KR20120018984A - Method for making nonlinear dynamic analysis model about cabinets of power plants to predict their seismic responses - Google Patents

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KR20120018984A
KR20120018984A KR1020100082028A KR20100082028A KR20120018984A KR 20120018984 A KR20120018984 A KR 20120018984A KR 1020100082028 A KR1020100082028 A KR 1020100082028A KR 20100082028 A KR20100082028 A KR 20100082028A KR 20120018984 A KR20120018984 A KR 20120018984A
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Abstract

PURPOSE: A non-linear dynamic interpreted model creating method is provided to accurately predict earthquakes with a cabinet by considering model development and non-linearization effects. CONSTITUTION: A cabinet structure selects a non-linear model by using a node weight system and a finite element. A non-linear dynamic motion equation is selected by using the selected non-linear model. The non-linear dynamic motion equation uses a basic vibration mode in order to change the non-linear dynamic motion equations. An analysis model is improved by comparing with experiment materials.

Description

발전소의 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위해 캐비닛의 비선형 동적 해석모델을 작성하는 방법{method for making nonlinear dynamic analysis model about cabinets of power plants to predict their seismic responses}Method for making nonlinear dynamic analysis model about cabinets of power plants to predict their seismic responses}

본 발명은, 발전소의 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위해 캐비닛의 비선형 동적 해석모델을 작성하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전소의 전기, 통신, 전력 설비 등을 수납하는 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위해 캐비닛의 비선형 동적 해석모델을 작성하여, 발전소의 핵심 장비인 캐비닛의 지진응답을 효율적이고, 정확하게 예측할 수 있게 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a nonlinear dynamic analysis model of a cabinet for predicting an earthquake response to a cabinet of a power plant. More particularly, the present invention relates to an earthquake response to a cabinet for storing electricity, communication, and power equipment of a power plant. In this paper, a non-linear dynamic analysis model of the cabinet is developed to predict and predict the earthquake response of the cabinet, the core equipment of the power plant, efficiently and accurately.

발전소에는 전기기기 혹은 제어계측장비를 수용하는 많은 철재 캐비닛들이 설치되어 있다. 이들 중 대부분은 발전소의 안전한 운전과 정지 기능을 담당하는 중요 설비들로서 설계지진과 같은 강한 지진 시에도 구조적인 안정성을 유지해야 함은 물론이고, 각각에 부여된 고유의 기능들이 오류없이 원활히 수행되어야 한다. 이를 위해, 발전소가 건설된 당시에 구조물들은 내진설계를 통해 내진안전성이 확보되어야 하고, 구조물 내부에 설치되는 중요 기기와 설비들은 내진검증을 통해 내진안전성이 입증되어야 한다.Power plants have many steel cabinets that house electrical or control instrumentation. Most of these are important facilities that are responsible for the safe operation and shutdown of power plants. In addition, they must maintain structural stability in the event of a strong earthquake such as a design earthquake. In addition, the unique functions assigned to each must be performed smoothly without errors. . For this purpose, when the power plant is constructed, the structures must be seismic safe through seismic design, and important equipment and facilities installed inside the structure must be verified by seismic verification.

특히, 발전소 중 원자력 발전소의 상업운전은 1960년대 시작되었다. 이 산업분야에서 40년 이상의 기간 동안에 얻은 경험을 토대로 현재는 초창기에 비하여 훨씬 진보된 설계 기술을 보유하게 되었고, 인허가 요건도 강화되었다. 1970년대부터 현행 내진 설계절차와 대등한 요건을 갖기 이전에 건설된 오래된 원자력 발전소들에 설치된 기기들의 내진안전성을 재평가할 필요성을 인식하게 되었고, 이러한 인식에 바탕을 두고 원자력 발전소의 구조물과 기기들의 내진안정성을 재평가하고 성능을 향상시키는 작업이 수행 중에 있다.In particular, commercial operation of nuclear power plants among power plants began in the 1960s. Based on more than 40 years of experience in this industry, we now have more advanced design technologies than in the early days, and our licensing requirements have been strengthened. Since the 1970s, the need to reassess the seismic safety of equipment installed in older nuclear power plants built before the requirements of the seismic design procedure have been comparable. Work is underway to reevaluate stability and improve performance.

