校核核電起重機械抗震特性的仿真計算方法技術

一種校核核電起重機械抗震特性的仿真計算方法，屬于抗震特性仿真分析技術領域。特征在于計算步驟如下：計算確定不同阻尼系數下的反應譜插值：包括選取連接處為反應譜標高、阻尼系數的選定、插值方法的選取；不同地震條件下的譜值修正；材料屬性設置；確定最不利載荷作用下載荷工況組合；邊界條件設置；模型靜力學分析：包括鋼絲繩與小車連接、大車車輪約束、模擬吊重；各分量逐一譜分析；響應分析合成；結果分析。本發明專利技術根據最不利載荷作用提供的仿真計算方法，完善了載荷組合工況、響應分析合成方法等，使得仿真結果更為合理；邊界條件設置及各分量逐一分析地震響應較為符合地震波實際情況，便于對起重機械的抗震特性給出全面客觀的評價。

【技術實現步驟摘要】
校核核電起重機械抗震特性的仿真計算方法
本專利技術屬于抗震特性仿真分析
，具體涉及一種校核核電起重機械抗震特性的仿真計算方法。
技術介紹
起重機械是一種涉及生命安全、危險性較大的機電類特種設備，廣泛應用于港口、礦山、冶金、核電等國民經濟建設與國民生活的各個領域，以其間隙、重復的工作特點，通過起重吊鉤或吊具的升降與運移實現重物空間位移。隨著科學技術的發展，對起重機械工作可靠性、人員安全、結構設計、抗震特性等方面的要求愈來愈高，而其在核電設施中的應用要求更加苛刻。地震是一種破壞性極強的自然現象，據不完全統計，地球上平均每天發生約上萬次地震，每年對人類造成嚴重危害的地震大約有15次左右，特別嚴重災害的地震大約有2次左右。2011年日本福島核泄漏事件引起了各國對核電設施抗震特性的嚴重關注。因此，在地面實驗不具備開展且無具體理論指導設計的條件下，針對核電起重機械抗震特性提出一種可用于工程測評的仿真計算方法是非常有必要的。近年來，涉及起重機械抗震分析研究的公開文獻有：如高素荷題為《核電站70/5t起重機抗震分析研究》、《核電站燃料廠房輔助吊車抗震分析》，采用反應譜法，對起重機空載滿載、OBE及SSE地震、吊重位置等多種工況下的強度剛度、上拋力等進行了仿真分析；汪為慶等題為《EPR反應堆廠房環形起重機抗震計算》，采用時程分析法對起重機抗震計算進行了分析。但是上述文獻不足之處在于：均沒有分析吊鉤滿載上、下極限的工況，載荷工況考慮、響應分析合成方法還有待完善等，這都不能對起重機械的抗震特性給出全面客觀的評價。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種校核核電起重機械抗震特性的仿真計算方法，從而更好地指導金屬結構的設計改進或采取相應的防患措施，以提高設備安全性。本專利技術是這樣實現的：其特征在于包括計算確定不同阻尼系數下的反應譜插值、譜值修正、材料屬性設置、載荷工況組合、邊界條件設置、模型靜力學分析、各分量逐一譜分析、響應分析合成、結果分析；計算步驟如下：A、不同阻尼系數下的反應譜插值計算步驟為：A-1，確定反應譜標高：根據起重機械在核電廠房內的位置布置，認為當發生地震時，設備與廠房的連接處為激發點，由此產生起重機的地震響應，故選取連接處高度為反應譜標高；A-2，參考美國國家標準ANSI/ASMENOG-1-2004《核電廠用橋式和門式起重機制造標準》或中國國家標準GB50267-1997《核電廠抗震設計規范》，選定SL-1即OBE地震震動時，阻尼系數為0.04；SL-2即SSE地震震動時，阻尼系數為0.07；A-3，對于同一高度不同頻率間的譜值插值采用以e為底的對數函數插值，不同高度間的頻率-譜值插值采用線性插值；B、譜值修正步驟為：B-1，水平方向SL-2地震最大地