CN113011111B - 一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法及装置，该方法通过获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数，基于流场参数和结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度，从流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值，将待计算功率谱密度值沿着待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值，对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算待评估棒状结构的振动响应，并对振动响应进行后处理，得到评估结果，以根据评估结果快速且精确的确定合适的作用在堆结构上的湍流激振随机激励。

Description

一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法及装置
技术领域
本发明涉及核反应堆结构力学技术领域，具体涉及一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法及装置。
背景技术
由于核反应堆中流体流速相对较高，在堆内构件、燃料棒、泵和阀门中几乎处处存在湍流，湍流在流经的堆结构表面上会产生脉动压力，在脉动压力的作用下结构会产生振动，这种振动称之为湍流激振，湍流激振是导致堆内构件发生疲劳、磨损乃至失效的重要原因。为确保堆结构在使用寿期内的完整性，只能通过优化堆结构设计和调整流速，将湍流引起的结构振动响应控制在可接受的范围之内，结构振动响应分析的关键在于确定作用在堆结构上的随机激励。目前获得作用在堆结构上的随机激励主要有三种方法：一是通过试验测量流体作用在结构上的脉动压力等激励特性，以试验测量结果作为输入激励，对结构进行振动分析，计算结构的振动响应，该方法优点是计算结果与试验结果吻合得较好，缺点是计算分析依赖于试验；二是通过CFD软件进行非定常分析得到作用在结构上的脉动压力时程，该方法优点是不依赖或较少依赖实验，缺点是CFD非定常分析需要耗费大量的计算时间和计算资源，对于结构复杂并且几何尺度大的反应堆而言，很难在计算精度和计算效率之间取得平衡；三是通过CFD软件进行定常分析，得到结构的速度场和密度场，结合无量纲等效功率谱密度确定作用在结构上的脉动压力，该方法优点是相对非定常CFD分析而言，耗费的计算资源和计算时间大幅减少，难点在于如何将无量纲等效功率谱密度转化为结构上的脉动压力。综上所述，现有作用在堆结构上的随机激励的方法难以在计算精度和计算效率之间取得平衡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有作用在堆结构上的随机激励的方法难以在计算精度和计算效率之间取得平衡，因此，本发明提供一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法及装置，以适用单相流中在横向流激励下的堆结构，快速且精确地选择合适的作用在上述堆结构上的湍流激振随机激励。
本发明通过下述技术方案实现：
一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，包括：
S10：获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数；
S20：基于所述流场参数和所述结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度；
S30：从所述流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值；
S40：将所述待计算功率谱密度值沿着所述待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值；
S50：对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算所述待评估棒状结构的振动响应，并对所述振动响应进行后处理，得到评估结果。
进一步地，所述基于所述流场参数和所述结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度，包括：
从所述流场参数中选择节距标识对应的节距值，从所述结构参数中选择待评估棒状结构的外径标识对应的外径值；
基于每一所述节距值和对应的所述外径值生成相关长度数据库；
基于所述相关长度数据库，通过插值法获取相关长度。
进一步地，所述通过等效功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值，包括：
获取堆内构件棒状结构的折合频率；
当折合频率大于第一频率阈值且小于第二频率阈值时，则通过第一功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到第一功率谱密度；
当折合频率大于第二频率阈值时，则通过第二功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到第二功率谱密度；
其中，第一频率阈值小于第二频率阈值。
进一步地，所述第一等效功率谱密度计算公式具体为
Figure BDA0002949192970000031
其中，
Figure BDA0002949192970000032
表示等效功率谱密度，fR1表示大于第一频率阈值且小于第二频率阈值的折合频率；
所述第二等效功率谱密度计算公式具体为
Figure BDA0002949192970000033
其中，