그 중에서 원자력 구조물들은 설계도를 근간으로 해석모델을 작성하고 지진응답해석을 통하여 내진성능이 평가될 수 있다. 반면에 기기들은 진동시험 혹은 지진응답해석을 통해 내진성이 입증될 수 있다. 하지만 가동 중인 원자력 발전소에 설치된 기기는 진동시험 등의 목적으로 외부로 반출되는 것이 허용되지 않으므로, 지진응답해석을 위한 동적해석모델의 작성도 용이하지 않다.Among them, the seismic performance can be evaluated by constructing an analytical model based on the blueprint and analyzing the seismic response. On the other hand, devices can be proved to be shockproof by vibration tests or seismic response analysis. However, since the equipment installed in the operating nuclear power plant is not allowed to be taken out for the purpose of vibration testing, it is not easy to prepare a dynamic analysis model for the seismic response analysis.

통상 원자력 발전소의 계전기 등을 포함한 전기기기의 내진성능은 진동대시험을 통해 결정되며, 이 시험에서 일반적으로 계전기는 진동대 상에 직접 장착된다. 계전기에 대한 지진요구도는 일반적으로 계전기가 장착된 캐비닛 밑면에서의 층응답스펙트럼으로 나타낼 수 있다. 계전기에 대한 지진요구도와 이에 상응하는 성능값을 구하기 위해, 계전기 장착 위치에서 캐비닛으로 인한 층운동의 증폭이 필요하며, 이를 통해 계전기의 내진 허용성을 평가할 수 있다.Normally, the seismic performance of electrical equipment including relays of nuclear power plants is determined by shaking table test. In this test, the relay is usually mounted directly on the shaking table. The earthquake demand diagram for a relay can usually be expressed as a floor response spectrum at the bottom of the cabinet in which the relay is mounted. In order to obtain the seismic demand for the relay and its corresponding performance value, the amplification of the laminar movement due to the cabinet at the relay mounting position is required, and the seismic tolerance of the relay can be evaluated.

원자력 발전소의 내부 전기기기의 내진안전성을 진단하기 위해서는 이들에 대한 동특성을 먼저 분석하여야 한다. 특히, 기존에 설치되어 운동 중인 기기의 전부 혹은 일부 부품을 교환하는 경우에는 부품 교체 전후에도 모두 내진성능 요건을 충족하는 지를 입증하여야 하므로, 이 경우에도 기기의 동특성분석 작업이 우선적으로 요구된다.To diagnose the seismic safety of the internal electrical equipment of a nuclear power plant, the dynamic characteristics of them must be analyzed first. In particular, in the case of replacing all or a part of the existing equipment and exercise equipment, it is necessary to prove whether the seismic performance requirements are met before and after the replacement of the components.

그러나 원자력 발전소의 설비들 중에서 캐비닛 혹은 패널 등과 같은 전기 기기들은 설비 자체의 구조적인 특성 뿐만 아니라 내부에 포함된 부품들의 연결도 매우 복잡하기 때문에, 이러한 설비의 강성과 기여 질량을 정확히 판단하는 것이 매우 어렵다. 더욱이, 캐비닛에 작용하는 증폭된 큰 지진하중으로 인해, 캐비닛은 복잡한 비선형성을 나타낼 수 있다. 따라서 이런 종류의 설비들은 동적해석모델을 정확하게 구축하기가 매우 어려우며, 기존의 해석에 의한 방법으로 그들의 동특성을 파악하는 것이 용이하지 않은 실정이다.However, among the facilities of nuclear power plants, electrical devices such as cabinets or panels are very difficult to accurately determine the rigidity and the contribution mass of such equipment because not only the structural characteristics of the equipment itself but also the connection of the components included therein are very complicated. . Moreover, due to the amplified large seismic loads acting on the cabinet, the cabinet can exhibit complex nonlinearities. Therefore, it is very difficult for this kind of equipment to accurately build dynamic analysis model, and it is not easy to grasp their dynamic characteristics by the existing analysis method.

