CN110909499A - 一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法和系统，本发明通过获取节点线性化应力分量，基于获取的数据通过设置的算法自动实现核电站一回路主设备的疲劳分析，无需依赖某一特定商业软件，实现简单，便于修正，提高了可操作性。
Description
技术领域
本发明涉及核级设备疲劳分析技术领域，具体涉及一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法和系统。
背景技术
在核电站一回路主设备设计分析中，对结构热疲劳的分析是其中重要组成部分。现有方法一般是采用商业有限元软件自带的疲劳分析模块进行分析，如ANSYS的疲劳分析模块，SYSTUS的ASME-RCC-M分析模块等。这些模块由于开发较早且一直未进行更新，现有功能已无法满足规范的新要求。此外，这些模块无法自动获取应力极值点，需要用户手动指定，自动化程度低，容易因人为失误导致错误的分析结果。为了弥补这些缺陷，在使用商业软件的这些功能时必须结合进行一定的修正，而由于商业软件的相关模块是个封装好的“黑匣子”，很难对内核进行修改，因此只能退而求其次，只对结果进行修正。这种修正不仅实现起来难度较大，且有时无法实现特定的要求。
发明内容
本发明提供了解决上述问题的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1，获取有限元软件分析路径内外节点线性化应力分量并以特定的格式输出至特定文件名的文本文件；
步骤S2，通过文本文件的方式输入分析所需的其他参数；
步骤S3，读取步骤S1和步骤S2中的文本文件的数据；
步骤S4，根据读取的数据自动查找应力时程极值时刻点，并扩展时刻点，使得每个极值点包含了一个范围的时间点；
步骤S5，找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环；
步骤S6，根据选取的分析规范，进行时刻点组合或瞬态组合，计算疲劳使用系数；
步骤S7，根据选取的分析规范，对地震应力进行分析；
步骤S8，输出疲劳分析结果。
本发明通过获取节点线性化应力分量，基于获取的数据通过设置的算法自动实现核电站一回路主设备的疲劳分析，无需依赖某一特定商业软件，实现简单，便于修正，提高了可操作性。
优选的，所述步骤S4采用搜索算法自动查找应力时程极值时刻点，并将相关信息输出供用户检查。
优选的，所述步骤S5采用雨流法找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环。
优选的，所述步骤S6和步骤S7中选取的分析规范包括ASME NB3200或RCC-MB3200。
优选的，所述步骤S8输出的疲劳分析结果包括：每个极值点的瞬态及其对对应的时间范围，详细的疲劳配对和疲劳使用系数，汇总的疲劳使用系数，一次和二次应力范围和最大热应力范围。
另一方面，本发明还提出了一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的系统，该系统包括数据获取模块、数据分析模块和数据输出模块：
所述数据获取模块用于获取有限元软件分析路径内外节点线性化应力分量并以特定的格式输出至特定文件名的文本文件，并将分析用相关参数保存为本文文件；
所述数据分析模块读取数据获取模块输出的文本文件的数据，然后根据读取的数据自动查找应力时程极值时刻点，并扩展时刻点，使得每个极值点包含了一个范围的时间点；之后找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环；最后根据选取的分析规范，进行时刻点组合或瞬态组合、计算疲劳使用系数及对地震应力进行分析；
所述数据输出模块用于获取所述数据分析模块的疲劳分析结果并输出。
优选的，所述数据分析模块采用搜索算法自动查找应力时程极值时刻点。
优选的，所述数据分析模块采用雨流法找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环。
优选的，所述数据分析模块选取的分析规范包括ASME NB3200或RCC-M B3200。
优选的，所述数据输出模块输出的疲劳分析结果包括：每个极值点的瞬态及其对对应的时间范围，详细的疲劳配对和疲劳使用系数，汇总的疲劳使用系数，一次和二次应力范围和最大热应力范围。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明无需依赖某一特定商业软件，通过获取节点线性化应力分量，采用设计的算法流程即可自动实现核电站一回路主设备的披露分析，算法简单，便于修正，可操作性强。
2、本发明能够实现自动查找应力时程极值时刻点，并将相关信息输出供用户检查；
