[发明专利]AP1000核电屏蔽厂房在冲击荷载下的损伤预测方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于AP1000屏蔽厂房的爆炸响应预测分析技术领域，涉及AP1000型核电屏蔽厂房结构在接触爆炸荷载下，损伤体积与形状的预测方法。

背景技术

近年来，许多国家接连发生了恐怖袭击爆炸事件，AP1000核电站的屏蔽厂房作为第一层外部防线，需要保证其在运行期间的安全性与完整性，避免由于结构损伤导致的核泄露。

因此，有必要对屏蔽厂房在冲击荷载作用下的损伤体积和损伤形状进行研究。

发明内容

本发明提供了核电屏蔽厂房结构在接触爆炸冲击荷载作用下损伤体积和损伤形状的预测方法，建立了损伤体积与侧向刚度、炸药量、混凝土强度之间的关系；建立了损伤形状与抗拉刚度之间的关系。

本发明的技术方案：

AP1000核电屏蔽厂房在冲击荷载下的损伤预测方法，步骤如下：

基于AUTODYN显示动力学软件，考虑了钢筋混凝土的应变率效应和孔板所引起的不对称性，建立AP1000屏蔽厂房三维全耦合模型，分析其在不同工况下的损伤体积与损伤形状，拟合出损伤体积与损伤形状的预测公式。

(1)建立AP1000屏蔽厂房三维全耦合模型

采用有限元分析软件ANSYS，建立AP1000核电屏蔽厂房精细化三维有限元模型。在不同高度处设置不同工况，如图5所示。

(2)损伤体积的预测

方法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，所以，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的关系。通过数值分析，得出在炸药量一定情况下，损伤体积与侧向刚度大致呈线性关系，拟合曲线如图1，再分析5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)：

V_d-pre＝2.57·W^1/3+9.37×10^-10·D·W^1/3 (1)

式中，W为炸药量；

D为侧向刚度；

V_d-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C_ration，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)。

式中，C_ration为损伤体积比；