автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Метод расчета на сейсмостоикость металлоконструкции подъемно-транспортного оборудования атомных станций

государственный росоиискии на/чно-исслвдоватеяьскии

проето-констру*сгорскии институт подьешо-транспортыого машиностроения ("ишиптшг)

На правах рукописи УДЦ< 621.867.3

левин александр иванович

метод расчета на сейсмостойкость метмлоконстг/.-щии подьешо-транспоршого оборудования атомных станции (05.05.05. - подъемно-транспортные машины)

Автореферат диссертации на соискание учеиок степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Волгодонском филиале Новочеркасскогс политехнического института.

Научный руководитель- кандидат технических наук,доцент

Панапенко Й.ДО.

Официальные оппоненты- доктор технических наук.профессс

Зарецкий A.A.

Ведущая организация - Специальное конструкторское бюро энергетического машиностроения ПО "Атоммаи" г.Волгодон*

на заседании специализированного совета К 134.03.01 в Гос дарственном научно-исследовательском и проектно-конструктс ком институте подъемно-транспортного маданостроения ("ВНШ' по адресу: 103012,г.Москва,К-!2,пр.Куйбышева,6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЙИПТМА

Отзывы в экземплярах,заверенные печатью,просим посылать в специализированный совет ВНИШТГМАШ.

кандидат технических наук, доцент Спинуна Д.Н.

Защита состоится

1992г. в

(О • • ф • «

Ученый секретарь специализированного совета,кандидат технических

Е.Н.Пог

•5 л л "»;*Г"..:'•л

вшдаш™

Актуальность работы. Развчтие атомной энерготики ставит ¡дачу создания высоконадётешх атошнх станций (АС) повышений безопасности. Подъёмно-транспортное оборудование (НТО) АС одит в системы безопасности атомных станций, как сродство еспеченш грузопотоков с источниками радиоактивности. В ча-ности, НТО функционирующее в системах первого контура, явятся оборудованием первой категории сейсмостойкости, т.е. ким в котором, после прохождения землетрясений, не допуска-оп потеря работоспособности. Необходимые антисейсмические роприятид требуется предусмотреть ещё при проектировании. я того чтобы оптимально запроектировать металлоконструкцию дъёмно-трансцортного оборудования, проектировщик должен на тематической или натурно!: модоли хоромю изучить её напря-нно-деформированчое состояние. От качества расчёта во многом ви^ит насколько конструкция будет удовлетворять как тробова-ям прочности, так и.экономичности. Актуальность темы опредо-ется потребностью в создании метода, позволяющего расчитать подонио НТО при сейсмическом воздействии, а также в разра-тке системы нормирования таких расчётов, что является одним условий, определяющих надёжность функционирования атомных анщш в условиях сейсмических воздействий.

Исследования, полежошпш в основу диссертационной работа, полнены п соответствии с программой "Лтоммзш" в Иолгодонском лнале Новочеркасокого политехнического института.

Цель работы заключается в создании практического метода следований и расчёта пространственных несущих моталаоконст-

рукций подъёмно-транспортного оборудования атомных станций при сейсмических воздействиях и сейсмических эффектах от у ра падающего самолёта о защитные ободочки атомных станций.

Общая методика исследования. Работа является теоретич ким и экспериментальным исследованием. В теоретических нее дованиях использованы вариационные метода строительной меэ ники, численные метода решения проблемы собственных чисел, линейно-спектральный метод теории сейсмостойкости, метода тематической статистики, метод» вычислительного экслеримэ! в расчётных исследованиях. 13 экспериментальных исследован) с применением разработанных методов и средств на крупнома! табной модели перегрузочной машин определялись её датами кио характеристики. Статистическая обработка эксперимента них исследований и расчётный исследования выполнялись на Научная новизна диссертационной работы заключается: ~ в разработке метода расчета напряжённо-деформированного состояния: металлоконструкций НТО атомннх станций;

- в разработке способа вычисления собственных частот прос нствеяних металлоконструкций с построением матриц жеста и масс конечного элемента вариационным методом на ochoj ории тонкостенных стержней;

- в разработке и совершенствовании алгоритмов метода кот элементов для расчёта пространстгеиных стержневых коне ций с учётом геометрической нелинейности;

- в разработке с единых конечно-элементных позиций матем ческих и динамических моделей металлоконструкций ГГГО;

- в проведении расчётных исследований сейсмостойкости ГТГ изменениях эксплуатационных состояний с учётом влияния

тической нагрузки;

в разработке методики экспериментальных исследований сейсмостойкости металлоконструкций 1ТТ0 на крупномасштабной модели с использованием сейсмоплатформы.

Практическая ценность работа: в разработке и создании разветвлённого программного обеспечения расчётов на сейсмостойкость пространственных металлоконструкций доведённого до состояния, позволяющего применять его при решения задач п инженерной практике; в проведении исследований работоспособности ПК) АС поело прохождения землетрясений на разработанных автором расчётных моделях;

в разработке рекомендаций по проектировании ПТО АС основанных на экспериментальных исследованиях крупномасштабной модели перегрузочной машины на сейсмоплатформо; в разработке нормативных требований и их методологического обеспечения.

