校核核电起重机械抗震特性的仿真计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于抗震特性仿真分析技术领域，具体涉及一种校核核电起重机械抗震特 性的仿真计算方法。
【背景技术】
[0002] 起重机械是一种涉及生命安全、危险性较大的机电类特种设备，广泛应用于港口、 矿山、冶金、核电等国民经济建设与国民生活的各个领域，以其间隙、重复的工作特点，通过 起重吊钩或吊具的升降与运移实现重物空间位移。随着科学技术的发展，对起重机械工作 可靠性、人员安全、结构设计、抗震特性等方面的要求愈来愈高，而其在核电设施中的应用 要求更加苛刻。地震是一种破坏性极强的自然现象，据不完全统计，地球上平均每天发生约 上万次地震，每年对人类造成严重危害的地震大约有15次左右，特别严重灾害的地震大约 有2次左右。2011年日本福岛核泄漏事件引起了各国对核电设施抗震特性的严重关注。因 此，在地面实验不具备开展且无具体理论指导设计的条件下，针对核电起重机械抗震特性 提出一种可用于工程测评的仿真计算方法是非常有必要的。
[0003] 近年来，涉及起重机械抗震分析研究的公开文献有：如高素荷题为《核电站70/5t 起重机抗震分析研究》、《核电站燃料厂房辅助吊车抗震分析》，采用反应谱法，对起重机空 载满载、OBE及SSE地震、吊重位置等多种工况下的强度刚度、上抛力等进行了仿真分析；汪 为庆等题为《EPR反应堆厂房环形起重机抗震计算》，采用时程分析法对起重机抗震计算进 行了分析。但是上述文献不足之处在于：均没有分析吊钩满载上、下极限的工况，载荷工况 考虑、响应分析合成方法还有待完善等，这都不能对起重机械的抗震特性给出全面客观的 评价。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是提供一种校核核电起重机械抗震特性的仿真计算方法，从而更好地 指导金属结构的设计改进或采取相应的防患措施，以提高设备安全性。
[0005] 本发明是这样实现的：其特征在于包括计算确定不同阻尼系数下的反应谱插值、 谱值修正、材料属性设置、载荷工况组合、边界条件设置、模型静力学分析、各分量逐一谱分 析、响应分析合成、结果分析；计算步骤如下：
[0006]A、不同阻尼系数下的反应谱插值计算步骤为：
[0007]A-I，确定反应谱标高：根据起重机械在核电厂房内的位置布置，认为当发生地震 时，设备与厂房的连接处为激发点，由此产生起重机的地震响应，故选取连接处高度为反应 谱标高；
[0008]A-2,参考美国国家标准ANSI/ASMEN0G-1-2004《核电厂用桥式和门式起重机制造 标准》或中国国家标准GB50267-1997《核电厂抗震设计规范》，选定SL-I即OBE地震震动 时，阻尼系数为0. 04 ;SL-2即SSE地震震动时，阻尼系数为0. 07 ;
[0009]A-3,对于同一高度不同频率间的谱值插值采用以e为底的对数函数插值，不同高 度间的频率-谱值插值采用线性插值；
[0010] B、谱值修正步骤为：
[0011] B-1，水平方向SL-2地震最大地面加速度为0. 15g，SL-l地震为0. 075g;坚直方向 SL-2地震最大地面加速度为0.lg，SL-I地震为0. 05g;其中g=lOm/s2;
[0012] B-2,某标高处频率为f的设备地震加速度响应M的计算表达式为：
[0013]B-2-1，水平方向SL-I地震：M=SL-I谱值XO. 75 ;SL-2 地震：M=SL-2 谱 值XL50;
[0014]B-2-2,坚直方向SL-I地震：M=SL-I谱值XO. 50 ;SL-2 地震：M=SL-2 谱 值XLOO;
[0015] C、材料属性设置为：
