一种用于核电厂楼层反应谱的时程分析法制造技术

本发明专利技术涉及一种用于核电厂楼层谱计算的高精度时程分析方法；其步骤如下：第一步，将核电设备简化为单自由度阻尼体系，建立运动方程，选取阻尼比，设备频率；第二步，选取分析步长；第三步，逐时间步计算，对于第i个时间步，已知ti‑1时刻的位移和速度，由本发明专利技术所列出的递推公式计算第i个时间步上ti时刻的位移、速度和绝对加速度；第四步，计算加速度响应曲线的峰值，作为给定频率和阻尼比的楼层谱值，用于绘制楼层谱。本发明专利技术的时程分析方法与现有楼层谱计算软件相比，具备更高的求解精度，且操作步骤简单，容易实施，具有很强的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于核电厂楼层反应谱的时程分析法
本专利技术涉及一种用于核电厂楼层反应谱的时程分析法。
技术介绍
随着我国经济的飞速发展，能源需求急剧增加，同时由于温室气体过量排放导致的全球变暖环境污染问题也困扰着人们，越来越多的人将目光投向了核能。核电的高效清洁等优点以及我国国民经济发展需要的推动，促使核电得到大力发展。与此同时，核泄漏的后果也是极其严重的，其中地震是影响核安全的重要因素之一。2007年7月17日日本新泻县发生的6.8级强烈地震导致东京电力刘羽核电站中的4个机组停运。核电厂安全可靠运营，需要可靠的抗震分析。与普通结构抗震设计相比，核电厂的抗震设计具有特殊性，不仅包含反应壳与核电厂房的结构抗震设计，也包含核电关键设备的支撑、连接等的抗震设计，而后者往往是影响核电站在地震作用下安全运营的最关键因素。对于核电厂房中与主体结构不相耦合的子系统的抗震分析，通常是采用楼层反应谱作为设计地震动输入。因此，楼层反应谱的精度，直接决定了核电设备抗震分析的有效性。目前楼层反应谱的计算方法，常常采用时程分析法，即将设备简化为单自由度体系，对其施加由楼层加速度和质量乘积得到的惯性力，采用时程分析方法，计算不同阻尼比和不同频率情况下的加速度响应峰值，并将不同频率设备的加速度响应峰值绘成曲线，即得到特定阻尼比所对应的楼层反应谱。目前最常用的楼层反应谱分析软件是Seismosignal，该软件采用Newmark方法来进行动力分析。但该方法精度较低，对于高频区域，由Newmark法无法计算得到的可靠的加速度峰值，造成楼层反应谱在短周期段的曲线失真。
技术实现思路
针对现有时程方法对楼层反应谱高频部分计算精度不足的问题，本专利技术的目的在于提供一种精确的用于核电厂楼层反应谱的时程分析方法。本专利技术的技术方案如下：一种用于核电厂楼层谱计算的高精度时程分析方法，其步骤如下：第一步，将核电设备简化为单自由度阻尼体系，所述核电设备的质量为m，刚度为k，阻尼为c，所述核电设备的质量、刚度和阻尼均可通过实验测得，所述核电设备的质心位置对应的楼层加速度为af，建立运动方程：ma+cv+ku＝-maf；其中，u、v、a分别为所述核电设备的质点位移、速度和加速度，简化得到：a+2ξωv+ω2u＝-af；其中，为圆频率，为阻尼比；第二步，选取待计算的楼层谱周期区间(T1,T2)，以及周期间隔ΔT；第三步，计算周期区间中各个离散的周期T对应的楼层谱值；1)计算周期T对应的圆频率，ω＝2π/T，并计算不变量；θ，α1～α4，以及β1～β4，分别为θ＝e-ξωΔt其中Δt为楼层加速度af的记录间隔；2)令初始位移u0和速度v0为零，由下式逐步递推计算各个时刻的位移ui、速度vi、绝对加速度ai；ai＝-2ξωvi-ω2ui3)取ai峰值max|ai|，作为周期区间中周期T对应的楼层反应谱的值Sa；第四步，将各个离散周期所对应的值反应谱的值Sa连线即可得到楼层反应谱。本专利技术与现有技术相比，优点在于：(1)本专利技术的时程分析法可精确计算楼层反应谱，尤其对高频段的楼层反应谱的计算颇为有效，其他方法如Newmark法均只能通过细分时间步的方法收敛于本专利技术方法。(2)本专利技术方法为显式方法，显式方法的每步计算中无需求解大规模方程组，仅需要进行单元级别的矩阵和向量乘法运算以及整体向量加法运算，在计算效率上有明显的优势，且显式方法不存在无法收敛的问题，因此在计算强震作用下建筑结构的动力响应、倒塌模拟这类复杂模型的强非线性响应方面具有先天的优势。附图说明图1楼层反应谱计算模型示意图；图2楼层加速度输入示意图；图3本专利技术方法与Newmark法计算楼层反应谱对比图。