1. 軟件介紹

Salome-Meca是一個具有用戶友好圖形界面的開源軟件，它在Salome數值模擬平臺中集成了Code_Aster有限元計算程序，是由法國電力公司研發部開發的計算機輔助工程CAE（Computer Aided Engineering）軟件，可以用來研究線性、非線性問題，作動、靜態的熱、力耦合結構分析。其中，Code_Aster是一個獨立的熱、力耦合有限元計算程序，它采用文本的方式處理研究數據，可視化的圖形操作功能是通過集成在數值模擬綜合平臺Salome上實現的。

  2. 案例介紹

核燃料廠房是核電廠中進行新燃料接受、儲存、檢查、運輸和乏燃料搬運、倒換、儲存、檢查、修理和發運的建筑物。

地震是對核燃料廠房具有極大潛在危害的自然災害之一。在日本福島核事故的分析報告中，地震被認為是核燃料廠房損毀的主要原因。對此，核安全局建議針對核燃料廠房給出它的抗震裕度，并要求滿足其安全設計標準。

福島核電站損毀的核燃料廠房

本算例的目的是使用Code_Aster對核燃料廠房進行線性地震分析、靜力非線性分析和非線性時域分析，然后給出核燃料廠房的抗震能力的評估。

  3. 模擬過程

使用salome-meca對核燃料廠房進行建模，然后根據核燃料廠房的結構給模型加載。乏燃料水池內的流體以及核燃料廠房的地基都會對廠房結構的地震響應產生影響，為了考慮這些影響，我們使用MISS3D建模來將這些影響轉化為等效的阻抗，來模擬環境對廠房地震響應的影響。

核燃料廠房模型

靜態非線性分析的思路是通過改變結構的強度和整體韌性來估計目標結構在地震中的行為，從而確定目標點的位移。

豎直梁的位移

非線性時域分析方法直接利用廣義應力和廣義位移的關系，求解的過程應用的是牛頓法，時域上的積分使用的是Newmark方法。

  4. 模擬結果展示

對于線性地震的研究，我們使用Code_Aster對核燃料廠房中的頂棚鋼筋、樓板、梁結構和柱結構進行了計算。Code_Aster能夠給出各個結構的應力分布，找到應力集中區域，并與結構典型的失效模式進行比對，給出各個結構的抗震裕度。

頂棚鋼筋網絡應力分布

使用靜態非線性分析得到的結果如下圖所示。

核燃料廠房外框架的形變

非線性時域分析使用的是能量耗散密度來刻畫核燃料廠房在地震中受到的作用。能量耗散密度越大，該區域受到地震的損傷越大。

核燃料廠房的能量耗散密度分布

通過以上結果我們可知，靜態非線性分析法和非線性時域分析法的結果相互吻合，非線性的分析方法很好的彌補了線性分析方法的缺陷。已得的結果不僅可以做抗震裕度分析，還可以用于論證核燃料廠房的密封性。以上兩種分析方法在Code_Aster中均有對應的模塊可以實現，因此類似的分析還可以遷移到對反應堆廠房、核島設備等對象上。

來源：開源CAE仿真