面加速度為0.15g，SL-1地震為0.075g；豎直方向SL-2地震最大地面加速度為0.1g，SL-1地震為0.05g；其中g＝10m/s2；B-2，某標高處頻率為f的設備地震加速度響應M的計算表達式為：B-2-1，水平方向SL-1地震：M＝SL-1譜值×0.75；SL-2地震：M＝SL-2譜值×1.50；B-2-2，豎直方向SL-1地震：M＝SL-1譜值×0.50；SL-2地震：M＝SL-2譜值×1.00；C、材料屬性設置為：材料屬性設置參數有：彈性模量E、泊松比μ、密度ρ、屈服強度σs、抗拉強度σb；D、載荷工況組合步驟為：D-1，載荷組合按對起重機械結構最不利的作用情況進行合理組合。對于小車或葫蘆吊重在跨中、跨端兩位置，選跨中為最危險位置；D-2，工況一：跨中滿載，荷載值為SR1；D-3，工況二：跨中空載，荷載值為SR2；D-4，工況三：跨中水平橫向，荷載值為SR3；D-5，工況四：跨中水平縱向，荷載值為SR4；D-6，工況五：跨中垂直空載，荷載值為SR5；D-7，工況六：跨中垂直滿載，起鉤達到上極限，荷載值為SR6；D-8，工況七：跨中垂直滿載，落鉤達到下極限，荷載值為SR7；E、邊界條件設置為：約束條件：設備與外部連接處為固定端，認為地震條件下，設備可以在許用范圍內變形，故設置為多個連接的連續梁或簡支梁；F、模型靜力學分析步驟如下：F-1，建立梁單元模型，鋼絲繩按照梁單元模擬；F-2，鋼絲繩上端與小車或葫蘆連接部分為鉸接；F-3，大車車輪處添加約束，一端為固定幾何體，另一端為參考幾何體，并做適當平移屬性設置；F-4，在鋼絲繩下端添加起重量載荷，并添加引力，用以模擬吊車重量；F-5，劃分網格進行計算；G、各分量逐一譜分析步驟為：G-1，模態分析之后進行譜分析計算；G-2-1，采用反應譜法，物項的最大反應值取各振型最大反應值的平方和的平方根；G-2-2，當兩個振型的頻率差的絕對值與其中一個較小的頻率之比不大于0.1時，取兩振型最大值的絕對值之和與其他振型的最大反應值按平方之和的平方根(SRSS)進行組合；G-3，選擇某一分量方向設置加速度激發的方向，并設方向乘法因子為1；G-4，輸入阻尼比為0.04的SL-1頻率-加速度或阻尼比為0.07的SL-2頻率-加速度，選定曲線差值法為對數，生成響應譜，劃分網格后進行譜分析計算；G-5，其它分量方向按G-3、G-4步驟分別計算；H、響應合成方法為：H-1，計算結果為譜分析和靜力學分析結果的疊加，最大結構反應為SRmax；H-2-1，H-2-2，H-2-3，其中：SRmax取中的最大值，i＝1～3；I、結果分析步驟為：I-1-1，抗震特性應力準則：σ＜σs(SL-2)；I-1-2，靜力作用下，靜剛度f須滿足S為主梁跨度；I-2，SL-2地震：吊車不上拋，以免脫軌造成掉落；本專利技術優點及積極效果是：①根據最不利載荷組合分析了吊鉤滿載上、下極限的工況，完善了載荷組合工況、響應分析合成方法等，使得仿真結果處理更為合理。②邊界條件設置及各分量逐一分析地震響應較為符合地震波實際情況，便于對起重機械的抗震特性給出全面客觀的評價。因此，本專利技術基于SolidworksSimulation2012專業軟件提出的核電起重機械抗震特性仿真計算方法，可根據仿真結果指導金屬結構的設計改進或采取相應的防患措施，提高了設備安全性。