Внедрение результатов работы. Результаты работы позволил выработать практические рекомендации по повышению сейсмос-эйкости перегрузочных машин для реакторов ВВЭР-ТООО (ПО "Ато-«аш") и АСТ-500 (В5 ШИИАМ); эксплуатационных кранов для ректоров ВБЭР-ЮОО (г/п 3'ДУ1бГЬ2х70 т), ВВЗР-440 (г/п 250 т) ) "Спбтязшаш", РШК-1500 (г/п 125 т Запорожский энергомаш-звод); ВЮР-440 (г/п 1С т) (ПО "Кран"); внутрнстанциоиной яатформы (ПО "Атоммаш"), металлоконструкций манипуляторов энизационннх камер реактора ВВОГ-ТООО (ПО "Атоммап"). Газви-ю г работе принципы, метода и программное обеспечение рао-этоп по пи и в нормативные документы: РД 24.090. »3-87. "Норм!

расчёта пространственных металлоконструкций грузоподъёмны кранов атомных станций на эксплуатационные и сейсмические воздействия" и РД 24.035.04-89. "Нормы раочёта на сейсмос кость подъемно-транспортного оборудования атомных станция Автор выносит на защиту;

- методику построения расчётных динамических моделей (РДО НТО, учитывающих пространственный характер работы колес тельной системы при сейсмических воздействиях;

- математическую модель, описывающую колебания пространст ных ст ржневых металлоконструкций различных систем ПТО присущих им эксплуатационных состояниях;

- алгоритмы расчёта собственных частот пространственных т костенннх стержневых систем;

- алгоритмы вычисления внешних сейсмических сил и получен внутренних усилий при сейсмических воздействиях;

- программу расчёта тонкостенных стержневых систем на сей ческие воздействия;

- результаты расчётных исследований различных типов ПТО;

- результаты анализа экспериментальных исследований сейсм тойкости перетрузочной машины на модели;

- рекомендации по проектированию сейсмостойких ПТО АС.

Апробация работа. Основные положения и результаты ди сертзционной работы докладывались и обсуждались на I Всес ной конференции "Проблемы развития и совершенствования по ёмно-транспортной техники" (г. Красноярск, 24-26 мая 1988 на III Всесоюзном совещании-семинаре "Современное состояние основные направления исследований сейсмостойкости и прочн энергетического оборудования" (г. Фрунзе, 10-15 сентября

Э87 г.), m Х1У Республиканской научно-технической конФерен-1и по проблемам строительства и машиностроения (г. Нальчик, Э87 г.), на отраслевой научно-технической конференции "Мето-I анализа брака при производстве изделий машиностроения" (г. мгодонск, 1990 г.), на Всероссийской научно-технической жференции "Математическое моделирование технологических юцессов обработки материалов давлением" (г. Пермь, 1990 г.), I П Всесоюзной неучно-технической конференции "Проблемы раз-!тия и совершенствования подъёмно-транспортной, складской )хники и технологии" (г. Москва, 1990 г.). Основные положе-\я диссертационной работы обсуждались на кафедрах подъёмно->анспортного машиностроения (УПИ, г. Севрдловск, 1991 г.) и жкладной механики (D& ТГПИ, г. Волгодонск, 1991 г.). Практи-юки в результата работы обсуждались на научно-технических >вотзх ПО "Атоммаш" (г. Волгодонск, 1990 г.), ПО "Сибтязшата" >. Красноярск, 1990 г.) и ВФ ШИНАМ (г. Волгодонск, 1989 г.).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 26 бликациях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введе-я, 6 глав, заключения, списка литературы из г,'О наименова-й, 162 страниц машинописного текста,50 иллюстраций, Ю блиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обоснована актуальность рас-атриваемой проблемы, определена цель работы, изложено её аткоэ содержание, приведены положения составляющие научн га визну работы и являвшиеся предметом защиты.

В первой главе проанализированы существующие методы { чёта на сейсмостойкость ПТО АС. Рассматриваются основные <3 торы, определяющие специфику сейсмостойкости ПТО АС. Покаг необходимость создания расчётного метода исследования сейс тойкости ПТО АО, который бы способствовал антисейсмическом проектированию ПТО АС, что обеспечивало радиационную и яде нуго безопасность обслуживающего персонала и окружающей ср« во время землетрясений.

Проведён краткий анализ работ Г.И. Белого, Д.В. Блчкс В.З. Власова, Л.Н. Воробьёва, Г.В. Воронцова, В.Я. Горбуне Ä.3. Зарифьяна, С.Н. Кана, Н.И. Карякина, И.В. Лакуткина, А.И. Стрельбицкой, A.A. Уманского и других, посвящённых ps работке методов расчёта металлоконструкций из тонкостенные стершей; на основании анализа делается вывод, что для точ ного расчёта конструкций из тонкостенных стержней наиболее приемлем деформационный расчёт основанный на методе конечн элементов (МКЭ).

Проанализированы данные о методах расчёта свободных к лебаний металлоконструкций ПТО, приведённые в работах Н.И. Безухова, В.А. йдермана, В.В. Болотина, М.И. Длугача, С.А Казака, Н.В. Корноухова, В.А. Постнова, А.Р. Ржаницина, В. Смирнова, Н.К. Синтко.и других и о методах и средствах исс ледования динамики металлоконструкций ПТО по работам И.И. Абрамовича, П.Е. Богуславского, В.И. Брауде, М.М. Гохберга А. И. ДуКольского, A.A. Зарецкого, O.A. Казака, Б.С. Ковальс кого, Г.П. Ксюнина, П.З. Петухова, В.Ф. Сиротского и други Использование имещихся методов не позволяет полностью уче специфику динамического поведения ПТО АС во время землетря

ий, а имеющиеся программою средства не обеспечивают требу-мую"точность расчётов и наглядное отображений результатов.

