Расчёт нагрузки на здания ядерного острова АЭС при ударе воздушного судна
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.3.22Ключевые слова:
атомная электростанция, безопасность, экстремальные нагрузки, техногенные катастрофы, удар самолёта, бетон, разрушение, динамика, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов, явная схема интегрирования, эйлерова постановкаАннотация
Стандарты МАГАТЭ предписывают выполнять проектирование атомных электростанций (АЭС) в предположении экстремального воздействия не только природных, но и техногенных явлений. В частности, одним из современных обязательных требований стандарта МАГАТЭ SRS 87 является учёт возможного падения или целенаправленного удара тяжёлого коммерческого самолёта в железобетонные конструкции АЭС. При этом предусмотрена величина нагрузок, передаваемых на строительные конструкции при ударах таких воздушных судов, как «Боинг 720» и «Боинг 707-320». В простейшем случае - при ударе самолёта в плоскую малодеформируемую преграду по нормали, нагрузка на конструкцию может задаваться напрямую как распределённая сила, действующая на площадь пятна удара. При ударе же самолёта по касательной к поверхности конструкции или приложении нагрузки к поверхности сложной формы, а также при необходимости принимать во внимание последовательное пробивание нескольких преград такой способ нагружения использоваться не может . В работе представлена универсальная методика моделирования воздействия на строительные конструкции путём удара самолётом, основанная на методе конечных элементов (МКЭ) в эйлеровой формулировке. Построены соотношения, позволяющие по заданной нагрузке и известной форме пятна удара идентифицировать геометрические, прочностные и массовые параметры конечно-элементной модели, имитирующей самолёт. Проведено сравнение реакции железобетонной конструкции на нормативное давление и на удар моделью, показано хорошее согласование полученных результатов. Математическая модель тяжелого коммерческого самолёта с установленными из численных экспериментов характеристиками применима для численного моделирования удара в здания и сооружения АЭС в соответствии с новыми требованиями МАГАТЭ.
Скачивания
Библиографические ссылки
Учет внешних событий, исключая землетрясения, при проектировании атомных электростанций: руководство по безопасности № NS-G-1.5. Вена: Международное агентство по атомной энергии, 2008. 141 с.
Safety aspects of nuclear power plants in human induced external events: General considerations. Safety Reports Series, No. 86. IAEA, 2017. 88 с.
Riera J.D. On the stress analysis of structures subjected to aircraft impact forces // Nucl. Eng. Des. 1968. Vol. 8, no. 4. P. 415–426. DOI
Бирбраер А.Н., Роледер А.Ю. Экстремальные воздействия на сооружения. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. 594 с.
Kultsep A., Souli M., Volkodav I. Load on structures due to large airplane impact // Proc. of the 22nd Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology. SMiRT 22, San Francisco, California, USA, August 18-23, 2013. Vol.1. P. 1976-1984.
Riera J.D. Advances in the analysis of NPP and other critical structures subjected to aircraft impact. 2013. https://www.yumpu.com/en/document/view/39529261/advances-in-the-analysis-of-npp-and-other-critical-structures- (дата обращения: 24.09.2018).
Riera J.D., Zorn N.F., Schueller G.I. An approach to evaluate the design load time history for normal engine impact taking into account the crash-velocity distribution // Nucl. Eng. Des. 1982. Vol. 71, no. 3. P. 311-316. DOI
Siefert A., Henkel F.O. Nonlinear analysis of commercial aircraft impact on a reactor building - Comparison between integral and decoupled crash simulation // Nucl. Eng. Des. 2014. Vol. 269. P. 130-135. DOI
LS-DYNA Keyword User’s Manual. Livermore Software Technology Corporation, 2017. Vol. I. 2882 p.
Improving robustness assessment methodologies for structures impacted by missiles (IRIS_2012). Final Report. 2014. 105 p.
Илюшкин М.В. Моделирование процессов обработки металлов давлением в программе LS-DYNA. Ульяновск, 2017. 125 с.
Chen H. Structured ALE Workshop. http://ftp.lstc.com/anonymous/outgoing/hao/sale/tutorials/SALE_2016_class.pdf (дата обращения: 24.09.2018).
von Riesemann W.A. [et al.] Full-scale aircraft impact test for evaluation of impact forces. Part 1: Test plan, test method, and test results // Proc. of the 10th Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology. SMiRT 10, Anaheim, CA, USA, August 22-27, 1989. P. 285–292.
Sugano T. [et al.] Full-scale aircraft impact test for evaluation of impact force // Nucl. Eng. Des. 1993. Vol. 140, no. 3. P 373–385. DOI
LS-DYNA Keyword User’s Manual. Livermore Software Technology Corporation, 2017. Vol. II: Material Models. 1577 p.
Shkolnikov M.B. Honeycomb Modeling for Side Impact Moving Deformable Barrier (MDB) // Proc. of the 7th Int. LS-DYNA Users Conference. Detroit, MI, USA, May 19-21, 2002. P. 7-1–7-14.
Hallquist J.O. LS-DYNA Theory Manual. Livermore: Livermore Software Technology Corporation, 2006.