附圖說明圖1為本專利技術抗震特性仿真計算方法的流程圖；圖2為連續梁連接處連接型式示意圖；圖3為模態分析質量參與情況圖；圖4為SL-2跨中滿載-下極限激發Z向軸向和折彎應力圖；圖5為SL-2跨中滿載-下極限激發Z向軸應力圖；圖6為SL-2跨中滿載-下極限激發Z向合位移圖；圖7為SL-2跨中滿載-下極限激發Z向X向位移圖；圖8為SL-2跨中滿載-下極限激發Z向Y向位移圖；圖9為SL-2跨中滿載-下極限激發Z向Z向位移圖；圖10為SL-2跨中滿載-下極限激發Z向Y反作用力圖；圖中標號：1-錨固板，2-焊接，3-槽鋼，4-螺栓連接，5-工字鋼。具體實施方式某核電廠反應堆廠房用起重機械手動單軌起重機，相關參數為：起重量Q＝1000kg；跨度S＝3900mm，起升高度H＝2m；主梁為工字鋼，型號20a；軌道型號：工字鋼，型號200mm×100mm×7mm，長度3900mm；吊鉤上極限位置距主梁底部距離為441mm，葫蘆自重約220kg，連接型式如圖2所示。計算步驟如下：A、不同阻尼系數下的反應譜插值計算步驟為：A-1，根據設備在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種校核核電起重機械抗震特性的仿真計算方法，其特征在于：包括計算確定不同阻尼系數下的反應譜插值、譜值修正、材料屬性設置、載荷工況組合、邊界條件設置、模型靜力學分析、各分量逐一譜分析、響應分析合成、結果分析；計算步驟如下：A、所述不同阻尼系數下的反應譜插值計算步驟為：A?1，確定反應譜標高：根據起重機械在核電廠房內的位置布置，認為當發生地震時，設備與廠房的連接處為激發點，由此產生起重機的地震響應，故選取連接處高度為反應譜標高；A?2，參考美國國家標準ANSI/ASME?NOG?1?2004《核電廠用橋式和門式起重機制造標準》和中國國家標準GB50267?1997《核電廠抗震設計規范》，選定SL?1即OBE地震震動時，阻尼系數為0.04；SL?2即SSE地震震動時，阻尼系數為0.07；A?3，對于同一高度不同頻率間的譜值插值采用以e為底的對數函數插值，不同高度間的頻率?譜值插值采用線性插值；B、譜值修正步驟為：B?1，水平方向SL?2地震最大地面加速度為0.15g，SL?1地震為0.075g；豎直方向SL?2地震最大地面加速度為0.1g，SL?1地震為0.05g；其中g＝10m/s2；B?2，某標高處頻率為f的設備地震加速度響應M的計算表達式為：B?2?1，水平方向SL?1地震：M＝SL?1譜值×0.75；SL?2地震：M＝SL?2譜值×1.50；B?2?2，豎直方向SL?1地震：M＝SL?1譜值×0.50；SL?2地震：M＝SL?2譜值×1.00；C、材料屬性設置為：材料屬性設置參數有：彈性模量E、泊松比μ、密度ρ、屈服強度σs、抗拉強度σb；D、載荷工況組合步驟為：D?1，載荷組合按對起重機械結構最不利的作用情況進行合理組合，對于小車(或葫蘆)吊重在跨中、跨端兩位置，選跨中為最危險位置；D?2，工況一：跨中滿載，荷載值為SR1；D?3，工況二：跨中空載，荷載值為SR2；D?4，工況三：跨中水平橫向，荷載值為SR3；D?5，工況四：跨中水平縱向，荷載值為SR4；D?6，工況五：跨中垂直空載，荷載值為SR5；D?7，工況六：跨中垂直滿載(起鉤)?上極限，荷載值為SR6；D?8，工況七：跨中垂直滿載(落鉤)?