Проблема сейсмостойкости оборудования ЛС отображена в а ботах 51. М. Айзенберга, Ю.К. Амбриашвили, А.И. 1«рбраорз, .П. Кириллова, М. Коса, Ii.II. Ианасенко, C.B. Полякова. С.Г. ульмэна, В. Щербана, М. М.Онгольке л других из анализа кото-их сделан вывод о необходимости совершенствования методов асчёта в связи ужесточением требований безопасности ЛС.

Накопленный опыт разработки систем нормирования расчетов ТО АС на сейсмические воздействии отображён во вновь разра-отзнных с участием автора диссертации РД 24.090.83-87 и Д 2-1.035.04-89.

Выполненной анализ позволил уточнить задачи и определить этодику исследований.

Глава вторая. ПроведёшшП п первой главе анализ методов зсчёта ОТО показал, что экономивши, удобннм и перспективным зтодом исследования чвляетсч метод внчислителыгого эксггори-mia (МВЭ).

Предлагаемый в работе вариант МВЭ для исследования сейс-эстойкости ПТО АС базируется на МКЭ, теории тонкостенных гержней и линейно-спектральном методе (ЛСМ) теории сеисмос-зйко ти. Построение математических моделей ПТО, отображающих гецнфику их конструкций, проводитст матричном методом. Для ютроенич матриц жесткости я масс конечного элемента 0(0) в [до прямого тонкостенного стержня применён вариациошши мс->д. -Узловче сечения КО имеют семг, степеней свобода: три лишних перемещения, два угла наклона, угол поворота и деллана-я. 1! соответствии с этим матриц» жёсткости и масс КО имеют

размерность 14x14. Используя известные по литературе выраж ния для потенциальной и кинетической энергий тонкостенного стержня и приняв в качестве узловых перемещений функции Эр та, автор получит деформационную матрицу жёсткости и матри масс тонкостенного стержня, причём в качестве единичных фу ций для линейных перемещений и углов наклона взяты общепри тые полиномы Эрмита, а для угла поворота и депланацяи прян следующие

ЭД - ? -9.*Л + й- , = - * *'/<<*. а

являющиеся предельным случаем точных решений дифферевдияль уравнений. Используя известные выражения для потенциальной кинетической энергий деформации тонкостенного стержня, а т же известную процедуру МКЭ по получению матричных уравнен1/ получены аналитические выражения дая матриц жёсткости и ма КЭ в виде пространственного тонкостенного стержня. При пос роении матриц .жёсткости и масс приняты и обоснованы допуще линеаризующие дифференциальные зависимости в выражениях да кинетической и потенциальной энергий деформации. При постр нии матриц применён метод Жордановдх исключений, позволим объединять в систему КЭ с различными способами закрепления в узлах. № рис. 1-3 приводятся аналитические выражения кс понент матрицы жёсткости для КЭ с жёстко заделанными конце а на рис. 4-6 компоненты матрицы масс.

Третья глава посвящена формированию в рамках МКЭ вект статической и сейсмической нагрузок действующей на узлы ст невой системы.

. Статическая нагрузка формируется из заданных сосредо!

» .V« I

vol

+■ -il

Ч to

>~>п I

и 11 »

;

• - * С

•Ol V-, « 1 _

Ci

о

-

—-У ■-i

' V л

1 cri

• I •м

tSIm «M

о SK-

Hj *

О

О

'-»1ч

Vol

О

5Г'

-С -t-

I

-w^í +

ч 4 tj -w

■-\ M J ^O

í» ti 4i

•ЗГ

<o; v

O

o

+ j<N

ViP

'<o

o

■ 'o »VI ti©: —>

i. f I

_N

: ^"^lo , "Til -A,

o S ? <wv

. 3 5

CÏ

-X !

3¡ -I10 3

s: +

CN; >

I

h ^ 4

^ -Vi

t-j

ír

o

V,

I + '

ríí ^ -V

'S ta —•

u.Kviifw.-?:

»

rv

SN

•in'

V-

V i

-i Ö * <

э!

•-?•» -С,'0

Iii i-vi V3( ^

£ i

'■-»Г)

o

I

»-i ^h <N|

O

„: с

.<1 ■V i

o

o

o

o

ч 4J|

*~>ih?<. va

o «i

O

w T.

<o

+

Ю

s*

ГМ

va

O

«tí . ^

Ole -=¡

I

Pac. 2.

- tNI

ü« .-...о.

>J „ M' i

HO

I.

ЧЛ1

<

'-1 Ч

lj

-i; о

4- ,<N

i

I '

<1 ! >

Y

"j Kxj

О

CD

o

«Ml

о

Ï-- i *

I

t

>H

'o <N i 'o

i

_ D;!C + I . i «51'°

-s-_

Uj| ^J > -г1

to! ^ .

t-

jl*V»

<OI

'"liTOI 4j,r.v, 1 •l i

О

('S

О

¡Sk

о

«i r-v «ч

-i

ix!

—ч >v . I 0|r>

. »< u! 4

с-- *

¡ ? -

ío

;t> v—

Ч-.

^¡И ч-

! "-Ii

_

f-, CM

C)

o

•Ol

О

ro

о

о

о

I

^'l'ï ъ1г i *

tnl

Сл

cqK

<<i ■VJ '

4

-Vy

4 *" .

