gòu)預(yù)緊的零部件，其長期處于壓縮變形狀態(tài)，在堆芯惡劣環(huán)境中極易發(fā)生力學(xué)性能的退化，進一步影響堆芯吊籃的運動特性。

2、現(xiàn)有技術(shù)中堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)分析一般采用多節(jié)點位移約束的方式對壓緊彈簧進行離散建模，通過減少約束節(jié)點數(shù)模擬堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)的退化，以附加質(zhì)量的方式簡化冷卻劑對堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的作用機制，且未考慮燃料組件頂部彈簧對堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的影響。

3、然而現(xiàn)有方法存在以下問題：忽略了壓緊彈簧本身的結(jié)構(gòu)特性及結(jié)構(gòu)之間的摩擦接觸力、對堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)的模擬方式過于簡化、沒有考慮到流體流動對堆芯吊籃帶來的浮力影響、忽略了燃料組件頂部彈簧預(yù)緊力對結(jié)構(gòu)剛度的硬化效應(yīng)，因此當(dāng)前方法沒有對堆芯吊籃邊界約束條件情況進行有效模擬，無法獲得堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)的準確變化規(guī)律。

4、有鑒于此，特提出本技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)分析方法無法預(yù)測獲得堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)的準確變化規(guī)律等問題。本發(fā)明目的在于提供反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化預(yù)測方法、裝置及介質(zhì)，第一，基于靜力學(xué)分析和預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析技術(shù)，建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型以及在預(yù)緊力和冷卻劑等作用下的堆芯吊籃模態(tài)分析模型，基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型得到核電站反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化程度與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)特性之間映射關(guān)系，實現(xiàn)反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化程度的分析與判斷；第二，基于歷史堆芯吊籃振動特性變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型，獲得堆芯吊籃振動特性的趨勢預(yù)測；基于堆芯吊籃振動特性的趨勢預(yù)測，結(jié)合第一步得到的堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化程度與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)特性之間映射關(guān)系，得到堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)的發(fā)展趨勢。本發(fā)明能夠預(yù)測獲得堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)的準確變化規(guī)律，為后續(xù)核電關(guān)鍵設(shè)備健康管理系統(tǒng)的搭建奠定基礎(chǔ)。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化預(yù)測方法，該方法包括：

4、基于靜力學(xué)分析和預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析技術(shù)，對核電站堆芯吊籃建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型以及堆芯吊籃模態(tài)分析模型；堆芯吊籃模態(tài)分析模型是堆芯吊籃結(jié)構(gòu)在預(yù)緊力、支撐、冷卻劑等作用下的三維仿真模型；

5、基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型，得到堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系；

6、根據(jù)歷史堆芯吊籃振動特性變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型；基于堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型，獲得堆芯吊籃振動特性的預(yù)測趨勢；

7、根據(jù)歷史堆芯吊籃振動特性變化數(shù)據(jù)和堆芯吊籃振動特性的預(yù)測趨勢，并結(jié)合堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系，得到堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)的預(yù)測趨勢。

8、進一步地，基于靜力學(xué)分析和預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析技術(shù)，對核電站堆芯吊籃建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型以及堆芯吊籃模態(tài)分析模型，包括：

9、對核電站堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進行靜力學(xué)簡化，并建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型；

10、基于堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型，分析在核電站運行過程中的堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化方式，得到靜力學(xué)分析結(jié)果；靜力學(xué)分析結(jié)果為預(yù)緊退化對堆芯吊籃振動特性的影響；

11、根據(jù)靜力學(xué)分析結(jié)果，利用有限元軟件建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)在預(yù)緊力、支撐、冷卻劑等作用下的堆芯吊籃模態(tài)分析模型。

12、進一步地，利用有限元軟件建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)在預(yù)緊力、支撐、冷卻劑等作用下的堆芯吊籃模態(tài)分析模型，是利用有限元軟件實現(xiàn)以下各建模方式，建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的三維仿真分析模型；