[0016] 材料属性设置参数有：弹性模量E、泊松比y、密度P、屈服强度Os、抗拉强度 °b；
[0017] D、载荷工况组合步骤为：
[0018] D-1，载荷组合按对起重机械结构最不利的作用情况进行合理组合。对于小车（或 葫芦）吊重在跨中、跨端两位置，选跨中为最危险位置；
[0019]D-2,工况一：跨中满载，荷载值为SR1;
[0020] D-3,工况二：跨中空载，荷载值为SR2;
[0021]D-4,工况三：跨中水平横向，荷载值为SR3;
[0022] D-5,工况四：跨中水平纵向，荷载值为SR4;
[0023] D-6,工况五：跨中垂直空载，荷载值为SR5;
[0024] D-7,工况六：跨中垂直满载（起钩）-上极限，荷载值为SR6;
[0025] D-8,工况七：跨中垂直满载（落钩）_下极限，荷载值为SR7;
[0026] E、边界条件设置为：
[0027] 约束条件：设备与外部连接处为固定端，认为地震条件下，设备可以在许用范围内 变形，故设置为多个连接的连续梁或简支梁；
[0028] F、模型静力学分析步骤如下：
[0029]F-1，建立梁单元模型，钢丝绳按照梁单元模拟；
[0030]F-2,钢丝绳上端与小车（或葫芦）连接部分为铰接；
[0031] F-3,大车车轮处添加约束，一端为固定几何体，另一端为参考几何体，并做适当平 移属性设置；
[0032]F-4,在钢丝绳下端添加起重量载荷，并添加引力，用以模拟吊车重量；
[0033]F-5,划分网格进行计算；
[0034] G、各分量逐一谱分析步骤为：
[0035]G-I，模态分析之后进行谱分析计算；
[0036] G-2-1，采用反应谱法，物项的最大反应值取各振型最大反应值的平方和的平方 根；
[0037]G-2-2,当两个振型的频率差的绝对值与其中一个较小的频率之比不大于0.1时， 取两振型最大值的绝对值之和与其他振型的最大反应值按平方之和的平方根（SRSS)进行 组合；
[0038]G-3,选择某一分量方向设置加速度激发的方向，并设方向乘法因子为I;
[0039]G-4,输入阻尼比为0. 04的SL-I频率-加速度或阻尼比为0. 07的SL-2频率-加 速度，选定曲线差值法为对数，生成响应谱，划分网格后进行谱分析计算；
[0040]G-5,其它分量方向按G-3、G-4步骤分别计算；
[0041]H、响应合成方法为：
[0042] H-1，计算结果为谱分析和静力学分析结果的叠加，最大结构反应为SRmax;
【主权项】
1. 一种校核核电起重机械抗震特性的仿真计算方法，其特征在于：包括计算确定不同 阻尼系数下的反应谱插值、谱值修正、材料属性设置、载荷工况组合、边界条件设置、模型静 力学分析、各分量逐一谱分析、响应分析合成、结果分析；计算步骤如下： A、 所述不同阻尼系数下的反应谱插值计算步骤为： A-I，确定反应谱标高：根据起重机械在核电厂房内的位置布置，认为当发生地震时，设 备与厂房的连接处为激发点，由此产生起重机的地震响应，故选取连接处高度为反应谱标 商； A-2,参考美国国家标准ANSI/ASME N0G-1-2004《核电厂用桥式和门式起重机制造标 准》和中国国家标准GB50267-1997《核电厂抗震设计规范》，选定SL-I即OBE地震震动时， 阻尼系数为0. 04 ;SL-2即SSE地震震动时，阻尼系数为0. 07 ; A-3,对于同一高度不同频率间的谱值插值采用以e为底的对数函数插值，不同高度间 的频率-谱值插值采用线性插值； B、 谱值修正步骤为： B-1，水平方向SL-2地震最大地面加速度为0. 15g，SL-I地震为0. 075g ;坚直方向SL-2 地震最大地面加速度为0. lg，SL-I地震为0. 05g ;其中g = lOm/s2; B-2,某标高处频率为f的设备地震加速度响应M的计算表达式为： B-2-1，水平方向 SL-I 地震：M = SL-I 谱值 X0. 