CN104776964A - 一种用于堆内构件流致振动试验的模拟支架及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于堆内构件流致振动试验的模拟支架及其设计方法。所述模拟支架为两端开口的中空圆台状结构，包括若干金属架以及由所述若干金属架围绕成的空腔，任意两相邻的金属架之间间隔预定的供主泵接管穿过的空间，所述空腔用于容置模拟容器。本发明通过设计一款结构合理简化的模拟支架，减少了加工难度、节约加工经费和加工时间。

Description

一种用于堆内构件流致振动试验的模拟支架及其设计方法

技术领域

本发明涉及核工业容器支架领域，具体地，涉及一种用于堆内构件流致振动试验的模拟支架及其设计方法。

背景技术

反应堆堆内构件流致振动试验时，一般采用试验模型模拟实堆进行试验以节省成本和时间。实堆，指的是核工业实际生产反应的反应堆，用以与模拟反应堆相区别。为了确保堆内构件的模拟准确度，作为包容反应堆堆内构件的容器的合理简化较易受到重视。而发明人查阅多篇文献，均未有发现关于支撑该模拟容器的模拟支架的相关研究。而实堆用支架的结构过于复杂，用于模拟流致振动试验导致经济成本及时间成本过高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种合理简化的模拟支架，该模拟支架可用于堆内构件流致振动试验。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，为两端开口的中空圆台状结构，包括若干金属架以及由所述若干金属架围绕成的空腔，任意两相邻的金属架之间间隔预定的供主泵接管穿过的空间，所述空腔用于容置模拟容器。

如无特别指出，本发明所述的若干均是指的两个或两个以上。

进一步地，所述金属架的数量为4个且对称地设置。

进一步地，任一金属架包括内板、外板以及固定连接所述内板与所述外板的若干连接板；所述若干间隔的内板同轴呈圆环状排列，组成该模拟支架的内壁；所述若干间隔的外板同轴排列组成该模拟支架的圆台壁。

进一步地，所述模拟支架的圆台壁倾斜角为60°至80°。

进一步地，所述连接板包括一顶板、一底板以及间隔设置于所述顶板与底板之间的至少一块的隔板，且所述连接板均垂直于所述内板设置；所述内板的顶部通过所述顶板与所述外板的顶部相连接，所述内板的底部通过所述底板与所述外板的底部相连接。

进一步地，所述模拟支架的底部与带地炕的混凝土基础固定连接，所述模拟支架的空腔与所述地炕相对应，且所述模拟容器的底部能够容置于所述地炕内，所述模拟容器伸入地炕内的高度与模拟支架的高度之和等于实堆容器的安装高度。

进一步地，所述模拟支架包括有与所述若干金属架的顶部可拆卸式连接的安装环板。便于安装时调整所述模拟支架整体的水平度。

进一步地，所述模拟支架的高度、连接板的径向宽度、板材厚度应满足以下条件：使所述模拟支架支承的模拟容器的振动频率基本等于实堆容器的振动频率，其中，所述模拟支架的高度低于实堆容器的安装高度，所述板材指的是构成金属架的部件，包括内板、外板以及连接板。

本发明还提供一种上述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架的设计方法，包括以下步骤：

a．通过有限元程序计算确定实堆容器的振动频率和振型；

b．设定所述模拟支架的初始参数：

本领域技术人员根据步骤a得到的结果及实堆容器的安装高度确定模拟支架的高度，

本领域技术人员根据步骤a得到的结果确定连接板的初始径向宽度，

本领域技术人员根据步骤a得到的结果确定板材的初始厚度；

c．采用分析法设计的思想，计算本申请所述的模拟支架支承的模拟容器的振动特性，将计算的模拟支架支承的模拟容器的振动频率与步骤a确定的实堆容器的振动频率进行对比，在固定模拟支架的高度不变的情况下，如果计算的模拟容器的振动频率小于实堆容器的振动频率，则加大所述模拟支架的各连接板的径向宽度和/或板材厚度以提高所述模拟支架支承的模拟容器的振动频率；反之则减少所述模拟支架的各连接板的径向宽度和/或板材厚度以降低所述模拟支架支承的模拟容器的振动频率；

d．若模拟支架支承的模拟容器的振动频率和实堆容器的振动频率相差较大，则重复上述c步骤；若模拟容器的振动频率和实堆容器的振动频率基本相同，则结束操作。

进一步地，所述步骤b中确定模拟支架的高度具体如下：根据步骤a得到的结果及实堆容器的安装高度，取低于该高度的值作为模拟支架的高度，而为保证模拟容器的安装高度与实堆容器的安装高度一致，所述模拟容器的底部可深入地炕内，使模拟容器伸入地炕内的高度与模拟支架的高度之和等于实堆容器的安装高度。

