《核电厂管道力学建模要求》（征求意见稿）

1T/CNEAXXX.XX—XXXX核电厂管道力学建模通用要求本文件规定了核电厂核级管道力学分析计算用的力学模型建模方法。本文件适用于所有堆型的核电厂核级管道。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB50267-2019核电厂抗震设计标准GB3100-1993国际单位制及其应用。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1力学建模MechanicalModel构建力学有限元模型的过程，包含几何模型的构建和力学处理，材料属性定义、网格划分、边界条件和工况载荷的施加等3.2计算管系pipingsystemforcalculation以设备连接点或固定点之间连接的各管段（包括分支管段）等构成的独立计算域。包括所有管道组成件和支吊架。3.3材料属性materialproperty描述管道结构所用材料物理特性的数据集合。3.4计算边界（域）boundaryofcalculation描述管道模型在力学范畴的边界，计算边界以外的管道或设备产生的载荷分布对计算边界以内的管道无影响或影响较小。3.5工况载荷conditionloads计算域中管道受到的物理条件，如力、温度、位移、加速度等载荷的数据信息。3.6应力增强系数stressintensificationfactor承受某载荷下管件产生的应力与承受相同载荷的直管段产生的应力的比值。2T/CNEAXXX.XX—XXXX3.7载荷工况loadcase管道可能发生的工作状态，在管道力学建模中，由作用到各管件上的载荷组成。3.8刚度stiffness描述结构抵抗变形的能力3.9截面crosssection描述管道横截面的信息，包括管道外径和壁厚。3.10管道组成件pipingcomponent组成管系模型的制造实体件，如弯头、直管、三通、阀门等。3.11管道线重linealweight管道元件单位长度重量。3.12刚性/柔性阀门rigid/flexiblevalve在管道抗震分析中阀门自身频率远大于管道频率，可视为刚性体的一类阀门，一般情况阀门基频应大于33Hz，反之则为柔性阀门。4建模前准备应根据项目情况，制定总体力学建模要求文件，包含以下内容：1)力学建模文件命名。2)项目涉及的工况清单，包括基本工况和组合工况的中英文名称、缩写、编号定义；参考5.2节。3)建模内容的区域划分。如是文本建模，应在符合计算软件要求的基础上进行区域划分，具有清晰的区域边界。交互式建模可忽略此项内容。4)其他需要统一规定的内容。5建模文件命名要求管道力学建模文件应满足工程项目各阶段的应用要求，并应选择当前几何模型所属单元之一或多种作为基本对象。几何模型的所属单元包含，工程/项目级，系统/功能级，房间级。命名同时应符合下列原则：1）同一项目中的唯一性、一致性；2）尽可能表达管道模型在核电厂所属位置或执行功能。6计算模型边界要求计算模型边界应以锚固点或其他已知边界条件点为边界，一般可有以下选取原则：1)管道连接到的设备管嘴；2)管道上固定约束支架或具有同样约束条件的结构；3T/CNEAXXX.XX—XXXX3)DN40及以下管道至少应约束三个方向平动；4)主结构与子结构边界。应参照GB50267-2019《核电厂抗震设计标准》中的9.2.7条对主结构与子结构解耦：-主结构模型应适当考虑子结构模型质量分布的影响；-子结构模型应在解耦点考虑主结构在此点的振动输入，包括解耦点的反应谱，位移等，若采用其他简化输入方法，应验证其保守性。5)其他重合边界法规定的计算边界，除非经过可靠论证，应谨慎选择此方法。7模型建立要求7.1构建原则7.1.1几何模型应简洁准确表达管道结构的设计信息。