Figure BDA0002949192970000034
表示等效功率谱密度，fR2表示大于第二频率阈值的折合频率。
进一步地，所述对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算所述待评估棒状结构的振动响应，并对所述振动响应进行后处理，得到评估结果，包括：
通过功率谱密度分析算法对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算所述待评估棒状结构的各阶模态响应；
通过功率谱密度组合算法对所述待评估棒状结构的各阶模态响应进行组合，计算所述待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应；
对所述振动响应进行后处理，得到评估结果。
进一步地，所述通过功率谱密度分析算法对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算所述待评估棒状结构的各阶模态响应，包括：
设置功率谱密度的类型、激励方向、频率、密度值和结构的阻尼比作为功率谱密度分析参数；
基于所述功率谱密度分析参数，通过功率谱密度分析算法对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算所述待评估棒状结构的各阶模态响应。
进一步地，通过功率谱密度组合算法对所述待评估棒状结构的各阶模态响应进行组合，计算所述待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应，包括：
获取所述功率谱密度组合算法所需要的模态阶次，并采用平方和平方根对棒状结构的各阶模态响应进行组合，得到所述待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应。
进一步地，所述对所述振动响应进行后处理，得到评估结果，包括：
从所述振动响应中获取不同置信水平下待评估棒状结构对应的部件在湍流激励下的位移、剪力和弯矩，并与对应的现场实测值进行量级比较；
当所述振动响应中的位移、剪力和弯矩与对应的现场实测值属于同一量级，且所述振动响应中的位移、剪力和弯矩大于等于对应的现场实测值，则评估结果为合理；
当所述振动响应中的位移、剪力和弯矩与对应的现场实测值不属于同一量级，或所述振动响应中的位移、剪力和弯矩小于对应的现场实测值，则评估结果为不合理。
一种堆内构件棒状结构湍流激振评估装置，包括：
参数获取模块，用于获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数；
相关长度计算模块，用于基于所述流场参数和所述结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度；
功率谱密度值计算模块，用于从所述流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值；
功率谱密度值积分模块，用于将所述待计算功率谱密度值沿着所述待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值；
评估结果获取模块，用于对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算所述待评估棒状结构的振动响应，并对所述振动响应进行后处理，得到评估结果。
进一步地，所述评估结果获取模块包括：
各阶模态响应计算单元，用于通过功率谱密度分析算法对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算所述待评估棒状结构的各阶模态响应；
振动响应计算单元，用于通过功率谱密度组合算法对所述待评估棒状结构的各阶模态响应进行组合，计算所述待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应；
后处理单元，用于对所述振动响应进行后处理，得到评估结果。
本发明提供的一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法及装置，通过获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数，基于流场参数和结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度，从流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值，将待计算功率谱密度值沿着待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值，对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算待评估棒状结构的振动响应，并对振动响应进行后处理，得到评估结果，以根据评估结果快速且精确的确定合适的作用在堆结构上的湍流激振随机激励。
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为本发明一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法的流程图。
图2为图1中步骤S20的一具体流程图。
图3为图1中步骤S30的一具体流程图。
图4为图1中步骤S50的一具体流程图。
图5为实施例中的导向筒的模型示意图。
图6为实施例中功率谱密度图。
图7为实施例中分析采用的PSD谱线图。
图8为实施例中不同置信水平下导向筒在随机湍流激励下的位移图。
图9为实施例中不同置信水平下导向筒在随机湍流激励下的剪力图。
图10为实施例中不同置信水平下导向筒在随机湍流激励下的弯矩图。
图11为实施例中不同置信水平对应的概率图。
