一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法、系统及介质与流程

本发明涉及反应堆结构力学，具体涉及一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法、系统及介质。

背景技术：

1、当前工程上对反应堆设备结构进行力学评价时，首先将反应堆关键部件进行简化建模，通过动力分析得到部件关键结构的载荷分配，再对需评价结构进行详细建模，将求得的载荷作为输入，进一步开展结构的应力分析及评价。

2、工程上大多数情况下得到的载荷分配均为绝对值大小，载荷的六个分量(力：fx、fy、fz；力矩：mx、my、mz)的方向既可正向也可负向。而在结构的详细模型中，施加载荷必须指定载荷方向，且不同载荷方向下的计算差异极大。为了设计保守性，通常会遍历载荷方向的所有情况，例如，对于一组载荷而言，共有2^6＝64种情况，通过有限元软件对结构在每种情况下的应力进行计算，得到评价位置处的应力值，进一步在所有情况中找出各个评价位置的应力最大值作为最终计算结果，再依据规范进行应力评价。

3、现有的反应堆设备结构应力分析主要基于ansys软件，在遍历载荷方向的所有情况时，ansys自带应力线性化功能，可直接计算出每种情况下各个评价位置处的薄膜应力强度、弯曲应力强度及峰值应力强度。但ansys在此过程中会生成整个计算模型在每种载荷情况下的结果文件，大量结果文件的写入会造成ansys后处理效率低下，当结构计算模型规模更大或者同时考虑多组载荷时，ansys后处理会耗费更多时间。

4、综上所述，本技术发明人在实现本技术实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

5、现有的反应堆设备结构应力分析基于ansys软件，在遍历每一种载荷方向时，ansys后处理会生成该情况下的结果文件，然后在评价位置处进行应力线性化，获得相关应力强度。该过程中向计算机写入大量结果文件，会耗费大量时间，导致后处理效率低下，且该技术无法应对同时考虑多组载荷时的结构应力分析及评价。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：当前工程实践中反应堆设备结构应力分析后处理效率低下；本发明目的在于提供一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法、系统及介质，根据应力结果对各评价位置进行应力线性化，得到在不同方向单位载荷下的应力分量，基于载荷组合进行应力分量的线性放大和叠加得到载荷组合的评价位置结果，适用于弹性分析，对快速进行应力分析评价提供了技术支持，对设计参数变更可实现应力结果的快速反馈；避免了ansys后处理中耗时的写入结果文件的过程，可通过将评价位置处的关键应力信息写入文本文件，对文本文件上的数据进行应力叠加计算获得最终结果。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本方案提供一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，包括：

4、步骤一：构建反应堆设备结构的有限元模型，并对有限元模型的评价位置逐一施加不同方向下的单位载荷，求解出各评价位置在不同方向单位载荷下的应力结果；

5、步骤二：根据应力结果对各评价位置进行应力线性化，得到在不同方向单位载荷下的应力分量；

6、步骤三：获取载荷组合，基于载荷组合进行应力分量的线性放大和叠加得到载荷组合的评价位置结果；

7、步骤四：基于弹性力学理论将载荷组合的评价位置结果转化为应力强度，并输出载荷组合下各评价位置中应力强度的最大值。

8、本方案工作原理：当前工程实践中反应堆设备结构应力分析后处理效率低下；本发明目的在于提供一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法、系统及介质，根据应力结果对各评价位置进行应力线性化，得到在不同方向单位载荷下的应力分量，基于载荷组合进行应力分量的线性放大和叠加得到载荷组合的评价位置结果，适用于弹性分析，对快速进行应力分析评价提供了技术支持，对设计参数变更可实现应力结果的快速反馈；避免了ansys后处理中耗时的写入结果文件的过程，可通过将评价位置处的关键应力信息写入文本文件，对文本文件上的数据进行应力叠加计算获得最终结果。