13、各建模方式包括：

14、壓緊彈簧的建模方式：以真實物理尺寸與材料建立堆芯吊籃和壓緊彈簧的模型，驅(qū)動壓緊彈簧產(chǎn)生恒定壓縮形變的上部堆內(nèi)構(gòu)件模型以及為堆芯吊籃下表面提供支撐的壓力容器凸肩均以其真實尺寸進行建模，各部件之間設(shè)置為摩擦接觸(能夠充分考慮摩擦接觸力對堆芯吊籃振動特性的影響)，對上部堆內(nèi)構(gòu)件模型施加向下的固定位移約束以壓縮壓緊彈簧對堆芯吊籃法蘭產(chǎn)生預(yù)緊力；

15、壓緊彈簧剛度退化模擬的建模方式：基于材料力學(xué)及壓緊彈簧結(jié)構(gòu)推導(dǎo)得到壓緊彈簧剛度退化模擬的剛度-楊氏模量替代模型，通過降低壓緊彈簧材料的楊氏模量來模擬壓緊彈簧預(yù)緊狀態(tài)的退化，能夠更充分地模擬壓緊彈簧剛度不同的退化程度；

16、冷卻劑流體的建模方式：根據(jù)壓力容器內(nèi)部的冷卻劑流場分布，建立反應(yīng)堆冷卻劑的三維流場分析模型，包括冷卻劑從管嘴進入壓力容器后的整個流動路徑，通過現(xiàn)有流體動力學(xué)計算軟件計算冷卻劑對堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的作用力，以及通過節(jié)點流固耦合的方式傳遞到堆芯吊籃結(jié)構(gòu)表面，能夠充分考慮冷卻劑流體流動對堆芯吊籃振動特性的影響；

17、燃料組件彈簧的建模方式：以具有相同預(yù)緊力大小的彈簧單元，通過降低彈簧單元剛度來模擬燃料組件頂部彈簧預(yù)緊狀態(tài)的退化，以考慮燃料組件彈簧預(yù)緊力對堆芯吊籃振動特性的影響，更符合堆芯吊籃邊界條件的真實情況。

18、進一步地，基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型，得到堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系，包括：

19、基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型，通過模擬堆芯吊籃不同程度的預(yù)緊退化，得到堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系。

20、進一步地，基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型，通過模擬堆芯吊籃不同程度的預(yù)緊退化，得到堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系，包括：

21、基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型，通過模擬堆芯吊籃不同程度的預(yù)緊退化，進行不同預(yù)緊狀態(tài)下的堆芯吊籃預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析；不同預(yù)緊狀態(tài)包括壓緊彈簧預(yù)緊狀態(tài)和燃料組件頂部彈簧預(yù)緊狀態(tài)；

22、根據(jù)不同預(yù)緊狀態(tài)下的堆芯吊籃預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，建立壓緊彈簧預(yù)緊狀態(tài)、燃料組件頂部彈簧預(yù)緊狀態(tài)與堆芯吊籃固有振頻之間的映射關(guān)系，即堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系；

23、其中：通過模擬堆芯吊籃不同程度的預(yù)緊退化，包括：通過降低壓緊彈簧材料的楊氏模量來模擬壓緊彈簧預(yù)緊狀態(tài)的退化，通過降低燃料組件頂部彈簧單元剛度來模擬燃料組件頂部彈簧預(yù)緊狀態(tài)的退化。

24、進一步地，堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系指的是堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性的一一對應(yīng)關(guān)系。

25、進一步地，該方法還包括：

26、基于對核電站中子噪聲信號分析處理所得到的堆芯吊籃振動特征，映射得到設(shè)備當(dāng)前運行情況下的堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)，即堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)的退化程度。

27、進一步地，根據(jù)歷史堆芯吊籃振動特性變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型，包括：

28、獲取核電站堆芯吊籃在運行過程中的堆芯吊籃固有振動頻率變化數(shù)據(jù)，對堆芯吊籃固有振動頻率變化數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；基于預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，建立堆芯吊籃固有振動頻率變化數(shù)據(jù)集；

29、利用序列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型，基于堆芯吊籃固有振動頻率變化數(shù)據(jù)集對堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型進行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型。

30、第二方面，本發(fā)明又提供了反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化預(yù)測裝置，該裝置包括：

31、分析模型構(gòu)建單元，用于基于靜力學(xué)分析和預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析技術(shù)，對核電站堆芯吊籃建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型以及堆芯吊籃模態(tài)分析模型；堆芯吊籃模態(tài)分析模型是堆芯吊籃結(jié)構(gòu)在預(yù)緊力、支撐、冷卻劑等作用下的三維仿真模型；

