论文部分内容阅读
核电作为一种清洁能源,技术日渐完善,已成为我国能源电力战略的重要组成部分。然而2011年3月11日日本大地震导致了世界最大核电站福岛核电站的泄漏事故,提醒我们核电的安全性尤其是核电工程结构的抗震安全性仍有很多关键问题急需解决。在核电工程结构设计和安全评价中,要求对整体结构进行全面的地震反应分析,采取科学合理的工程措施,确保核电结构的抗震安全。核电工程结构都是体量巨大的建筑物或构筑物,要想精确分析在地震作用下这些结构的动态反应,需要对结构进行精细的有限元计算。运用通用商业软件进行分析时,存在着计算效率低、需二次开发(边界条件、接触条件等)等不足之处。为了缩短核电工程结构地震动态反应分析的时间,提高分析效率,充分利用我国并行计算硬件(并行计算机)领先的优势,本文开发了基于MPI的包含接触问题和粘弹性边界条件的核电工程结构地震动态反应有限元并行计算程序,主要进行了以下研究工作:1.总结了地基—结构相互作用时,边界条件的处理方法,并且对各种方法进行了分析,指出人工粘弹性边界条件应用于工程结构地震反应分析的优越性。2.提出了包含动接触条件和粘弹性边界条件的弹性力学问题积分弱解形式,统一了其数学表达式,揭示了动接触条件和粘弹性边界条件的数学实质。同时,研究了动接触条件和粘弹性边界的程序实现方法,采用点对点的接触模型实现了对动态接触问题的模拟。3.基于MPI(消息传递接口)环境,开发了包含接触问题和粘弹性边界条件的核电工程结构地震动态反应有限元并行计算程序。利用MPI提供的6类基本库函数,基于区域分解理论采用FORTRAN语言编制了并行分析源代码程序,并经解析算例考核,验证了其正确性。该程序包含土压力、冰荷载、静水压力、动水压力、渗流压力、接触问题地震荷载等核电工程计算中需要的比较全面的荷载条件。4.利用开发的动态反应有限元并行计算程序分析了某核电站取水结构在地震作用下的结构位移和应力反应,并对其计算时间和应力结果与商业有限元软件ANSYS计算的结果进行了对比分析,证明了并行计算的可靠性与高效性。同时,研究了结构内力提取的方法,分析了静、动力工况下结构的内力反应,为结构设计和校核提供了理论依据。5.利用强度折减系数法和开发的动态反应有限元并行计算程序对含有动接触问题的某核电边坡工程进行了地震稳定性分析,并对其计算结果与商业有限元软件ANSYS计算的结果进行比较,进一步证明了并行计算的优势所在。