9、同时，本发明所阐述的应力叠加计算方法，也可推广至同时考虑多组载荷及多部位载荷时的应力计算及评价。

10、进一步优化方案为，所述方向包括：力的空间坐标方向和力矩的空间坐标方向；

11、所述力的空间坐标方向包括：力的x轴方向fx、力的y轴方向fy和力的z轴方向fz；所述力矩的空间坐标方向包括：力矩的x轴方向mx、力矩的y轴方向my和力矩的z轴方向mz。

12、进一步优化方案为，所述应力分量包括：

13、薄膜应力mem对应的第i个单位载荷下薄膜应力memi，i＝1，2，3，4，5，6；

14、内表面弯曲应力beni对应的第i个单位载荷下内表面弯曲应力benii，i＝1，2，3，4，5，6；

15、外表面弯曲应力beno对应的第i个单位载荷下外表面弯曲应力benoi，i＝1，2，3，4，5，6；

16、其中，i取值1-6时，单位载荷分别对应fx、fy、fz、mx、my、mz；薄膜应力memi、内表面弯曲应力benii、外表面弯曲应力benoi各自均含6个应力分量，即：x轴方向的正应力sx，y轴方向的正应力sy，z轴方向的正应力sz，x轴和y轴构成平面上的切应力sxy，y轴和z轴构成平面上的切应力syz，x轴和z轴构成平面上的切应力sxz。

17、进一步优化方案为，每个载荷组合包含不同方向的真实载荷，分别记作fi；i＝1，2，3，4，5，6。

18、进一步优化方案为，所述获取载荷组合，基于载荷组合进行应力分量的线性放大和叠加得到载荷组合的评价位置结果，包括方法：

19、将每个评价位置在各方向单位载荷下的应力结果分别乘上对应的真实载荷实现应力分量的线性放大，再将不同方向载荷导致的应力结果叠加，得到载荷组合的评价位置结果。

20、进一步优化方案为，所述评价位置结果包括：薄膜应力分量结果、内表面薄膜加弯曲应力分量结果，和外表面薄膜加弯曲应力分量结果；

21、薄膜应力分量根据下式获取：

22、

23、其中，sxpm表示载荷组合后薄膜应力在x轴方向的正应力，sypm表示载荷组合后薄膜应力在y轴方向的正应力，szpm表示载荷组合后薄膜应力在z轴方向的正应力，sxypm表示载荷组合后薄膜应力在x轴和y轴构成平面上的切应力，syzpm表示载荷组合后薄膜应力在y轴和z轴构成平面上的切应力，sxzpm表示载荷组合后薄膜应力在x轴和z轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下薄膜应力在x轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下薄膜应力在y轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下薄膜应力在z轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下薄膜应力在x轴和y轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下薄膜应力在y轴和z轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下薄膜应力在x轴和z轴构成平面上的切应力；

24、内表面薄膜加弯曲应力分量结果根据下式获取：

25、

26、其中，sxpmbi表示载荷组合后内表面薄膜加弯曲应力在x轴方向的正应力，sypmbi表示载荷组合后内表面薄膜加弯曲应力在y轴方向的正应力，szpmbi表示载荷组合后内表面薄膜加弯曲应力在z轴方向的正应力，sxypmbi表示载荷组合后内表面薄膜加弯曲应力在x轴和y轴构成平面上的切应力，syzpmbi表示载荷组合后内表面薄膜加弯曲应力在y轴和z轴构成平面上的切应力，sxzpmbi表示载荷组合后内表面薄膜加弯曲应力在x轴和z轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下内表面薄膜加弯曲应力在x轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下内表面薄膜加弯曲应力在y轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下内表面薄膜加弯曲应力在z轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下内表面薄膜加弯曲应力在x轴和y轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下内表面薄膜加弯曲应力在y轴和z轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下内表面薄膜加弯曲应力在x轴和z轴构成平面上的切应力。