具体实施方式下面结合具体实施例来对本专利技术进行进一步说明，但并不将本专利技术局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本专利技术涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理作具体的描述：以一个由高频核电设备简化得到的单自由度体系为实例，具体阐述本专利技术的动力分析方法，单自由度体系如图1所示，其阻尼比为0.02；所述动力时程分析方法包含如下步骤：第一步，将核电设备1简化为单自由度阻尼体系，所述核电设备1的质量为m，刚度为k，阻尼为c，所述核电设备1的质量、刚度、阻尼均可通过实验测得；所述核电设备1的质心位置对应的楼层加速度为af，建立运动方程：ma+cv+ku＝-maf其中，u、v、a分别为所述核电设备1的质点位移、速度和加速度；简化得到：a+2ξωv+ω2u＝-af；其中，为圆频率，为阻尼比；其中ξ＝0.02，楼层加速度af的分布如图2所示，加速度记录间隔为0.005s；第二步，选取待计算的楼层谱周期区间(T1,T2)，以及周期间隔ΔT；第三步，计算周期区间中各个离散的周期T对应的楼层谱值；1)计算周期T对应的圆频率，以T＝0.02s为例，ω＝100π，计算不变量；θ，α1～α4，以及β1～β4，分别为θ＝0.939101367424293α1＝-0.999987232427475α2＝0.00000200060006841807α3＝-0.197451312573499α4＝-1.00001237270939β1＝-0.104003924224908e-4β2＝-0.105207602581023e-4β3＝0.209011466798461e-2β4＝-0.209211526805928e-22)令初始位移u0和速度v0为零，由下式逐步递推计算各个时刻的位移ui、速度vi、绝对加速度ai；ai＝-2ξωvi-ω2ui3)取ai峰值max|ai|，作为周期区间中周期T对应的楼层反应谱的值Sa。第四步，将各个离散周期所对应的值反应谱的值Sa连线即可得到楼层反应谱。如图3所示。横轴为周期，纵轴为楼层反应谱。为了展示本专利技术的时程分析方法高效性和精确性，这里同样采用Newmark法计算本例。选取分析步长Δt＝0.005s，并选取更小的步长Δt＝0.00125s进行计算，计算楼层反应谱，见图3。经对比，采用Newmark法Δt＝0.00125s的计算结果与本专利技术方法更加接近，而采用Newmark法Δt＝0.005s的计算结果偏差较大。进一步表明了本专利技术方法精确性。应当理解的是，本专利技术描述的方法的步骤仅仅是示例性的描述，对其先后进行的时间顺序没有特殊的要求，除非其本身有必然的先后顺序关系。如上所示，本专利技术虽然已参照有限的实施例和附图进行了说明，但在本专利技术所属领域中具备通常知识的人均可以从此记载中进行各种修改和变形。由此，其他实施例及权利要求书与等同物均属于权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于核电厂楼层反应谱的时程分析法，其特征在于，步骤如下：第一步，将核电设备简化为单自由度阻尼体系，所述核电设备的质量为m，刚度为k，阻尼为c，所述核电设备的质量、刚度和阻尼均可通过实验测得，所述核电设备的质心位置对应的楼层加速度为af，建立运动方程：ma+cv+ku＝‑maf；其中，u、v、a分别为所述核电设备的质点位移、速度和加速度，简化得到：a+2ξωv+ω2u＝‑af；其中，

【技术特征摘要】
1.一种用于核电厂楼层反应谱的时程分析法，其特征在于，步骤如下：第一步，将核电设备简化为单自由度阻尼体系，所述核电设备的质量为m，刚度为k，阻尼为c，所述核电设备的质量、刚度和阻尼均可通过实验测得，所述核电设备的质心位置对应的楼层加速度为af，建立运动方程：ma+cv+ku＝-maf；其中，u、v、a分别为所述核电设备的质点位移、速度和加速度，简化得到：a+2ξωv+ω2u＝-af；其中，为圆频率，为阻尼比；第二步，选取待计算的楼层谱周期区间(T1,T2)，以及周期间隔Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊杰，钟博，王涛，孙运轮，
申请(专利权)人：中国地震局工程力学研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23