核安全殼復合敏感層數(shù)值模擬實驗與反演研究.pdf

1、本課題是在國家自然科學基金資助項目“基于核安全殼應(yīng)力監(jiān)測的復合敏感層傳感機理及其成像”(項目編號50878169)的資助下，以結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)監(jiān)測為目的，對碳纖維智能層監(jiān)測核安全殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)做了數(shù)值模擬實驗研究，并研制了一套比較準確和可行的碳纖維智能層ERT反演系統(tǒng)實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。
　　 具體的研究內(nèi)容及成果有：
　　 (1)以第三代核安全殼為工程背景，研究了安全殼結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)監(jiān)測。通過有限元軟件ANSYS建立

2、了預應(yīng)力核安全殼結(jié)構(gòu)的有限元模型，重點解決了預應(yīng)力筋的布置。對核安全殼在正常工作狀況(自重和預應(yīng)力作用)下進行計算分析，結(jié)果表明核安全殼整體處于受壓狀態(tài)，并且在設(shè)計強度之內(nèi)。對核安全殼在事故內(nèi)壓狀況(自重、預應(yīng)力和事故內(nèi)壓0.4MPa)下進行計算分析，結(jié)果表明核安全殼結(jié)構(gòu)在事故內(nèi)壓下仍處于彈性受力狀態(tài)，即處于安全狀態(tài)。因此，本文建立的核安全殼有限元模型大體上是合理和正確的。
　　 (2)基于碳纖維智能層良好的傳感特性和導電性，將

3、其敷設(shè)在核安全殼結(jié)構(gòu)的表面來監(jiān)測結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。通過有限元軟件ANSYS建立了核安全殼和碳纖維智能層的有限元模型，進行壓阻耦合場分析。采用條狀的碳纖維智能層敷設(shè)在核安全殼結(jié)構(gòu)簡體的環(huán)向，監(jiān)測筒體結(jié)構(gòu)的環(huán)向應(yīng)變。由監(jiān)測數(shù)據(jù)計算得到的智能層電阻率的分布和結(jié)構(gòu)的環(huán)向應(yīng)變有很好的對應(yīng)關(guān)系。表明條狀碳纖維智能層監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變是可行的，效果是比較顯著的。
　　 (3)結(jié)合核安全殼實際工程，編制了復雜形狀的碳纖維智能層ERT反演系統(tǒng)，其中復雜

4、形狀指柱面和球面下的任意形狀。ERT反演系統(tǒng)由正演問題和反演問題兩部分構(gòu)成，正演部分采用有限元方法求解，反演部分采用修止的牛頓-拉夫遜(modified Newton Raphson-MNR)法求解，并推導了柱坐標系和球坐標系下的電場能系數(shù)矩陣。在核安全殼穹頂和筒體各敷設(shè)一區(qū)域碳纖維智能層，對結(jié)構(gòu)進行場域監(jiān)測，并采集電極的電壓數(shù)據(jù)。將場域監(jiān)測的結(jié)果導入ERT反演系統(tǒng)得到敏感層的電阻率分布，其電阻率的分布能真實的反應(yīng)結(jié)構(gòu)的體積應(yīng)變。結(jié)果表