张敏;王红瑾
【摘 要】以工程实例作为参考,对管道应力分析软件PepS与SYSPIPE软件在压水堆核岛机械设备设计和建造规范(RCCM)中的模态分析、应力指数、组合工况以及支架反力等结果进行了对比分析.分析结果表明,两种软件各具优缺点,综合来看PEPS软件比SYSPIPE软件更具优势.
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2016(000)009
【总页数】4页(P182-185)
【关键词】管道;应力分析;PepS软件;SYSPIPE软件
【作 者】张敏;王红瑾
【作者单位】中广核工程设计有限公司,广东深圳518026;中广核工程设计有限公司,广东深圳518026
【正文语种】中 文
【中图分类】稻螟赤眼蜂TP391.7
SYSPIPE软件是由法国FRAMATOM公司开发的专用管道系统应力计算和分析软件，早期广泛应用于法国M310系列核电站的核级管道应力分析中，法马通公司参与的核电厂的核岛管道系统多数情况下均采用SYSPIPE软件进行应力分析和评定。PepS软件是瑞士DST公司开发的核级管道应力分析软件，由核心计算程序PIPESTRESS和前处理/后处理程序Editpipe组成，目前广泛应用于美国、法国、中国以及日本，适用于AP1000和欧洲压水堆（EPR）等三代核电站的管道应力分析。本文使用两种软件对同一核级管道进行应力计算，并对分析结果进行比较分析。 1.1 管道参数
对比计算中使用的管线有两种截面尺寸，外径、壁厚对应21.3mm、2.77mm和33.4mm、3.
38mm，规范等级评定时使用为RCCM-2级，抗震类型为1I。管线材料为Z2CN1810。
1.2 管道布置
工艺设计
为了全面地对比两种软件的优缺点，管道的布置相对比较复杂，在建立应力分析模型时两种软件的节点划分保持一致。管道的模型图及节点划分如图1所示。即时通平台
其中边界点信息为1、38、64、77节点为紧固点，23节点为贯穿件，53节点为自由端。其他支架信息为12节点BV功能，46节点GL功能,74节点SF功能。
2.1 自重
采用在竖直方向施加9.81 m/s2加速度的方法模拟自重载荷。
2.2 地震载荷
管道跨越多个厂房管道，采用各标高对应楼层反应谱的包络谱进行力学计算。OBE地震和SSE地震均采用2%阻尼比，管道计算采用防城港12号机组相应楼层标高的反应谱数据，选用的楼层反应谱为4RX-CONT厂房9.875 m和4RX-IS厂房4.0 m标高的反应谱。
2.3 温度压力
管道在设计工况下的温度和压力分别选用50℃和4.83 MPa，正常工况下的温度和压力选用45℃和0.5 MPa。
2.4 位移载荷
贯穿件23节点处需要考虑跨厂房的位移载荷，其中OBE的地震位移在X和Y方向为3.1 mm，Z方向为1.9 mm，SSE的地震载荷为OBE的2倍；气候效应引起的位移在X方向为3.0mm，Z方向为1.0 mm；预应力、收缩和蠕变、建筑物沉降引起的位移在X方向为-15.0 mm,Z方向为-2.0 mm；设计基准事故引起的位移在X方向为5.0 mm,Z方向为1.0 mm。
2.5 工况组合
抗坏血酸氧化酶
根据RCCM规范C3600篇相关要求，分析时各载荷工况的组合方法见表1。
3.1 模态分析对比
PepS软件计算管线系统频率时采用的方法是反迭代法，SYSPIPE软件计算管线系统频率
采用的方法是子空间迭代法，两种计算方法得到的结果对比见图2。
按管道计算时考虑的截止频率按33Hz进行输出比较，其中两种软件计算相差最大的达5%。对于33 Hz以下的频率，两个软件出来的结果基本一致。
3.2 焊缝应力指数对比
对比的焊缝类型主要包含无焊缝、插套焊、对接焊，焊缝类型对比见表2。
对比的单元类型有常见的过渡单元、阀门单元、直管单元、弯头单元、大小头单元以及三通单元。单元节点的应力指数对比见表3。