图12为本申请实施例中导向筒中部的位移响应谱曲线图。
图13为本发明一种堆内构件棒状结构湍流激振评估装置的原理框图。
具体实施方式
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
如图1所示，本发明提供一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，具体包括如下步骤：
S10：获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数。
其中，待评估棒状结构指本发明的堆内构件棒状结构湍流激振评估方法需要评估的研究对象(如导向筒)。本实施例中的流场参数包括棒外流体的密度和流速。结构参数包括棒状结构的几何尺寸、材料特性、支撑形式、各阶振型与频率。
具体地，获取待评估棒状结构的结构参数后，通过流体动力学软件对堆内构件的三维流场进行定常分析，获得待评估棒状结构在三维流场中的流场参数。
S20：基于流场参数和结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度。
其中，插值法指在离散数据的基础上补插连续函数，使得这条连续曲线通过全部给定的离散数据点，利用插值法可通过函数在有限个点处的取值状况，估算出函数在其他点处的近似值。
具体地，获取流场参数和结构参数，并从流场参数中选择节距标识对应的值作为节距值，并从结构参数选择待评估棒状结构的外径标识对应的外径值，形成多个离散点，并基于每一离散点对应的节距值和外径值生成相关长度数据库。最后利用相关长度数据库中每一离散点的节距值和外径值，通过插值法获取相关长度。
S30：从流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值。
其中，待计算功率谱密度值指无量纲参考的等效功率谱密度值。
S40：将待计算功率谱密度值沿着待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值。
其中，湍流激励力曲线功率谱密度值指作用在棒状结构上的湍流激励力(PSD)曲线的功率谱密度值。
S50：对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算待评估棒状结构的振动响应，并对振动响应进行后处理，得到评估结果。
其中，后处理指从振动响应中获取不同置信水平下棒状结构部件在湍流激励下的位移、剪力和弯矩，并与对应的现场实测值进行量级和大小比较的方法。
进一步地，本发明提供的堆内构件棒状结构湍流激振评估方法可以进行局部改进(如结构数量或者布置调整、结构几何尺寸改变)或者对运行参数进行变化，当局部改进或者对运行参数变化时，可以评估该变化对待评估棒状结构随机湍流激励振动响应的影响，避免重复试验，提高设计效率，节约成本。
另外，通过计算评估结果可用于计算蒸汽发生器传热管湍流激振响应时程分析所需的时间历程输入。
进一步地，如图2所示，步骤S20，基于流场参数和结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度，具体包括如下步骤：
S21：从流场参数中选择节距标识对应的节距值，从结构参数中选择待评估棒状结构的外径标识对应的外径值。
S22：基于每一节距值和对应的外径值生成相关长度数据库。
S23：基于相关长度数据库，通过插值法获取相关长度。
具体地，通过建立相关长度数据库，可以便捷地通过插值法获得具体棒状结构参数下功率谱密度函数的相关长度。
进一步地，不同条件下的折合频率需要选用不同的功率谱密度计算公式计算得到功率谱密度，因此，本实施例中设置了用于判断折合频率选用对应的功率谱密度计算公式的频率阈值，具体包括第一频率阈值和第二频率阈值，其中，第一频率阈值小于第二频率阈值。如图3所示，步骤S30，通过等效功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值，具体包括如下步骤：
S31：获取堆内构件棒状结构的折合频率。
其中，堆内构件棒状结构的折合频率指对内构件棒状结构的固有频率。本实施例可从结构动态特性分析中获得。
S32：当折合频率大于第一频率阈值且小于第二频率阈值时，则通过第一功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到第一功率谱密度。
具体地，第一等效功率谱密度计算公式具体为
Figure BDA0002949192970000091
其中，
Figure BDA0002949192970000092
表示等效功率谱密度，fR1表示大于第一频率阈值且小于第二频率阈值的折合频率。
S33：当折合频率大于第二频率阈值时，则通过第二功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到第二功率谱密度。
具体地，第二等效功率谱密度计算公式具体为
Figure BDA0002949192970000093
其中，
Figure BDA0002949192970000094
表示等效功率谱密度，fR2表示大于第二频率阈值的折合频率。
进一步地，上述fR1和fR2是为了区分不同条件下的折合频率设定的，其本质都为折合频率，为方便表述，用fR表示折合频率。具体地，fR＝f/f0，f0＝Up/D，
Figure BDA0002949192970000095
式中，fR为折合频率，f0和p0为归一化因子，f0用于缩比频率，p0用于缩比压力，Up为间隙流速，λc为相关长度，ρ为反应堆冷却剂密度，D为棒束结构外径。
通过基于无量纲参考等效功率谱密度、待评估棒状结构在反应堆三维流场中的速度场和相关长度，可以快速地确定湍流激励的功率谱密度。