3、本发明能够实现不同分析规范的时刻点组合或瞬态组合，以及不同分析规范下的地震应力处理，例如：ASME NB3200的时刻点组合和RCC-M B3200要求的瞬态组合；实现并区别ASME NB3200和RCC-M B3200对地震的不同处理方式以及实现并区别ASME NB3200和RCC-M B3200的简化弹塑性修正因子Ke等。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明实施例的有限元模型简图。
图3为本发明实施例的评定截面示意图。
图4为本发明实施例计算得到的主要应力分量时程。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提出了一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1，获取有限元软件分析路径内外节点线性化应力分量并以特定的格式输出至特定文件名的文本文件：具体的针对不同商业有限元软件，开发出用于获取分析路径内外节点线性化应力分量的脚本(宏)，如针对ANSYS开发APDL宏，基于ABAQUS开发Python脚本等。获取节点线性化应力分量后以特定的格式输出至特定文件名的文本文件，作为计算输入。
步骤S2，通过文本文件的方式输入分析所需的其他参数：具体的通过文本文件的方式输入分析所需的其他参数，如材料特性，分析截面的疲劳强度减弱系数，瞬态发生次数等。
步骤S3，读取步骤S1和步骤S2中的文本文件的数据：具体的读取文本文件中的数据，包括总体参数，瞬态应力，压力应力，机械外载应力等。
步骤S4，根据读取的数据自动查找应力时程极值时刻点，并扩展时刻点，使得每个极值点包含了一个范围的时间点：具体的通过搜索算法找出应力时程极值时刻点，并扩展时刻点，使得每个极值点包含了一个范围的时间点，这样使得计算两个极值点之间最大的应力范围更为准确。
步骤S5，找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环：具体的通过雨流法找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环。主循环可与其他主循环进行组合，子循环则通过雨流法只在同一瞬态中配对。
步骤S6，根据选取的分析规范，进行时刻点组合或瞬态组合，计算疲劳使用系数：具体的根据选取的分析规范(例如ASME NB3200或RCC-M B3200)进行时刻点组合或瞬态组合，计算疲劳使用系数。
步骤S7，根据选取的分析规范，对地震应力进行分析：具体的根据选取的分析规范(ASMENB3200或RCC-M B3200)对地震应力进行处理，两个规范对于地震的处理方式是不同的。
步骤S8，输出疲劳分析结果：具体的输出每个极值点对应的瞬态和相应的时间范围，输出详细的疲劳配对和使用系数计算结果，输出汇总的疲劳使用系数、一次加二次应力范围和最大热应力范围结果。
本实施例的方法还能将步骤S8输出的疲劳分析结果分别用于疲劳使用系数评定、一次加二次应力范围校核和热棘轮校核。
实施例2
基于上述实施例，本实施例提出了一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的系统，该系统包括数据获取模块、数据分析模块和数据输出模块：
所述数据获取模块用于获取有限元软件分析路径内外节点线性化应力分量并以特定的格式输出至特定文件名的文本文件，并将分析用相关参数保存为本文文件。
所述数据分析模块读取数据获取模块输出的文本文件的数据，然后根据读取的数据自动查找应力时程极值时刻点，并扩展时刻点，使得每个极值点包含了一个范围的时间点；之后找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环；最后根据选取的分析规范，进行时刻点组合或瞬态组合、计算疲劳使用系数及对地震应力进行分析。
本实施例的数据分析模块采用搜索算法自动查找应力时程极值时刻点。
本实施例的数据分析模块采用雨流法找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环。
本实施例的数据分析模块选取的分析规范包括ASME NB3200或RCC-M B3200。
所述数据输出模块用于获取所述数据分析模块的疲劳分析结果并输出，包括：每个极值点的瞬态及其对对应的时间范围，详细的疲劳配对和疲劳使用系数，汇总的疲劳使用系数，一次和二次应力范围和最大热应力范围。
实施例3
本实施例对上述实施例1和实施例2提出的方法和系统进行仿真验证，具体采用的有限元计算模型为一承压容器接管，其采用二维轴对称单元建立模型，接管材料为低合金钢(型号为SA-508Gr.3C1.1)，安全端和管道材料为不锈钢(型号为TP316)，材料性能可参考ASMEII-D。有限元计算模型简图如图2所示，评定截面如图3所示，分析截面1位于焊缝，考虑2.0的疲劳强度减弱系数。
