Проекты

Расчёт предельной несущей способности контайнмента АЭС

В работе определена предельная несущая способность преднапряжённой оболочки реактора атомной электростанции.

Цель настоящей работы – определение предельной несущей способности внутренней преднапряженной защитной оболочки (контайнмента) здания реактора атомной электростанции (АЭС) под действием аварийных нагрузок выше проектных с учетом нелинейной работы конструкции. Расчет проведен для действия внутренних нагрузок – сочетания нагрузок при аварии с потерей теплоносителя.

Защитная оболочка является элементом здания реактора, представляющего собой сооружение цилиндрической формы со сферическим куполом. Назначение рассматриваемой внутренней оболочки – не допустить выброс радиоактивных материалов во внешнюю среду в случае максимальной проектной аварии, ограничить выбросы в случае запроектных аварий.

Авария контайнмент

Система преднапряжения защитной оболочки (СПЗО) предназначена для обжатия внутренней оболочки здания реактора с целью компенсации растягивающих усилий, возникающих при действии внутреннего избыточного давления в случае аварии. Таким образом, обеспечивается прочность и трещиностойкость железобетонных сечений оболочки при малых процентах армирования железобетона.

Наиболее неблагоприятное сочетание воздействий в особом режиме, включающем проектную аварию, определяется сопоставлением вариантов воздействия температуры и избыточного давления в течение аварии и послеаварийный период. На сегодняшний день наилучшим подходом для надежного определения поведения контайнмента под действием таких нагрузок является нелинейный расчёт методом конечных элементов с помощью современных программных комплексов. Существует ограниченный класс программного обеспечения, который имеет функции, необходимые для моделирования контайнмента, в том числе:

  • построение кусочно-линейной кривой “напряжение-деформация” для каждого типа стали;
  • моделирование неупругого поведения бетона с разупрочнением.

Конечно-элементная модель контайнмента

КЭ модель контайнмента АЭС

Для проведения расчёта в работе создана конечно-элементная (КЭ) модель в программной системе ANSYS. КЭ модель, используемая для расчетов предельной несущей способности контайнмента, имеет следующие характеристики:

  • изотропные элементы оболочки (shell elements), моделирующие железобетонное сечение являются многослойными, выделены слои для бетона, арматуры и облицовки;
  • учтены нелинейные свойства всех материалов.

Для моделирования преднапряженных пучков использованы основанные на теории балок Тимошенко элементы (beam188) – двухузловые элементы с 6 степенями свободы в каждом узле.

Моделирование бетона, армирования и облицовки проведено с использованием многослойных элементов (shell181) – четырёхузловых оболочечных элементов с 6 степенями свободы в каждом узле. Слои расположены в следующем порядке от внутренней поверхности: облицовка, бетон, арматура, бетон, арматура, бетон.

В модели использован нелинейный материал бетона с критерием прочности Друкера-Прагера, позволяющий учесть отличие пределов прочности бетона при одноосном растяжении и сжатии. Данная модель материала (Drucker-Prager Concrete) однозначно определяется, исходя из диаграммы напряжение-деформация для бетона, а также обеспечивает лучшую сходимость по сравнению с моделями Extended Drucker-Prager, Willam-Warnke и Microplane.

Моделирование пластического поведения материала бетона проведено с помощью модели линейного разупрочнения, обеспечивающей лучшую сходимость по сравнению с моделями экспоненциального и кусочно-линейного разупрочнения бетона. Параметры модели соответствуют экспериментальным диаграммам “относительные напряжения – пластические деформации”.

Drucker Prager

Для арматуры, облицовки и канатов преднапряжения использованы нелинейные модели материала стали – модели упругого-пластического поведения с билинейным изотропным упрочнением (bilinear isotropic hardening). Параметры данной модели однозначно определяются из экспериментальных диаграмм напряжение-деформация для сталей. Модель обеспечивает лучшую сходимость по сравнению с многолинейной моделью.

В расчете учтены следующие нагрузки:

  • преднапряжение пучков путём задания фиктивной температуры;
  • внутреннее избыточное давление;
  • аварийная температурная нагрузка в элементах оболочки и канатов преднапряжения.

Результаты расчета

В результате расчёта получены значения предельных нагрузок внутренней преднапряженной защитной оболочки здания реактора АЭС под действием аварийных нагрузок выше проектных с учетом нелинейной работы конструкции.

расчет контайнмента new

Проведена верификация приближенной аналитической оценкой моментов потери герметичности и несущей способности различными элементами контайнмента.

На основании результатов расчёта сделан вывод о том, что потеря герметичности и несущей способности оболочки с учётом преднапряжения пучков, внутреннего избыточного давления и аварийных температурных нагрузок наступает при давлениях, значительно превышающих проектное избыточное давление. 

Связанные новости
АО «ЦИФРА» и Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого заключили договор об организации стажировок для студентов по направлению «Механика и математическое моделирование». 16 апреля ведущий специалист АО «ЦИФРА» Мария Чуковенкова выступила в Высшей школе теоретической механики с презентацией о возможностях стажировки в компании. Студенты Политеха старших курсов смогут пройти летнюю практику в компании «ЦИФРА», применить знания для участия в реальных проектах под руководством опытных экспертов компании.
Сотрудники АО «ЦИФРА» приняли участие в заседании секции № 3 «Техническая эксплуатация и ремонт флота, охрана труда» научно-технического совета АО «ЦНИИМФ» (Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота). Инженер по динамике и прочности АО «ЦИФРА» Андрей Дмитриев выступил с докладом о предстоящем совместном выполнении НИР по расчетному обоснованию эксплуатации железобетонного судна согласно правилам Российского морского регистра судоходства (РС). Также участники заседания рассмотрели тему проектирования судовых конструкций с использованием технологий топологической оптимизации.
Связанные публикации в блоге
Нефтегазовая отрасль имеет большой простор для применения численного моделирования. Так для нефтяного и газового оборудования, нефтяных платформ, резервуаров для хранения топлива, насосов, гидроэнергетических устройств проводятся расчеты статической и динамической прочности и гидрогазодинамические расчеты. В данной статье рассмотрим наиболее распространенные задачи данного отраслевого сектора – расчеты на прочность и герметичность.
Инженерами АО «ЦИФРА» реализован проект по подбору и замене традиционного материала вентиляторной лопасти на композиционный. Этот вопрос актуален в отрасли проектирования лопаточных машин: турбин, компрессоров, вентиляторов, импеллеров и пропеллеров.
Связанные вебинары
В рамках Договора о научно-техническом сотрудничестве между АО «ЦНИИМФ» и АО «ЦИФРА» на данном вебинаре заведующий отделом конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ» Алексей Петров расскажет об имеющемся опыте и перспективах использования компьютерного моделирования для решения различных задач, связанных с ремонтом или модернизацией судов в эксплуатации.
АО "ЦИФРА" объявляет о проведении серии лекций-вебинаров от ведущих приглашенных экспертов в области численного моделирования. В ходе первого вебинара данной серии будут рассмотрены вопросы прочностного анализа «легких» (lightweight) композитных конструкций при динамическом нагружении с использованием явных решателей (сеточного и бессеточного) ПО LS-DYNA.

Закажите расчет

Команде профессионалов
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.
Успешно отправлено! Наш менеджер свяжется с Вами в ближайшее время!