•Kjr

t5 »a

^^ M¡<',<

S5 i 'о

О

К - . „, -

tx, i '' ; , -V

I 'o i --

'~y- Puc. 3.

i___»

-IE-

Li:

Icy,

»Itrj

<r

■•o cV-i

■v^Jtr)

CD

CD

** . ïr.

«4J -Г-Ч

Hex ,

Q>

О

О

'С

О 4

HT'

СЭ

1-

icvi 4.

о

'A

<V

О

О

о5

Cf

м <Vi

CD

kl rc

а ijj.

- 10 1

G1

O

c-j I7"-

CD

-CJ ю 4J

I &

«Vj

гм U г-)

*v> + cL

Q Г

i +

•VJ

Но О 1-+ +

{

«vi

r=c

4.

Cvj 1Л

О

C3

•V»

гг!

о

áv i i

«Vi -ь

f^liO rf lo!

HfO V

•VJ 4-

ev/O 4i

«1щ

1

■»-I S3

tí 4J

4j

puca

О

•4J

45

•о

о4

чз

о

4J т

-»-i <0 i

' о

'\> "tz >ó

I •»> +

U

<V>

о

о

т

О

tí

о

<VJ

с?1

J

-U о

I

2:3

<\J ч-

Q ^ ;о

т "г

V

S1-

HS

■v. Í

-N

-г

: ^ -•M I--

г V

¿Мэ -

Рис 5

е» _ ч

«

4J

' )

i

1

:

I г-О

tî S

■V 'SN

о> ! п> Si

».lo K'¡ +

о

о

о

«v>

Hg

- £

С)

t?

4

"V

-I-

^ см

ci

№

у

Г?* —'

4J

î: S

см

"tí

г?- ~ te

v

|>о

i

S СЦ-

о I ^¡f) Y + I

VIÙ

Чг*

^ г

CS)

(

<4J

Cl-,

-5e

s

» s

CD

ICM '

I I

* 4J

i

CD

4«

CD

■ H. ■Ч-. C)

-ГГ

CD

+ О

r-s

•ч; ч

н^ +

CD

•-s <^>¡34

о

I

^ 1 /4

kvj

О

о

T

О

о

о

-1ч г\>

CL

, №

-»-I о ь

•¿г

"olio

■VI

О

I CN

•-lev

Рис 6.

IX внешних сил и моментов, а также приведённых к узловым определённых по длине КУ нагрузок от действия собственного эса, внешней заданной и температурной нагрузки- Используя ¡отношение МКЭ получен вектор приведённой к узлам распредо-¿нной нагрузки для пространственного тонкостенного прпмоли-эйного стержня в местной системе координат . Влияние эаничных условий на вектор внешней нагрузки учтено методом эрданорых исключений. Незначительные отклонения от прямоли-?йности стержней в предлагаемом методе учтено приведением совершенств к фактору дополнительной внешней нагрузки. Ки-зматическое воздействие на систему учитывается коррекцией жтора внешней нагрузки и матрицы жёсткости всей системы.

Расчётные сейсмические пягрузки определяются в соответ-гвии с ЛС?Л. С этой целью вычисляется спектр собственных чао->т (СЧ) конструкции и дая каждой СЧ определяется вектор со-зтвенных форм (СФ) с помощью метода )1коби. Применение в ме-)де Дкоби матриц жёсткости и масс КО в виде тонкостенного ?ержня позволило уточнить расчёт спектра СЧ, особенно для 'к из стержной открытого профиля. Используя вычисленные знания СЧ и СФ, а также принимая модель перемещения грунта в [де суммарного действия ряда затухающих гармоник, по обще-шнятнм правилам вычисляются сейсмические силы генерируемые КЗ расчётной модели. Для каждой СФ решается система уравне-квазиотатического расчёта из решения которой определяются юбщешше внутренние усилия, возникающие в КЗ для каждой СФ шебаний. Результирующие внутренние усилия от сейсмического 'здейстзия определяются путём среднеквадратичного суммирова-я по всем учитывавши С;Ь колебаний. В случае определения СЧ

расположенных близко друг к другу, суммирование производит алгебрагически. Определённые таким образом внутренние уси; в КЭ от сейсмического воздействия, добавляются к внутреннк усилиям полученным от статической эксплуатационной нагрузв что позволяет учесть наихудшео нагружение при сейсмическом воздействии. Напряжения в сечениях КЭ вычисляются по четыр членной формуле В.3. Власова. Наряду с определением напряга но-д©формированного состояния расчётной модели, оцениваете устойчивость системы путём анализа её деформационной матри жёсткости. Формируется матричное уравнение характеризующее условие потери устойчивости конструкции. Форш потери устс чивости определяются аналогично формам собственных колебан как решение проблемы собственных значений деформационной к рицы жёсткости. В случав появления отрицательных собственн значений делается вывод о потере устойчивости конструкцией приложенного воздействия.

