基于光滑粒子與有限元耦合算法的放射性廢液運(yùn)輸容器跌落分析

黃　崗　　孫　勝　　童明炎　　汪　?！　∷镜さぃㄖ袊?guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院　　成都　610213）

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基于光滑粒子與有限元耦合算法的放射性廢液運(yùn)輸容器跌落分析

黃崗孫勝童明炎汪海司丹丹
（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院成都610213）

摘要基于光滑粒子和有限元耦合算法，利用顯式動(dòng)力學(xué)分析軟件LS-DYNA，對(duì)裝載放射性廢液的車載式廢樹(shù)脂接收裝置在三種不同跌落方式下的跌落沖擊過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值分析。以裝置水平跌落為典型算例，對(duì)其在跌落過(guò)程中所受的動(dòng)態(tài)激勵(lì)、裝置的壓力變化和裝置的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，光滑粒子和有限元耦合算法對(duì)于解決裝載放射性廢液的運(yùn)輸容器在跌落沖擊過(guò)程中流固耦合問(wèn)題是有效的。同時(shí)，基于有限元分析結(jié)果，提出了一種按照RCC-M《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》等規(guī)范對(duì)放射性物質(zhì)運(yùn)輸容器跌落沖擊過(guò)程進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定的方法，并依據(jù)該方法對(duì)裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)定，結(jié)果顯示裝置在三種不同跌落方式下的應(yīng)力強(qiáng)度均滿足要求。

關(guān)鍵詞運(yùn)輸容器，跌落沖擊，流固耦合，光滑粒子法，應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定

Dropping analysis of radioactive liquid waste transport container based on finite element method coupling with smoothed particle hydrodynamics method

HUANGGangSUNShengTONGMingyanWANGHaiSIDandan
（NuclearPowerInstituteofChina，Chengdu610213，China）

Abstract Background: Droppingimpactresistancepropertyisakeycharacteristicforthetransportationsafetyof transportcontainerfilledwithradioactiveliquidwaste.Therefore，itisnecessarytocarryoutdroppingimpact analysisofthetransportcontainerwiththeappropriatemethodduringresearchanddevelopprocess.Purpose: Droppingimpactanalysiswithappropriatemethodforthetransportcontainerfilledwithradioactiveliquidwastewas carriedouttoverifyitsdroppingimpactresistanceproperty. Methods:Basedonsmoothedparticlehydrodynamics methodcouplingwithfiniteelementmethod，droppingimpactanalysisoftravellingspentresininceptingdevicefilled withradioactiveliquidwasteinthreedifferentwayswascarriedoutwithLS-DYNAcodewhichwasanexplicit dynamicanalysissoftware.Besides，astressstrengthassessmentmethodforthedevicestructurebasedonRCC-M andotherruleswasproposed，andthestressstrengthassessmentwasalsoperformedwiththemethod. Results:The dynamicexcitation，thepressurevarietyandthestressofthedeviceduringdroppingimpactprocesswereobtainedin thepaper.Conclusion:Smoothedparticlehydrodynamicsmethodcouplingwithfiniteelementmethodissuitablefor solvingthefluid-structureinteractionquestionduringdroppingimpactprocessforthedevicefilledwithradioactive liquidwaste.Furthermore，thestrengthofthedevicesatisfiestherequirementinthreedifferentwaysofdropping.

Key words Transportcontainer，Droppingimpact，F(xiàn)luid-structureinteraction，Smoothedparticlehydrodynamics method，Stressstrengthassessment

