[发明专利]AP1000核电屏蔽厂房在冲击荷载下的损伤预测方法

摘要

本发明提供了一种AP1000核电屏蔽厂房在冲击荷载下的损伤预测方法，属于AP1000屏蔽厂房的爆炸响应预测分析技术领域。通过数值模拟分析，确定了在爆炸荷载作用下，与损伤体积、损伤形状有关的物理量；通过分析不同工况，确定了损伤体积与炸药量、侧向刚度、混凝土强度有关；损伤形状与抗拉刚度有关；并拟合了损伤体积与损伤形状的预测公式，确保AP1000型核电屏蔽厂房在服役期间遭受爆炸冲击荷载的安全性和完整性，为制定屏蔽厂房在爆炸冲击荷载作用下的安全防护措施提供了参考依据。

主权项

一种AP1000核电屏蔽厂房在冲击荷载下的损伤预测方法，其特征在于，步骤如下：(1)建立AP1000屏蔽厂房三维全耦合模型根据实际情况，建立AP1000核电屏蔽厂房精细化三维有限元模型；(2)损伤体积的预测在三维有限元模型的基础上，进行损伤体积的预测，在接触爆炸中，冲击荷载一定条件下，结构的损伤主要与剪切破坏有关，侧向刚度是表征结构剪切变形的物理量，寻找结构的损伤体积与侧向刚度之间的联系，并提出相应的预测公式；为了探讨不同程度的损伤，以结构贯穿破坏，即损伤因子为1时的损伤体积作为评价指标；通过AUTODYN模拟AP1000屏蔽厂房在冲击荷载下的爆炸情况，分析其在不同炸药量下的损伤情况，并确定损伤体积与侧向刚度、炸药量之间的关系；在炸药量一定时，拟合损伤体积与侧向刚度之间呈线性关系，再分析多组不同炸药量下的损伤体积，进而得出了炸药量、侧向刚度与损伤体积之间的关系，如公式(1)：Vd‑pre＝2.57·W1/3+9.37×10‑10·D·W1/3 (1)式中，W为炸药量；D为侧向刚度；Vd‑pre为未考虑混凝土强度的损伤体积；以上分析是在混凝土强度为40MPa下得出的结果，下面分析不同混凝土强度对AP1000屏蔽厂房结构在冲击荷载下产生的损伤体积的影响，计算出不同混凝土强度下的损伤体积V'd‑pre，以混凝土强度为40MPa为基准，根据公式(2)计算出损伤体积比Cration，绘制损伤体积比与混凝土强度之间的曲线，根据曲线拟合出公式(3)：Cration=V′d-preVd-pre---(2)]]>式中，Cration为损伤体积比；V'd‑pre＝96245.78·Vd‑pre·fc‑0.655 (3)式中，fc为混凝土强度；V'd‑pre为考虑混凝土强度后的损伤体积比；将公式(1)代入(3)中，得到如公式(4)所示的关系：V'd‑pre＝247351.7·W1/3fc‑0.655+9.02×10‑5·D·W1/3·fc‑0.655 (4)通过以上过程的描述，建立了炸药量、侧向刚度、混凝土强度与损伤体积之间的关系，可确定在不同混凝土材料、冲击荷载以及侧向刚度下，损伤的体积，为核电屏蔽厂房结构预测损伤体积提供了依据；(3)损伤形状的预测损伤形状由损伤形状的指标来表示，如公式(5)所示，即采用圆周环向、轴向长度的比值来表示，在爆炸荷载下，基于损伤体积的预测，进一步确定了损伤的形状，并建立了损伤形状指标与抗拉刚度之间的关系，公式如下(6)：DI＝A/B (5)DI＝0.833+4.631×10‑13·E·AR (6)式中，A为爆炸荷载下圆周的环向损伤长度；B为爆炸荷载下圆周的轴向损伤长度；DI为损伤形状指标；E·AR为抗拉刚度。