본 발명은, 실제로 내진성능평가를 위한 동적해석모델을 작성하기가 매우 어려운 발전소 설비용 캐비닛에 대하여, 캐비닛의 동적 비선형성과 동적 실험 결과를 반영할 수 있는 정확한 비선형 동적해석모델을 작성하는 방법을 제안하는 것에 과제를 가지고 있다. The present invention proposes a method for producing an accurate nonlinear dynamic analysis model that can reflect the dynamic nonlinearity and dynamic experimental results of a cabinet for a power plant equipment cabinet, which is very difficult to prepare a dynamic analysis model for seismic performance evaluation. I have a problem with doing.

본 발명은 1) 유한요소와 절점질량 시스템으로 캐비닛 구조물을 비선형 모델로 이상화하는 제1단계, 2) 그 이상화된 캐비닛 구조물의 모델을 사용하여 비선형 동적 운동방정식을 산정하는 제2단계, 3) 기본 진동모드를 사용하여 비선형 동적 운동방정식을 비연계 단자유도계의 비선형 운동방정식들로 전환하는 제3단계, 및 4) 실험자료와 해석모델을 비교하여 해석모델을 개선하는 제4단계를 포함함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다. The present invention provides the following steps: 1) the first step of idealizing the cabinet structure into a nonlinear model with finite element and nodal mass system, and 2) the second step of estimating the nonlinear dynamic equation of motion using the idealized cabinet structure model. The third step of converting the nonlinear dynamic equation of motion into the nonlinear equation of motion of a non-linked terminal induction system using the vibration mode, and 4) the fourth step of comparing the experimental data and the analysis model to improve the analysis model. Can be solved.

본 발명은, 상기 과제해결수단에 의해, 기존의 유한요소기법에 기반한 지진응답예측기법에 비하여 모드별 모델 개선 및 비선형 효과를 고려할 수 있으므로 정확한 캐비닛의 지진응답 예측 수행이 가능하다. According to the present invention, it is possible to perform accurate prediction of the earthquake response of the cabinet because the problem solving means can consider the model improvement and nonlinear effects for each mode compared to the seismic response prediction method based on the existing finite element method.

도 1은 비선형 동적거동 해석용 운동방정식을 산정하기 위한 대상물인 캐비닛의 구조물을 도시하고 있는 도,
도 2는 도 1의 캐비닛이 지진에 비선형으로 변형된다는 것을 추정하기 위해, 도 1의 캐비닛과 동일하게 캐비닛을 제작하여 그 제작된 캐비닛에 대하여 진동대시험을 통해 지진의 크기를 증가시켜 첫번째 고유진동수의 변화를 계측하여 신호값분리 결과를 도시한 도,
도 3은 도 2의 캐비닛에 대한 복원력과 변위 관계가 연화성질을 나타내는 것을 도시한 도.
도 4는 도 1의 캐비닛 구조물을 유한요소와 절점질량시스템으로 모델화한 것을 도시한 도면,
도 5는 도 4의 유한요소의 변형을 도시한 도면, 및
도 6은 도 4의 개선 전후의 유한요소 모델로 구한 동특성의 예를 도시한 도.
1 is a diagram showing a structure of a cabinet that is an object for calculating a motion equation for nonlinear dynamic behavior analysis;
FIG. 2 illustrates that the cabinet of FIG. 1 is nonlinearly deformed by an earthquake, and the cabinet is manufactured in the same manner as the cabinet of FIG. 1, and the magnitude of the earthquake is increased by shaking table test on the manufactured cabinet. Figure showing the result of signal value separation by measuring the change,
3 is a diagram showing that the restoring force and displacement relationship for the cabinet of FIG.
4 is a view showing a model of the cabinet structure of Figure 1 by a finite element and node mass system;
5 shows a variant of the finite element of FIG. 4, and
FIG. 6 is a diagram showing an example of dynamic characteristics obtained by the finite element model before and after the improvement of FIG. 4. FIG.