光滑粒子法是一種基于粒子的拉格朗日方法。因不需借助任何網(wǎng)格，所以算法本身避免了有限元法在大變形問(wèn)題中常遇到的網(wǎng)格畸變和網(wǎng)格扭曲等一系列問(wèn)題，可用于模擬流體的流動(dòng)變形，且具有強(qiáng)大的模擬大變形和復(fù)雜物理現(xiàn)象的能力，在天體物理、高速?zèng)_擊和流體力學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用，但它仍然存在一些問(wèn)題，如計(jì)算效率低和邊界處理算法不成熟等。拉格朗日型的有限元法具有計(jì)算效率高，對(duì)邊界條件處理和物質(zhì)界面跟蹤等非常容易，但有限元法對(duì)于大變形問(wèn)題的模擬不是十分理想。有限元法與光滑粒子法各有優(yōu)缺點(diǎn)，為結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，光滑粒子與有限元耦合算法被提出并得到發(fā)展。近年來(lái)，中外學(xué)者利用該耦合算法處理跌落沖擊動(dòng)力學(xué)中流固耦合問(wèn)題越來(lái)越多，F(xiàn)ourey等[1]應(yīng)用耦合算法模擬了彈性楔形體高速入水以及水柱沖擊彈性板過(guò)程；許慶新等[2]基于耦合算法模擬了矩形薄壁充液容器的跌落過(guò)程；Anghileri等[3]嘗試用耦合方法模擬了充液容器的跌落過(guò)程，并和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，取得了令人滿意的結(jié)果。

對(duì)于裝載放射性物質(zhì)的運(yùn)輸容器，其抗跌落沖擊性能是安全運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要指標(biāo)。在進(jìn)行放射性物質(zhì)運(yùn)輸容器研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，采用合理的方法對(duì)其進(jìn)行跌落沖擊分析是非常必要的，這樣才能夠設(shè)計(jì)出更優(yōu)化的容器結(jié)構(gòu)，使其具有高抗跌落沖擊性能。

本文基于光滑粒子和有限元耦合算法，對(duì)自主研制的裝載有放射性廢液的車載式廢樹(shù)脂接收裝置進(jìn)行了跌落沖擊分析，基于有限元分析結(jié)果，提出了一種按照RCC-M[4]等規(guī)范對(duì)放射性物質(zhì)運(yùn)輸容器跌落沖擊過(guò)程進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定的方法，并依據(jù)該方法對(duì)裝置進(jìn)行了應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定。

1 光滑粒子與有限元耦合算法

1.1光滑粒子法

光滑粒子法是通過(guò)構(gòu)造一個(gè)核函數(shù)對(duì)離散質(zhì)點(diǎn)位置進(jìn)行核估計(jì)來(lái)計(jì)算各種動(dòng)力學(xué)量，將微分形式的守恒方程轉(zhuǎn)化為積分方程形式，計(jì)算出在任意一點(diǎn)上的各個(gè)場(chǎng)變量的核估計(jì)。光滑粒子法中，函數(shù)f（x）在空間某一點(diǎn)x上的核估計(jì)可以通過(guò)函數(shù)f（x）在域?中的積分獲得：

式中：x為估計(jì)點(diǎn)的空間坐標(biāo)；x'為對(duì)x有貢獻(xiàn)作用的空間點(diǎn)坐標(biāo)；h為光滑長(zhǎng)度；W（x-x'，h）為核函數(shù)。目前應(yīng)用最廣泛的核函數(shù)是三次B樣條函數(shù)[5]。

將函數(shù)f（x）導(dǎo)數(shù)的核估計(jì)轉(zhuǎn)換成核函數(shù)W的導(dǎo)數(shù)，并利用分步積分和核函數(shù)W在積分域?邊界上為零的條件可求得f（x）導(dǎo)數(shù)的核估計(jì)為：

將求解域?劃分為M個(gè)子域，mj＝m（xj）和ρj＝ρ（xj）分別代表子域粒子j的質(zhì)量和密度，設(shè)f（x）在粒子i、j上的值分別為fi＝f（xi），fj＝f（xj），則f（x）及其導(dǎo)數(shù)在粒子i上的核估計(jì)式（1）、（2）的離散式為：

式中：W（xj-xi，h）為離散核函數(shù)；積分微體元dx'＝mj/ρj；?表示空間維系數(shù)；下標(biāo)j為編號(hào)為i粒子的臨近粒子編號(hào)。

1.2耦合算法

放射性廢液運(yùn)輸容器跌落過(guò)程的流固耦合效應(yīng)可通過(guò)光滑粒子和有限元的耦合算法實(shí)現(xiàn)，裝置中的液體區(qū)采用光滑粒子法，固體區(qū)使用有限元法，通過(guò)將光滑粒子類比成有限元法中的節(jié)點(diǎn)，光滑粒子節(jié)點(diǎn)和有限元單元之間的相互作用就可采用接觸算法計(jì)算。計(jì)算過(guò)程中，每一時(shí)長(zhǎng)先檢查光滑粒子是否穿透了有限元單元表面，沒(méi)有穿透時(shí)就不作任何處理，如穿透，則在光滑粒子節(jié)點(diǎn)和所穿透的有限元單元表面之間引入一個(gè)較大的界面接觸力[6]。

