(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111422232.2 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 中国核动力研究设计院 地址 610000 四川省成 都市双流区长顺大 道一段328号 (72)发明人 黄旋　冯志鹏　熊夫睿　张毅雄　 曾忠秀　沈平川　张锐　刘建　 余晓菲　黄茜　 (74)专利代理 机构 成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 代理人 梁田 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分 析方法及装置 (57)摘要 本发明公开了基于瞬态分析的堆内棒状结 构湍流激振分析方法及装置， 包括获取棒状结构 在反应堆三维流场中的流场参数； 利用相关长度 数据库通过插值获得具体结构参数下的相关长 度； 基于无量纲参考等效功率谱密度、 所述流场 参数和所述相关长度， 计算功率谱密度； 计算功 率谱密度的傅立叶半谱和傅立叶全谱； 将功率谱 密度的傅立叶全谱通过快速傅立叶逆变换方法 把频域的功率谱密度转换到时域上， 沿着棒状结 构在长度方向上进行积分， 得到作用在棒状结构 上的湍流激励力时程； 将湍流激励力时程施加到 棒状结构上， 计算棒状结构由随机湍流激励诱发 的振动响应； 输出结果， 进行分析处理得到节点 的位移、 力的均方根值、 最大值以及响应的时程 曲线。 权利要求书2页 说明书8页 附图10页 CN 114036871 A 2022.02.11 CN 114036871 A 1.基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析 方法， 其特 征在于， 该 方法包括： 获取堆内构件棒状结构的结构参数和棒状结构在反应堆 三维流场中的流场参数； 根据所述棒状结构的结构参数和所述流场 参数， 利用相关长度 数据库通过插值获得具 体结构参数 下的相关长度； 基于无量纲参 考等效功率谱密度、 所述 流场参数和所述相关长度， 计算功率谱密度； 计算功率谱密度的傅 立叶半谱和功率谱密度的傅 立叶全谱； 将功率谱密度的傅立叶全谱通过快速傅立叶逆变换方法把频域的功率谱密度转换到 时域上， 沿着棒状结构在长度方向上进行积分， 得到作用在棒状结构上的湍流激励力时程； 将湍流激励力时程施加到棒状结构上， 计算棒状结构由随机湍流激励诱发的振动响 应； 根据所述振动响应， 进行分析处理得到节点的位移、 力的均 方根值、 最大值以及 响应的 时程曲线。 2.根据权利要求1所述的基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析方法， 其特征在 于， 所述的获取棒状结构在反应堆三维流场中的流场参数， 是利用计算流体动力学软件对 堆内构件三维流场进行定常 分析， 获得棒状结构在反应堆 三维流场中的流场参数。 3.根据权利要求1所述的基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析方法， 其特征在 于， 所述棒状结构的结构参数包括棒状结构的几何尺寸、 材料特性、 支撑形式、 各阶振型与 频率。 4.根据权利要求1所述的基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析方法， 其特征在 于， 所述流场参数包括 棒外流体的密度和流速 。 5.根据权利要求1所述的基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析方法， 其特征在 于， 基于无量纲参考等效功率谱密度、 所述流场参数和所述相关长度， 计算功率谱密度； 采 用的公式如下： 其中： 当0.01≤fR＜0.5时， 当fR＞0.5时， fR＝f/f0； f0＝Up/D； 式中， fR为折合频率， f0和p0为归一化因子， f0用于缩比频率， p0用于缩比压力， Up为间隙 流速， λc为相关长度， ρ 为反应堆冷却剂密度， Fs为采样频率， N为采样点数； 为无量 纲参考等效功率谱密度， SF(f)为功率谱密度。 6.根据权利要求1所述的基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析方法， 其特征在 于， 所述的计算功率谱密度的傅 立叶半谱和功率谱密度的傅 立叶全谱； 具体包括： 根据Parseval定理， 计算得到功率谱密度的傅 立叶半谱； 生成一组随机相位， 计算功率谱密度的傅 立叶全谱；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114036871 A 2其中， 式中， SF(f)为功率谱密度， N为采样点数， Fs为采样频率， X(f)为功率谱密度的傅立叶全 谱， XH(f)为功率谱密度的傅 立叶半谱。 7.根据权利要求1所述的基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析方法， 其特征在 于， 所述的根据所述振动响应， 进行分析处理得到节点的位移、 力的均方根值、 最大值以及 响应的时程曲线； 具体包括： 当棒束动力模型为非线性时， 考虑堆内构件棒状结构包含的间隙、 碰撞和摩擦多种非 线性因素， 计算 棒状结构在横向随机湍流激励下任意 位置的结构响应； 计算得到节点的位移、 力的均方根 值、 最大值以及响应的时程曲线。 8.根据权利要求1所述的基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析方法， 其特征在 于， 该方法适用于单相流中在横向流激励下的结构。 9.根据权利要求1所述的基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析方法， 其特征在 于， 该方法用于反应堆 堆内构件的流 致振动分析。 10.基于瞬态分析的堆内棒状结构湍流激振分析装置， 其特 征在于， 该装置包括： 获取单元， 用于获取堆内构件棒状结构的结构参数和棒状结构在 反应堆三维流场中的 流场参数； 相关长度计算单元， 用于根据所述棒状结构的结构参数和所述流场参数， 利用相关长 度数据库通过插值获得 具体结构参数 下的相关长度； 功率谱密度计算单元， 用于基于无量纲参考等效功率谱密度、 所述流场参数和所述相 关长度， 计算功率谱密度； 傅立叶半谱及全谱单元， 用于计算功率谱密度的傅立叶半谱和 功率谱密度的傅立叶全 谱； 湍流激励力时程计算单元， 用于将功率谱密度的傅立叶全谱通过快速傅立叶逆变换方 法把频域的功率谱密度转换到时域上， 沿着棒状结构在长度方向上进行积分， 得到作用在 棒状结构上的湍流激励力时程； 振动响应单元， 将湍流激励力时程x(t)施加到棒状结构上， 计算棒状结构由随机湍流 激励诱发的振动响应； 分析处理单元， 用于根据所述振动响应， 进行分析处理得到节点的位移、 力的均方根 值、 最大值以及响应的时程曲线。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114036871 A 3