The present article is dedicated to analytical and numerical investigation of behavior of end elements of high-pressure casings for nuclear reactors. Nuclear energy generated inside the high-pressure casings will become an actual power-related choice of the human kind in the very near future. In this respect, development of methodology for proper calculation of axisymmetric plates resting against conical surface and bearing the evenly distributed load is becoming state of the art issue. In order to perform analytical calculation the authors used established concrete strength criteria and prerequisites assumed, while ANSYS WORKBENCH software package was applied to calculate the ultimate load value and stress state. Calculations were made considering a keyed connection between thick plate and load-bearing wall of the high-pressure casing and referring to considerably high, in one case, and low (variable), in the other case, plate stiffness. The article presents comparative analysis of calculation results that demonstrates calculation methods adequacy. The authors developed original methods of analytical and numerical calculations allowing to investigate stress state of end elements designed in the form of axisymmetric plates resting against conical surfaces. End elements behavior in load condition is characterized by formation of spheric vault where stress condition typical for concrete three-dimensional compression state occurs. Investigations presented show that sudden disintegration does not occur when concrete end elements are affected by cracks in the stretched area; instead, the spheric vault is formed. Strength of such spheric vault occurring in the element is rather depending upon load bearing wall stiffness, i. e. the lower the stiffness the smaller the strength and vice versa. The following scientific results have been obtained: end elements shaped as thick axisymmetric plates in condition of ultimate load are characterized by spheric vault formation; authors, based on assumptions and guided by approximate procedure have obtained the formula for spheric vault thickness calculation; authors obtained original methods of analytical and numerical calculation to evaluate stress condition of high-pressure casings end elements shaped as thick axisymmetric plates resting against conical surface; comparison of calculation results displays minor discepancies between analytical and numerical calculation models.

Настоящая статья посвящена аналитическому и численному исследованиям работы торцовых элементов корпусов высокого давления применительно для ядерных реакторов. Поскольку реальным энергетическим выбором человечества в будущем станет широкое использование ядерной энергии, которая может вырабатываться в корпусах высокого давления, то создание методики расчета торцовых элементов в виде осесимметричных толстых плит, опертых по конической поверхности при действии равномерно распределенной нагрузки, является актуальным. С использованием известных критериев прочности бетона и принятых предпосылок в аналитическом способе расчета, а также на основе численного программного комплекса ANSYS WORKBENCH выполнены расчеты по определению величины предельной нагрузки и напряженного состояния. При этом расчеты выполнены с учетом шпоночного сопряжения толстой плиты с несущей силовой стенкой корпуса высокого давления, в том числе в зависимости от ее достаточно высокой в одном и слабой в другом случаях (переменной) жесткости. Приводится сравнительный анализ результатов расчетов, где обнаруживается адекватность предлагаемых методов расчета. Получены оригинальные способы аналитического и численного расчетов для исследования напряженного состояния торцевых элементов корпусов высокого давления в виде осесимметричных толстых плит, опертых по конической поверхности. Для работы торцевых элементов под нагрузкой свойственно образование сферического свода, где закономерно возникает напряженное состояние, характерное при трехосном сжатии бетона. Приведенные исследования показывают, что в торцевых элементах из бетона с образованием трещин в растянутой зоне не наступает внезапное разрушение, а формируется сжатый сферический свод. При этом прочность сферического свода элемента в большей степени зависит от жесткости несущей силовой стенки: чем меньше жесткость, тем меньше прочность и наоборот. Получены следующие научные результаты: для торцовых элементов в виде толстых осесимметричных плит в предельных значениях нагрузки характерно образование сферического свода; на основе принятых допущений, приближенным способом, получена формула по определению толщины сферического свода; получены оригинальные способы аналитического и численного расчетов для исследования напряженного состояния торцовых элементов корпусов высокого давления в виде осесимметричных толстых плит, опертых по конической поверхности; сравнение результатов расчетов обнаруживают незначительные расхождения аналитического и численного методов.

• Behaviour of axisymmetric thick plates resting against conical surface
  • 1. Introduction
  • 2. Methods
  • 3. Results and Discussion
  • 4. Conclusions
• Работа осесимметричных толстых плит, опертых по конической поверхности

Инженерно-строительный журнал / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2017-. — Периодичность: 8 раз в год. — Выходит с 2017 г. (с № 5). — Электрон. журнал. — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Текст: электронный

Инженерно-строительный журнал: специализированный научный журнал / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Инженерно-строительный институт. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2008 -. № 2 (86), 2019. — 1 файл (14,5 Мб). — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Электрон. журнал. — Adobe Acrobat Reader 7.0. — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/j19-243.pdf>.