DOI: 10.55176/2414-1038-2021-3-106-122
Авторы
Виленский О.Ю., Душев С.А., Лапшин Д.А., Новинский Э.Г., Татарский А.М.
Организация
АО «Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова», Нижний Новгород, Россия
Виленский О.Ю. – начальник подразделения, кандидат технических наук. Контакты: 603074, Нижний Новгород, Бурнаковский проезд, 15. Тел.: (831) 246-97-21; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Душев С.А. – главный конструктор оборудования обращения с топливом, кандидат технических наук.
Лапшин Д.А. – начальник бюро, кандидат технических наук.
Новинский Э.Г. – главный специалист, доктор технических наук.
Татарский А.М. – инженер-конструктор.
Аннотация
Цель работы – обоснование целостности разрабатываемого транспортно-упаковочного комплекта на основе математического анализа постулируемых сценариев самых тяжелых динамических воздействий с применением верифицированных моделей поведения используемых конструкционных материалов и современного аттестованного конечно-элементного программного комплекса.
В результате соударения допускается переход ТУК в предельное состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима, а восстановление его работоспособного состояния нецелесообразно, исключая возможность выпадения ядерного топлива (ЯТ) из ТУК или нарушения взаимного расположения элементов ЯТ в ТУК.
В работе представлены основные результаты анализа процесса соударения турбины самолета с транспортным упаковочным комплектом. Расчетный анализ выполнен с использованием модуля динамических расчетов LS-DYNA аттестованного программного комплекса ANSYS. Модуль LS-DYNA предназначен для расчетного анализа высоконелинейных динамических процессов по явной схеме интегрирования уравнений динамики. Реализованное полномасштабное математическое 3D‑моделирование позволило выполнить достаточно глубокий и детальный анализ динамических процессов, сократив сроки проектирования, и снизить себестоимость разрабатываемой конструкции.
Полученные результаты математического анализа поведения транспортного упаковочного комплекта во время взаимодействия с турбиной самолета, позволили сформировать подход к обоснованию безопасности оборудования при аварийных ситуациях. Проведенное подробное расчетное исследование на стадии проектирования легло в основу формирования конечного облика разрабатываемой конструкции.
Ключевые слова
динамические процессы, пластическое деформирование, оценка последствий аварийной ситуации, падение самолета, транспортный упаковочный комплект, безопасная эксплуатация, программное средство, энергия удара
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Тимофеев А.В., Кайдалов В.Б., Лапшин Д.А., Малыгин М.Г. Применение расчетного комплекса ANSYS\LS DYNA в анализе аварий, связанных с падением оборудования ЯЭУ. Труды XIV Нижегородской сессии молодых ученых «Технические науки». Н. Новгород, 2009, с. 86.
- Кайдалов В.Б., Лапшин Д.А., Малыгин М.Г. Моделирование ударных процессов при проектировании оборудования обращения с топливом реакторных установок типа БН. Труды VIII научно-технической конференции «Молодежь в науке». Саров, 2009, с. 92.
- Кибец А.И., Кибец Ю.И., Матвеев В.З. Численное моделирование динамического деформирования контейнера при аварийном падении на него плиты. Прикладные проблемы прочности и пластичности. Численное моделирование физико-механических процессов. Межвузовский сборник. Москва, Товарищество научных изданий КМК, 1997. С. 77–83.
- Рябов А.А., Романов В.И., Сотсков Г.И., Скурихин С.Г., Барченков А.И., Моренко А.И. Компьютерное моделирование поведения системы демпфирования защитного контейнера при его падениях. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: Механика, 2000, № 2, с. 98–102.
- Виленский О.Ю., Душев С.А., Лапшин Д.А., Татарский А.М. Применение математического анализа при проектировании демпфирующих устройств для ТУК. Труды XXI Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС 2019). Алушта, 2019, c. 245–247.
- Accident Analysis for Aircraft Crash into Hazardous Facilities. US DOE, DOE-STD-3014-2006, 2006.
- Aircraft impact assessment. 10 CFR 50.150. US NRC, 2009.
- Deterring terrorism: Aircraft crash impact analyses demonstrate nuclear power plant's structural strength. NEI, USA, 2002.
- Лапшин Д.А. Расчетно-экспериментальный анализ прочности внутриобъектовых транспортных контейнеров реакторов типа БН в авариях с падением. Дисс. канд. техн. наук. Н. Новгород, 2015. 222 с.
- Кольский Г. Исследование механических свойств материалов при больших скоростях нагружения. Механика, 1950, № 4, c. 108–119.
- Nicholas T. Tensile testing of materials at high rates of strain. Exp. Mech., 1981, vol. 21, no. 5, pp. 177–195.
- Брагов А.М. Экспериментальный анализ процессов деформирования и разрушения материалов при скоростях деформации 102–105 с-1. Дисс. докт. техн. наук. Н. Новгород, Нижегородский государственный университет, 1998. 257 с.
- Johnson, G.R., Cook, W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. Proceedings of the Seventh International Symposium on Ballistic. The Hague, Netherlands, 1983, pp. 541–547.
- Брагов А.М., Константинов А.Ю., Лапшин Д.А., Ламзин Д.А., Новосельцева Н.А., Татарский А.М., Татарский Ю.Н. Применение комплексного подхода к решению задач прочности элеватора реакторной установки БН-800 для аварийного случая схода каретки. Проблемы прочности и пластичности, 2018, № 80(1), с. 72–82.
- Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. М.: Издательство иностранной литературы, 1954. 647 c.
- Программный комплекс ANSYS. Аттестационный паспорт программного средства № 327 от 18.04.2013.
- LS-DYNA 960 Keyword User’s Manual. Livermore Software Technology Corporation, 2001.
- Виленский О.Ю., Лапшин Д.А., Рябцов А.В. Применение верифицированной расчетной модели тепловыделяющей сборки реактора БН-800 для анализа последствий ее падения. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2017, выпуск 3, с. 187–198.
- Shirai K. et al. Safety analysis of dual purpose metal cask subject to impulsive load due to aircraft engine crash. Journal of Power and Energy Systems, 2009, no. 3, pp. 72–82.
- Виленский О.Ю., Душев С.А., Лапшин Д.А., Татарский А.М. Расчет динамической прочности ТУК при аварийных падениях. Труды Х II Всероссийского съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Уфа, 2019, c. 223.
УДК 621.039
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, выпуск 3, 3:8