Четвёртая глава посвящена разработке программыTOUST расчёта напряжённо-деформированного состояния металлоконст ций НТО от воздействия статической и сейсмической нагрузки также оценка её устойчивости. Программа построена по блочн модульному принципу и состоит из 73 подпрограмм. Елок-схем программы приведена на рис. 7. Вводимые данные организуйте г виде таблиц. Имеются средства для компактной записи инфо ции о регулярных частях системы. Информация вводится виде пяти групп таблиц: геометрическая информация о координатах узлов и условиях их закрепления; жёсткостные и инерционные характеристики КЭ, а также рэзличние виды статической нагр ки и особенности КЭ; распределённая статическая нагрузка н

-1Г-

Вмк • спма. программы ТОЫЗТ

Ц и к а по зле метам

е

Вычислена л но-

метрических

харакпристин

—5 i

ЪрмироЬание оектора иагруши

1-

?ормиро&ацив матриц жесткости и масс Г

/ Коней

„.цикла, по

злмытан

\

■I

X

Формирование

натрии системы — » \

учет ьрьничнык условии

■ Ю

i

решение система уравнений Ш статическое НСЧРУЛгц

41

Т

Расчет СЧ и С?

Т

(11

12-

Цикл па СЧ>

■13-

Т

Вычисление сейснитги* ускорений

14

вычисмние сей -смическии сил

.15

X

Решение систем ^ чраьшниа Зле ий сничнкао нагрузки

16

X

Получение Ьнутрен-ил ушли и .от Ийсьичиксго оНиСО'ст.

П

X

конек цикла по ¿9

■18

X

Ищчеш суммарных ЧШии. от сейсмическою Возаеостбия

-13

X

иш'ние сейсмических и статических внутренних усилии

-¿о

Т

Ьычисление напрпжении

I

Построение зтор напЬ) жени и ПО сгчени/м

.гг.

Т

Коне, ц

(Ь

Ю

- 18 -

КЭ и способ яё приложения; сейсмологическая информация; д полнителшая информация служащая для расчёта напряжений в данной точке выбранного сечения КЭ. Для ошоания организа: данных составлены исчерпывающие спецификации в виде инстр; ции к 1*0/1/5Г. В Т0б'5Т ревизована традиционная схема фор! рования ансамбля КЭ: на основе информации о расчётной мод из матриц жёсткости и масс отдельных КЭ строятся матрицы : системы т1угём преобразования их в общую систему координат Сопряжение элементов в узлах производится с учётом числа ( зей, которыми КЭ прикрепляется к узлу (их может быть от О 7). Б случае отсутствия той или иной связи к матрицам КЭ 1 меняется процедура исключения Гаусса-Жордана. В ТО/*/$т Пр та схема хранения матриц ансамбля з виде одномерного масс! Выбор такой схемы обусловлен необходимостью учёта внедиап льных членов матриц, описывающих распределённые по длине ] жёсткоетипе и инерционные параметры. Полная схема хранени; матриц позволяет применить в ТО/''*"' известные программные детва определение СЧ и СФ. Неэффективность способа хранен! матриц и затраты времени для реализации такого мотода хра1 няя компенсируются полнотой сгектра СФ и точностью опреде. ния СЧ конструкции. Вычисление сойсмических сил производи' для кавдой учитываемой в расчёте С-3> (т.о. той СФ чья СЧ м< Ш8 верхней границы заданного споктрл ответа). Лял каздого вектора сейсмической нагрузки решается система уравнений < тического равновесия и определяются внутренние усилия в К' конструкции от каждой формы колебаний. Суммарное воздейстз от сейсмической нагрузки вычисляется при объединении внут] .них усилий полученных по каадой СФ. В зависимости от близс

04 суммирование внутренних усилий производится либо среднеквадратично, либо алгофагически. Цйутроннио усилия в КО получении е от сейсмического воздойотвия объединяются с внутренними усилиями от статической нагрузки путём усиления чослодней. Напряжения в расчитываемой точке заданного сечения вычисляются по четырёхчленной формуле I¡.:¡. Власова. Для более детального анализа напряжений прпдуомотрено построение эпюр напряжений в заданных сечениях конструкции. Анализ устойчивости конструкции определяется исследованием её деформационной матрицы жёсткости по критерию Сильвестра. Дня проверки правильности функционирования ТО/l'sr подобраны тесты позволяющие проверить работу отдельных блоков, а также всей программы в целом. №ри-фякация основных блоков ТСл'5 т проведена на примерах имеющих точноо аналитической решение. С целью изучения возможностей р7//йг исследованы динамические характеристики пространственных рам из тонкостенных стержней.

Пятая глава посвящена исследованию напряжённо-доформиро-вашюго состояния конструкций НТО АС. Результата расчётов СЧ и CÍ свободных колебаний чувствительны к вариациям переменных эксплуатационных состояний и внеших нагрузок, поэтому возможность такого рода вариаций проанализирована но примере расчётных состояний полярного крана для АС с ВВЭР-Ю00. Анализ зависимости СЧ от переменных эксплуатационных состояний проведён на изменении шести низишх CP несущей конструкции моста крана: I - горязонталтше колебания моста крана в целом в плоскости рельсов; П - симметричные вертикальные колебания главных балок; Ы - симметричные горизонтальные колебания; 1У - ко-сосимметричнно вортикалыше колебания; У - крутильные колебя-