综上，本发明的有益效果是：本发明通过设计一款结构合理简化的模拟支架，减少了加工难度、节约加工经费和加工时间。

附图说明

图1是本发明较佳实施例所示的模拟支架的正视图；

图2是本发明较佳实施例所示的模拟支架的俯视图；

图3是本发明较佳实施例所示的模拟支架安装有模拟容器的结构示意图；

图4是本发明较佳实施例所示的模拟支架支承模拟容器的振型图；

附图中标记及相应的零部件名称：模拟支架100、模拟容器1、金属架10、空腔20、内板11、外板12、连接板13、顶板131、底板132、隔板133、混凝土基础3、地炕2、安装环板30。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明中所述的“基本等于”或“基本相同”不应理解为完全等于或相同，而可理解为修饰在本领域技术人员可接受的误差范围内的数值。本领域技术人员可优先考虑满足工程上小于5%的相对误差的数值范围为其限定的更优选的范围。

实施例1

请参阅图1-3，本发明较佳实施例所示的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架100，所述模拟支架100用于支撑包容反应堆堆内构件的模拟容器1，所述模拟支架100为两端开口的中空圆台状结构，包括若干金属架10以及由所述若干金属架10围绕成的空腔20，任意两相邻的金属架10之间间隔预定的空间，用于供主泵接管穿过，所述空腔20用于容置模拟容器1。本实施例中，设有4个对称设置的金属架10，所述金属架10更具体地优选钢架。

任一金属架10包括内板11、外板12以及固定连接所述内板11与所述外板12的若干连接板13。所述若干间隔的内板11同轴呈圆环状排列，组成该模拟支架100的内壁。所述若干间隔的外板12同轴排列组成该模拟支架100的外壁（即，圆台壁）。所述模拟支架100的圆台壁倾斜角α为60°至80°，该圆台壁倾斜角α在确保本模拟支架100稳定性的前提下减少了模拟支架100底部的占地面积。

任一内板11上垂直地连接有若干所述连接板13，所述连接板13包括一顶板131、一底板132以及至少一块的隔板133。本实施例中，任一内板11通过四块所述连接板13与所述外板12相连接，所述内板11的顶部通过所述顶板131与所述外板12的顶部相连接，所述内板11的底部通过所述底板132与所述外板12的底部相连接，两隔板133间隔地设置于所述顶板131及底板132之间，连接所述内板11及外板12。可以理解，所述连接板13可以通过焊接、螺接等方式与所述内板11或外板12相固定连接，优选焊接的方式。将所述金属架10设计成由所述内板11、外板12、顶板131以及底板132围成的中空结构，一方面节约材料，降低成本，简化结构，另一方面通过间隔设置的连接板13能够有效的提高模拟支架100的横向刚度和整体稳定性。

所述模拟支架100的底部与带地炕2的混凝土基础3固定连接，且所述模拟支架100的空腔20与所述地炕2相对应，所述地炕2能够用于容置模拟容器1的底部。可以理解，所述模拟支架100的底部可以通过螺栓等连接件与所述混凝土基础3固定连接。

为了保证所述模拟支架100安装时的水平度达到要求，所述模拟支架100还包括有可拆卸地与所述若干金属架10的顶部连接的安装环板30，便于安装时调整所述模拟支架100整体的水平度。将所述模拟支架100安装至所述混凝土基础3之前，将所述安装环板30与若干金属架10的顶部相连接固定，吊装该模拟支架100至混凝土基础3处，通过底板132和混凝土基础3之间的地脚螺栓、垫铁等确保安装环板30的水平度满足要求后，再拆卸该安装环板30，之后即可进行模拟容器1的安装。

