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
Каждые несколько лет на рынке компьютерной техники и оборудования для инженерных расчетов МКЭ появляется новая технология, широко обсуждаемая специалистами, и инженеры-расчетчики задаются вопросом, насколько эта технология может помочь им ускорить время решения задач.
АО «ЦИФРА» примет участие в работе научно-практической конференции с международным участием «АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ: ОТ 3D-ПЛАНИРОВАНИЯ ДО БИОПЕЧАТИ», которая пройдет 11 сентября 2020 г. в Санкт-Петербурге.
Связанные публикации в блоге
В предыдущей статье блога мы рассказывали о том, какую роль играет компьютерное моделирование физических процессов проектирования и оптимизации горнодобывающего оборудования. В продолжение этой темы рассмотрим данный вопрос в более широком аспекте – поговорим о роли компьютерного моделирования применительно ко всей отрасли добычи природных ресурсов. В данной статье мы уделим внимание нефтегазовой промышленности и применимости компьютерного инжиниринга именно в этой отрасли.
Сектор добычи полезных ископаемых полностью зависит от внедрения новых технологий и тесно взаимосвязан с сектором энергетики и переработки. С развитием технологий открывается большое разнообразие альтернативных источников энергии (ветряные фермы, солнечные электростанции, гидроэлектроэнергия, геотермическая энергия или биотопливо), но минеральные и ископаемые ресурсы все еще являются основным топливом для мировой экономики, напрямую зависящей от источников постоянной энергии.
Связанные вебинары
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.
На данном вебинаре вы узнаете о возможностях применения инструментов численного моделирования Ansys для расчета прочности изделий, изготовленных с применением аддитивных технологий.

Закажите расчет

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