بخشی از مقاله
1مقدمه
در راکتورهاي هستهاي، شناسایی سازهها و اجزاییکه تحت بارگذاري زلزله دچار آسیب میشوند، ضروري است. روند انجام کار به طور معمول یا با استفاده از تحلیلها و شبیهسازيها صورت میپذیرد یا به کمک انجام آزمایش مشابه با واقعیت و مقایسه با آزمایشات قبلی انجام میشود.
مدلهاي ریاضی بسیاري به منظور پیشبینی رفتار دینامیکی یک ساختار صورت پذیرفته است. در بین آنها دو مدل همگن ارائه شده توسط [1] Schumann و [2] Brochard به طور گسترده استفاده میشوند. با این وجود، همانطور که [3] Zhang بیان کرده است، هر دو مدل به صورت دوبعدي میباشند. [4-5] Zhang یک مدل سه-بعدي همگن را پیشنهاد نموده است. Kayvani و همکارانش [6] با استفاده ازروش اجزاء محدود1 سهبعدي و بکارگیري مدل طیفی، ساختمان سایت یک راکتورتحقیقاتی 20 مگاواتی را در استرالیا مورد بررسی قرار دادهاند. شرکت معتبر [7] INVAP درمطالعهاي محفظه کندکننده راکتورتحقیقاتی OPAL را در هنگام وقوع زلزله تحلیل نموده است. Forasassi و [8] Frano با استفاده از همین روش، تحلیل تنشی یک راکتوراز نوع مقیاس کوچک را
Finite Element Method (FEM)
21st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا" د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
در اثر بارهاي زلزله انجام دادهاند. از میان رویکردهاي صحیح موجود، رویکرد استفاده از روش اجزاء محدود در عمل بیشترین کاربرد را دارد. استفاده از این روش بستگی به اجزاي ساختار و مدل اجزاء محدود آن دارد.
یکی از رویکردهاي شبیهسازي حرکت زمین استفاده از مقداري مشابه با واقعیت و درنظرگرفتن مقیاسی از آن است تا بتوان به اتفاق مورد نظر دست یافت. معمولترین روش بکارگرفته شده، مقیاسی نسبت به بالاترین شتاب زمین2 میباشد؛ اگرچه این روش تنها روش موجود نمیباشد .[9]
شکل .1 مدلازي قلب راکتور تحقیقاتیِ تهران
در شرایط وقوع حادثهاي مانند زلزله در راکتور تحقیقاتی تهران، پیشبینی نحوه تغییر شکل اجزاء و ساختار تشکیل دهنده قلب نقش بسیار مهمی در جلوگیري یا به حداقل رساندن آسیبهاي ناشی از آن دارد. همچنین استفاده ازروش اجزاء محدود به عنوان ابزاري درتحلیل تنشی چنین سیستمهایی درصنعت هستهاي پیشرفت روزافزون داشته است که در این پروژه محاسبات مربوط به توزیع تنش و کرنش در قلب راکتور با استفاده از این ابزار محاسباتی انجام میشود. درابتدا مدل سهبعدي که شامل قلب و استخر راکتور است با استفاده از نرمافزار SolidWorks مدلسازي (شکل (1 و سپس شرایط بارگذاري زلزله در قلب و استخر راکتور تهران به کمک نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS بررسی خواهد شد. تحلیل صورت گرفته در این شبیهسازياساساً به سه قسمت تقسیم میشود:(1 تحلیل استاتیکی ساختار قلب راکتور در اثر فشارهاي هیدروستاکی ناشی از آب استخر، (2 بدست آوردن فرکانسهاي طبیعی و شکل مودهاي قلب راکتورتهران، (3 تحلیل دینامیکی ساختار قلب راکتورتهران در اثر بارهاي ناشی از زلزله.