通过对比分析，两种软件在定义焊缝类型和应力指数时基本保持一致。不一致的只有弯头单元，分析不一致的原因是，PEPS软件计算时按照RCCM规范中图C3680.1中的计算方法计算出一个应力指数，通过与定义的焊缝的应力指数进行比较，取大值。而SYSPIPE软件计算时按照RCCM规范中C3680.1中的计算方法计算出一个应力指数进行施加。对于弯头单元上有焊缝的节点上，PEPS软件施加的应力指数相对SYSPIPE软件施加的结果要保守。
3.3 轴向应力结果对比
PepS与SYSPIPE两种软件计算压力导致的轴向应力时采用的计算公式均为：
式中：P为压力,MPa;D0为外径，m；d为内径，m，大小为外径减去2倍的壁厚。通过数值的对比,除大小头单元外,两种软件设计压力的计算值是保持一致的。大小头单元处不一致原因是，PepS软件计算应力时是大头按与大头相连的管道尺寸计算，小头按与小头相连的管道尺寸计算应力，而SYSPIPE软件计算大小头的应力时均按与大头相连的管道尺寸计算的。通过分析可知SYSPIPE软件计算轴向应力比PEPS软件要保守。
3.4 工况评定结果对比
在不考虑计算管系模态方法的差异导致地震应力差异，各个工况计算结果对比如下：
1）设计工况下O级准则，对应RCCM公式（6）的两种软件应力对比结果见图3。
PepS软件计算结果与SYSPIPE软件计算结果的比值是0.95～1.09,因此两种软件计算结果基本一致。
2）正常工况下A级准则，对应RCCM公式（7）、（9）的两种软件应力对比结果见图4和图5。两种软件公式（7）的对比比值在0.98～1.12，公式（9）的对比比值是0.98～1.17,因此两种软件计算结果基本一致。
3）扰动工况B级准则，对应RCCM公式（10）的两种软件应力对比结果见图6。
两种软件公式（10B）的比值在0.88～1.05，除大小头计算单元外，两种软件计算结果基本一致。
4）紧急工况C级准则，对应RCCM公式（10C）的两种软件应力对比结果见图7。两种软件公式（10C）的比值在0.89～1.05，除大小头计算单元外，两种软件计算结果基本一致。
5）事故工况D级准则，对应RCCM公式（10D）的两种软件应力对比结果见图8。两种软件公式（10D）的比值在0.87～1.05，除大小头计算单元外，两种软件计算结果基本一致。
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3.5 支架载荷比较及分析
管道对支架的作用力是核电站中支架的选型和设计的主要依据。表4列出了各种功能的支架在单个载荷作用下两种软件计算所得的载荷比值。通过对比，两种软件输出的结果偏差不大，基本保持一致。通过输出反力数值可以分析出比值不一致的原因是，PepS软件输出的数值只保留整数位，而SYSPIPE软件输出的数值是小数点后保留了一位，两种软件输出值在对比中由于四舍五入会导致比值有一定的偏差，但数值相差不大。通过小数点保留的位数可见，SYSPIPE软件输出的结果比PepS软件更精确。
本文使用PepS与SYSPIPE两种软件对同一工程实例进行了计算分析，在计算过程中PepS软件的图形可视化功能在建立节点单元和检查模型等要比SYSPIPE软件节省时间；在模态分析、应力指数以及支架反力计算方面SYSPIPE软件计算的数值更精确，PepS软件计算数值相对保守；设计压力计算时，PEPS软件则更精确，而SYSPIPE软件计算数值相对保守。由于SYSPIPE软件是二维界面，而PepS软件是三维界面，且PepS软件的不断升级和更新，综合看来PepS软件比SYSPIPE软件更具市场前景，在使用上更具有优势。
【相关文献】
［1］RCC-M压水堆核岛机械设备设计和建造规则（2000年版+ 2002年补遗）［S］.
［2］刘浪，张周红，吴高峰.CPR1000核电厂一级管道应力分析［J］.原子能科学技术，2008,42（增刊1）：500-504.
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