失水事故引起反應(yīng)堆堆內(nèi)結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)分析的聲學(xué)有限元方法

趙燮霖 馬英超 葉獻(xiàn)輝 姜乃斌 周進(jìn)雄

1（西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院機(jī)械振動(dòng)與強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安 710049）

2（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都 610200）

大破口失水事故（Large-break Loss-of-coolant Accident，LB-LOCA）是核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須要考慮的一種極限情況。失水事故引起從破口到反應(yīng)堆內(nèi)部泄壓波的傳播，引起吊籃等結(jié)構(gòu)的流固耦合振動(dòng)。導(dǎo)致連接件松動(dòng)、結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力過(guò)大而破壞，因此評(píng)估堆內(nèi)結(jié)構(gòu)由于失水事故引起的動(dòng)響應(yīng)具有重要意義。

在核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域?qū)Υ笃瓶谑鹿室鸬亩褍?nèi)結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)分析始于20世紀(jì)60～70年代，特別是1979年美國(guó)三哩島核電站失水事故引起了人們對(duì)這一問(wèn)題的進(jìn)一步關(guān)注。早期開(kāi)展的研究如Au-Yang等［1-2］認(rèn)為流體的影響僅表現(xiàn)為一種附加水動(dòng)力質(zhì)量，給出了一種純結(jié)構(gòu)力學(xué)的求解方程，由于忽略了流固耦合作用，此種求解方法的精度不高。同時(shí)期也有不少研究機(jī)構(gòu)，用內(nèi)部開(kāi)發(fā)的流體力學(xué)和結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，進(jìn)行單向或雙向流固耦合分析計(jì)算，但由于軟件缺乏通用性，分析結(jié)構(gòu)之間差異較大且高度依賴于研究機(jī)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟件硬件水平的飛速發(fā)展，特別是大型通用CAE（Computer Aided Engineering）計(jì)算機(jī)輔助工程軟件在核工程領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用，研究者開(kāi)展了基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computation Fluid Dynamics，CFD）的單向/雙向流固耦合LOCA事故分析。Hermansky等［3］采用MSC.Dytran有限元軟件對(duì) LOCA 動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬；Nilsson［4］利用ADINA采用三種不同的方法對(duì)HDR V31.1實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)比了計(jì)算成本；……