进一步地，如图4所示，步骤S50，对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算待评估棒状结构的振动响应，并对振动响应进行后处理，得到评估结果，具体包括如下步骤：
S51：通过功率谱密度分析算法对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算待评估棒状结构的各阶模态响应。
本实施例中的湍流激励力曲线指湍流激励力功率谱密度(PSD)曲线。该曲线的横坐标为频率，纵坐标为湍流激励力的功率谱密度值。
具体地，在获取湍流激励力曲线的功率谱密度值后，通过设置功率谱密度的类型、激励方向、频率、密度值和结构的阻尼比，并将功率谱密度的类型、激励方向、频率、密度值和结构的阻尼比作为功率谱密度分析参数，结合功率谱密度分析算法对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算待评估棒状结构的各阶模态响应。
S52：通过功率谱密度组合算法对待评估棒状结构的各阶模态响应进行组合，计算待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应。
具体地，在获取待评估棒状结构的各阶模态响应后，根据得到的功率谱密度组合算法所需要的模态阶次，采用平方和平方根对棒状结构的各阶模态响应进行组合，得到待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应。
S53：对振动响应进行后处理，得到评估结果。
具体地，在获取待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应后，从振动响应中获取不同置信水平下待评估棒状结构对应的部件在湍流激励下的位移、剪力和弯矩，并与对应的现场实测值进行量级比较；当振动响应中的位移、剪力和弯矩与对应的现场实测值属于同一量级，且振动响应中的位移、剪力和弯矩大于等于对应的现场实测值，则评估结果为合理；当振动响应中的位移、剪力和弯矩与对应的现场实测值不属于同一量级，或振动响应中的位移、剪力和弯矩小于对应的现场实测值，则评估结果为不合理。
为了更好的理解上述技术方案，本实施例取导向筒作为待评估棒状结构，其中，导向筒的模型示意图具体如图5所示，该导向筒包括上部导向筒、下部导向筒、导向板和开口销。该导向筒的参数如表1所示：
Figure BDA0002949192970000111
表1
对导向筒进行湍流激振评估的过程具体为：
一、获取导向筒的结构参数(导向筒的几何尺寸、材料特性、支撑形式、各阶振型与频率)后，通过计算流体动力学软件对堆内构件三维流场进行定常分析，获得导向筒在反应堆三维流场中的密度和流速。
二、基于流场参数和导向筒的结构参数，利用相关长度数据库通过插值获得具体结构参数下的相关长度。
三、根据公式(1)-公式(4)确定无量纲等效参考功率谱密度，结合导向筒在反应堆三维流场中的速度分布和相关长度，确定待计算功率谱密度值SF(f)，具体如图6所示。
公式(1)-公式(4)具体为：
Figure BDA0002949192970000112
Figure BDA0002949192970000113
fR＝f/f0 (3)
f0＝Up/D (4)
四、将功率谱密度沿着导向筒在长度和宽度方向上进行积分，得到作用在导向筒上的湍流激励力PSD曲线的功率谱密度值，即湍流激励力曲线功率谱密度值。
五、对湍流激励力曲线功率谱密度值进行PSD分析，设置PSD谱线的类型、激励方向、频率和谱线值，计算导向筒在湍流激励下的各阶模态响应，分析时采用的PSD谱线，具体如图7所示。
六、采用平方和平方根对各阶模态响应进行PSD组合，确定组合方法和组合所用的模态阶次，计算导向筒在湍流激励下的振动响应。
七、对振动响应进行后处理，查看不同置信区间下节点的位移、剪力以及弯矩的PSD曲线。不同置信水平下导向筒在随机湍流激励下的位移如图8所示，剪力见如图9所示，弯矩如图10所示，不同置信水平对应的概率见如图11所示。导向筒中部的位移响应谱曲线如图12。通过分析可知，在3σ下导向筒中部由随机湍流激励诱发导致的位移为79.7μm，与现场实测的56μm在同一量级，并且计算值能够包络实测值，裕量合理。
具体地，在实际应用中，商用有限元软件为ANSYS，数值计算软件为MATLAB。
本发明提供的堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，通过获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数，基于流场参数和结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度，从流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值，将待计算功率谱密度值沿着待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值，对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算待评估棒状结构的振动响应，并对振动响应进行后处理，得到评估结果，以根据评估结果快速且精确的确定合适的作用在堆结构上的湍流激振随机激励。
实施例2
如图13所示，本实施例与实施例1的区别在于，一种堆内构件棒状结构湍流激振评估装置，包括：
参数获取模块10，用于获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数。
相关长度计算模块20，用于基于流场参数和结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度。
功率谱密度值计算模块30，用于从流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值。
