不同缩尺比CAP1400结构动力模型相似性研究

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随着我国经济的发展,煤炭等能源面临着枯竭的问题,并且造成了一系列的环境问题。核能作为清洁型能源,并且具有巨大的储量,可以很好地解决能源危机和环境恶化的问题,具有广阔的应用的前景。CAP1400压水堆核电机组是在消化、吸收、全面掌握我国引进的第三代先进核电AP1000非能动技术的基础上,通过再创新开发出具有我国自主知识产权、功率更大的非能动大型先进压水堆核电机组,是我国第三代核电技术自主创新的标志。作为核电厂,一旦发生泄漏,将会发生极其严重的后果,因此对其进行抗震性能分析是十分必要的。  对于核电厂进行抗震分析,一般通过模型试验和数值模拟的方法进行。对于数值模拟来讲,因为其大量采用了理想化模型,其分析结果一般都要采用模型试验进行验证。然而因为振动台承载能力和经济等原因,一般都是采用缩尺模型进行模型试验,这就需要验证模型试验和足尺模型之间的相似性关系。本文基于振动台试验模型和试验结果,开展了CAP1400核岛结构模型的数值模拟分析,探讨了振动台试验结构模型缩尺效应。本文的主要研究内容和成果如下:  (1)对结构模型的相似性原理进行阐述,介绍了已有的相似原理。根据振动台承载力等因素采用一致相似律作为CAP1400核岛结构模型缩尺的依据,并且建立了缩尺比为1/16、1/40的模型以及模型物理量相似比的关系。  (2)针对CAP1400核岛结构的足尺模型、1/16缩尺模型、1/40缩尺模型,进行数值模拟分析了它们的自振频率,并且根据相似原理将缩尺模型结果反推到足尺模型,将相应的结果与足尺模型结果进行了对比。结果表明,缩尺模型的自振频率低于足尺模型的自振频率,但是误差均在9%以内。  (3)针对CAP1400核岛结构的足尺模型、1/16缩尺模型、1/40缩尺模型,根据相似原理分别以拟合AP1000谱和RG1.60谱的人工地震动时程和作为结构基础的地震动输入,进行了结构模型地震反应的数值模拟计算,提取结构不同节点的地震反应加速度时程及峰值加速度,将两个缩尺模型计算结果反推到足尺模型,并与足尺模型的计算结果进行了对比分析。结果显示,1/16缩尺模型计算结果比1/40缩尺模型的更接近足尺模型结果,但1/16缩尺模型与1/40缩尺模型的计算结果之间的差距并不显著。  (4)基于本研究课题组进行的CAP1400核岛结构的1/16缩尺和1/40缩尺模型振动台试验结果,开展数值模拟比较研究,分析了不同缩尺比模型数值模拟和试验结果的差异。分析显示有限元模型能够较好的模拟试验结果。
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