ния главных балок с поворотом портала; У1 - встречно-симмэт-ричные горизонтальные колебания главных балок. Графическое представление анализа СЧ и СФ приведено на ряс. 8, тамже приведена ОТ колебаний и соотношение заданного спектра ответа с полосой СЧ по данной СФ, а также С5 колебаний портала. Особенности построения расчётной динамической модели (РДМ) для расчёта конструкции на высокочастотное воздействие ог удара упавшего самолёта об защитную оболочку реактора приведены на примере построения РДМ полярного крана для ЛСТ с реактором ЛСТ-500. В интервале учитываемых частот (0-500 ПО вычислено 147 СЧ, повишение точности определения. С! достигнута дополнительной дискретизацией главных балок моста крана и портала. Подробный анализ конструкции из тонкостенных стержней открытого профиля проведан на примере перегрузочной машины (ИМ) дм АС с реактором ШЭР-ЮОО. Конструкция и РДМ ИМ приведена на рис. 9. Проведённый анализ показал ещё большую чувствительность к вариации переменных состояний, чем в конструкциях из стержней закрытого профиля. Полосы возможных частот значительно расширяются в зависимости от положения грузовой тележки. Проанализировано влияние учёта векториальных характеристик КО на напряжённо деформированное состояние. Неучёт стеснённого кручения приводит к занижению напряжений до 42%. Картина распределения напряжений в главных балках ПМ приведена на рис. , где цифры в скобках означают напряжения в точках сечения с учётом-стеснённого кручения, а без скобок - без учёта такового. Сравнительные расчёты конструкций зарубежных ИМ проводенн на примере ПМ (Венгрия) и

3aàucuMûcrnu, СЧ от титиия íico иуза и лшохшя ipysoloü mi/ivxxu ûQjiUfiMûio а рома.

ftp*/ aSolem» xutbaMvJ лцотю ¿-K-Ы/синссп/ er nteerte/méti шяЛтгш/^милл - , а

M L .v

<M» « Ж

4íi¡ в r 2kr

Vil

Перирузочная машина Ш-Ь-ШО-Ь-УЧ.г

2k

ЭГ ti

гГ

UlMTI ииш

1С.

олт тш au

&

мV 1 \

ko ?tl // И \

? s r a ü ¿0 es tùitu,) SO

0- РДМ; б; i ■ 'JkIuIoJWW яопряжьиия í yi/>Oï 8 ü Ü;

1- nonÉpÊWHûe cevinui елоЬиых Ьолон; â- ийьмичший спектр огЬета но orner m SI Ом.

Put 9.

Й/ЯО (.Австрия). Применение в TOá/'íT алгоритма с распределёнными жёоткостннмя и инерционнши параметрами КЗ позволило дополнить спектр СЧ ИМ, а учёт, стеснённого кручения привёл к уточнению их значений по сравнению с подобными расчётами проведёнными по традиционной мотодико.

Шести я глава поевтщона эксперимонталыго-росчётннм исследованиям динамических характеристик модели перегрузочной машины для реактора ЯПЭР-1000. Экспериментальные псследования проведены с использованном сойсмоплатформы Московского отделения института Атомэнергопроект и штатной измерительной аппаратуры в сочетании с вычислительным комплексом и пакетом программного обеспечения для обработки результатов измерений. Для проведений натурных исследований изготовлена экспериментальная установка показанная на рис. 1<Эа. Геометрические размеры выбрани в масштаб 1:5, а инерционные подобраны таким образом, чтобы 2/3 массн предотаплены в видо распределённых мясо балок, а 1/3 вводе сосредоточенных масс, общая масса мо-доли 330 кг. Для монтажа установки ¡ra сейсмоплатформо изготовлена эстакада, весом К50 кг. Исследование динамических характеристик проводилось для двух положений грузовой тележки: в середине пролёта моств п у края моста над концевой балкой. Экспериментальная установка подгергалась искусственному сейсмическому воздействию в трёх направления* пространства. Исходное воздействие фиксировалось дикселеромотром на сейсмо-платформо. Размещённые как показано на рис. 10 а акселерометры, регистрировали исходные значения ускорений в различных частях экспериментальной установки, а с помощью тензодатчиков (см.рис. Юа) получена картина деформационного состояния ус-

J1 KLñtpuMinmajbnai установка

1С à и ^ sa ¿o k it $o n.

а - tioiejb ntpteptfiOVHOû нашими; S - спгнтральньп мрактфистики è mow £. ê - 6 тчке i Рис. W

- 25 -

зновки во время испытаний. По полученной первичной информа-

1и построены динамические характеристики экспериментальной

приведенные на рис.10 б зтановки, такие как: амплитудно-частотная характеристика,

13о-частотнэя хврактеристй!са, фикция спектральной плотнос-I, функция когерентности, амплитудно-фаэо-частотная харак-фистика. Анализ динамических характеристик позволил выявить ютоты и формы собственных колебаний установки. Наряду с сспериментальными были проведены и расчётные исследования > РЛМ построенной на основе экспериментальной установки. Составление результатов дало хорошее совпадение эксперимен-1льных и расчётных значений C;í. Расхождения по разным СФ »ставили величины порядка 15%~2{)%. Полученные эксперимен-¡льно значения напряжений в большей степени расходятся с ючётными значениями, до "¿4% п сторону занижения, что мотно ¡ъяснить том, что экспериментально получены мгновенные знания напряжений по кадцой CS, а расчётом получаются средние :ачения за весь процесс воздействия в целом.

Основные выводы по работе

1. Разработанные матрицы жёсткости и масс тонкостенного ■ерхня положены в основу создания метода расчёта СЧ и СФ юстранотвснных конструкций позволяющего применять математи-ские модели ПТО АС, отображающие пространственный характер формирования.

2. Алгоритмизация метода получения внешнего воздействия зволила свести разнообразные факторы нагрузки к простому особу формирования системы разрешающих уравнений.