功率谱密度值积分模块40，用于将待计算功率谱密度值沿着待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值。
评估结果获取模块50，用于对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算待评估棒状结构的振动响应，并对振动响应进行后处理，得到评估结果。
进一步地，相关长度计算模块20包括相关长度数据参数值选择单元、相关长度数据库生成单元和相关长度计算单元。
相关长度数据参数值选择单元，用于从流场参数中选择节距标识对应的节距值，从结构参数中选择待评估棒状结构的外径标识对应的外径值。
相关长度数据库生成单元，用于基于每一节距值和对应的外径值生成相关长度数据库。
相关长度计算单元，用于基于相关长度数据库，通过插值法获取相关长度。
进一步地，功率谱密度值计算模块30包括折合频率获取单元、第一功率谱密度计算单元和第二功率谱密度计算单元。
折合频率获取单元，用于获取堆内构件棒状结构的折合频率。
第一功率谱密度计算单元，用于当折合频率大于第一频率阈值且小于第二频率阈值时，则通过第一功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到第一功率谱密度。
第二功率谱密度计算单元，用于当折合频率大于第二频率阈值时，则通过第二功率谱密度计算公式对相关长度和速度场进行计算，得到第二功率谱密度。
进一步地，第一等效功率谱密度计算公式具体为
Figure BDA0002949192970000141
其中，
Figure BDA0002949192970000142
表示等效功率谱密度，fR1表示大于第一频率阈值且小于第二频率阈值的折合频率。
第二等效功率谱密度计算公式具体为
Figure BDA0002949192970000143
其中，
Figure BDA0002949192970000144
表示等效功率谱密度，fR2表示大于第二频率阈值的折合频率。
进一步地，评估结果获取模块50包括各阶模态响应计算单元、振动响应计算单元和后处理单元。
各阶模态响应计算单元，用于通过功率谱密度分析算法对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算待评估棒状结构的各阶模态响应。
振动响应计算单元，用于通过功率谱密度组合算法对待评估棒状结构的各阶模态响应进行组合，计算待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应。
后处理单元，用于对振动响应进行后处理，得到评估结果。
进一步地，各阶模态响应计算单元，用于设置功率谱密度的类型、激励方向、频率、密度值和结构的阻尼比作为功率谱密度分析参数；基于功率谱密度分析参数，通过功率谱密度分析算法对湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算待评估棒状结构的各阶模态响应。
进一步地，振动响应计算单元，用于获取功率谱密度组合算法所需要的模态阶次，并采用平方和平方根对棒状结构的各阶模态响应进行组合，得到待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应。
进一步地，振动响应计算单元，用于从振动响应中获取不同置信水平下待评估棒状结构对应的部件在湍流激励下的位移、剪力和弯矩，并与对应的现场实测值进行量级比较；当振动响应中的位移、剪力和弯矩与对应的现场实测值属于同一量级，且振动响应中的位移、剪力和弯矩大于等于对应的现场实测值，则评估结果为合理；当振动响应中的位移、剪力和弯矩与对应的现场实测值不属于同一量级，或振动响应中的位移、剪力和弯矩小于对应的现场实测值，则评估结果为不合理。
关于堆内构件棒状结构湍流激振评估装置的具体限定可以参见上文中对于一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法的限定，在此不再赘述。上述堆内构件棒状结构湍流激振评估装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
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 (9)

1.一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，其特征在于，包括：
S10：获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数；
S20：基于所述流场参数和所述结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度；
S30：从所述流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值；
S40：将所述待计算功率谱密度值沿着所述待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值；
S50：对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算所述待评估棒状结构的振动响应，并对所述振动响应进行后处理，得到评估结果；
所述基于所述流场参数和所述结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度，包括：
从所述流场参数中选择节距标识对应的节距值，从所述结构参数中选择待评估棒状结构的外径标识对应的外径值；
基于每一所述节距值和对应的所述外径值生成相关长度数据库；
基于所述相关长度数据库，通过插值法获取相关长度。