7.1.2在满足要求情况下，尽量使模型简化，尽可能采用梁单元模型。7.1.3计算采用的假设及简化不应对分析计算结果的作用力、应力等产生不利或不安全的影响。7.1.4单个计算模型中应避免存在多个可解耦的独立管系模型。7.1.5考虑到核电厂设计质量要求，应在模型中尽可能详细给出输入来源。7.2坐标系坐标系由右手定则来确定，宜采用笛卡尔直角坐标系，必要时可选用柱坐标系。建模时应定义全局坐标系，宜采用项目总体坐标系建模，当建模坐标系与项目总体坐标系不一致时，应在模型文件或力学报告中说明。7.3基本信息应包括当前力学建立的模型所属层次信息，包括但不限于如下内容，项目编号、管道编号、力学建模坐标系（与电厂坐标系关系）、力学建模所属、力学输入输出、力学模型单位制、设计阶段、描述字段。管道力学软件通常具有特定关键字指定部分信息，同时宜采用注释形式(交互式建模可另行附文件)在模型文件合适位置集中给出：1)项目编号：宜采用数字编码，当无项目编码时，宜用“o00”替代；2)管道编号：当前模型文件中包含的管道编号；3)力学建模所属：应包含力学建模人员、力学建模时间4)力学输入输出：建模输入的依据，可以是上游资料单号等表明接口的信息、建模数据的具体来源文件、力学输出报告名等5)力学模型单位制：包括输入和输出单位制。无特殊要求应采用GB3100-1993国际单位制及其应用的规定。7.4载荷工况定义载荷工况一般情况下可分为：基本载荷工况、组合载荷工况、评定载荷工况基本载荷工况的载荷应至少考虑表1所示的内容。4T/CNEAXXX.XX—XXXX基本载荷工况命名应简明且易于辨识，当需要为同一类型载荷工况进行编号时，可在载荷工况命名后增加序号或代码。组合载荷工况命名应采用基本工况缩写，并通过数学符号描述其组合方法。评定载荷工况命名应包含评定等级、评定公式代码。若计算软件对组合和评定工况采用内置方式，应在第4节规定的力学建模总体文件中加以说明。表1基本工况载荷来源中文名称载荷注释信息英文名称DEADWEIGHT试验水压试验TESTCONDITION地震设计基准SL-1地震OPERATINGBASISEARTHQUAKESL安全停堆SL-2地震SAFESHUTDOWNEARTHQUAKESLX/Y/Z方向单位加速度刚性修正UNITACCELERATION-DIRECTIONX/Y/Z温度温度工况（正常）NORMALOPERATING温度工况（异常）UPSETOPERATINGA1/A2……温度工况（事故）FAULTEDOPERATINGa1/a2……结构位移设计基准地震锚固点SL-1/OBE位移X/Y/ZDirectionOBEAnchorMotion安全停堆地震锚固点SL-2/SSE位移X/Y/ZDirectionSSEAnchorMotionDISPLACEMENTDUETOSUMMEREFFECTDISPLACEMENTDUETOWINTEREFFECTCREEP-PRESTRESSING-EFFECTSCREEP-EFFECTSSETTLEMENTD.B.ADISPLACE阀门载荷VALVESDISCHARGEEFFECTSDF1/DF2/DF3……7.5截面属性要求应依据管道编号不同定义截面信息并命名，命名宜采用管道编号，如同一管道编号具有不同截面属性，应在命名中标记差异内容。7.6管道保温建模要求管道保温无需进行实体建模，但应在各管件线重中考虑保温层及其附件的质量，如保温层外壳上的连接螺栓等。7.7材料属性要求5T/CNEAXXX.XX—XXXX若无项目整体说明，材料属性应采用同一规范体系下的数值，且输入信息应准确完整，能包络计算参与的所有温度工况（包括环境温度）。