[发明专利]核电站核岛筏基大体积混凝土温度应力仿真分析方法

摘要

本发明公开了核电站核岛筏基大体积混凝土温度应力仿真分析方法，可以计算核岛筏基任意位置、仿真时间内任意时刻的温度应力，形成温度云图以及主应力云图，便于核岛筏基大体积混凝土整个浇筑过程中的温度控制，以及浇筑完成后的温控施工措施的制定，可有效地控制有害裂缝的发生，确保核岛筏基的施工质量。可以模拟核岛筏基大体积混凝土浇筑的施工过程模拟，能提取分析结果中的核岛筏基大体积混凝土水化热的视频动画，以便工程技术人员能直观了解不同阶段核岛筏基温度应力的变化情况。计算过程中温度应力中间参数少，减小了核岛筏基温度应力的计算工作量，简化了温度应力的计算过程，使用非常方便。

主权项

1.核电站核岛筏基大体积混凝土温度仿真分析方法，其特征在于，它包括以下步骤：S1：利用三维软件SolidWorks建立核岛筏基大体积混凝土及其底部基岩几何模型，在建立几何模型时，模型采用核岛筏基与基岩共同建模，并将厚度方向取为坐标系中的z轴，将建立完成后的核岛筏基及底部基岩的几何模型保存为后缀为.solidworks文件；S2：将S1中几何模型导入到有限元软件中进行有限元网格划分，将后缀为.solidworks文件通过import geometry的方式导入到有限元软件hypermesh中，在hypermesh中先将核岛筏基几何模型沿电气厂房、安全厂房、燃料厂房、反应堆厂房以及特殊截面处进行分块、切割，完成分块、切割后再对整个核岛筏基及其底部基岩几何模型进行几何清理，以便于有限元网格的划分，具体包括以下几个步骤：S21：在几何模型上建立相应的特征线；S22：利用上述几何特征线，先对反应堆厂房六边形凹槽底面所在平面进行面网格划分，面网格尺寸设定为0.7m，面网格类型设定为四边形和三角形的混合类型；S23：利用上述已创建面网格的核岛筏基划分有限元体网格，分别将上述创建的面网格沿反应堆厂房向核岛筏基顶部和底部通过拉伸方式生成有限元体网格，网格拉伸方向的尺寸设定为0.7m；S24：建立完成核岛筏基及其底部基岩的有限元网格后，再利用这些体网格在有对流传热的表面生成面网格，作为对流传热界面；S25：上述核岛筏基及其底部基岩的体网格、对流传热界面的面网格划分完成后在hypermesh软件中的nastran模块下保存为后缀为.bdf文件；S3：将上述有限元网格导入到另一种有限元软件Adina中进行分析类型定义，时间步定义，时间函数定义，初始条件定义，材料参数定义，单元生、死定义，内热、环境温度荷载定义，单元组定义以及单元节点定义，具体定义过程如下：S31：分析类型定义：在有限元软件Adina中，把分析类型设置成热计算模块下的瞬态分析模式，采用Euler Backward Integration算法，将上述后缀为.bdf文件通过“导入nastran文件”的方式导入到该有限元软件中，在导入有限元网格的同时应设置将有限元网格中的面单元转换成ADINA‑T中的对流单元；S32：时间步定义、时间函数定义：时间步定义包括筏基温度仿真的时间步数和时间步长的定义；时间函数定义包括筏基大体积混凝土内的内热变量时间函数定义、对流元环境温度时间函数定义，此过程中所有的时间单位取为小时，热量单位取为千焦，温度取为摄氏度，仿真时长取为60天，即1440小时，为了使仿真分析与将来大体积混凝土现场测温点的测温时间相对应，核岛筏基温度仿真的时间步数取为720步，时间步长取为2小时；定义混凝土内热变量时间函数时，按照下列函数的导数定义：式中，Q0为单位体积内胶凝材料水化热放热总量，其单位为KJ，m取0.5d‑1；式中：m为与水泥品种和浇筑温度有关的系数，单位为d‑1，t为混凝土的龄期，单位为d，即天；定义对流元的环境温度时间函数时，应统计核岛筏基施工项目所在地的近3年历史温度，将该3年温度的平均作为平均值并拟合成正弦函数作为昼夜温差的变化；S33：初始条件定义：定义核岛筏基初始的温度作为初始条件定义，该初始温度应为核岛筏基施工所在地的核岛筏基第一罐混凝土浇筑时的温度；S34：材料参数定义：定义筏基和基岩的材料属性，包括筏基和基岩的导热系数、比热容、密度以及核岛筏基大体积混凝土表面的保温层等效放热系数的定义，不同的保温层等效放热系数就代表了相应的大体积混凝土浇筑完成后养护措施中的保温层敷设方案，核岛筏基不同部位、不同养护阶段计算涉及到的计算参数如下：S35：单元生、死定义：核岛筏基及边界对流单元生死定义，通过核岛筏基有限元体单元生的定义，可模拟不同阶段大体积混凝土的浇筑情况，同时，通过边界对流元生死的定义，可模拟不同阶段大体积混凝土表面的散热条件，核岛筏基混凝土浇筑过程中，某部分混凝土完成浇筑，则对应仿真分析过程中该部分有限元单元的生；S36：内热、环境温度荷载定义：混凝土施工及养护阶段，荷载为核岛筏基混凝土内部因水泥水化热产生的内热以及混凝土表面与环境温度的热交换，施加方式为，指定有限元模型中的混凝土部分并以步骤S32中时间函数进行输入；S37：单元组定义以及单元节点定义：定义核岛筏基大体积混凝土、基岩以及对流边界的单元组，指定有限元模型中基岩、混凝土以及对流交换面，并定义成不同的单元组；S4：提交仿真分析计算，完成上述定义后即可提交仿真分析计算；S5：提取分析结果，经过仿真分析后，可提取核岛筏基浇筑过程中以及浇筑完成后计算时长范围内任意时刻的核岛筏基上任意部位的温度，以及核岛筏基的温度分布情况；同时，还能够提取核岛筏基浇筑过程以及浇筑完成后的混凝土生热过程的视频动画，通过得到的任意部位温度，可得到核岛筏基任意部位的里表温差以及绝热温升参数。