27、外表面薄膜加弯曲应力分量结果根据下式获取：

28、

29、其中，sxpmbo表示载荷组合后外表面薄膜加弯曲应力在x轴方向的正应力，sypmbo表示载荷组合后外表面薄膜加弯曲应力在y轴方向的正应力，szpmbo表示载荷组合后外表面薄膜加弯曲应力在z轴方向的正应力，sxypmbo表示载荷组合后外表面薄膜加弯曲应力在x轴和y轴构成平面上的切应力，syzpmbo表示载荷组合后外表面薄膜加弯曲应力在y轴和z轴构成平面上的切应力，sxzpmbo表示载荷组合后外表面薄膜加弯曲应力在x轴和z轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下外表面薄膜加弯曲应力在x轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下外表面薄膜加弯曲应力在y轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下外表面薄膜加弯曲应力在z轴方向的正应力，表示第i个单位载荷下外表面薄膜加弯曲应力在x轴和y轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下外表面薄膜加弯曲应力在y轴和z轴构成平面上的切应力，表示第i个单位载荷下外表面薄膜加弯曲应力在x轴和z轴构成平面上的切应力。

30、进一步优化方案为，基于ansys软件对有限元模型的评价位置逐一施加不同方向下的单位载荷，求解出各评价位置在不同方向单位载荷下的应力结果。

31、进一步优化方案为，基于ansys软件根据应力结果对各评价位置进行应力线性化，得到在不同方向单位载荷下的应力分量。

32、本方案还提供一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算系统，用于实现上述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，包括：

33、第一计算模块，用于构建反应堆设备结构的有限元模型，并对有限元模型的评价位置逐一施加不同方向下的单位载荷，求解出各评价位置在不同方向单位载荷下的应力结果；

34、第二计算模块，用于根据应力结果对各评价位置进行应力线性化，得到在不同方向单位载荷下的应力分量；

35、第三计算模块，用于获取载荷组合，基于载荷组合进行应力分量的线性放大和叠加得到载荷组合的评价位置结果；

36、输出模块，用于基于弹性力学理论将载荷组合的评价位置结果转化为应力强度，并输出载荷组合下各评价位置中应力强度的最大值。

37、本方案还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如上述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法。

38、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

39、本发明提供的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法、系统及介质；。

技术特征：

1.一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，其特征在于，所述方向包括：力的空间坐标方向和力矩的空间坐标方向；

3.根据权利要求2所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，其特征在于，所述应力分量包括：

4.根据权利要求3所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，其特征在于，每个载荷组合包含不同方向的真实载荷，分别记作fi；i＝1，2，3，4，5，6。

5.根据权利要求4所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，其特征在于，所述获取载荷组合，基于载荷组合进行应力分量的线性放大和叠加得到载荷组合的评价位置结果，包括方法：

6.根据权利要求5所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，其特征在于，所述评价位置结果包括：薄膜应力分量结果、内表面薄膜加弯曲应力分量结果，和外表面薄膜加弯曲应力分量结果；

7.根据权利要求1所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，其特征在于，基于ansys软件对有限元模型的评价位置逐一施加不同方向下的单位载荷，求解出各评价位置在不同方向单位载荷下的应力结果。

8.根据权利要求1所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，其特征在于，基于ansys软件根据应力结果对各评价位置进行应力线性化，得到在不同方向单位载荷下的应力分量。

9.一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算系统，其特征在于，用于实现权利要求1-8任意一项所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法，包括：

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-8中任意一项所述的一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法。

技术总结
本发明公开了一种用于反应堆设备结构的应力叠加计算方法、系统及介质；涉及反应堆结构力学技术领域；根据应力结果对各评价位置进行应力线性化，得到在不同方向单位载荷下的应力分量，基于载荷组合进行应力分量的线性放大和叠加得到载荷组合的评价位置结果，适用于弹性分析，对快速进行应力分析评价提供了技术支持，对设计参数变更可实现应力结果的快速反馈；避免了ANSYS后处理中耗时的写入结果文件的过程，可通过将评价位置处的关键应力信息写入文本文件，对文本文件上的数据进行应力叠加计算获得最终结果。

技术研发人员：刘贞谷,李丽娟,傅孝龙,蒲卓,张丽屏,张毅雄,唐辉,董化平,熊夫睿,姜露,李辉
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5