7.8节点设置要求模型节点设置应满足如下要求：1)管道模型中所有存在焊点的位置；2)不同管道元件连接位置；3)需要关注的位置，如穿墙点；4)两个约束点（管道支架点）之间应至少设置一个节点；5)节点设置应能体现出管道模态特征，如无特殊要求，直管可按下列公式选取，并可参照GB50267-2019《核电厂抗震设计标准》中的9.2.6条进行检查。α2EIfW其中，L——为最小单元长度E——为材料杨氏模量I——为惯性矩W——为管道线重fR——为管系基频7.9管道组成件建模要求7.9.1直管建模要求应满足7.8条的节点划分设置。截面定义应按实际管道的公称外径和公称壁厚设置，并考虑保温、介质对管件线重的影响。7.9.2弯头建模要求一般情况无需进行节点划分设置。截面定义应按实际管件的公称外径和公称壁厚设置，并考虑保温、介质对管件线重的影响。7.9.3弯管建模要求一般情况无需进行节点划分设置，当存在大半径弯管且两节点模型无法体现管道模态情况下，应参照7.8条）中计算方法进行节点划分。截面定义应考虑成品直管直接弯曲导致的壁厚减薄。按减薄后的外径和壁厚计算线重，并考虑保温、介质对线重的影响。7.9.4支管连接建模要求一般情况，无论是焊接三通、补强或非补强连接，挤压接管连接，均应由4节点组成，主管与支管连接处应充分考虑结构不连续导致的应力集中。7.9.5大小头建模要求6T/CNEAXXX.XX—XXXX大小头模型应由2节点组成，元件线重应按实际大小头管件查询得到，并考虑保温、介质对线重的影响。大小头模型两端应充分考虑结构不连续导致的应力集中。7.9.6承插管件建模要求直管连接件均有可能出现承插管件，如承插弯头，承插三通，承插管接头等。承插管件应考虑实际壁厚和外径的影响，以保证计算刚度。7.9.7阀门建模要求阀门建模应考虑实际阀门的壁厚，一般情况可采用直管单元的3倍壁厚作为等效，但考虑管径较小情况时，3倍壁厚不符合实际情况，可放宽到2倍壁厚或1/2管道外径。阀门模型中应充分考虑阀门质量及其偏心的影响，并合理设置代表阀体单元质量，避免出现重复质量考虑。对于刚性阀门，管道力学模型中的阀门应符合项目或工程要求的刚性频率。对于柔性阀门，管道力学模型中的阀门应进行适当修正，使其符合阀门厂家提供的自振频率，或符合实际的动态响应。阀门两端应考虑在管道实际安装过程中，阀门与管道之间存在的壁厚过渡设计，阀门两端单元宜采用过渡单元（或参考核电相应规范施加应力集中因子）。7.9.8支架建模要求支架设置一般原则如下：1)管道支架一般为单点约束，但不限于单点约束；2)如支架实际通过管道附件连接，如直管制造的焊接支腿，应在建模中予以考虑；3)支架点刚度设置应与实际情况一致，也可对支架做刚性简化，采用后者方法时，支架实际刚度应大于最小刚度限值（与管道的名义直径和壁厚等级相关）；4)生根管道或设备上的支架应考虑具体支架结构，连同生根点处管道或设备建立可解耦的整体模5)当管道分担的支架质量对抗震计算结果影响较大时，应考虑管道分担的支架质量的影响。支架命名应由提资原有名称和功能依次组成。修改功能的支架命名，应体现原设计功能及修改后支架功能，若修改支架位置应在命名中标记。7.9.9设备类建模要求一般情况，设备类模型不包含在管道建模分析中。除非提供足够充分计算能确定管道与设备连接处刚度矩阵，否则应将设备点作为固定约束处理，并施加设备热膨胀产生的位移载荷，以及设备本体支架生根位置处的动态载荷。如存在如下情况，需要在动态分析中考虑设备对管道的影响，应将设备等效为梁结构,或采用其他合理单元类型与管道一同建模，所建设备模型应能体现设备动态响应：1)设备一阶频率小于33HZ或存在泵类设备；2)管道支架生根到设备本体。命名应由设备编码和管嘴号依次组成。7.9.10其他约束设置要求7T/CNEAXXX.XX—XXXX约束设置应符合管道实际安装条件。除正常管道支