이하 발전소의 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위한 캐비닛의 비선형 동적 해석모델 작성 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method for preparing a nonlinear dynamic analysis model of a cabinet for predicting earthquake response of a power plant cabinet will be described in detail.

1. 유한요소와 절점질량 시스템으로 캐비닛 구조물을 비선형 모델화하는 단계1. Nonlinear modeling of cabinet structures with finite element and node mass systems

도 1에는 비선형 동적 해석모델을 작성하기 위한 대상물인 캐비닛의 구조물이 도시되어 있다.Figure 1 shows the structure of a cabinet as an object for creating a nonlinear dynamic analysis model.

먼저, 도 1의 캐비닛이 지진에 비선형으로 변형된다는 것을 추정하기 위해, 도 1의 캐비닛과 동일하게 캐비닛을 제작하여 그 제작된 캐비닛에 대하여 진동대시험을 통해 지진의 크기를 증가시켜 첫번째 고유진동수의 변화를 계측해 보았다.First, in order to estimate that the cabinet of FIG. 1 is nonlinearly deformed by the earthquake, the cabinet is manufactured in the same manner as the cabinet of FIG. 1, and the magnitude of the earthquake is increased by shaking table test on the manufactured cabinet. I measured it.

그 계측에 따른 신호값분리(singual value decompositon) 결과가 도 2에 도시되어 있다.The result of the single value decompositon according to the measurement is shown in FIG.

도 2에 도시된 가로축은 진동대의 가진진동수(exciting frequency; f)를 나타내고, 세로축은 캐비닛의 가속도응답 파워스펙트럼의 크기(S(t))을 나타내며, 상이한 색상의 선들은 상기 캐비닛에 대하여 부여된 진동대를 통해 가진된 힘의 RMS값(단위; g)들을 나타낸다. 그리고 도 2에는 PP(peak picking; 첨두값 추출)방법으로 추출한 최대 크기의 응답 점이 마름모꼴로 표시되어 있다.The horizontal axis shown in FIG. 2 represents the excitation frequency (f) of the shaking table, the vertical axis represents the magnitude (S (t)) of the acceleration response power spectrum of the cabinet, and the lines of different colors are given for the cabinet. The RMS values of the force exerted through the shaking table (in g) are shown. In FIG. 2, the response points of the maximum size extracted by the PP (peak picking) method are indicated by a rhombus.

도 2의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 실제 제작된 캐비닛이 지진의 크기가 증가함에 따라 감소되는 고유진동수들을 나타내고 있다.As can be seen in the graph of Fig. 2, the actual cabinet produced shows natural frequencies that decrease as the magnitude of the earthquake increases.

이러한 현상은 상기 실제 제작된 캐비닛이 도 3에 도시된 바와 같이, 복원력(restoring force)과 변위(displacement) 관계가 선형성질(linear spring)이 아닌 비례하지 않는 연화성질(softening spring)을 갖는 것으로 추정된다.This phenomenon is presumed that the actual manufactured cabinet has a softening spring that is not proportional to the restoring force and displacement relationship, rather than linear spring, as shown in FIG. 3. do.

이러한 추정에 근거하여, 일단 도 1의 캐비닛의 구조물에 대하여 유한요소와 절점질량시스템으로 모델화하였다.Based on these estimates, the finite element and node mass systems were modeled for the structure of the cabinet of FIG.

그 모델화된 것이 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 점들은 절점질량을 나타내고, 숫자는 유한요소들과 절점들의 번호이다.The modeled one is shown in FIG. 4. The points shown in FIG. 4 represent the node masses, and the numbers represent the number of finite elements and nodes.

2. 모델화된 캐비닛 구조물을 사용하여 비선형 동적 운동방정식을 산정하는 단계2. Estimate nonlinear dynamic equations using modeled cabinet structures

도 4에 도시된 바와 같은 캐비닛 모델이 연화성질 형식을 나타내기 위해서 더핑(Duffing) 형식의 힘-변위 관계로 간주될 수 있으며, 캐비닛 모델의 구성요소인 보의 굽힘 강성은 진동의 큰 변위에 대해 감소된다.The cabinet model as shown in FIG. 4 can be regarded as a force-displacement relationship in the form of a duffing to represent the soft form, where the bending stiffness of the beam, which is a component of the cabinet model, Is reduced.

