Сравнение двух основных методов анализа сейсмостойкости оборудования на примере вентиляционного агрегата

20.09.2018 2018 - №03 Aтомные электростанции

А.В. Соболев П.А. Данилов А.С. Зевякин С.В. Курков

https://doi.org/10.26583/npe.2018.3.02

Рассматривается расчетный анализ сейсмостойкости легкого оборудования АЭС на примере вентагрегата двумя наиболее распространенными методами: линейно-спектральным и методом прямого динамического анализа.

Приводятся основные положения, допущения и ограничения линейно-спектрального метода. Даются примеры расчетных случаев, когда данный метод в общепринятой постановке неприменим. В частности, при расчете протяженных пространственных конструкций следует учитывать разность фаз и, возможно, ускорений (перемещений) для удаленных друг от друга граничных условий. Другой пример – резервуары с жидкостью, имеющие неполное заполнение. Здесь могут формироваться волны жидкости, и их учет невозможен в линейно-спектральном методе.

Рассмотрены особенности использования метода динамического анализа – необходимые исходные данные, подходы и методики к синтезу расчетных акселерограмм. Приводится последовательность операций при синтезе расчетных акселерограмм, указаны материалы, в которых описаны математический аппарат для вывода конечных математических соотношений для расчета спектров ответа и расчетные соотношения. Описываются смысл коэффициента демпфирования, его влияние на результаты расчетов и подходы к его определению. Обсуждаются варианты полного отсутствия демпфирования и абсолютного демпфирования.

Для тестовой модели оборудования использован реальный радиальный вентагрегат, применяемый в системах спецвентиляции АЭС. Приводятся результаты расчета для разработанной в программном комплексе «Зенит-95» детальной конечно-элементной модели вентагрегата – распределение расчетных приведенных напряжений, полученных линейно-спектральным методом и методом прямого динамического анализа. Анализ результатов, полученных двумя методами, показал, что линейно-спектральный метод завышает приведенные расчетные напряжения в сравнении с методом динамического анализа, т.е. занижает стойкость оборудования к сейсмическому воздействию. Кроме того, динамический метод показывает дополнительные области вентагрегата, где реализуются значимые приведенные напряжения, в то время как линейно-спектральный метод оставляет эти области без внимания.