Commercial aircraft of the world // Flight Int. 1964. Vol. 86, no. 2907. P. 902–941.
Moutoussamy L., Herve G., Barbier F. Qualification of *Constrained Lagrange In Solid command for steel/concrete interface modeling. https://www.dynamore.de/de/download/papers/konferenz11/papers/session12-paper3.pdf (дата обращения: 24.09.2018).
Murray Y.D. Theory and evaluation of concrete material model 159 // Proc. of the 8th Int. LS-DYNA Users Conf. Detroit, MI, USA, May 2-4, 2004. P. 6-25–6-36.
Murray Y.D. Users Manual for LS-DYNA Concrete Material Model 159. Report No. FHWA-HRT-05-062, May 2007. 89 p.
Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. 312 с.
Seismic Design Criteria for Structures, Systems, and Components in Nuclear Facilities. ASCE 43-05. 2005. 96 p.
###
External events excluding earthquakes in the design of nuclear power plants. Safety guide No. NS-G-1.5. Viena: International Atomic Energy Agency, 2003. 115 p.
Safety aspects of nuclear power plants in human induced external events: General considerations. Safety Reports Series No. 86. IAEA, 2017. 88 p.
Riera J.D. On the stress analysis of structures subjected to aircraft impact forces. Nucl. Eng. Des., 1968, vol. 8, no. 4, pp. 415-426. DOI
Birbraer A.N., Roleder A.J. Extreme actions on structures. Saint-Petersburg: Polytechnic University Publishing House, 2009. 594 p.
Kultsep A., Souli M., Volkodav I. Proc. of the 22nd Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology. SMiRT 22, San Francisco, California, USA, August 18-23, 2013. Vol.1. P. 1976-1984.
Riera J.D. Advances in the analysis of NPP and other critical structures subjected to aircraft impact, available at: https://www.yumpu.com/en/document/view/39529261/advances-in-the-analysis-of-npp-and-other-critical-structures- (accessed 24 September 2018).
Riera J.D., Zorn N.F., Schueller G.I. An approach to evaluate the design load time history for normal engine impact taking into account the crash-velocity distribution. Nucl. Eng. Des., 1982, vol. 71, no. 3, pp. 311-316. DOI
Siefert A., Henkel F.O. Nonlinear analysis of commercial aircraft impact on a reactor building - Comparison between integral and decoupled crash simulation. Nucl. Eng. Des., 2014, vol. 269, pp. 130-135. DOI
LS-DYNA Keyword User’s Manual. Livermore Software Technology Corporation, 2017. Vol. I. 2882 p.
Improving robustness assessment methodologies for structures impacted by missiles (IRIS_2012). Final Report.
2014. 105 p.
Ilyushkin M.V. Modelirovaniye protsessov obrabotki metallov davleniyem v programme LS-DYNA [Simulation of pressure metals processing process in the program LS-DYNA]. Ul’yanovsk, 2017. 125 p.
Chen H. Structured ALE Workshop, available at: http://ftp.lstc.com/anonymous/outgoing/hao/ sale/tutorials/SALE_2016_class.pdf (accessed 24 September 2018).
von Riesemann W.A. [et al.] Proc. of the 10th Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology. SMiRT 10, Anaheim, CA, USA, August 22-27, 1989, pp. 285–292. Muto K. [et al.] Proc. of the 10th Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology. SMiRT 10, Anaheim, CA, USA, August 22-27, 1989, pp. 293–299.
Sugano T. [et al.] Full-scale aircraft impact test for evaluation of impact force. Nucl. Eng. Des., 1993, vol. 140, no. 3, pp. 373-385. DOI
LS-DYNA Keyword User’s Manual. Livermore Software Technology Corporation, 2017. Vol. II: Material Models. 1577 p.
Shkolnikov M.B. Proc. of the 7th Int. LS-DYNA Users Conf. Detroit, MI, USA, May 19-21, 2002.
P. 7-1–7-14.
Hallquist J.O. LS-DYNA Theory Manual. Livermore: Livermore Software Technology Corporation, 2016.
Commercial aircraft of the world. Flight Int., 1964, Vol. 86, no. 2907, pp. 902-941.
Moutoussamy L., Herve G., Barbier F. Qualification of *Constrained Lagrange In Solid command for steel/concrete interface modeling, available at: https://www.dynamore.de/de/download/papers/konferenz11/papers/session12-paper3.pdf (accessed 24 September 2018).
Murray Y.D. Proc. of the 8th International LS-DYNA Users Conf. Detroit, MI, USA, May 2-4, 2004. P. 6-25–6-36.
Murray Y.D. Users Manual for LS-DYNA Concrete Material Model 159. Report No. FHWA-HRT-05-062, May 2007. 89 p.
Kachanov L.M. Osnovy mekhaniki razrusheniya [Fundamentals of fracture mechanics]. M.: Nauka, 1974. 312 p.
Seismic Design Criteria for Structures, Systems, and Components in Nuclear Facilities. ASCE 43-05. 2005. 96 p.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2018 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
