校核核电起重机械抗震特性的仿真计算方法技术

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
校核核电起重机械抗震特性的仿真计算方法
本专利技术属于抗震特性仿真分析
，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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术是这样实现的：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：A、不同阻尼系数下的反应谱插值计算步骤为：A-1，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；A-2，参考美国国家标准ANSI/ASMENOG-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-1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-1地震为0.075g；竖直方向SL-2地震最大地面加速度为0.1g，SL-1地震为0.05g；其中g＝10m/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-1地震：M＝SL-1谱值×0.75；SL-2地震：M＝SL-2谱值×1.50；B-2-2，竖直方向SL-1地震：M＝SL-1谱值×0.50；SL-2地震：M＝SL-2谱值×1.00；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ρ、屈服强度σs、抗拉强度σb；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，起钩达到上极限，荷载值为SR6；D-8，工况七：跨中垂直满载，落钩达到下极限，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如下：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-1，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-1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；H-2-1，H-2-2，H-2-3，其中：SRmax取中的最大值，i＝1～3；I、结果分析步骤为：I-1-1，抗震特性应力准则：σ＜σs(SL-2)；I-1-2，静力作用下，静刚度f须满足S为主梁跨度；I-2，SL-2地震：吊车不上抛，以免脱轨造成掉落；本专利技术优点及积极效果是：①根据最不利载荷组合分析了吊钩满载上、下极限的工况，完善了载荷组合工况、响应分析合成方法等，使得仿真结果处理更为合理。②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。因此，本专利技术基于SolidworksSimulation2012专业软件提出的核电起重机械抗震特性仿真计算方法，可根据仿真结果指导金属结构的设计改进或采取相应的防患措施，提高了设备安全性。附图说明图1为本专利技术抗震特性仿真计算方法的流程图；图2为连续梁连接处连接型式示意图；图3为模态分析质量参与情况图；图4为SL-2跨中满载-下极限激发Z向轴向和折弯应力图；图5为SL-2跨中满载-下极限激发Z向轴应力图；图6为SL-2跨中满载-下极限激发Z向合位移图；图7为SL-2跨中满载-下极限激发Z向X向位移图；图8为SL-2跨中满载-下极限激发Z向Y向位移图；图9为SL-2跨中满载-下极限激发Z向Z向位移图；图10为SL-2跨中满载-下极限激发Z向Y反作用力图；图中标号：1-锚固板，2-焊接，3-槽钢，4-螺栓连接，5-工字钢。具体实施方式某核电厂反应堆厂房用起重机械手动单轨起重机，相关参数为：起重量Q＝1000kg；跨度S＝3900mm，起升高度H＝2m；主梁为工字钢，型号20a；轨道型号：工字钢，型号200mm×100mm×7mm，长度3900mm；吊钩上极限位置距主梁底部距离为441mm，葫芦自重约220kg，连接型式如图2所示。计算步骤如下：A、不同阻尼系数下的反应谱插值计算步骤为：A-1，根据设备在本文档来自技高网...

【技术保护点】
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‑1，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；A‑2，参考美国国家标准ANSI/ASME NOG‑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‑1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‑1地震为0.075g；竖直方向SL‑2地震最大地面加速度为0.1g，SL‑1地震为0.05g；其中g＝10m/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‑1地震：M＝SL‑1谱值×0.75；SL‑2地震：M＝SL‑2谱值×1.50；B‑2‑2，竖直方向SL‑1地震：M＝SL‑1谱值×0.50；SL‑2地震：M＝SL‑2谱值×1.00；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ρ、屈服强度σs、抗拉强度σb；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‑1，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‑1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；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、结果分析步骤为：I‑1‑1，抗震特性应力准则：σ＜σs(SL‑2)；I‑1‑2，静力作用下，静刚度f须满足S为主梁跨度；I‑2，SL‑2地震：吊车不上抛，以免脱轨造成掉落。...

【技术特征摘要】
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-1，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；A-2，参考美国国家标准ANSI/ASMENOG-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-1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-1地震为0.075g；竖直方向SL-2地震最大地面加速度为0.1g，SL-1地震为0.05g；其中g＝10m/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-1地震：M＝SL-1谱值×0.75；SL-2地震：M＝SL-2谱值×1.50；B-2-2，竖直方向SL-1地震：M＝SL-1谱值×0.50；SL-2地震：M＝SL-2谱值×1.00；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ρ、屈服强度σs、抗拉强度σb；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王尧，孟文俊，李淑君，文豪，杨明亮，王全伟，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14