따라서, 캐비닛 모델의 보는 응력(σx ) 대 변형률(εx )의 관계가 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있고, 그 변형이 도 5와 같이 도시될 수 있다.Therefore, the relationship between the viewing stress σ x and the strain ε x of the cabinet model may be expressed as Equation 1 below, and the deformation may be illustrated as shown in FIG. 5.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 E 와

Figure pat00002
는 각각 탄성계수와 비선형 변형률의 비례계수이다. Where E and
Figure pat00002
Are proportional coefficients of elastic modulus and nonlinear strain, respectively.

도 5에 도시된 보의 전체 단면에 걸친 유한요소적 모우멘트들의 합은 휨모우멘트(Mn)와 같아야 한다.The sum of the finite element moments over the entire cross section of the beam shown in FIG. 5 should be equal to the bending moment M n .

상기 휨모우멘트는 다음 수학식 2와 같다.The bending moment is as shown in Equation 2 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기에서, 보의 단면이 b*h인 경우에 상기 수학식 2는 다음 수학식 3과 같이 간소화될 수 있다.In the case where the cross section of the beam is b * h, Equation 2 may be simplified as in Equation 3 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기에서

Figure pat00005
이고,
Figure pat00006
이다.From here
Figure pat00005
ego,
Figure pat00006
to be.

다음의 수학식 4를 이용하여 비선형 휨강성을 갖는 보의 처짐 방정식은 다음 수학식 5와 같다. Using Equation 4 below, the deflection equation of a beam having nonlinear bending stiffness is given by Equation 5 below.

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

보에 저장된 변위 에너지는 다음 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.Displacement energy stored in the beam can be expressed as Equation 6 below.

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 수학식들에 근거하여, 하나의 보에 관한 유한요소에 대해 운동방정식을 유도하면 다음 수학식 7과 같다.Based on the above equations, deriving the motion equation for the finite element of one beam is given by the following equation (7).

Figure pat00010
Figure pat00010

여기에서,

Figure pat00011
Figure pat00012
는 다음과 같이 요소변위벡터이고, 그리고
Figure pat00013
는 다음과 같이 힘벡터이다. 또한,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
, 및
Figure pat00016
는 각각 다음 같이 요소 질량 행렬, 선형 요소 강성 행렬 및 비선형 요소 강성 행렬이다.From here,
Figure pat00011
And
Figure pat00012
Is the element displacement vector, and
Figure pat00013
Is the force vector as Also,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
, And
Figure pat00016
Are the element mass matrix, the linear element stiffness matrix and the nonlinear element stiffness matrix, respectively, as follows.

Figure pat00017
Figure pat00017

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

Figure pat00020
Figure pat00020

Figure pat00021
Figure pat00021

Figure pat00022
Figure pat00022

따라서, 캐비닛 구조물의 보 시스템의 운동방정식이, 다음의 수학식 8과 같이 요소 행렬들을 조합함으로써 얻어 질 수 있다.Therefore, the motion equation of the beam system of the cabinet structure can be obtained by combining the element matrices as shown in Equation 8 below.

Figure pat00023
Figure pat00023

여기서

Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
Figure pat00028
는 각각
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
,
Figure pat00032
Figure pat00033
에 대응하는 시스템 행렬이다. here
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
And
Figure pat00028
Respectively
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
,
Figure pat00032
And
Figure pat00033
Is the system matrix corresponding to.

3. 기본 진동모드를 사용하여 비선형 동적 운동방정식을 비연계 단자유도계의 비선형 운동방정식들로 전환하는 단계3. Converting nonlinear dynamic equations into nonlinear equations of motion of the non-coupled terminal induction system using the basic vibration mode.

