核电站用空气闸门抗震强度分析.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()核电站用空气闸门抗震强度分析赵彦霞,樊士玉,张善文(江苏金秋竹集团有限公司,江苏靖江 ;扬州大学 机械工程学院,江苏扬州 )摘要:在介绍了某空气闸门组成的基础上,为评估空气闸门的结构能否满足抗震要求,建立了空气闸门的有限元模型,分析了其在地震载荷作用下的力学强度.通过应力评定,所设计的空气闸门能够承受给定的地震载荷.关键词:核电站;空气闸门;抗震强度中图分类号:T P TM 文献标识码:A教育部高等教育司产学合作协同育人项目()收稿日期:;修订日期:作者简介:赵彦霞(),女,河南开封人,工程师,本科,主要从事特种门窗开发设计.引言空气闸门是核电站中重要的防护设备,在地震过程中,地震载荷对空气闸门会产生影响.核电站使用的空气闸门必须能够承受地震载荷给其带来的应力作用,.本文以某空气闸门为研究对象,对其进行抗震分析,并评估其是否满足抗震要求.结构介绍某空气闸门结构主要包括铰链、门扇、启闭机构、门框和锁紧机构等,见图.门扇一侧通过铰链安装在门框上,另一侧通过锁紧机构与门框和地面相连,启闭机构用于门扇的开启和关闭.门扇高度为 m,宽度为 m,厚度为 mm,门扇质量为 k g.门体内部结构为C形槽钢骨架和双面防火层.门面外侧为 mm厚薄钢板,钢板材料为Q B,防火层厚度为 mm,材 料为膨胀珍珠岩.有限元模型本文采用谱分析法对空气闸门进行抗震强度分析.由于两个门扇左右对称,采用有限元分析软件AN S Y S建立单个门扇的有限元模型,见图.门扇钢板和防火层采用壳单元S h e l l 模拟,内部C形槽钢采用梁单元B e a m 模拟.由于锁紧机构、启闭机构、门把手、铰链、门框等部件相对门扇质量小,不考虑其影响.铰链和锁紧处节点约束所有自由度.模态分析模态分析是谱分析的基础,为其提供不同频率下的振型.模态提取方法采用B l o c kl a n c z o s法.采用有限元分析软件AN S Y S对模型进行模态计算.通过计算,得到空气闸门的前 阶固有频率,见表.空气闸门前阶振型见图.由图可以看出:前阶振型均以弯曲振动为主,第阶振型以门扇无约束侧中部弯曲振动为主,第阶振型以门扇无约束侧上下部分弯曲振动为主,第阶振型以门扇上下部分与无约束侧中部弯曲振动为主.铰链;门扇;启闭机构;门框;锁紧机构图空气闸门总体结构谱分析取前 阶固有频率进行谱分析.对模型约束处分别施加X、Y、Z三个方向上阻尼比为的加速度响应谱,见表.表中,fx、fy、fz分别为所在楼层X、Y、Z方向的振动频率,H z;ax、ay、az分别为模型所在坐标系下X、Y、Z三个方向的加速度,m/s.采用有限元分析软件AN S Y S对模型进行谱分析,计算得到的空气闸门在此反应谱下的应力分布如图所示.由图可 知:地 震 载 荷 下 空 气 闸 门 的 最 大 应 力 为 MP a,出现在门扇上部锁紧处.提取空气闸门的最大薄膜应力Pm和最大薄膜应力与最大弯曲应力之和PmPb,见表.表中,Sm为许用应力,其大小为 MP a;Sm和Sm分别表示倍和倍的许用应力.应力结果表明:空气闸门能够承受给定的地震载荷,满足设计要求.图空气闸门有限元模型表空气闸门前 阶固有频率阶数频率(H z)阶数频率(H z)图空气闸门的前阶振型结论根据空气闸门的结构特点,建立其有限元模型.通过谱分析法对空气闸门进行抗震强度分析和应力评估,分析结果表明:空气闸门整体结构能够满足抗震设计要求;空气闸门以前后弯曲振动为主,门扇上部锁紧处应力最大,整体应力水平偏低.本文研究结果可为空气闸门的抗震设计提供参考.表加速度响应谱fx(H z)ax(m/s)fz(H z)az(m/s)fy(H z)ay(m/s)图地震载荷下空气闸门应力分布表地震载荷下空气闸门应力结果Pm(MP a)Sm(MP a)PmPb(MP a)Sm(MP a)参考文献:周长宝核电站阀门抗震分析与计算J机械工程师,():,C h e nD a N u c l e a re n e r g ya n dn u c l e a rs a f e t ya n a l y s i sa n dr e f l e c t i o na b o u t f u k u s h i m an u c l e a ra c c i d e n tJ J o u r n a l o fN a n j i n gU n i v e r s i t yo fA e r o n a u t i c s&A s t r o n a u t i c s,():Z h a n gS h a n w e n,T a n gL i n l i n,H eQ i a n g,e ta l D e s i g na n ds e i s m i ca n a l y s i so f t h e l a r g eb i o l o g i c a l s h i e l d i n gd o o ri nn u c l e a rf u s i o nr e a c t o rJ J o u r n a lo fF u s i o nE n e r g y,:S e i s m i cS t r e n g t hA n a l y s i so fA i rG a t e f o rN u c l e a rP o w e rS t a t i o nZ H A OY a n x i a,F A NS h i y u,Z H A N GS h a n w e n(J i n q i u z h uG r o u p,J i n g j i a n g ,C h i n a;S c h o o l o fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,Y a n g z h o uU n i v e r s i t y,Y a n g z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t oe v a l u a t ew h e t h e r t h e s t r u c t u r eo f a na i rg a t e c a nm e e t t h es e i s m i c r e q u i r e m e n t s,t h ec o m p o s i t i o no f t h ea i rg a t ei s i n t r o d u c e d,t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lo ft h ea i rg a t ei se s t a b l i s h e d,a n di t sm e c h a n i c a ls t r e n g t hu n d e rs e i s m i cl o a di sa n a l y z e d T h r o u g hs t r e s sa s s e s s m e n t,t h ea i rg a t ed e s i g n e dc a nw i t h s t a n dt h eg i v e ns e i s m i c l o a d K e y w o r d s:n u c l e a rp o w e rp l a n t;a i rg a t e;s e i s m i cs t r e n g t h机 械 工 程 与 自 动 化 年第期