2　計(jì)算模型建立

2.1裝置結(jié)構(gòu)

車載式廢樹(shù)脂接收裝置主要用于應(yīng)急接收廢樹(shù)脂，依據(jù)《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》[7]，該裝置屬于工業(yè)貨包IP-2，圖1是其結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可見(jiàn)，該裝置主要由箱體、廢樹(shù)脂罐、廢水接收槽、排風(fēng)過(guò)濾器和管路系統(tǒng)組成，廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽通過(guò)軟管相接，所有設(shè)備和管道均安裝在箱體內(nèi)，廢樹(shù)脂罐通過(guò)壓緊裝置固定在箱體內(nèi)，廢水接收槽通過(guò)螺柱螺母與箱體連接，螺柱一端與箱體焊接。箱體為一標(biāo)準(zhǔn)大小集裝箱，其長(zhǎng)、寬和高分別為6058mm、2438mm和2591mm，質(zhì)量為7345kg，箱體為框架結(jié)構(gòu)，箱體框架是由矩形空心型鋼、方形空心型鋼和角件組成的焊接結(jié)構(gòu)；廢樹(shù)脂罐用于接收并暫存廢樹(shù)脂，采用立式結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)直徑為900mm，高為2040mm，有效容積為550L，裝液量達(dá)到其有效容積時(shí)其質(zhì)量約1100kg；廢水接收槽用于接收并暫存從廢樹(shù)脂頂部溢流進(jìn)入廢水接收槽的廢水，采用臥式結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)直徑為1500mm，長(zhǎng)為4016mm，有效容積為6L，裝液量達(dá)到其有效容積時(shí)其質(zhì)量約7800kg；螺柱的大小規(guī)格為M20，性能等級(jí)為8.8級(jí)。

圖1　裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Schematic　diagram　of　the　device.

2.2材料模型

根據(jù)裝置在運(yùn)輸時(shí)保持結(jié)構(gòu)完整性及對(duì)放射性物質(zhì)的包容性要求，選取箱體框架、廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽為研究對(duì)象，箱體框架的材料除角件外均采用耐低溫材料Q345C，角件為強(qiáng)度滿足集裝箱各類試驗(yàn)要求的標(biāo)準(zhǔn)件，計(jì)算時(shí)將其處理成剛體，廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽材料均為06Cr18Ni11Ti不銹鋼，跌落目標(biāo)靶面采用剛體材料模型，結(jié)構(gòu)材料在常溫下的參數(shù)見(jiàn)表1[8-9]，廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽裝載的廢液近似處理為水，采用空材料模型和Gruneisen狀態(tài)方程對(duì)其進(jìn)行分析，在常溫下水的特性參數(shù)密度為998.2kg·m-3、黏度為1.0×10-3Pa·s、C、S1、S2和γ0為狀態(tài)方程參數(shù)，分別為1.647×103、1.921、-0.096、0.35。

表1　結(jié)構(gòu)材料參數(shù)Table 1 Material parameters of the device.

2.3計(jì)算模型

本文對(duì)裝置裝液量為80%時(shí)裝置自由跌落到剛性靶面進(jìn)行跌落分析，此時(shí)，裝置總質(zhì)量超過(guò)15t。根據(jù)《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》，取跌落高度為0.3m，為節(jié)省計(jì)算時(shí)間，自由下落分析從貨包最低點(diǎn)與剛性靶面距離1mm處開(kāi)始計(jì)算，裝置的初始速度為2.42m·s-1，重力加速度取9.81m·s-2。自由下落分析中，計(jì)算下落方式為：水平下落、豎直下落和傾斜下落。豎直下落和傾斜下落時(shí)，廢樹(shù)脂罐均位于廢水接收槽下方，在傾斜下落中，裝置的體對(duì)角線與剛性靶面垂直（裝置底面與跌落靶面的角度約為67o），以確保碰撞過(guò)程中貨包受到最大損壞。