캐비닛에 대한 진동대시험결과와 해석결과를 비교하기 위해서는 진동대 시험에서 구한 지배 실험 진동모드에 대응하는 해석 진동모드를 비선형 동적 운동방정식에서 추출하여야 하며, 이를 통해 실험으로 구한 진동모드와 이에 대응하는 해석 진동모드를 비교하여야 한다. 비선형 동적 운동방정식에서 해석 진동모드를 추출하기 위해서는 비선형 동적 운동방정식을 비연계 단자유도계의 운동방정식들로 전환할 수 있어야 한다. 이러한 비연계 방정식들로 전환하기 위해 첫 번째 진동모드와 비선형모드를 사용하는 방법을 다음과 같이 제시하였다.In order to compare the shaking table test results with the analysis results for the cabinet, the analysis vibration mode corresponding to the dominant test vibration mode obtained from the shaking table test should be extracted from the nonlinear dynamic motion equation. The modes should be compared. In order to extract the analysis vibration mode from the nonlinear dynamic equations, it is necessary to convert the nonlinear dynamic equations into the equations of the non-coupled terminal induction system. The first oscillation and nonlinear modes are presented as follows to convert these non-linked equations.

선형 시스템의 경우에, 모드 행렬, 즉 선형모드행렬

Figure pat00034
을 이용함으로써 비연계 단자유도계 운동방정식들이 얻어질 수 있다. 물리적 좌표 시스템에서의 변위{U}는, 다음과 같이 모드 좌표 시스템에서 대응 변위{
Figure pat00035
}와 선형모드행렬을 사용하여 치환될 수 있다.In the case of a linear system, a mode matrix, ie a linear mode matrix
Figure pat00034
By using, non-connected terminal induction motion equations can be obtained. The displacement {U} in the physical coordinate system is the corresponding displacement {in the mode coordinate system as follows:
Figure pat00035
} And linear mode matrices.

Figure pat00036
Figure pat00037
, (i=1,L,n;j=1,L,m)
Figure pat00036
And
Figure pat00037
, (i = 1, L, n; j = 1, L, m)

여기서 n은 시스템의 자유도수이고, m은 시스템 모드수이다. Where n is the number of degrees of freedom of the system and m is the number of system modes.

운동방정식의 양면에

Figure pat00038
를 곱함으로써 연계된 비선형방정식이 다음의 수학식 9와 같은 선형시스템에 대해서만 비연계된 비선형 모드 방정식으로 확장된다.On both sides of the equation
Figure pat00038
By multiplying, the associated nonlinear equations are extended to non-linked nonlinear mode equations only for linear systems such as

Figure pat00039
Figure pat00039

여기에서,

Figure pat00040
로 대각행렬이고, 그리고
Figure pat00041
로 대각행렬이며, Ω은 가진진동수이다.
From here,
Figure pat00040
Is a diagonal matrix, and
Figure pat00041
Is a diagonal matrix, and Ω is the excitation frequency.

또한, 상기 운동방정식 좌측의 비선형 항은 새로이 정의된 비선형모드를 사용하여 다음의 수학식 10과 같이 모드좌표계로 변환될 수 있다.In addition, the nonlinear term on the left side of the equation may be converted into a mode coordinate system using the newly defined nonlinear mode as shown in Equation 10 below.

Figure pat00042
Figure pat00042

여기에서, 비선형모드는 다음의 수학식 11과 같이 모드 변위들의 연계된 비선형 형태이다.Here, the nonlinear mode is an associated nonlinear form of mode displacements as shown in Equation 11 below.

Figure pat00043
Figure pat00043

여기서,

Figure pat00044
이이다. here,
Figure pat00044
This is it.

시스템의 비선형 동적 응답이 제1의 고유모드(

Figure pat00045
,i=1, n) 및 제1의 고유진동수(
Figure pat00046
)에 의해 강력하게 지배된다는 것에 추정을 가지고서, 서로 연계된 (
Figure pat00047
)은 그들의 비율이 다음과 같은 제1모드 증폭들의 비율로서 고려됨으로써 추정된다.The nonlinear dynamic response of the system is the first eigenmode (
Figure pat00045
, i = 1, n) and the first natural frequency (
Figure pat00046
With the presumption that it is strongly dominated by
Figure pat00047
) Is estimated by considering their ratio as the ratio of first mode amplifications as follows.