3. Представление сейсмического воздействия в виде сово-

купности векторов внешней нагрузки по всем учитываемым СФ учётам распределённого характера инерционных параметров К позволило получить простой алгоритм определения напряжённо дефориирова иного состояния конструкций ПТО в условиях сей ческого воздействия.

4. Разработанное автором программное обеспечение рас тов на сейсмостойкость ПТО АС, значительно снизило тру до ё: кооть подобных расчётов, а также упростило анализ получен результатов.

5. Проведённые расчётные исследования сейсмостойкост различных типов НТО АС позволяют сформулировать практичес: рекомендации по формированию РШ. В зависимости от типа П его ответственности и характера внешнего воздействия в ра чётный анализ могут быть введены возможности, учитывающие пространственный характер колебаний, учёт влияния на них внутренних усилий, учёт депланэций поперечных сечений, на льная кривизна сторяшей, температурные и монтажные нагруз я т.д. Проводимый анализ практических результатов нагляди показывает необходимость учёта изменения эксплуатационных состояний ПТО АС и приведена методика проведения такого р чётного анализа на примере полярного крана и перегрузочно машины АС с ВВЭР-1000.

6. Разработанная автором методика экспериментально-р чётного исследования ПТО на крупномасштабных моделях с ис пользованием сейсмоплатформы позволяет получать результат помогающие сформулировать рекомендации по сейсмостойкому актированию ПТО. Применённое сочетание экспериментального расчётного методов исследования сейсмостойкости с одной с

- 27 -

жн позволяет упростить и удешевить проведение и анализ ре-'льтатов эксперимента, а с другой стороны повысить надож->сть вычислительных методов,

7. Предполагаемые РДМ и методика позволяют не только ределить напряжённо-деформированное состояние ПТО АС, неводимое при проектировании и эксплуатации, но и является чальным этапом более сложных расчётов, например, при оцеп-

надёжности, оптимизации с учётом жёсткостных и массивных раничений.

8. Исследования проведённые автором ориентированы на работку рекомендаций по сейсмостойкому проектированию

О АС, что отражено в разработанных с участием автора РД .090.63-87 "Метоштчепгсяо указания. Нормы расчёта простра-гветшых металлоконструкций грузоподъёмных кранов атомных энций на эксплуатационные и сейсмические воздействия" и 24.03г>. 04-89 "Нормы расчёта на сейсмостойкость подъёмно-знспортного оборудования атомных станЦий".

9. С использованием разработанного автором метода рас-га проведены расчёты на сейсмостойкость оборудования изго-зливаомого ПО "Атоммаш", ПО "Сибтяжмаш", ПО "Кран", Заполним энергомохашческим заводом. Экономический эффект от юлт.зования предложенного метода при проектировании сейс-¡тойкого оборудования составил 938 тыс. рублей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИСШТАЦШ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ЮТАХ:

Левин А.И. Об организации проведения инженерного анализа последствий землетрясений для грузоподъёмных машин. Респ. конф. по проблемам строительства и машиностроения: Тез.

- 28 -докл.-Нальчик, 1987.- С.

2. Панасенко H.H., Дудченко А.Н., Левин А.И. Анализ сейом тойкостя перспективных перегрузочных машин реакторных тановок с ВВЭР-1000 и АСТ-500. Ш Всесоюз. совощ.-семин "Современное состояние и основные направления исследов ний сейсмостойкости энергетического оборудования": Тез докл.-Фрунзе, 1987.- С.

3. Панасенко H.H., Дементьева Н.М., Левин А.И. и др. РД 24.090.83-87. Нормы расчёта пространственных металлоко рукций грузоподъёмных кранов атомных станций на эксплу. ционные и сейсмические воздействия. Методич. указагая. Минтяжмаш, 1987.- 264 с.

4. Панасенко H.H., Боако С.Г., Левин А.И. Комплексы прогр расчётов на прочность и надёжность пространственных ме1 ллококструкций кранов при эксплуатационных и сейсмичес: нагрузках. Всесогазн.конф. "Проблемы развития подъёмно-транспортной техники": Тез.докл.-Красноярск, 1988.- С. - 39.

5. Панасенко H.H., Дудченко А.Н., Лёвин А.И. Нагрузки вза) действия кранов со строительными конструкциями".Изв. Ci -Кавк.науч. центра высш.шк./-Технические науки-Ростовн, 1989.-Рук.деп. в ЦНШТЭИтяшага 4.09.89, № 453.-ТТЛ 89.6. Панасенко H.H., Лёвин А.И., Юзиков В.П. Расчёт на сейсг

ческие нагрузки машиностроительных конструкций из тоню тенных стержней. Изв. Сев.-Кавк.науч. центра высш.шк./-Технические науки.-Ростов н/д, 1988.-№3.- С. 75-82.

7. Панасенко H.H., Лёвин А.И., Юзиков В.П. Статический дес мационный расчёт пространственных стержневых систем пр<

польного вида. Изп. Сев.-Кавк. научи, центра пысш. шк. Технические науки.-Ростов н/д, 1988.-W 4.-С. T34-I38. Панасенко H.H., Дементьева U.M., Лёвин Л.И. ГД 24.035.04-89 Нормы расчета на сейсмостойкость подъёмно-транспортного оборудования атомных станций. М.: Минтяжмаш, ¡989.-'/. I.-69 с.,- Ч. П- 243 с.