裝置建模時(shí)忽略微小結(jié)構(gòu)，并忽略廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽小接管對(duì)區(qū)域強(qiáng)度的影響。箱體框架、廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽均采用殼單元進(jìn)行離散，廢液采用光滑粒子進(jìn)行離散，流固耦合效應(yīng)通過(guò)光滑粒子節(jié)點(diǎn)和有限元單元之間的點(diǎn)面接觸算法實(shí)現(xiàn)，廢水接收槽支座與箱體框架以及支座與螺柱的連接均設(shè)置為摩擦連接，摩擦系數(shù)取0.3，廢樹(shù)脂罐與箱體框架的連接近似處理為剛性連接。裝置在三種不同的跌落方式下的計(jì)算模型見(jiàn)圖2。水平跌落方式下，裝置劃分網(wǎng)格后的單元數(shù)為105012個(gè)，光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)為435788個(gè)；豎直跌落下，裝置劃分網(wǎng)格后的單元數(shù)為92288個(gè)，光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)為410286個(gè)；傾斜跌落方式下，裝置劃分網(wǎng)格后的單元數(shù)為103007個(gè)，光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)為407272個(gè)。

圖2　裝置在三種不同的跌落方式下的計(jì)算模型?。╝）　水平跌落，（b）　豎直跌落，（c）　傾斜跌落Fig.2 Finite　element　model　of　the　device　in　three　different　drop　ways. （a）　Horizontal　drop，?。╞）　Vertical　drop，?。╟）　Oblique　drop

2.4網(wǎng)格密度敏感性分析

針對(duì)裝置每一跌落方式，計(jì)算模型均采用粗細(xì)不同的兩種網(wǎng)格密度對(duì)計(jì)算結(jié)果敏感性進(jìn)行對(duì)比分析，裝置在較粗網(wǎng)格密度的單元數(shù)和光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)為：水平跌落方式下，裝置計(jì)算模型的單元數(shù)為95082個(gè)，光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)為380992個(gè)；豎直跌落方式下，裝置計(jì)算模型的單元數(shù)為83697個(gè)，光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)為361776個(gè)；傾斜跌落方式下，裝置計(jì)算模型的單元數(shù)為93137個(gè)，光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)為358336個(gè)。裝置在較細(xì)網(wǎng)格密度下的計(jì)算模型如圖2所示。同一跌落方式下，裝置較細(xì)網(wǎng)格密度計(jì)算模型相對(duì)于較粗網(wǎng)格密度計(jì)算模型的單元數(shù)和光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)率略大于10%，粗細(xì)網(wǎng)格密度計(jì)算模型的網(wǎng)格劃分方式、載荷條件和初始條件等保持一致。計(jì)算結(jié)果表明，跌落過(guò)程中裝置各部件在相同跌落方式不同網(wǎng)格密度下的最大等效應(yīng)力均產(chǎn)生在同一時(shí)刻和位置。表2為裝置在三種跌落方式下各部件較細(xì)網(wǎng)格密度計(jì)算模型相對(duì)于較粗網(wǎng)格密度計(jì)算模型的最大等效應(yīng)力增長(zhǎng)率，從表2中可以看出，各部件的最大等效應(yīng)力增長(zhǎng)率的絕對(duì)值控制在較小范圍內(nèi)，并且遠(yuǎn)小于單元數(shù)和光滑粒子節(jié)點(diǎn)數(shù)的增長(zhǎng)率。通過(guò)模型網(wǎng)格密度敏感性分析，結(jié)果表明，本文所采用如圖2所示網(wǎng)格密度計(jì)算模型的計(jì)算精度符合要求。

表2　裝置各部件最大等效應(yīng)力增長(zhǎng)率Table 2 Max von mises stress increasing rate of parts in the device.

