基于隨機(jī)有限元法的核電常規(guī)島在龍卷風(fēng)災(zāi)害下的風(fēng)險性分析.pdf

1、隨著國家經(jīng)濟(jì)、建設(shè)發(fā)展對電力能源突飛猛進(jìn)的需要以及國家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的迫切需求，一系列核電廠工程的建設(shè)被提上了日程。根據(jù)核安全導(dǎo)則的要求，核電廠在選址時必須對廠址周圍區(qū)域進(jìn)行極端自然災(zāi)害的危險性評估，其中就包括龍卷風(fēng)災(zāi)害，因此對龍卷風(fēng)及其荷載進(jìn)行研究具有重要的工程應(yīng)用價值。
　　本文針對目前對于龍卷風(fēng)的理論模型、試驗研究、數(shù)值模擬都有了一定的進(jìn)展，但對于龍卷風(fēng)及其荷載隨機(jī)性的研究還處于起步階段這一現(xiàn)狀，發(fā)展了一套適用于核電常規(guī)島主廠

2、房的龍卷風(fēng)危險性研究的分析方法:以龍卷風(fēng)氣象觀測數(shù)據(jù)為依據(jù)，推斷表征一個地區(qū)龍卷風(fēng)事件強(qiáng)度規(guī)律的最優(yōu)分布;根據(jù)龍卷風(fēng)風(fēng)速場及建筑物所受龍卷風(fēng)荷載的特點提出龍卷風(fēng)荷載強(qiáng)度隨機(jī)模型;采用蒙特卡洛模擬和隨機(jī)有限元方法分別對核電常規(guī)島主廠房遭受龍卷風(fēng)襲擊的危險性及龍卷風(fēng)作用下常規(guī)島主廠房的可靠性進(jìn)行了評估;最后，基于生命周期成本理論對核電常規(guī)島主廠房在設(shè)計使用期內(nèi)的龍卷風(fēng)災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了研究。
　　主要的研究工作如下:
　　(1)

3、根據(jù)世界多個地區(qū)的龍卷風(fēng)富士達(dá)等級觀測記錄和常用于極端氣象災(zāi)害研究的極值分布理論，確定了適用于局部地區(qū)龍卷風(fēng)災(zāi)害強(qiáng)度隨機(jī)性研究的最優(yōu)分布類型;將龍卷風(fēng)風(fēng)速場、建筑結(jié)構(gòu)龍卷風(fēng)荷載計算原理及龍卷風(fēng)強(qiáng)度隨機(jī)分布相結(jié)合，提出了封閉結(jié)構(gòu)遭受龍卷風(fēng)襲擊時的荷載強(qiáng)度隨機(jī)模型。研究工作將為核電常規(guī)島遭受龍卷風(fēng)襲擊的危險性分析及龍卷風(fēng)作用下常規(guī)島主廠房結(jié)構(gòu)體系可靠度研究打下基礎(chǔ)。
　　(2)將龍卷風(fēng)發(fā)生強(qiáng)度、龍卷風(fēng)起始位置和行進(jìn)方向等作為隨機(jī)信息，

4、并首次考慮龍卷風(fēng)在行進(jìn)時強(qiáng)度發(fā)生變化的修正富士達(dá)皮爾遜路徑尺寸標(biāo)度，將它們相結(jié)合建立了核電常規(guī)島主廠房遭受龍卷風(fēng)襲擊的隨機(jī)事件模擬方法，采用蒙特卡洛模擬計算了常規(guī)島主廠房遭受龍卷風(fēng)襲擊的概率，并研究了各隨機(jī)項選取不同的分布類型和參數(shù)對廠房遇襲概率計算結(jié)果的影響。
　　(3)通過流體動力學(xué)方法模擬出的常規(guī)島主廠房表面風(fēng)壓系數(shù)，結(jié)合三維龍卷風(fēng)風(fēng)速場模型和龍卷風(fēng)強(qiáng)度隨機(jī)分布計算出廠房所受考慮強(qiáng)度隨機(jī)性的龍卷風(fēng)荷載;鑒于該隨機(jī)荷載為非高斯

5、、非典型分布且變異性很大，由混沌多項式展開對其隨機(jī)性進(jìn)行表達(dá);考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)和龍卷風(fēng)荷載的隨機(jī)性，采用譜隨機(jī)有限元法，分別對常規(guī)島主廠房在龍卷風(fēng)荷載不利工況下的靜、動力隨機(jī)響應(yīng)進(jìn)行了分析，并基于分析結(jié)果對龍卷風(fēng)作用下主廠房結(jié)構(gòu)的響應(yīng)變化情況和結(jié)構(gòu)體系可靠度作出評價。
　　(4)針對龍卷風(fēng)荷載有時很強(qiáng)，廠房結(jié)構(gòu)有相當(dāng)大的概率進(jìn)入塑形工作階段而譜隨機(jī)有限元法難以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)非線性隨機(jī)分析的困難，采用有限元軟件ANSYS內(nèi)置的APDL語言編

6、制了基于馬爾可夫鏈——蒙特卡洛抽樣理論的子集模擬法計算程序，對龍卷風(fēng)作用下常規(guī)島主廠房模型進(jìn)行彈塑性動力可靠度分析，并將結(jié)果與譜隨機(jī)有限元法的分析結(jié)果進(jìn)行了對比。
　　(5)將考慮服役環(huán)境、材料因素和使用年限的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件腐蝕深度模型與結(jié)構(gòu)有限元推覆分析相結(jié)合，計算得到了常規(guī)島主廠房結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期內(nèi)的側(cè)向抗力衰減曲線;采用馬爾可夫隨機(jī)過程對主廠房結(jié)構(gòu)在幾十年服役期內(nèi)所處的抗力狀態(tài)進(jìn)行了預(yù)測;由譜隨機(jī)有限元法分別計算了處于不同抗力狀