2.根据权利要求1所述的一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，其特征在于，所述通过等效功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值，包括：
获取堆内构件棒状结构的折合频率；
当折合频率大于第一频率阈值且小于第二频率阈值时，则通过第一功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到第一功率谱密度；
当折合频率大于第二频率阈值时，则通过第二功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到第二功率谱密度；
其中，第一频率阈值小于第二频率阈值。
3.根据权利要求2所述的一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，其特征在于，第一等效功率谱密度计算公式具体为
Figure FDA0003579481450000021
其中，
Figure FDA0003579481450000022
表示等效功率谱密度，fR1表示大于第一频率阈值且小于第二频率阈值的折合频率；
第二等效功率谱密度计算公式具体为
Figure FDA0003579481450000023
其中，
Figure FDA0003579481450000024
表示等效功率谱密度，fR2表示大于第二频率阈值的折合频率。
4.根据权利要求1所述的一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，其特征在于，所述对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算所述待评估棒状结构的振动响应，并对所述振动响应进行后处理，得到评估结果，包括：
通过功率谱密度分析算法对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算所述待评估棒状结构的各阶模态响应；
通过功率谱密度组合算法对所述待评估棒状结构的各阶模态响应进行组合，计算所述待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应；
对所述振动响应进行后处理，得到评估结果。
5.根据权利要求4所述的一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，其特征在于，所述通过功率谱密度分析算法对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算所述待评估棒状结构的各阶模态响应，包括：
设置功率谱密度的类型、激励方向、频率、密度值和结构的阻尼比作为功率谱密度分析参数；
基于所述功率谱密度分析参数，通过功率谱密度分析算法对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算所述待评估棒状结构的各阶模态响应。
6.根据权利要求4所述的一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，其特征在于，通过功率谱密度组合算法对所述待评估棒状结构的各阶模态响应进行组合，计算所述待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应，包括：
获取所述功率谱密度组合算法所需要的模态阶次，并采用平方和平方根对棒状结构的各阶模态响应进行组合，得到所述待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应。
7.根据权利要求4所述的一种堆内构件棒状结构湍流激振评估方法，其特征在于，所述对所述振动响应进行后处理，得到评估结果，包括：
从所述振动响应中获取不同置信水平下待评估棒状结构对应的部件在湍流激励下的位移、剪力和弯矩，并与对应的现场实测值进行量级比较；
当所述振动响应中的位移、剪力和弯矩与对应的现场实测值属于同一量级，且所述振动响应中的位移、剪力和弯矩大于等于对应的现场实测值，则评估结果为合理；
当所述振动响应中的位移、剪力和弯矩与对应的现场实测值不属于同一量级，或所述振动响应中的位移、剪力和弯矩小于对应的现场实测值，则评估结果为不合理。
8.一种堆内构件棒状结构湍流激振评估装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取流场参数和待评估棒状结构的结构参数；
相关长度计算模块，用于基于所述流场参数和所述结构参数，利用相关长度数据库通过插值法获取相关长度；
功率谱密度值计算模块，用于从所述流场参数中选取速度场，并通过等效功率谱密度计算公式对所述相关长度和所述速度场进行计算，得到待计算功率谱密度值；
功率谱密度值积分模块，用于将所述待计算功率谱密度值沿着所述待评估棒状结构的长度方向积分，得到湍流激励力曲线功率谱密度值；
评估结果获取模块，用于对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析和组合，计算所述待评估棒状结构的振动响应，并对所述振动响应进行后处理，得到评估结果。
9.根据权利要求8所述的一种堆内构件棒状结构湍流激振评估装置，其特征在于，所述评估结果获取模块包括：
各阶模态响应计算单元，用于通过功率谱密度分析算法对所述湍流激励力曲线功率谱密度值进行分析，计算所述待评估棒状结构的各阶模态响应；
振动响应计算单元，用于通过功率谱密度组合算法对所述待评估棒状结构的各阶模态响应进行组合，计算所述待评估棒状结构在各湍流激励力下的振动响应；
后处理单元，用于对所述振动响应进行后处理，得到评估结果。
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