[发明专利]一种用于核反应堆燃料组件抗震分析建模子结构类型进行拼接的方法

说明书

本发明具体涉及一种用于核反应堆燃料组件抗震分析建模子结构类型进行拼接的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1.总结出组件建模的特点，梳理出其中两类重复的两类基本子结构，分别针对这两类结构发展相应的两类组合单元类型；步骤2.将两类组合单元类型分为:用于模拟可以发生横向振动组件各根组件模型和用于模拟计算组件外侧的围板；步骤3.将步骤2中两类组合单元模型进行组合方式设计；步骤4.按照组件个数任意选择组合单元模型型子结构，并将其进行拼接形成整体的全结构；步骤5.采用共节点力传递的方式将步骤4中的各个子结构拼接耦合成一个整体，完成对核反应堆燃料组件抗震分析的建模。

技术领域

本发明属于新型能源电力生产领域，涉及核反应燃料组件抗震设计分析领域，具体涉及一种用于核反应堆燃料组件抗震分析建模子结构类型进行拼接的方法。

背景技术

核能作为清洁、高效和安全的绿色能源，具有储量丰富、能量密集度高、低碳无污染的优点，受到各国的极大重视。实现核电技术的完全自主研发，必定需要有完备的基础理论研究予以支撑。针对核电结构中的基础理论问题尤其是基础的力学问题进行研究，并以此储备核电设计技术，对新一代反应堆的自主设计和发展至关重要。

燃料组件是反应堆内的重要部件。压水堆燃料组件的设计准则要求：在极限的事故工况下，如地震及冷却剂丧失工况，燃料组件应保持结构完整，确保堆芯可冷却；燃料组件的横向变形应不影响控制棒组件的插入和反应堆的安全停堆。因此燃料组件在正常运行和事故工况下的结构动力学特性将影响燃料组件的结构完整性，并直接影响反应堆运行的安全性和可靠性。反应堆燃料组件事故工况下的安全性已被各国列为重点安全审查项目，各核能设计机构都需要具备有相应自主开发的计算软件。针对燃料组件事故工况安全评估主要包括计算分析及实验验证两个方面，两者相辅相成互为支撑。横向计算分析在整个设计阶段起着重要作用，可以为燃料组件模型的设计、修改提供所需要的计算数据支持。现阶段针对燃料组件的计算分析主要借助于专用软件及商业软件进行，主要的计算模型可以分为：单个燃料组件横向详细模型、横向简化模型、横向碰撞模型及一排多个燃料组件的抗震计算分析模型，以下简称组件抗震模型，如图1所示。抗震模型的计算分析效率则强烈依赖于多个组件的建模方式。

目前组件抗震模型主要是将多个组件依次排列成一排而获得。各个组件之间依靠上下管座、围板边界条件及非线性碰撞力相互耦合。采用有限元方法对全部15个组件进行“全结构”式的离散，如图2所示，通过施加边界条件而获得系统的运动微分方程组。考虑地震等极限工况下的等效外部激励，采用比例阻尼或者模态阻尼的施加系统阻尼，通过直接积分求解该微分方程组获得系统的响应。由于系统中含有碰撞等强非线性环节，需要采用较小的计算时间步进行内外交替迭代求解才能保证结果的收敛性，这显然要以牺牲计算效率为代价。

目前组件抗震模型主要采用繁琐的“全结构”式建模方法，该建模方式存在以下明显的缺陷和不足：

①“全结构”的建模方式未考虑燃料组件结构的自相似特征，建模过程复杂，建模成本高；

②“全结构”的建模方式会导致高维强非线性的求解效率和计算精度低的问题；

③“全结构”的建模方式需要一次性建立全部结构的模型，不适合复杂工况的计算，复杂工况下的计算效率普遍偏低。

发明内容

针对上述现有技术中忽略组件结构存在的“自相似”特征而普遍采用“全结构”式的建模方式而导致建模过程繁复、建模效率低、适用性差、计算效率和计算精度差的问题，本发明充分利用了组件结构的局部特征，发展“子结构”式的建模策略，提出了核反应堆燃料组件抗震分析的建模新方法。

本发明提出的一种用于核反应堆燃料组件抗震分析建模子结构类型进行拼接的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1.总结出组件建模的特点，梳理出其中两类重复的两类基本子结构，分别针对这两类结构发展相应的两类组合单元类型；