【摘 要】
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浮动核电站是将小型反应堆与船舶海洋工程有机结合,利用海洋中的浮动平台作为载体建造的可移动的核电站。它可为沿海地区、海上装备和偏远岛屿等提供电力和淡水资源。安全壳结构作为反应堆重要的保护屏障,其安全性将会影响浮动核电站的人员、设备的安全以及发电的效率。对于复杂多变的海洋环境,结构的疲劳问题尤为突出,因此需要针对浮动核电站安全壳结构的疲劳强度问题进行研究。本文的主要任务是基于现有的ASME《锅炉及压力
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浮动核电站是将小型反应堆与船舶海洋工程有机结合,利用海洋中的浮动平台作为载体建造的可移动的核电站。它可为沿海地区、海上装备和偏远岛屿等提供电力和淡水资源。安全壳结构作为反应堆重要的保护屏障,其安全性将会影响浮动核电站的人员、设备的安全以及发电的效率。对于复杂多变的海洋环境,结构的疲劳问题尤为突出,因此需要针对浮动核电站安全壳结构的疲劳强度问题进行研究。本文的主要任务是基于现有的ASME《锅炉及压力容器规范》,建立浮动核电站安全壳结构的疲劳强度评估方法。为此,基于Longuet-Higgins分布函数将表征长期海况的不规则波散布图分解为单个规则波散布图,并引入散布图分块的方法。最终得到了包含27个规则波的疲劳海况,显著提高了时域分析方法的计算效率。ASME NE分卷中以缺口处总应力评估结构的疲劳损伤,本文采用插值得到的热点应力与疲劳强度减弱系数相结合表征缺口处的总应力,一定程度上避免了结构不连续以及网格尺寸的影响。与此同时,本研究采用基于主S-N曲线的等效结构应力法对结构中的焊缝进行疲劳强度评估,验证了结构应力对单元类型、网格大小等的不敏感性。针对局部坐标系下节点力和力矩难以获得的问题,利用APDL语言从ANSYS中提取壳单元的节点载荷等信息,使用MATLAB编程语言对结果进行处理,完成了焊缝评估的过程。通过采用缺口应力法和等效结构应力法两种方法对安全壳结构进行疲劳强度评估,发现关键热点均位于左舷方向船首一侧的上部连接结构与安全壳壳体连接的区域的端部,并基于两种方法分别给出结构的疲劳寿命。分析对比了分块方法的损伤误差,结果表明:与考虑所有规则波海况的总损伤相比,分块方法造成的损伤误差为-4.82%,寿命结果是略偏危险的。本文中阐述的分块方法具有合理的准确性和显著的计算效率,可以应用于工程实践,为后续的安全壳结构疲劳评估提供参考。
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