核电环行起重机结构可靠性分析与安全评估

摘要

核电环行起重机是核电站建设和运行过程中的关键设备，在核岛修建和维护时，负责吊运反应堆内的重型设备和反应堆换料工作。鉴于核电环行起重机工作环境的特殊性，使其必须具备更高的可靠性和安全性。主梁作为整机中的主要承载结构，无论从整机性能的角度还是从整机安全可靠性的角度都对核电环行起重机有着极其重要影响。目前主梁结构设计校核的主要依据是《起重机设计规范》，但是在该规范给出的校核方法中有关起升载荷、结构尺寸和材料性能等，并没有考虑由于制造安装误差、人为操作不当等因素而产生的不确定性，由此可能导致应用传统方法设计的起重机的可靠性不能满足要求。因此，对核电环行起重机主梁结构进行可靠性分析，研究基于可靠性理论的结构设计方法，对保障核电环行起重机结构的可靠性和安全性具有重要意义。 本课题依托辽宁省重大装备协同创新中心项目，以第三代核电环行起重机为研究对象，建立主梁结构的力学模型和有限元模型，通过两种模型的计算结果确定主梁结构的失效形式和易失效区域。本文对结构可靠性方法进行对比研究，将概率理论和非概率理论相结合，建立核电环行起重机主梁结构概率-非概率可靠性模型，确定了核电环行起重机主梁结构中存在的不确定变量，分别计算主梁结构强度、刚度和疲劳强度的可靠度指标，并由蒙特卡罗法的计算结果，研究不确定变量对主梁结构可靠度的影响规律，分析各不确定因素对结构失效的影响程度。之后改变主梁结构部分参数的初始值并再次进行可靠性计算，结果表明参数修改后的主梁结构可靠性得到了有效提高，证实了通过该方法提高结构可靠性的可行性。根据计算得到的主梁结构各失效形式的可靠度指标为评价值，采用基于层次分析的模糊综合评判法对核电环行起重机主梁结构进行安全评价，分析得到各评价指标的相对权重以及主梁结构的安全综合评价结果，为该类型起重机在服役期间的定期检修和优化设计提供参考。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 核电环行起重机简介

1.2 课题研究背景

1.2.1 课题来源

1.2.2 国内外可靠性发展与研究现状

1.2.3 课题研究意义

1.3 本文主要研究内容

2 环行起重机主梁结构力学分析

2.1 环行起重机载荷分析

2.1.1 垂直方向载荷

2.1.2 水平方向载荷

2.1.3 扭转载荷

2.2 主梁静强度计算

2.3 主梁静刚度计算

2.3.1 静刚度计算

2.3.2 垂直动刚度计算

2.4 主梁疲劳寿命计算

2.4.1 IIW标准介绍

2.4.2 主梁结构的S-N曲线

2.4.3 主梁结构载荷谱

2.4.4 疲劳累积损伤理论

2.5 实例计算

2.6 本章小结

3 结构概率-非概率可靠性理论

3.1 结构随机可靠性方法

3.2 结构区间非概率可靠性方法

3.2.1 非概率可靠性理论的定义

3.2.2 非概率可靠性指标的计算

3.3 概率-非概率可靠性模型

3.4 本章小结

4 主梁结构可靠性分析

4.1 不确定因素及其分布统计

4.1.1 区间变量

4.1.2 随机变量

4.2 主梁结构可靠度分析

4.2.1 主梁强度可靠性分析

4.2.2 主梁刚度可靠性分析

4.2.3 主梁疲劳可靠性分析

4.3 结构可靠性改善

4.4 本章小结

5 核电环行起重机主梁结构的安全评判

5.1 起重机金属结构的安全评估的理论与方法

5.2 基于层次分析的起重机模糊综合评判方法

5.2.1 主梁评价指标的选取

5.2.2 主梁评价值的确定

5.2.3 主梁评价指标权重计算

5.2.4 主梁结构模糊综合评判

5.3 实例计算

5.4 本章小结

结 论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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