-2توصیف مسئله
Peak ground acceleration (PGA)٢
21st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
Ph ρgh 1000 9.806 8.5 85000 Pa
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا" د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
تئوريهاي بسیاري در زمینه دینامیک سازهها و مهندسی زلزله وجود دارد. در اینجا از تئوري پاسخ طیفی3 در شبیه-سازي زلزله بهره گرفته میشود. این تئوري در اکثر پژوهشهاي صورت گرفته مورد اسـتفاده قرارمـیگیـرد. پاسـخ طیفی، نموداري از پاسخ زلزله یعنی شتاب، سرعت یا جابجایی نسبت به میزان فرکانس زلزله میباشد. در مهندسـی زلزله برخلاف آنچه در دینامیک معمول است، پریود یا دوره زمانی (T=1/f)معمولاً به جاي فرکانس بکار مـیرود. به منظور استفاده از این تئوري ماکزیمم شتاب زمین مورد نیاز میباشد تا مقدار طیف بدست آیـد. مـاکزیمم شـتاب زمین را میتوان از روابط کاهش انرژي موج بدست آورد. معادلات و روابط تئوري مـذکور را مـیتـوان در مرجـع [10] یافت.
-3شبیهسازي حادثه زلزله
در قسمتهایی از صفحه مشبک، فشار هیدروستاتیکی معادل بـا فشـار سـتونی از 8/5 متـر آب بـر سـطح آن وارد
میشود. (1)
که در آن معادل با فشار هیدروستاتیکی 8/5 متر آب میباشد. این فشار باید به سطوح بالایی صفحه مشبک4 وارد شود. همچنین در سطوح بالایی المانهاي سوخت نیز فشار هیدروستاتیکی وارد میشود.
در این تحقیق نحوه حرکت زمین و شبیهسازي آن براي مجموعه قلب راکتور تهران به صورت زیـر در نظـر گرفتـه میشود * .[11]ماکزیمم شتاب افقی زمین: * 0/37 gماکزیمم شتاب عمودي زمین: .0/25 g
شکل نمودار پاسخ طیفی شتاب مورد نظر توسط موسسه IGNS (موسسه زمین شناسی و علوم هسته اي، (2001 و US NRC 1.60 بدست آمده است که مطابق با استاندارهاي موجود در آژانس بین المللی اتمی میباشـد .[11] بـا استفاده از این روش، ماکزیمم هر طیف در نظر گرفته می شود تا شتاب طراحی در همه دورههاي زمـانی مـاکزیمم شود.
جدول 1پاسخ. طیفیِ شتاب که توسط US NRC 1.60 پیشنهاد شده است .[11]
ضریب دامنه دینامیکی ماکزیمم شتاب زمین (PGA) 1/00 2/11 2/32 2/54 1/24 0/38
شتاب ( ( m s2 0/37 0/37 0/78 0/86 0/94 0/46 0/14
دوره تناوب (S) 0/00 0/03 0/11 0/20 0/40 1/00 3/85
Response spectrum٣ Grid plate
21st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا" د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
1.5
1 Acceleration
0.5
0
6 0 2Frequency 4
شکل .2 شتاب بر حسب فرکانس با استفاده از داده هاي US
[11] NRC 1.60
شکل 2 شتاب بر حسب فرکانس را در این زلزله نشان میدهد. این داده ها به عنوان فایل ورودي به نرم افزار آباکوس اعمال میشود.
سه مود اول طبیعی مجموعه قلب راکتور تهران و شکل آنها با استفاده از تحلیل ارتعاشاتی بدست میآید. فرکانس-هاي بدست آمده در جدول 2 مشخص شده است.
مود اول قلب راکتور تهران حول محوري موازي با محور y در جهت شرق- غرب به چرخش در میآید و المان-هاي سوخت در جهت شمال- جنوب نوسان میکنند. (شکل .(3 مود دوم در جهت شمال- جنوب دچار خمش میشود. هر دو مود سوم و چهارم به ترتیب در جهت خلاف عقربه هاي ساعت و در جهت عقربه هاي ساعت دچار پیچش میشوند.
جدول .2 فرکانس هاي طبیعی و پریود زمانی قلب راکتور
مود
اول دوم سوم
فرکانس دوره تناوب فرکانس دوره تناوب فرکانس دوره تناوب
39/948 0/02501 40/024 0/02498 39/948 0/02503
21st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا" د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
الف) ب) ج)
شکل.3 شکل مودهاي قلب راکتور تهران الف) مود اول ب) مود دوم ج) مود سوم- جابجاییها
بر حسب میلیمتر میباشد.