3　水平跌落結(jié)果與討論

3.1裝置的壓力變化

圖3為箱體框架在水平跌落過(guò)程中受到的壓力最大位置的壓力時(shí)間歷程，箱體框架在跌落過(guò)程中受到的壓力最大位置產(chǎn)生在下側(cè)梁與底角件連接處。從圖3可見(jiàn)，箱體框架在跌落過(guò)程初期受到的壓力很快達(dá)到最大值1250MPa，隨后迅速減小并趨于穩(wěn)定。圖4為廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽在水平跌落過(guò)程中受到的壓力最大位置的壓力時(shí)間歷程。

圖3　箱體框架壓力-時(shí)間曲線Fig.3 Pressure-time　curve　of　the　container’s　frame.

圖4　廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽壓力-時(shí)間曲線Fig.4 Pressure-time　curve　of　the　spent　resin　tank　and　the spent　water　tank.

由圖4可見(jiàn)，廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽在跌落過(guò)程中受到的最大壓力要遠(yuǎn)小于箱體框架，由于儲(chǔ)液的存在和儲(chǔ)液液面的晃動(dòng)，均存在反方向的壓力，并且廢樹(shù)脂罐罐體接管區(qū)域和廢水接收槽槽體接管區(qū)域受到的壓力波動(dòng)頻率明顯高于其支座區(qū)域。

3.2裝置受到的加速度沖擊

圖5為箱體框架在水平跌落過(guò)程中受到的豎直方向的加速度激勵(lì)最大位置的加速度時(shí)間歷程。圖5中，裝置與剛性靶面撞擊后，箱體框架受到的加速度迅速達(dá)到最大值2571163m·s-2，然后迅速變小并穩(wěn)定。圖6為廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽在水平跌落過(guò)程中受到的豎直方向的加速度激勵(lì)最大位置的加速度時(shí)間歷程。廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽受到的最大加速度激勵(lì)分別為103234m·s-2和65295m·s-2，由于儲(chǔ)液的存在，廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽均存在較大的反方向的加速度激勵(lì)，廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽跌落過(guò)程中受到的最大反方向的加速度激勵(lì)分別為-91130m·s-2和-23648m·s-2。

圖5　箱體框架加速度-時(shí)間曲線Fig.5 Acceleration-time　curve　of　the　container’s　frame.

圖6　廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽加速度-時(shí)間曲線Fig.6　Acceleration-time　curve　of　the　spent　resin　tank　and　the spent　water　tank.

圖7　裝置各部件應(yīng)力強(qiáng)度云圖（a）　箱體框架，（b）　廢樹(shù)脂罐，（c）　廢水接收槽Fig.7 Stress　intensity　cloud　chart　of　the　device.（a）　Container’s　frame，?。╞）　Spent　resin　tank，　（c）　Spent　water　tank

3.3裝置的應(yīng)力狀態(tài)

圖7為裝置各部件在水平跌落過(guò)程中應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度云圖。從圖7可以看出，箱體框架最大應(yīng)力強(qiáng)度產(chǎn)生在下側(cè)梁與底角件連接處，其值為2226MPa；廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽最大應(yīng)力強(qiáng)度產(chǎn)生支座區(qū)域，其值分別為584MPa和661MPa。

圖8為箱體框架水平跌落過(guò)程中薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度最大位置的應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)間歷程。圖8中，箱體框架的應(yīng)力強(qiáng)度迅速達(dá)到最大值，然后迅速變小并趨于穩(wěn)定。圖9為廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽在水平跌落過(guò)程中薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度最大位置的應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)間歷程。由圖9，受儲(chǔ)罐中儲(chǔ)液的影響，廢樹(shù)脂罐罐體接管區(qū)域和廢水接收槽槽體接管區(qū)域受到的應(yīng)力強(qiáng)度波動(dòng)頻率明顯高于其支座區(qū)域。

圖8　箱體框架薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)間曲線Fig.8 Membrane　and　bending　stress　intensity-time　curve　of the　container’s　frame.

圖9　廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)間曲線Fig.9 Membrane　and　bending　stress　intensity-time　curve　of the　spent　resin　tank　and　the　spent　water　tank.