75 ;SL-2 地震：M = SL-2 谱值 XL 50 ; B-2-2,坚直方向 SL-I 地震：M = SL-I 谱值 X0. 50 ;SL-2 地震：M = SL-2 谱值 XL 00 ; C、 材料属性设置为： 材料属性设置参数有：弹性模量E、泊松比μ、密度P、屈服强度〇s、抗拉强度〇 b; D、 载荷工况组合步骤为： D-1，载荷组合按对起重机械结构最不利的作用情况进行合理组合，对于小车（或葫 芦）吊重在跨中、跨端两位置，选跨中为最危险位置； D-2,工况一：跨中满载，荷载值为SR1; D-3,工况二：跨中空载，荷载值为SR2; D-4,工况三：跨中水平横向，荷载值为SR3; D-5,工况四：跨中水平纵向，荷载值为SR4; D-6,工况五：跨中垂直空载，荷载值为SR5; D-7,工况六：跨中垂直满载（起钩）-上极限，荷载值为SR6; D-8,工况七：跨中垂直满载（落钩）-下极限，荷载值为SR7; E、 边界条件设置为： 约束条件：设备与外部连接处为固定端，认为地震条件下，设备可以在许用范围内变 形，故设置为多个连接的连续梁或简支梁； F、 模型静力学分析步骤为： F-1，建立梁单元模型，钢丝绳按照梁单元模拟； F-2,钢丝绳上端与小车（或葫芦）连接部分为铰接； F-3,大车车轮处添加约束，一端为固定几何体，另一端为参考几何体，并做适当平移属 性设置； F-4，在钢丝绳下端添加起重量载荷，并添加引力，用以模拟吊车重量； F-5,划分网格进行计算； G、 各分量逐一谱分析步骤为： G-I，模态分析之后进行谱分析计算； G-2-1，采用反应谱法，物项的最大反应值取各振型最大反应值的平方和的平方根； G-2-2,当两个振型的频率差的绝对值与其中一个较小的频率之比不大于0. 1时，取 两振型最大值的绝对值之和与其他振型的最大反应值按平方之和的平方根（SRSS)进行组 合； G-3,选择某一分量方向设置加速度激发的方向，并设方向乘法因子为1 ; G-4,输入阻尼比为0. 04的SL-I频率-加速度或阻尼比为0. 07的SL-2频率-加速度， 选定曲线差值法为对数，生成响应谱，划分网格后进行谱分析计算； G-5,其它分量方向按G-3、G-4步骤分别计算； H、 响应合成方法为： H-1，计算结果为谱分析和静力学分析结果的叠加，最大结构反应为SRmax;
I、 结果分析步骤为： 1-1-1，抗震特性应力准则
1-1-2,静力作用下，静刚度f须满足
，S为主梁跨度； 1-2, SL-2地震：吊车不上抛，以免脱轨造成掉落。
【专利摘要】一种校核核电起重机械抗震特性的仿真计算方法，属于抗震特性仿真分析技术领域。特征在于计算步骤如下：计算确定不同阻尼系数下的反应谱插值：包括选取连接处为反应谱标高、阻尼系数的选定、插值方法的选取；不同地震条件下的谱值修正；材料属性设置；确定最不利载荷作用下载荷工况组合；边界条件设置；模型静力学分析：包括钢丝绳与小车连接、大车车轮约束、模拟吊重；各分量逐一谱分析；响应分析合成；结果分析。本发明根据最不利载荷作用提供的仿真计算方法，完善了载荷组合工况、响应分析合成方法等，使得仿真结果更为合理；边界条件设置及各分量逐一分析地震响应较为符合地震波实际情况，便于对起重机械的抗震特性给出全面客观的评价。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104679952
【申请号】CN201510072241
【发明人】王尧, 孟文俊, 李淑君, 文豪, 杨明亮, 王全伟
【申请人】太原科技大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月11日