本发明所述的模拟支架100可用于堆内构件流致振动试验，为确保试验结果更准确，所述模拟支架100的高度（即，模拟支架100的高度为内板11的高度）、连接板13的径向宽度、板材（指的是构成金属架10的各个组成部分，包括内板11、外板12以及连接板13）厚度应满足以下条件：使所述模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率基本等于实堆容器的振动频率。具体采用如下方法：首先确定模拟支架100的高度低于实堆容器的安装高度。其次，确定顶板131的径向宽度以及模拟支架100的圆台壁倾斜角α，则此时模拟支架100的结构已确定，为使该模拟支架100用于堆内构件流致振动试验时的试验结果更准确，再通过有限元程序计算确定实堆支架支承的实堆容器的振动频率和振型，采用分析法设计的思想，计算本申请所述的模拟支架100支承的模拟容器1的振动特性，将计算的模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率与实堆容器的振动频率进行对比，在固定模拟支架100的高度不变的情况下，如果计算的模拟容器1的振动频率小于实堆容器的振动频率，则加大所述模拟支架100的各连接板13的径向宽度和/或板材厚度以提高所述模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率；反之则减少所述模拟支架100的各连接板13的径向宽度和/或板材厚度以降低所述模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率。经过反复多次修改直至模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率基本等于实堆容器的振动频率时止。

实施例2

本发明还提供一种上述实施例1所述的模拟支架100的设计方法，包括以下步骤：

a．通过有限元程序计算确定实堆容器的振动频率和振型；

b．设定所述模拟支架100的初始参数，包括模拟支架100的高度、连接板13的初始径向宽度以及板材的初始厚度，第一项参数的设定可根据实堆容器的安装高度进行确定，而后两项参数的初始设定可由本领域技术人员根据步骤a得到的结果确定给出一个大概值，再通过后续的c步骤及d步骤进行不断修改，以不断接近实现所述模拟支架100最终目的的较佳数值，具体如下：

确定模拟支架100的高度如下：由于本发明所述的模拟支架100较实堆支架大大简化，为保证最终目的——模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率与实堆容器的振动频率基本相同，根据步骤a得到的结果结合实堆容器的安装高度，取低于该高度的值作为模拟支架100的高度，即，内板11的高度，而为保证模拟容器1的安装高度与实堆容器的安装高度一致，所述模拟容器1的底部可深入地炕2内，使模拟容器1伸入地炕2内的高度与模拟支架100的高度之和等于实堆容器的安装高度，则可确保模拟容器1的安装高度与实堆容器的安装高度一致；

确定连接板13的初始径向宽度；本领域技术人员根据步骤a得到的结果确定各个连接板的径向宽度后，则外板12的圆台壁倾斜角也就确定了，而反之，若顶板131或底板132的径向宽度确定，外板13的圆台壁倾斜角确定，则底板132或顶板131的径向宽度也随之确定，且各隔板133的径向宽度也就确定了；

本领域技术人员可根据步骤a得到的结果确定板材的初始厚度；

c．采用分析法设计的思想，计算本申请所述的模拟支架100支承的模拟容器1的振动特性，将计算的模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率与步骤a确定的实堆容器的振动频率进行对比，在固定模拟支架100的高度不变的情况下，如果计算的模拟容器1的振动频率小于实堆容器的振动频率，则加大所述模拟支架100的各连接板13的径向宽度和/或板材厚度以提高所述模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率；反之则减少所述模拟支架100的各连接板13的径向宽度和/或板材厚度以降低所述模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率；

d．若模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率和实堆容器的振动频率相差较大，则重复上述c步骤；若模拟容器1的振动频率和实堆容器的振动频率基本相同，则结束操作。

如此，通过上述操作则能使模拟容器1的振动频率与实堆容器的振动频率基本相同，使得模拟流致振动试验的结果误差较小。

本申请发明人采用上述方法，通过有限元程序计算，得到实堆支架支承的实堆容器振动频率为12.78Hz，振型为梁式摆动，并提供模拟支架100支承的模拟容器1的振型图，如图4所示，该模拟容器1的振型也为梁式摆动，通过对模拟支架100的不断调整最终测得所述模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率为12.15Hz，与实堆容器的振动频率相差为4.93%，满足工程上小于5%的相对误差要求。所述模拟支架100以及其支承的模拟容器1已成功应用于反应堆堆内构件流致振动试验，所述试验测量了堆内构件在水流激励下的振动响应，并根据流致振动响应评价了堆内构件结构的安全性，确保了反应堆在流致振动方面的长期运行安全性。

