核电站用空气闸门抗震强度分析.pdf
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1、第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()核电站用空气闸门抗震强度分析赵彦霞,樊士玉,张善文(江苏金秋竹集团有限公司,江苏靖江 ;扬州大学 机械工程学院,江苏扬州 )摘要:在介绍了某空气闸门组成的基础上,为评估空气闸门的结构能否满足抗震要求,建立了空气闸门的有限元模型,分析了其在地震载荷作用下的力学强度.通过应力评定,所设计的空气闸门能够承受给定的地震载荷.关键词:核电站;空气闸门;抗震强度中图分类号:T P TM 文献标识码:A教育部高等教育司产学合
2、作协同育人项目()收稿日期:;修订日期:作者简介:赵彦霞(),女,河南开封人,工程师,本科,主要从事特种门窗开发设计.引言空气闸门是核电站中重要的防护设备,在地震过程中,地震载荷对空气闸门会产生影响.核电站使用的空气闸门必须能够承受地震载荷给其带来的应力作用,.本文以某空气闸门为研究对象,对其进行抗震分析,并评估其是否满足抗震要求.结构介绍某空气闸门结构主要包括铰链、门扇、启闭机构、门框和锁紧机构等,见图.门扇一侧通过铰链安装在门框上,另一侧通过锁紧机构与门框和地面相连,启闭机构用于门扇的开启和关闭.门扇高度为 m,宽度为 m,厚度为 mm,门扇质量为 k g.门体内部结构为C形槽钢骨架和双面
3、防火层.门面外侧为 mm厚薄钢板,钢板材料为Q B,防火层厚度为 mm,材 料为膨胀珍珠岩.有限元模型本文采用谱分析法对空气闸门进行抗震强度分析.由于两个门扇左右对称,采用有限元分析软件AN S Y S建立单个门扇的有限元模型,见图.门扇钢板和防火层采用壳单元S h e l l 模拟,内部C形槽钢采用梁单元B e a m 模拟.由于锁紧机构、启闭机构、门把手、铰链、门框等部件相对门扇质量小,不考虑其影响.铰链和锁紧处节点约束所有自由度.模态分析模态分析是谱分析的基础,为其提供不同频率下的振型.模态提取方法采用B l o c kl a n c z o s法.采用有限元分析软件AN S Y S对模
4、型进行模态计算.通过计算,得到空气闸门的前 阶固有频率,见表.空气闸门前阶振型见图.由图可以看出:前阶振型均以弯曲振动为主,第阶振型以门扇无约束侧中部弯曲振动为主,第阶振型以门扇无约束侧上下部分弯曲振动为主,第阶振型以门扇上下部分与无约束侧中部弯曲振动为主.铰链;门扇;启闭机构;门框;锁紧机构图空气闸门总体结构谱分析取前 阶固有频率进行谱分析.对模型约束处分别施加X、Y、Z三个方向上阻尼比为的加速度响应谱,见表.表中,fx、fy、fz分别为所在楼层X、Y、Z方向的振动频率,H z;ax、ay、az分别为模型所在坐标系下X、Y、Z三个方向的加速度,m/s.采用有限元分析软件AN S Y S对模型
5、进行谱分析,计算得到的空气闸门在此反应谱下的应力分布如图所示.由图可 知:地 震 载 荷 下 空 气 闸 门 的 最 大 应 力 为 MP a,出现在门扇上部锁紧处.提取空气闸门的最大薄膜应力Pm和最大薄膜应力与最大弯曲应力之和PmPb,见表.表中,Sm为许用应力,其大小为 MP a;Sm和Sm分别表示倍和倍的许用应力.应力结果表明:空气闸门能够承受给定的地震载荷,满足设计要求.图空气闸门有限元模型表空气闸门前 阶固有频率阶数频率(H z)阶数频率(H z)图空气闸门的前阶振型结论根据空气闸门的结构特点,建立其有限元模型.通过谱分析法对空气闸门进行抗震强度分析和应力评估,分析结果表明:空气闸门
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