Русский / English 
?php echo $word_institute;?>
ИНСТИТУТИССЛЕДОВАНИЯПРОЕКТЫНАУКА И ОБРАЗОВАНИЕНОВОСТИКОНТАКТЫ
 

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС CONT ДЛЯ АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ ЗАЩИТНЫХ ОБОЛОЧЕК АЭС


Актуальность разработки

Защитная оболочка (ЗО), или контейнмент, АЭС является сложной пространственной конструкцией. Учет ее особенностей требует комплексного подхода к определению напряженно-деформированного состояния (НДС) ЗО при проектных и запроектных авариях. Большое влияние на характер распределения напряжений в стенке ЗО оказывают температурные напряжения, обусловленные колебанием температур внутри и снаружи контейнмента. В ИБРАЭ РАН разработаны методики, математические модели и программные модули, обеспечивающие выполнение расчетов НДС ЗО как в осесимметричной, так и в объемной постановке задачи с учетом наличия армированных слоев бетона и внутренней стальной облицовки, а также образования трещин в бетоне.

Назначение

Программный комплекс (ПК) CONT предназначен для численного моделирования напряженно-деформированного состояния защитных оболочек АЭС при статических эксплуатационных и аварийных нагрузках, в том числе и температурных. Вычислительный алгоритм работы кода построен на использовании метода конечных элементов.

Структура ПК CONT и типовые объекты моделирования

Верификация

Верификация расчетной модели кода проводилась на результатах крупномасштабного эксперимента по разрушению преднапряженной защитной оболочки в масштабе 1/4, изготовленной в Национальной Лаборатории Sandia(США). В этом эксперименте давление воздуха внутри преднапряженной защитной оболочки повышалось до тех пор, пока происходило ее разрушение.

Для выполнения расчетов моделей защитных оболочек SANDIA с целью верификации кода CONT были разработаны осесимметричная и трехмерная конечно-элементная модели, а также методика расчета преднапряженной железобетонной ЗО, которая учитывала следующие особенности:

  • действие нагрузки от предварительного напряжения арматурных канатов;
  • действие нагрузки от собственного веса конструкции и от внутреннего давления;

Результаты моделирования показали, что расчет по коду CONT позволяет надежно прогнозировать момент разрушения защитной оболочки и с достаточной точностью определять место, где это разрушение происходит.

Модели железобетонной предварительно напряженной ЗО SANDIA в масштабе 1/4: реальная и трехмерная компьютерная.

Практическое применение

ПК CONT аттестован в НТЦ ЯРБРостехнадзора для применения в атомной отрасли в целях расчетного обоснования безопасности защитных оболочек АЭС различных типов. На сегодняшний день он широко используется на многих российских АЭС, в частности, для обоснования жизненного цикла преднапряженных защитных оболочек, начиная со строительства и вплоть до анализа процессов их деградации.

Примеры практического применения программного комплекса CONT

  • обоснование снижения натяжения канатов системы преднапряжения ЗО с целью повышения эксплуатационных качеств и продления срока службы защитных оболочек АЭС с РУ ВВЭР-1000 (результаты моделирования показали, что для повышения эксплуатационной надежности защитной оболочки реакторного отделения АЭС ВВЭР-1000 необходимо снизить усилие натяжения арматурных канатов до 750 т.);
  • разработка рекомендаций и внесение изменений в руководящие документы: РД ЭО-0129-98 «Требования к техническому обслуживанию и ремонту системы преднапряжения защитных оболочек АЭС с ВВЭР-1000 и реакторными установками 320»;
  • обоснование эксплуатационной безопасности ЗО 3-го энергоблока Калининской АЭС при отсутствии отдельных арматурных канатов СПЗО;
  • расчет напряженно-деформированного состояния внутренней преднапряженной ЗО в различных режимах для АЭС «Куданкулам» (Индия);
  • разработка рекомендаций по оптимизации объема работ при проведении контрольно-профилактических работ (1 и 2 энергоблоки Калининской АЭС, 1—4 энергоблоки Балаковской АЭС, 1 блок Ростовской АЭС, 5 блок Нововоронежской АЭС);
  • оценка интенсивности деградации защитных оболочек АЭС с ВВЭР-1000;

Распределение окружных напряжений в бетоне защитной оболочки АЭС ВВЭР-1000 от действия:
а) преднапряжения; б) неравномерного поля температуры.

  • разработка (совместно с ОАО «Концерн Росэнергоатом») экспертной системы оценки фактического состояния защитной оболочки АЭС с ВВЭР-1000 на основе программы расчета НДС конструкции и данных датчиков контрольно-измерительной аппаратуры;
  • разработка «Программы мониторинга защитной оболочки в период ее возведения, преднапряжения и приемо-сдаточных испытаний энергоблока № 3 Ростовской АЭС»;
  • выполнение программы натурных наблюдений НДС защитной оболочки в период ее возведения, преднапряжения, приемо-сдаточных испытаний и эксплуатации ЗО энергоблока №4 Ростовской АЭС;
  • расчеты напряженно-деформированного состояния анкерных колодок с различными геометрическими параметрами и физико-механическими характеристиками материала (в рамках работ по проектированию канатных систем для защитных оболочек строящихся и модернизируемых энергоблоков АЭС).

Кольцевые напряжения в анкерной колодке при усилии в канате N=1000 тонн.

 

Анализ защитных оболочек АЭС нового поколения

Одним из основных элементов обеспечения повышенной надежности российских АЭС нового поколения (АЭС-2006) является двойная защитная оболочка, состоящая из герметичной предварительно напряженной ЗО и наружной ненапряженной железо-бетонной ЗО.

В рамках сотрудничества с Госкорпорацией «Росатом» в ИБРАЭ РАН с использованием программного комплекса CONT были выполнены расчеты напряженно-деформированного состояния защитной оболочки АЭС-2006 под воздействием комбинации нагрузок в начальный момент аварии. Трехмерная модель ЗО, включающая все ее основные конструктивные элементы, содержит 1 262 080 объемных 8-узловых конечных элементов, моделирующих бетон, и 320 224 стержневых элементов, моделирующих меридиональную и окружную арматуру вблизи внутренней и наружной поверхностей защитной оболочки. Результатом расчетов стало определение зон наибольшей концентрации напряжений в защитной оболочке АЭС-2006 при аварийных нагрузках.

Распределение кольцевых напряжений в бетоне от воздействия суммарной нагрузки в защитной оболочке АЭС-2006 в момент начала аварии.

Партнеры ИБРАЭ РАН по разработке и применению ПК CONT

  • ОАО «Концерн Росэнергоатом»;
  • ФГУ НИЦ «Курчатовский институт».

 


ИБРАЭ РАН © 2013 Карта сайта | Связаться с нами