核電站高能管道甩擊防護中的能量及力學分析

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(中國核電工程有限公司 河北分公司，石家莊 050000)

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核電站內高能管道斷裂后破壞性極大，介質的噴射反力會使管道產生高速甩動，嚴重威脅到周圍物項正常運行，甚至造成核泄漏。為防止管道破裂帶來的不利影響，需要設置防甩擊支架對管道進行防護。但在管道破裂后，介質的噴射反力會使管道繞一個局部區域作高速甩動直至與防甩擊支架接觸，該過程是涉及幾何、材料、接觸非線性存在下的瞬態動力學問題[1-2]。目前，管道甩擊計算方法主要有能量分析法[3]和動力分析法，現工程中多采用動力分析程序對管道甩擊過程及支架受力進行計算。劉軍良等[4]對管道雙端斷裂事故工況下的噴射力進行計算，計算結果小于ANSI 58.2簡化算法。王春霖等[5]使用LS-DYNA程序建立管道與U型限制件模型，分析了U型限制件的應力應變情況并對甩擊力進行計算。孫嘉麟[6]基于ABAQUS/Explicit程序對管道-限制件模型進行數值模擬，考察了管道環向及縱向破口條件下管道的甩擊過程。丁凱等[7]通過理論推導和有限元動力分析法對管道的甩擊動能進行對比計算。Kurihara等[8-9]通過試驗對4 in(101.6 mm)管道在LOCA工況下的甩擊過程進行研究，考察了管道懸臂長度、管道與支架間隙對甩擊過程的影響，并使用ADINA程序對甩擊過程進行模擬計算,模擬結果顯示碰撞時間和最大甩擊力與試驗吻合較好，對管道應變及變形的預測并不理想。徐國飛等[10]通過LS-DYNA程序對H形防甩擊支架吸能過程進行模擬分析，并采用靜態加載方式對支架進行擠壓試驗，研究表明支架吸能過程的仿真結果與試驗相吻合。……