核电楼层谱参数不确定性及敏感性分析

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随着环境问题的日益严峻,核能作为清洁能源越来越受到重视,我国核电的发展也即将迈入黄金时期。保证结构的安全性是发展核电的首要前提,对核电厂进行合理的地震动响应分析,得到可靠的抗震安全性评价结果十分必要。在核电结构的动力分析中有两方面的内容十分关键,一是如何考虑结构地基的相互作用,对于集总质量模型规范给出了便捷的弹簧阻尼器法,但对三维模型的有限元分析则需要施加更为复杂的人工边界,不利于工程应用;二是由于结构地基材料属性的随机性以及模型简化的假定,导致性能参数存在一定的不确定性,需要对结构进行参数不确定性分析,得到具有统计意义的楼层反应谱,分析参数不确定性对楼层反应谱的影响规律。基于以上内容,本文主要从以下几个方面进行了研究:(1)对核电结构进行三维有限元分析时,拟借鉴集总质量弹簧阻尼器模型施加方法,通过力矩等效,实现核电三维土-结构弹簧阻尼器模型的建立,简便易行,便于工程应用。进而通过算例验证该方法的正确性,将三维弹簧阻尼器模型与集总质量模型进行频率和模态质量的对比,两者结果相吻合。(2)基于蒙特卡洛原理,利用MATLAB和ANSYS软件能够实现核电结构参数不确定性分析,探究核电结构和地基参数不确定性对楼层反应谱的影响,通过算例论证,90%保证率的楼层谱相比确定性分析结果,存在与规范描述一致的“峰降”与“峰拓”变化。但为节省计算时间,一般取小样本循环,计算精度得不到保证。为解决这一问题,利用计算机和软件多处理器工作原理实现MATLAB并行运算;提出并行建模、统一运算的方式实现ANSYS软件并行循环。数值算例表明,经过这两种算法改进,能够实现蒙特卡洛大样本分析,保证楼层反应谱统计结果的计算精度,并极大提高了运算效率;同时两种软件程序的正确性也已经得到论证。(3)通过核电结构的参数不确定性分析可以有效把握整体随机规律,无法深入探究具体参数的随机理论。本文在整体分析的基础上,探究每种随机参数对楼层反应谱的影响规律,并从解析的角度分析地基剪切模量变化对楼层反应谱的影响,进而深入探索楼层谱对每种性能参数的敏感程度。结果表明,“峰降”和“峰拓”现象的发生均为一种或几种参数共同作用的结果,楼层谱对随机参数的敏感程度则随场地条件和楼层谱频率的不同而发生较大变化,并在峰值频率处出现明显波动。
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