Ссылки

1. НП 031-01 Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций. – М.: НТЦ ЯРБ, 2001. – 50 с.
2. Петренко А.В., Назаренко А.А., Филягин Д.В. Анализ прочности и работоспособности системы аварийного расхолаживания реактора АЭС. / Научно- техническая конференция молодых специалистов ОКБ «Гидропресс» 21-22 марта 2012. Электронный ресурс: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/kms2012/documents/kms2012-010.pdf (дата обращения: 23.08.2017).
3. Кангарлу К. Расчет на сейсмические воздействия наземных стальных вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти в условиях Ирана. Дисс. канд. техн. наук. – М.: МГСУ, 2012. – 19 с.
4. Шипицын М.О. Расчет вертикальных резервуаров на действие сейсмической нагрузки с использованием пакета Ansys. / Материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Тюмень, 14-16 ноября 2012. – С. 398-404.
5. Булушев С.В., Джинчвелашвили Г.А., Колесников А.В. Нелинейный статический метод анализа сейсмостойкости зданий и сооружений // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2016. – № 5.– С. 39-47.
6. ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 525 c.
7. Мкртычев О.В., Джинчвелашвили Г.А. Проблемы учета нелинейностей в теории сейсмостойкости. Гипотезы и заблуждения: монография, 2-е изд. – М.: МГСУ, 2014. – 192 с.
8. Воробьева В.К., Зайнулабидова Х.Р., Фрезе М.В. Учет демпфирования в задачах оценки сейсмостойкости зданий и сооружений. // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2016. – Т. 40. – № 1. – С. 108-118.
9. Кутько Е.С. Сорокин Ф.Д. Расчет присоединенной массы и коэффициента демпфирования вибрирующих в жидкости тел методом конечных объемов с приложением к расчету параметров пучка твэлов реактора ВВЭР-440 // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2013. – № 8. – С. 47-53.
10. Edwards C.H., Penney D.E. Elementary Differential Equations with Boundary Value Problems, 6-th Edition. – Pearson Pbl., 2008, – 702 p.
11. U.S. EPR Piping Analysis and Pipe Support Design. – AREVA, 2010, ANP-10264NP, Rev. 1. – 98 p.
12. Петров В.А., Цейтлин Б.В., Скворцова А.Е., Скоморовская Е.Я., Судакова В.Н., Турчина О.А. Расчетная оценка сейсмостойкости основных сооружений Абаканской ТЭЦ // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. – СпБ.: 2002. – Т. 241. – C. 18-27.
13. Миряха В.А. Численное моделирование волновых и деформационных процессов в упругих и упругопластических средах разрывным методом Галеркина. Дисс. канд. физ.-мат. наук. – М.: МФТИ, 2015. – 150 с.
14. Evaluation of Seismic Designs – A Review of Seismic Design Requirements for Nuclear Power Plant Piping, NUREG-1061. Vol. 2. – Washington, 1985. – 184 p.
15. Сахаров А.М. Евдокименко В.В. Сейсмический анализ стеллажей бассейна выдержки. / Сборник трудов XVII Международной научно-технической конференции молодых специалистов по ядерным энергетическим установкам АО. ОКБ «Гидропресс» 25-26 марта 2015. Электронный ресурс: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/kms-2015/documents/kms2015-043.pdf (дата обращения: 23.08.2017).
16. СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах. – М.: Минстрой России, 2014. – 125 с.
17. Ушаков О.Ю. Методика учета пространственного характера сейсмического воздействия при расчете зданий и сооружений. Дисс. канд. техн. наук. – М.: МГСУ, 2015. – 181 с.
18. Evolution of modal combination methods for seismic response spectrum analysis, BNL-NUREG-66410. – Washington, 1999. – 11 p.
19. Бирбраер А.Н. Расчет конструкций на сейсмостойкость. – СПб: Наука, 1998. – 225 с.
20. РБ 006-98 Определение исходных сейсмических колебаний грунта для проектных основ – М.: НТЦ ЯРБ, 2000. – 76 с.
21. Мкртычев О.В., Решетов А.А. Методика определения исходных характеристик наиболее неблагоприятных акселерограмм для линейных систем с конечным числом степеней свободы. // Вестник МГСб – 2015. – № 8. – С. 80-91.
22. Гаскин В.В., Иванов И.А. Сейсмостойкость зданий и транспортных сооружений. Учебное пособие. – Иркутск: ИрГУПС, 2005. – 76 с.
23. Корчинский И.Л., Поляков С.В., Быховский В.А., Дузинкевич С.Ю., Павлык В.С. Основы проектирования зданий в сейсмических районах. – М.: Стройиздат, 1961. – 488 с.
24. Друновцева С.А. Синтез тестовых воздействий для анализа сейсмостойкости объектов атомной энергетики. Дисс. канд. техн. наук. – СПб: СПбГУ, 2013. – 129 с.
25. Kumar Ashok Software for generation of spectrum compatible time history. XIII-th World Conference on Earthquake Engineering. – Vancouver, Canada, August 1-6, 2004.
26. Дурновцева С.А. Метод синтеза сейсмических колебаний, соответствующих заданному семейству спектров ответа. // Вестник Санкт-Петербургского университета. Сер. 10. Прикл. матем. Информ. Проц. упр. – 2013. – № 2. – C. 112-120.
27. Gupta Ajaya K. Response spectrum method in seismic analysis and design of structures. – Boston: Blackwell Scientific Publications, 1990. – 170 p.
28. Xing J.I.N., Qiang M.A. and Shanyou L.I. Comparison of Four Numerical Methods for Calculating Seismic Dynamic Response of SDOF System. XIII-th World Conference on Earthquake Engineering. – Vancouver, Canada, August 1-6, 2004. Электронный ресурс: http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/13_2889.pdf (дата обращения: 23.08.2017).
29. Программа расчета конструкций методом конечных элементов «Зенит-95». Версия 6.612.2. Руководство пользователя. Основные алгоритмы. Библиотеки алгоритмов. Подготовка исходных данных. – СПб.: Научно-техническое предприятие «ДИП», 2015. – 271 c.
30. Gaberson H.A. Dynamic analysis using response spectrum seismic loading. Shock spectrum calculation from acceleration time histories. – California: Civil Engineering Laboratory, 1981. 66 p.

сейсмостойкость линейно-спектральный метод метод динамического анализа приведенные напряжения акселерограмма конечно-элементная модель

Ссылка для цитирования статьи: Соболев А.В., Данилов П.А., Зевякин А.С., Курков С.В. Сравнение двух основных методов анализа сейсмостойкости оборудования на примере вентиляционного агрегата. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 3. – С. 18-29. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.3.02 .