32、映射關(guān)系獲得單元，用于基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型，得到堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系；

33、振動特征趨勢預(yù)測單元，用于根據(jù)歷史堆芯吊籃振動特性變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型；基于堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型，獲得堆芯吊籃振動特性的預(yù)測趨勢；

34、預(yù)緊退化狀態(tài)預(yù)測單元，用于根據(jù)歷史堆芯吊籃振動特性變化數(shù)據(jù)和堆芯吊籃振動特性的預(yù)測趨勢，并結(jié)合堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系，得到堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)的預(yù)測趨勢。

35、進一步地，分析模型構(gòu)建單元的執(zhí)行過程為：

36、對核電站堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進行靜力學(xué)簡化，并建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型；

37、基于堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型，分析在核電站運行過程中的堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化方式，得到靜力學(xué)分析結(jié)果；靜力學(xué)分析結(jié)果為預(yù)緊退化對堆芯吊籃振動特性的影響；

38、根據(jù)靜力學(xué)分析結(jié)果，利用有限元軟件建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)在預(yù)緊力、支撐、冷卻劑等作用下的堆芯吊籃模態(tài)分析模型。

39、進一步地，映射關(guān)系獲得單元的執(zhí)行過程為：

40、基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型，通過模擬堆芯吊籃不同程度的預(yù)緊退化，進行不同預(yù)緊狀態(tài)下的堆芯吊籃預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析；不同預(yù)緊狀態(tài)包括壓緊彈簧預(yù)緊狀態(tài)和燃料組件頂部彈簧預(yù)緊狀態(tài)；

41、根據(jù)不同預(yù)緊狀態(tài)下的堆芯吊籃預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，建立壓緊彈簧預(yù)緊狀態(tài)、燃料組件頂部彈簧預(yù)緊狀態(tài)與堆芯吊籃固有振頻之間的映射關(guān)系，即堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化狀態(tài)與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性之間的映射關(guān)系；

42、其中：通過模擬堆芯吊籃不同程度的預(yù)緊退化，包括：通過降低壓緊彈簧材料的楊氏模量來模擬壓緊彈簧預(yù)緊狀態(tài)的退化，通過降低燃料組件頂部彈簧單元剛度來模擬燃料組件頂部彈簧預(yù)緊狀態(tài)的退化。

43、第三方面，本發(fā)明又提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器中并可在處理器上運行的計算機程序，處理器執(zhí)行計算機程序時實現(xiàn)上述的反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化預(yù)測方法。

44、第四方面，本發(fā)明又提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化預(yù)測方法。

45、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

46、1、本發(fā)明反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化預(yù)測方法、裝置及介質(zhì)，第一，基于靜力學(xué)分析和預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析技術(shù)，建立堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)模型以及在預(yù)緊力和冷卻劑等作用下的堆芯吊籃模態(tài)分析模型，基于堆芯吊籃模態(tài)分析模型得到核電站反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化程度與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)特性之間映射關(guān)系，實現(xiàn)反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化程度的分析與判斷；第二，基于歷史堆芯吊籃振動特性變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建堆芯吊籃振動特征趨勢預(yù)測模型，獲得堆芯吊籃振動特性的趨勢預(yù)測；基于堆芯吊籃振動特性的趨勢預(yù)測，結(jié)合第一步得到的堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化程度與堆芯吊籃結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)特性之間映射關(guān)系，得到堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)的發(fā)展趨勢。本發(fā)明能夠預(yù)測獲得堆芯吊籃預(yù)緊退化狀態(tài)的準確變化規(guī)律，為后續(xù)核電關(guān)鍵設(shè)備健康管理系統(tǒng)的搭建奠定基礎(chǔ)。

47、2、本發(fā)明反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化預(yù)測方法、裝置及介質(zhì)，進一步采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)進行預(yù)緊退化狀態(tài)趨勢預(yù)測，以實現(xiàn)反應(yīng)堆堆芯吊籃預(yù)緊狀態(tài)退化的分析判斷與預(yù)測，保證核電堆芯系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運行。