基于隨機有限元法的核電常規(guī)島在龍卷風災害下的風險性分析.pdf

1、隨著國家經(jīng)濟、建設發(fā)展對電力能源突飛猛進的需要以及國家能源結構轉型的迫切需求，一系列核電廠工程的建設被提上了日程。根據(jù)核安全導則的要求，核電廠在選址時必須對廠址周圍區(qū)域進行極端自然災害的危險性評估，其中就包括龍卷風災害，因此對龍卷風及其荷載進行研究具有重要的工程應用價值。
　　本文針對目前對于龍卷風的理論模型、試驗研究、數(shù)值模擬都有了一定的進展，但對于龍卷風及其荷載隨機性的研究還處于起步階段這一現(xiàn)狀，發(fā)展了一套適用于核電常規(guī)島主廠

2、房的龍卷風危險性研究的分析方法:以龍卷風氣象觀測數(shù)據(jù)為依據(jù)，推斷表征一個地區(qū)龍卷風事件強度規(guī)律的最優(yōu)分布;根據(jù)龍卷風風速場及建筑物所受龍卷風荷載的特點提出龍卷風荷載強度隨機模型;采用蒙特卡洛模擬和隨機有限元方法分別對核電常規(guī)島主廠房遭受龍卷風襲擊的危險性及龍卷風作用下常規(guī)島主廠房的可靠性進行了評估;最后，基于生命周期成本理論對核電常規(guī)島主廠房在設計使用期內(nèi)的龍卷風災害經(jīng)濟損失進行了研究。
　　主要的研究工作如下:
　　(1)

3、根據(jù)世界多個地區(qū)的龍卷風富士達等級觀測記錄和常用于極端氣象災害研究的極值分布理論，確定了適用于局部地區(qū)龍卷風災害強度隨機性研究的最優(yōu)分布類型;將龍卷風風速場、建筑結構龍卷風荷載計算原理及龍卷風強度隨機分布相結合，提出了封閉結構遭受龍卷風襲擊時的荷載強度隨機模型。研究工作將為核電常規(guī)島遭受龍卷風襲擊的危險性分析及龍卷風作用下常規(guī)島主廠房結構體系可靠度研究打下基礎。
　　(2)將龍卷風發(fā)生強度、龍卷風起始位置和行進方向等作為隨機信息，

4、并首次考慮龍卷風在行進時強度發(fā)生變化的修正富士達皮爾遜路徑尺寸標度，將它們相結合建立了核電常規(guī)島主廠房遭受龍卷風襲擊的隨機事件模擬方法，采用蒙特卡洛模擬計算了常規(guī)島主廠房遭受龍卷風襲擊的概率，并研究了各隨機項選取不同的分布類型和參數(shù)對廠房遇襲概率計算結果的影響。
　　(3)通過流體動力學方法模擬出的常規(guī)島主廠房表面風壓系數(shù)，結合三維龍卷風風速場模型和龍卷風強度隨機分布計算出廠房所受考慮強度隨機性的龍卷風荷載;鑒于該隨機荷載為非高斯

5、、非典型分布且變異性很大，由混沌多項式展開對其隨機性進行表達;考慮結構參數(shù)和龍卷風荷載的隨機性，采用譜隨機有限元法，分別對常規(guī)島主廠房在龍卷風荷載不利工況下的靜、動力隨機響應進行了分析，并基于分析結果對龍卷風作用下主廠房結構的響應變化情況和結構體系可靠度作出評價。
　　(4)針對龍卷風荷載有時很強，廠房結構有相當大的概率進入塑形工作階段而譜隨機有限元法難以應用于結構非線性隨機分析的困難，采用有限元軟件ANSYS內(nèi)置的APDL語言編

6、制了基于馬爾可夫鏈——蒙特卡洛抽樣理論的子集模擬法計算程序，對龍卷風作用下常規(guī)島主廠房模型進行彈塑性動力可靠度分析，并將結果與譜隨機有限元法的分析結果進行了對比。
　　(5)將考慮服役環(huán)境、材料因素和使用年限的鋼結構構件腐蝕深度模型與結構有限元推覆分析相結合，計算得到了常規(guī)島主廠房結構在設計使用期內(nèi)的側向抗力衰減曲線;采用馬爾可夫隨機過程對主廠房結構在幾十年服役期內(nèi)所處的抗力狀態(tài)進行了預測;由譜隨機有限元法分別計算了處于不同抗力狀