Figure pat00048
Figure pat00048

위의 관계식을 이용하여 상기 수학식 11은 다음의 수학식 12과 같은 모드 변위에 대한 비연계 비선형 형태로서 표현될 수 있다.Using the above relation, Equation 11 may be expressed as a non-associative nonlinear form of mode displacement as shown in Equation 12 below.

Figure pat00049
Figure pat00049

여기서 here

Figure pat00050
Figure pat00050

따라서, 수학식 9에서의 비선형 항은 수학식 11을 이용함으로써 다음과 같이 표현될 수 있다.Accordingly, the nonlinear term in Equation 9 can be expressed as follows by using Equation 11.

Figure pat00051
Figure pat00051

위 식에서

Figure pat00052
은 대각행렬이 아니다. 하지만
Figure pat00053
인 경우에 다음의 수학식 13와 같은 대각행렬로 근사된다.From the stomach
Figure pat00052
Is not a diagonal matrix. However
Figure pat00053
Is approximated by the diagonal matrix as in Equation (13).

Figure pat00054
Figure pat00054

여기서,

Figure pat00055
은 제1 고유진동수(
Figure pat00056
) 주위에서 시스템이 자극을 받을 때의 대각행렬이다.here,
Figure pat00055
Is the first natural frequency (
Figure pat00056
) Is the diagonal matrix when the system is stimulated.

따라서, 수학식 9와 수학식 13를 결합하면, 연계 비선형 운동방정식을 다음과 같이 단순한 대각행렬로 얻어진 비선형 운동방정식을 구하여, 도 6에 도시된 바와 같은 시험결과와 비교하여 해석모델을 개선할 수 있다.Therefore, by combining Equations 9 and 13, the nonlinear equations of motion obtained by a simple diagonal matrix can be obtained as follows, and the analysis model can be improved by comparing with the test results shown in FIG. have.

Figure pat00057
Figure pat00057

또는

Figure pat00058
or
Figure pat00058

여기서

Figure pat00059
이다.here
Figure pat00059
to be.

도 6은 가진 하중의 RMS값이 0.2g, 0.4g, 0.6g, 0.8g, 1.0g, 1.2g로 증가함에 따라, 캐비닛 상단에 계측 또는 해석된 고유진동수 근방에서 가속도 응답의 진동수영역에서의 크기도 함께 증가하는 것을 나타낸다. 도 6에서 가로축은 진동수 비율(frequency ratio)이고, 세로축은

Figure pat00060
진동수 영역에서 가속도 응답의 크기이며, 청색선은 시혐결과이고, 녹색선은 해석모델의 갱신전의 결과이며, 그리고 적색선은 해석모델의 갱신후의 결과이다.Fig. 6 shows the magnitude in the frequency range of the acceleration response near the natural frequency measured or interpreted at the top of the cabinet as the RMS values of the excited loads increase to 0.2g, 0.4g, 0.6g, 0.8g, 1.0g, 1.2g. Also increase with. In Figure 6 the horizontal axis is the frequency ratio (frequency ratio), the vertical axis is
Figure pat00060
The magnitude of the acceleration response in the frequency domain, the blue line is the test result, the green line is the result before the update of the analysis model, and the red line is the result after the update of the analysis model.

여기서 녹색선과 적색선으로 나타낸 해석결과는 상기 수학식 14에 보인 비선형 운동방정식을 수치해석법을 적용하여 구한 것이다.The analysis results represented by the green and red lines are obtained by applying a numerical method to the nonlinear equations of motion shown in Equation (14).

도 6에서 해석모델을 갱신하기 전의 구조물의 고유진동수는 가속도 응답의 크기가 증가함에 따라 변화하지 않지만, 해석모델을 갱신한 후의 고유진동수는 시험결과와 유사하게 가속도 응답의 크기가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내므로, 모델을 갱신한 후의 결과가 모델을 갱신하기 전의 결과보다 더 시험결과와 유사한 경향을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 선형 해석모델의 경우, 입력 하중의 크기에 따른 고유진동수의 변화를 나타낼 수 없지만, 비선형 해석모델의 경우, 입력 하중의 크기에 따른 고유진동수의 변화를 나타낼 수 있으며, 수학식 14의 좌측 3번째 항에서