Панасенко H.H., Дементьева U.M., Лёпин А.И. Комплекс программ R.I3K", Всерос.науч.конф. "Математическое моделирование технологических процессоп обработки материалов давлпни-ш":Тоэ.докл,-Пермь, 1990.- С. 187-188. Панасенко H.H., Лёвии А.И., Юзиков В.П. Комплекс программ ТОл'ЬТ . Всерос. научн.конф. "Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов да плинием": Тез. докл.- Пермь, 1990.- 0. 192-193. Лёпин А.И. Методика экспериментального исследования сейсмостойкости ПГО на сойсглогглатформл. П Всесоюэтг.конФ. "Проблемы развития и совершенствования подъёмно-транспортной и складской техники и технологии":Тез. докл.-Москва, 1990.-С. 57 - 58.

Панасенко H.H., Левин А.И. Насчёт на устойчивость пространственных тонкостепных стержневых систем мотодом конечных элементов. Изв. Сев.-Капк. науч. центра высш. ш. Технические науки.-Ростов н/д.-1990.-Рук.деп. в ВИНИТИ .26.03.90.-№ 578-ТМ90.

Панасенко H.H., Коновальчук B.C., Левин А.И. Оксперимен-талъно-теоретическое обоснование конечно-эломлнтннх моделей металлоконструкций перегрузочных мамин. Изп. Осв.-Кавк.

науч. центра внсш.шк. Технические науки.-Ростов н/д.-- Рук.деп. в ЦНИИТЭИг (гамаш 22.11.90. № 685-ТМ90.

14. Панасенко H.H., Коновальчук B.C., Левин А.И. Эксперим тально-расчётное обоснование динамических характерист перегрузочной машины ВВЭР-IOOO на крупномасштабной мо Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш.шк. Технические нау Ростов н/д.- 1990.-Рук.деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш 22.11.90. }l> 686-ТМ90.

15. Панасенко H.H., Лёвин А.И., Юзиков В.П, Математическа дель статического деформационного расчёта стержневых ностроительннх конструкций с учётом начальных несовер Отрасл.конф. "Метода анализа брака при производстве и машиностроения": Тез.докл.-Волгодонск,1990.- С. 25-27

16. Панасенко H.H., Коновальчук B.C., Лёвин А.И. Эксперим тальныо исследования безопасности сейсмостойкого подъ транспортного оборудования атомных станций. Отрасл.ко "Методы анализа брака при производстве изделий машина они я" -.Тез.докл. -Волгодонск, 1990.- С. 7-II.

17. Панасенко H.H., Лёвин А.И. и др. Математические моде надёжности транспортно-технологического оборудования них станций при сейсмических воздействиях. Отчёт о Ш НИИ.- № ГР 01860007392; Инв. № 02860Ю8644.-Новочерка 1985,- 64 с.

18. Панасенко H.H., Лёвин А.И. и др. Разработка мотода рг несущих металлоконструкций тяжёлых мостовых кранов Ai и ЮТ. Отчёт о НИР/ИЛИ.ГР 0185001463.6; йнв. W0287C -Новочеркасск, 1986,- 153 о.

19. Панасотгко H.H., Лёвин А. И. и др. Программное обоспечс

- 31 -

расчётов на сейсмические воздействия машиностроительных конструкций оборудования атомных станций. Отчёт о НИР/ НИИ.- № ГР 01840026300.- 121 е.,- Инв. !Ь 02870042992.-Новочеркасск, Г986.- 104 с.

Панасенко H.H., Левин Л. И. и др. Расчётное обоснование прочности и сойсмостойкости машины перегрузочной ШС Л0Т-5СХ] и манипулятора наружного контроля моталлэ страховочного корпуса 0 К-АСТ-500. Отчёт о НИР/НИИ.-'* РР 01870025234; Инв. Г» 02080026594.-Новочеркасск,1987.-134с. Панасенко H.H., Лёвин Л.И. и др. Расчёт надёжности и сейсмического риска транспортно-технологического оборудования атомных станций. Огчёт о Ю1Г/НГП1. -.V ГР 0I8G0007392; Инв. № 02880058079,- Новочеркасск, 1987.- 153 с. ГГянесенко H.H., Левин А.И. и др. Дянамика, прочность и оптимизация конструкции оборудования АЭС. Отчёт о НИР/ПЛИ.-JS РР 01850003450; Инв. ,'Р 02890003450.-Новочеркасск,Т988.-ГГ2 с.

Панасенко H.H., Левин А.И. п др. Оптимизация сейсмостойких пространственных оторжцевнх конструкций транспортно-техно-логического оборудования атомных станций. Отчёт о ШГР/НПИ.-.'5 ГР 01860007392; Инв. 0288002G593.-Новочеркасск, Г988.-88 с.

Панасгагко H.H., Левин А.И. и др. Разработка метода расчёта пространственных металлоконструкций транспортно-технологгт-ческого оборудования атомных станций на основе теории тонкостенных стержней при эксплуатационных и сейсмических воздействиях. Отчёт о НИР/НШ!.-)« РР 01880011088; Инв. >?> 029000Г8949.-Нопочсркасск, Т990.- Г87 о.

- 32 -

25. Панаоонко H.H., Лепин А.И. и др. Разработка методов р£ та ira надёжность металлоконструкций и механизмов грузе дъешшх кранов атомных станций. Отчёт о НИР/ППИ.- № Г1 01870025233; Инв. № 0289037360.-Новочеркасск, 1989.134 с.