领先的核电企业如何仿真驱动创新
本帖最后由 abestway 于 2021-9-26 10:24 编辑核工业是国家的技术前沿和骨干行业，其产品开发和制造技术水平，不仅是质量和效率的保障，更是国家实力和形象的象征。“走出去”是我国核电行业的国家战略， “安全”是走得出去的前提和基础。基于对安全性的极高要求，核能行业对供应商的产品质量要求比其他行业都严格得多。
如果“不安全”，核电会怎样？
1957 年英国温德斯凯尔核综合设施发生大火，放射性云状尘埃进入大气层，造成数年后数十人死于癌症。1957 年 9 月前苏联秘密核工厂“车里雅宾斯克 65 号”的一个核废料仓库发生大爆炸，迫使紧急撤走了当地 11000 居民。1957 年 10月英国温德斯凯尔的一家铀生产核反应堆发生火灾。事故产生的放射性物质污染英国全境，至少有 39 人因此患癌症死亡。1979 年 3 月位于美国宾夕法尼亚州的三哩岛核电站发生严重失水事故，放射性裂变产物泄漏到安全壳内。1986 年 4 月前苏联的切尔诺贝利核电站 4 号机组发生爆炸，31 人当场死亡，8 吨多强辐射物质倾泻而出，污染遍及居住着 694.5 万人的 15 万平方公里地区，320 多万人直接遭受核辐射侵害。参加救援工作的 83.4 万人中，已有 5.5 万人丧生，7 万人成为残疾，30多万人受放射伤害死去。
如何确保核电的“安全”？
安全性对于核电的重要性，随着新安全规则的出台，对核电站的要求也日益严格。在传统的工程方法中，对安全性的验证是缺乏而且昂贵的。通常在设计过程的较晚阶段，如复杂系统组装的详细设计阶段结束时，或者在调试期间，才进行大规模的验证工作。另外，在传统的核电设计过程中，通常采用串行方式。在这样的过程中，验证手段没有集成到不同的设计阶段，很难进行系统验证。仿真技术，也就是通过数字化手段，分析验证产品的性能、安全性和可靠性，是产品研发和制造数字化技术的核心。同时，能够精确模拟现实世界，不仅大大节约了各种成本，而且对于工程技术人员的安全提供了积极的保障措施。在核电工业，因其对安全性的极高要求，以及难以进行物理实验等，仿真技术已经在设计中成为主要的手段和强制性措施。1.仿真技术可以带来强大的系统设计和验证能力，因此可以节省大量的时间和成本2.将仿真与CAD、仿真流程与仿真工具集成在一起，可以打破流程之间的竖井，增强协作能力并确保设计符合要求，从而减少设计验证迭代次数3. 仿真技术作为驱动系统优化过程的核心能力，从而可以使设计团队以最小的成本实现最优的系统设计
领先的核电企业是怎么做的？
国内许多核电技术领先企业，如中国核工业集团第一研究院、第二研究院、第九研究院等都采用SIMULIA Abaqus软件来进行仿真，将仿真直接集成到整个核电生命周期中系统的不同生命阶段，从而节省大量的时间和费用。
达索系统SIMULIA Abaqus 是国际著名的 CAE 软件，与核工业有着很深的历史渊源，它以解决实际工业问题能力和强大的非线性功能赢得广泛声誉。SIMULIA Abaqus是第一批帮助客户获得ASME NQA认证的仿真软件之一，目前为止，对于我们客户的认证需求，SIMULIA Abaqus仍然是至关重要的工具。针对核工业很多复杂和特殊的问题，如疲劳断裂、复合材料损伤、接触连接、金属塑性、混凝土本构等，达索系统SIMULIA Abaqus都有非常强健的解决方案。
达索系统CAE仿真破解之道
达索系统SIMULIA Abaqus的CAE仿真分析技术和软件覆盖了包括结构、流体、电磁、声学、多体动力学、多物理场耦合、优化设计等极其宽广的领域，应用领域的不断拓展和功能的深化，覆盖核电站从设计、建造、运行到退役的全生命周期，并延伸到核燃料从采矿，生产、服务、临时存储到地质掩埋的全生命周期中。A 反应堆安全壳极限承载力分析研究反应堆预应力混凝土安全壳的极限承载力。将预应力混凝土安全壳的内压从零加到失效状态，采用SIMULIA Abaqus软件进行模拟。下图（左）是安全壳1/4比例模型结构失效时场景，右图是模拟的结果，可以看出失效的位置和实验相比很吻合。
B 反应堆压力容器分析对AP1000反应堆压力容器整体耦合计算，模型超过180万个四面体单元，300万个节点。分析工况包括冷却系统设计瞬变A、B、C、D四级工况。通过分析，有利于掌握反应堆压力容器设计技术。
C 高温气冷堆主蒸汽隔离阀高温蠕变疲劳特性研究对主蒸汽隔离阀处于高温部分的阀体进行了结构完整性分析和评价。分析阀体在高温、高压和地震荷载作用下的应力和变形水平，计算阀体关键部位的蠕变与疲劳损伤程度，并进一步探索阀体寿命对应力类型和水平的敏感性。
D 管道系统支座数量优化通过SIMULIA Isight软件的优化，将管道支座数量大约减少了40%，可以节约近百万美元的费用。
E 轻水反应堆中管道的安全分析针对正常工况下在弯矩和内压的作用下管道在蠕变区内的弯曲问题、有缺陷管道接头在蠕变区内的弯曲及断裂分析、厚壁管道的蠕变计算，过压情况下管道旋转、撞击、塌陷、塑性变形，地震引起的管道响应，包括线性和非线性响应等情况。
F 核电站地震响应分析使用SIMULIA Abaqus有限元软件进行核电站在地震载荷、空气爆炸、飞行器碰撞等特殊动力冲击下的响应谱分析，确保结构的安全性。
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