下極限，荷載值為SR7；E、邊界條件設置為：約束條件：設備與外部連接處為固定端，認為地震條件下，設備可以在許用范圍內變形，故設置為多個連接的連續梁或簡支梁；F、模型靜力學分析步驟為：F?1，建立梁單元模型，鋼絲繩按照梁單元模擬；F?2，鋼絲繩上端與小車(或葫蘆)連接部分為鉸接；F?3，大車車輪處添加約束，一端為固定幾何體，另一端為參考幾何體，并做適當平移屬性設置；F?4，在鋼絲繩下端添加起重量載荷，并添加引力，用以模擬吊車重量；F?5，劃分網格進行計算；G、各分量逐一譜分析步驟為：G?1，模態分析之后進行譜分析計算；G?2?1，采用反應譜法，物項的最大反應值取各振型最大反應值的平方和的平方根；G?2?2，當兩個振型的頻率差的絕對值與其中一個較小的頻率之比不大于0.1時，取兩振型最大值的絕對值之和與其他振型的最大反應值按平方之和的平方根(SRSS)進行組合；G?3，選擇某一分量方向設置加速度激發的方向，并設方向乘法因子為1；G?4，輸入阻尼比為0.04的SL?1頻率?加速度或阻尼比為0.07的SL?2頻率?加速度，選定曲線差值法為對數，生成響應譜，劃分網格后進行譜分析計算；G?5，其它分量方向按G?3、G?4步驟分別計算；H、響應合成方法為：H?1，計算結果為譜分析和靜力學分析結果的疊加，最大結構反應為SRmax；H-2-1,SRmax1=SR1+SR32+SR42+SR62;]]>H-2-2,SRmax2=SR1+SR32+SR42+SR72;]]>H-2-3,SRmax3=SR2+SR32+SR42+SR52;]]>其中，SRmax取中的最大值，i＝1～3；I、結果分析步驟為：I?1?1，抗震特性應力準則：σ＜σs(SL?2)；I?1?2，靜力作用下，靜剛度f須滿足S為主梁跨度；I?2，SL?2地震：吊車不上拋，以免脫軌造成掉落。...

【技術特征摘要】
1.一種校核核電起重機械抗震特性的仿真計算方法，其特征在于：包括計算確定不同阻尼系數下的反應譜插值、譜值修正、材料屬性設置、載荷工況組合、邊界條件設置、模型靜力學分析、各分量逐一譜分析、響應分析合成、結果分析；計算步驟如下：A、所述不同阻尼系數下的反應譜插值計算步驟為：A-1，確定反應譜標高：根據起重機械在核電廠房內的位置布置，認為當發生地震時，設備與廠房的連接處為激發點，由此產生起重機的地震響應，故選取連接處高度為反應譜標高；A-2，參考美國國家標準ANSI/ASMENOG-1-2004《核電廠用橋式和門式起重機制造標準》和中國國家標準GB50267-1997《核電廠抗震設計規范》，選定SL-1即OBE地震震動時，阻尼系數為0.04；SL-2即SSE地震震動時，阻尼系數為0.07；A-3，對于同一高度不同頻率間的譜值插值采用以e為底的對數函數插值，不同高度間的頻率-譜值插值采用線性插值；B、譜值修正步驟為：B-1，水平方向SL-2地震最大地面加速度為0.15g，SL-1地震為0.075g；豎直方向SL-2地震最大地面加速度為0.1g，SL-1地震為0.05g；其中g＝10m/s2；B-2，某標高處頻率為f的設備地震加速度響應M的計算表達式為：B-2-1，水平方向SL-1地震：M＝SL-1譜值×0.75；SL-2地震：M＝SL-2譜值×1.50；B-2-2，豎直方向SL-1地震：M＝SL-1譜值×0.50；SL-2地震：M＝SL-2譜值×1.00；C、材料屬性設置為：材料屬性設置參數有：彈性模量E、泊松比μ、密度ρ、屈服強度σs、抗拉強度σb；D、載荷工況組合步驟為：D-1，載荷組合按對起重機械結構最不利的作用情況進行合理組合，對于小車或葫蘆吊重在跨中、跨端兩位置，選跨中為最危險位置；D-2，工況一：跨中滿載，荷載值為SR1；D-3，工況二：跨中空載，荷載值為SR2；D-4，工況...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王堯，孟文俊，李淑君，文豪，楊明亮，王全偉，
申請(專利權)人：太原科技大學，
類型：發明
國別省市：山西;14