随着社会经济和科学技术的进步,对核电站的需求越来越大,这就对核电站安全运行提出了更高的要求,尤其是在9·11事件后,核电站抵御大型商用飞机撞击防护性能一直是核安全领域的热点问题。AP1000核岛结构由内部钢制安全壳和外部的钢筋混凝土结构屏蔽厂房组成。本文首先以AP1000安全壳和屏蔽厂房为研究对象,分析了分别在5种不同的初始撞击速度和5种不同撞击高度下,安全壳和屏蔽厂房在飞机撞击作用下的结构动力响应、撞击破坏情况和损伤的一般性规律;进一步建立了AP1000核岛结构的有限元模型,并分析了飞机在6种不同的初始撞击速度和5种不同撞击高度作用下,飞机及核岛结构的撞击破坏现象和飞机的撞击力时程、冲量时程及残余速度时程、动能时程,对比分析了飞机撞击力最大值及撞击末时刻飞机的冲量、残余速度和动能。本文开展的工作及取得的结论如下:1.利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了精细化的AP1000安全壳、屏蔽厂房和波音737 max 8有限元模型,并采用飞机撞击刚性墙的数值模拟结果和Riera法理论计算结果对比验证了所建飞机有限元模型的准确性和有效性,基于试验结果验证了AP1000核岛结构屏蔽厂房的正确性;2.基于弹-靶体接触耦合分析方法能有效预测飞机撞击动力过程与效应,与Riera法理论计算结果相比,飞机撞击力峰值和冲量的最大误差仅为1.11%、3.73%;3.计算分析了大型商用飞机仅撞击AP1000安全壳和屏蔽厂房的全过程,分析了安全壳和屏蔽厂房的撞击破坏现象、贯穿尺寸,探讨了不同初始撞击速度和撞击高度因素影响下安全壳和屏蔽厂房结构的动力响应。结果表明,安全壳等效钢梁处的飞机撞击作用较他处大,但其对飞机撞击有良好的抵御作用。安全壳最危险位置为安全壳筒身段与穹顶交界处,穹顶在垂直核岛结构轴向水平撞击下破坏最弱(均未贯穿)。屏蔽厂房筒身段破坏情况接近,且都比撞击安全水箱处破坏严重。安全壳和屏蔽厂房的破坏情况随初始撞击速度的而增加更加集中,但是其系列云图的分布范围均扩大;4.研究分析了对仅撞击安全壳和屏蔽厂房时飞机的动力响应。结果表明,飞机撞击力峰值和末时刻冲量随初始撞击速度呈线性变化,其末时刻飞机残余速度和动能呈非线性变化。其中飞机撞击力峰值主要由引擎撞击贡献,最大约为前部机身7倍;5.计算分析了大型商用飞机撞击AP1000核岛结构的整个过程,分析了飞机撞击力时程等动力响应,对比分析了安全壳、屏蔽厂房与核岛结构的动力响应。结果表明,屏蔽厂房对飞机的撞击有很好的抵御作用,撞击末时刻的飞机动能均小于前两者,核岛结构内部安全壳贯穿出现的初始撞击速度为仅撞击安全壳的1.75倍,且贯穿尺寸要更小。