4　應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定

裝置部件中，廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽分別用于接收并暫存廢樹(shù)脂和廢水，為核安全3級(jí)，裝置的跌落過(guò)程可以看作承受多次交變載荷作用，根據(jù)RCC-M規(guī)范對(duì)基準(zhǔn)工況和準(zhǔn)則級(jí)別的定義，對(duì)廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度按第二類工況A級(jí)準(zhǔn)則疲勞性能要求進(jìn)行評(píng)定，其應(yīng)力限制為：

式中：Δ表示變化范圍；PL為一次局部薄膜應(yīng)力，MPa；Pb為一次彎曲應(yīng)力，MPa；Pe為熱膨脹應(yīng)力，MPa；Q為二次薄膜加彎曲應(yīng)力，MPa；F為峰值應(yīng)力，MPa；Sa為許用交變應(yīng)力強(qiáng)度，MPa。

箱體框架作為廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽的支撐件，為S2級(jí)，由于已對(duì)其在設(shè)計(jì)工況下按O級(jí)準(zhǔn)則進(jìn)行了應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定[10]，因此，此處不對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定。裝置中的螺柱采用極值應(yīng)力控制，參考《聯(lián)邦德國(guó)國(guó)防軍艦艇建造規(guī)范》中對(duì)緊固螺栓和基礎(chǔ)螺栓沖擊安全性的評(píng)定方法，其應(yīng)力限制為：

式中：σv表示比較應(yīng)力，MPa；σ表示螺柱承受的拉伸應(yīng)力，MPa；τ為螺柱承受的剪切應(yīng)力，MPa。根據(jù)廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽在跌落過(guò)程中的應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)間歷程并參考文獻(xiàn)[11]，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)小于200次，根據(jù)RCC-M規(guī)范，當(dāng)06Cr18Ni11Ti不銹鋼疲勞曲線的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為200次時(shí)，其交變應(yīng)力強(qiáng)度的許用值為1275MPa。對(duì)于廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽，選取支座區(qū)域和罐體接管區(qū)域在跌落過(guò)程中的最大應(yīng)力強(qiáng)度位置，按照應(yīng)力線性化方

法[12]提取薄膜加彎曲應(yīng)力，得到薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度的時(shí)間歷程，進(jìn)而求得薄膜加彎曲應(yīng)力的最大變化范圍。根據(jù)圖9可以得出廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽薄在水平跌落方式下的膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度的最大變化范圍，根據(jù)同樣的方法，可以求得廢樹(shù)脂罐和廢水接收槽在豎直跌落和傾斜跌落方式下薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度的最大變化范圍。對(duì)于螺柱，取各跌落方式下螺柱承受的最大比較應(yīng)力值。表4為裝置在三種不同的跌落方式下的應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果。表4數(shù)據(jù)表明，裝置在三種不同的跌落方式下的應(yīng)力強(qiáng)度均滿足RCC-M等規(guī)范的強(qiáng)度要求。

5　結(jié)語(yǔ)

本文基于光滑粒子和有限元耦合算法，對(duì)裝載放射性廢液的車載式廢樹(shù)脂接收裝置進(jìn)行了三種不同跌落方式下的跌落沖擊分析。通過(guò)對(duì)裝置在水平跌落方式下受到的動(dòng)態(tài)激勵(lì)、裝置的壓力變化和裝置的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析，說(shuō)明了有限元和光滑粒子耦合算法方法適用于放射性廢液運(yùn)輸容器的跌落計(jì)算。針對(duì)有限元分析結(jié)果，提出了一種按照RCC-M等規(guī)范對(duì)放射性物質(zhì)運(yùn)輸容器跌落沖擊過(guò)程進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定的方法，并依據(jù)該方法對(duì)裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)定。結(jié)果表明，裝置在三種不同的跌落方式下的應(yīng)力強(qiáng)度均滿足要求。

表4　裝置應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果Table 4 Results of stress strength assessment.

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收稿日期：2015-08-10，修回日期：2015-10-26

DOI:10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.010503 10.7538/yzk.2014.48.05.0939 10.11889/j.0253-3219.2013.hjs.36.040665

中圖分類號(hào)TL93

第一作者：黃崗，男，1983年出生，2009年于華南理工大學(xué)獲碩士學(xué)位，從事核設(shè)備設(shè)計(jì)及有限元分析研究

Firstauthor:HUANGGang，male，bornin1983，graduatedfromSouthChinaUniversityofTechnologywithamaster’sdegreein2009，engagedindesign andfiniteelementanalysisofthenuclearequipment