分析涉及4个瞬态，瞬态压力和温度随时间变化如下表1-表4所示：
表1瞬态1压力和温度变化
表2瞬态2压力和温度变化
表3瞬态3压力和温度变化
表4瞬态4压力和温度变化
瞬态应力通过ANSYS软件计算，瞬态应力计算得到的主要应力分量(Sy和Sz)的时程见图4。除了这些载荷外，还考虑2×10＝20次运行基准地震，地震载荷大小见表5。
表5运行基准地震载荷
应用上述实施例1的方法和上述实施例2的系统进行疲劳分析，得出的结果见表6。
表6疲劳分析结果
从表6可以看出，由于叠加了按照RCC-M B3200进行疲劳分析需要将地震叠加到最严厉瞬态组合中，因此最大的一次加二次应力范围比按照ASME III NB-3200计算要大。由于瞬态组合和时刻点组合的差别，疲劳使用系数的计算结果也不相同。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1，获取有限元软件分析路径内外节点线性化应力分量并以特定的格式输出至特定文件名的文本文件；
步骤S2，通过文本文件的方式输入分析所需的其他参数；
步骤S3，读取步骤S1和步骤S2中的文本文件的数据；
步骤S4，根据读取的数据自动查找应力时程极值时刻点，并扩展时刻点，使得每个极值点包含了一个范围的时间点；
步骤S5，找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环；
步骤S6，根据选取的分析规范，进行时刻点组合或瞬态组合，计算疲劳使用系数；
步骤S7，根据选取的分析规范，对地震应力进行分析；
步骤S8，输出疲劳分析结果。
2.根据权利要求1所述的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，所述步骤S4采用搜索算法自动查找应力时程极值时刻点，并将相关信息输出供用户检查。
3.根据权利要求1所述的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，所述步骤S5采用雨流法找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环。
4.根据权利要求1所述的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，所述步骤S6和步骤S7中选取的分析规范包括ASME NB3200或RCC-M B3200。
5.根据权利要求1所述的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，所述步骤S8输出的疲劳分析结果包括：每个极值点的瞬态及其对对应的时间范围，详细的疲劳配对和疲劳使用系数，汇总的疲劳使用系数，一次和二次应力范围和最大热应力范围。
6.一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的系统，其特征在于，该系统包括数据获取模块、数据分析模块和数据输出模块：
所述数据获取模块用于获取有限元软件分析路径内外节点线性化应力分量并以特定的格式输出至特定文件名的文本文件，并将分析用相关参数保存为本文文件；
所述数据分析模块读取数据获取模块输出的文本文件的数据，然后根据读取的数据自动查找应力时程极值时刻点，并扩展时刻点，使得每个极值点包含了一个范围的时间点；之后找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环；最后根据选取的分析规范，进行时刻点组合或瞬态组合、计算疲劳使用系数及对地震应力进行分析；
所述数据输出模块用于获取所述数据分析模块的疲劳分析结果并输出。
7.根据权利要求6所述的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，所述数据分析模块采用搜索算法自动查找应力时程极值时刻点。
8.根据权利要求6所述的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，所述数据分析模块采用雨流法找出每个应力时程中的主循环，其余极值对作为子循环。
9.根据权利要求6所述的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，所述数据分析模块选取的分析规范包括ASME NB3200或RCC-M B3200。
10.根据权利要求6所述的一种对核电站一回路设备进行疲劳分析的方法，其特征在于，所述数据输出模块输出的疲劳分析结果包括：每个极值点的瞬态及其对对应的时间范围，详细的疲劳配对和疲劳使用系数，汇总的疲劳使用系数，一次和二次应力范围和最大热应力范围。
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