综上，本发明通过设计一款结构合理简化的模拟支架100，减少了加工难度、节约加工经费和加工时间；设有供主泵接管穿过的间隔空间，结构设计合理；设有可拆卸的安装环板30，便于所述模拟支架100在安装时调整其整体的水平度。由于本发明所述的模拟支架100较实堆支架大大简化，为保证模拟支架100支承的模拟容器1的振动频率与实堆容器的振动频率基本相同而降低模拟支架100的高度，而另一方面，为了使模拟容器1的安装高度满足实堆容器的安装高度，因此设计了带有能够容置所述模拟容器1底部的地炕2的混凝土基础3，使模拟容器1伸入地炕2内的高度与模拟支架100的高度之和等于实堆容器的安装高度，从而满足了模拟容器1的安装高度与实堆容器的安装高度一致的要求。且本发明具体给出了实现上述模拟支架100的设计方法。

如上所述，可较好的实现本发明。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，其特征在于，为两端开口的中空圆台状结构，包括若干金属架以及由所述若干金属架围绕成的空腔，任意两相邻的金属架之间间隔预定的供主泵接管穿过的空间，所述空腔用于容置模拟容器。

2.根据权利要求1所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，其特征在于，所述金属架的数量为4个且对称地设置。

3.根据权利要求1所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，其特征在于，任一金属架包括内板、外板以及固定连接所述内板与所述外板的若干连接板；所述若干间隔的内板同轴呈圆环状排列，组成该模拟支架的内壁；所述若干间隔的外板同轴排列组成该模拟支架的圆台壁。

4.根据权利要求3所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，其特征在于，所述模拟支架的圆台壁倾斜角为60°至80°。

5.根据权利要求3所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，其特征在于，所述连接板包括一顶板、一底板以及间隔设置于所述顶板与底板之间的至少一块的隔板，且所述连接板均垂直于所述内板设置；所述内板的顶部通过所述顶板与所述外板的顶部相连接，所述内板的底部通过所述底板与所述外板的底部相连接。

6.根据权利要求1所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，其特征在于，所述模拟支架的底部与带地炕的混凝土基础固定连接，所述模拟支架的空腔与所述地炕相对应，且所述模拟容器的底部能够容置于所述地炕内，所述模拟容器伸入地炕内的高度与模拟支架的高度之和等于实堆容器的安装高度。

7.根据权利要求1所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，其特征在于，所述模拟支架包括有与所述若干金属架的顶部可拆卸式连接的安装环板。

8.根据权利要求3所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架，其特征在于，所述模拟支架的高度、连接板的径向宽度、板材厚度应满足以下条件：使所述模拟支架支承的模拟容器的振动频率基本等于实堆容器的振动频率，其中，所述模拟支架的高度低于实堆容器的安装高度，所述板材指的是构成金属架的部件，包括内板、外板以及连接板。

9.一种如权利要求1至8中任一项所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

a．通过有限元程序计算确定实堆容器的振动频率和振型；

b．设定所述模拟支架的初始参数：

本领域技术人员根据步骤a得到的结果及实堆容器的安装高度确定模拟支架的高度，

本领域技术人员根据步骤a得到的结果确定连接板的初始径向宽度，

本领域技术人员根据步骤a得到的结果确定板材的初始厚度；

c．采用分析法设计的思想，计算本申请所述的模拟支架支承的模拟容器的振动特性，将计算的模拟支架支承的模拟容器的振动频率与步骤a确定的实堆容器的振动频率进行对比，在固定模拟支架的高度不变的情况下，如果计算的模拟容器的振动频率小于实堆容器的振动频率，则加大所述模拟支架的各连接板的径向宽度和/或板材厚度以提高所述模拟支架支承的模拟容器的振动频率；反之则减少所述模拟支架的各连接板的径向宽度和/或板材厚度以降低所述模拟支架支承的模拟容器的振动频率；

d．若模拟支架支承的模拟容器的振动频率和实堆容器的振动频率相差较大，则重复上述c步骤；若模拟容器的振动频率和实堆容器的振动频率基本相同，则结束操作。

10.根据权利要求9所述的用于堆内构件流致振动试验的模拟支架的设计方法，其特征在于，所述步骤b中确定模拟支架的高度具体如下：根据步骤a得到的结果及实堆容器的安装高度，取低于该高度的值作为模拟支架的高度，而为保证模拟容器的安装高度与实堆容器的安装高度一致，所述模拟容器的底部可深入地炕内，使模拟容器伸入地炕内的高度与模拟支架的高度之和等于实堆容器的安装高度。