Figure pat00061
값을 해석결과와 실험결과 사이의 오차를 최소화하는 방법 등을 적용하여 조절함으로써 비선형 해석모델의 해석결과를 실험결과와 근사시킬 수 있다.
In Figure 6, the natural frequency of the structure before updating the analysis model does not change as the magnitude of the acceleration response increases, but the natural frequency after updating the analysis model decreases as the magnitude of the acceleration response increases, similar to the test results. Since the trends are shown, the results after updating the model tend to be more similar to the test results than the results before updating the model. That is, in the case of a linear analysis model, a change in natural frequency cannot be represented according to the magnitude of an input load, but in the case of a nonlinear analysis model, a change in natural frequency can be represented according to the magnitude of an input load. In the first term
Figure pat00061
By adjusting the value to minimize the error between the analysis result and the experimental result, the analysis result of the nonlinear analysis model can be approximated with the experimental result.

S(t); 캐비닛의 가속도응답 파워스펙트럼의 크기,

Figure pat00062
; 진동수 영역에서 가속도 응답의 크기S (t); The magnitude of the acceleration response power spectrum of the cabinet,
Figure pat00062
; Magnitude of acceleration response in frequency domain

Claims (3)

1) 유한요소와 절점질량 시스템으로 캐비닛 구조물을 비선형 모델로 이상화하는 제1단계,
2) 그 이상화된 캐비닛 구조물의 모델을 사용하여 비선형 동적 운동방정식을 산정하는 제2단계,
3) 기본 진동모드를 사용하여 비선형 동적 운동방정식을 비연계 단자유도계의 비선형 운동방정식들로 전환하는 제3단계, 및
4) 실험자료와 해석모델을 비교하여 해석모델을 개선하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소의 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위해 캐비닛의 비선형 동적 해석모델을 작성하는 방법.
1) First step to idealize cabinet structure into nonlinear model with finite element and node mass system,
2) a second step of estimating the nonlinear dynamic equation of motion using the idealized cabinet structure model;
3) a third step of converting the nonlinear dynamic equation of motion into the nonlinear equations of motion of the non-linked terminal induction system using the basic vibration mode; and
4) A method of preparing a nonlinear dynamic analysis model of a cabinet for predicting seismic response to a cabinet of a power plant, comprising a fourth step of improving the analysis model by comparing the experimental data with the analysis model.
제 1항에 있어서,
제2 단계에서 비선형 동적 운동방정식은
Figure pat00063
이며
여기서
Figure pat00064
,
Figure pat00065
,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
Figure pat00068
는 각각 변위시스템행렬, 힘시스템행열, 질량시스템행렬, 선형 시스템 강성행렬 및 비선형 시스템 강성행렬이며, 그리고
Figure pat00069
인 것을 특징으로 하는 발전소의 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위해 캐비닛의 비선형 동적 해석모델을 작성하는 방법.
The method of claim 1,
In the second step, the nonlinear dynamic equation
Figure pat00063
And
here
Figure pat00064
,
Figure pat00065
,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
And
Figure pat00068
Are the displacement system matrix, the force system matrix, the mass system matrix, the linear system stiffness matrix, and the nonlinear system stiffness matrix, respectively, and
Figure pat00069
A nonlinear dynamic analysis model of a cabinet for predicting earthquake response of a cabinet of a power plant, characterized in that.
제 2항에 있어서,
제3 단계에서 비연계 단자유도계의 비선형 운동방정식은
Figure pat00070
이며,
여기서,
Figure pat00071
은 변위이고,
Figure pat00072
는 가진진동수인 것을 특징으로 하는 발전소의 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위해 캐비닛의 비선형 동적 해석모델을 작성하는 방법.
The method of claim 2,
In the third step, the nonlinear equations of motion of the non-
Figure pat00070
,
here,
Figure pat00071
Is the displacement,
Figure pat00072
A nonlinear dynamic analysis model of a cabinet for predicting the seismic response of a cabinet of a power plant, characterized in that the excitation frequency.
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