冲击爆炸作用对双层核电站安全壳的毁伤效应

随着世界范围内地区冲突和恐怖主义的不断加剧，以及核电站破坏后放射性燃料泄露带来的灾难性后果，使得核电站特别是核反应堆成为军事打击和恐怖袭击的重要目标。本项目拟针对弹体和飞机对新型双层核反应堆安全壳的冲（撞）击爆炸问题进行深入细致的研究。通过对双层钢筋混凝土复合靶体的侵彻爆炸试验、理论和数值模拟，飞机和引擎撞击核安全壳冲击力的理论研究以及飞机撞击全过程的精细化数值模拟，分别建立双层核安全壳在弹体侵彻爆炸作用和飞机撞击作用下局部与整体毁伤效应的计算方法，提出低速撞击爆炸与火荷载多灾场耦合作用下双层核安全壳损伤破坏的数值分析方法。项目的预期成果有望填补国内在该领域的研究空白，对于指导核安全壳的设计计算，提高其在强动载作用下的抗毁生存能力，保障我国经济和社会的健康发展以及国家安全都具有重要的学术理论价值、工程应用前景和战略意义。

随着世界范围内地区冲突和恐怖主义的不断加剧，以及核电站破坏后放射性燃料泄露带来的灾难性后果，使得核电站特别是核反应堆成为军事打击和恐怖袭击的重要目标。本项目针对弹体和飞机对新型单/双层核反应堆安全壳的冲（撞）击爆炸问题进行了深入细致的研究，分别建立了核安全壳在弹体侵彻爆炸作用和飞机撞击作用下局部与整体毁伤效应的计算方法，提出了低速撞击爆炸作用下核安全壳损伤破坏的数值分析方法。基于已有的前坑区-隧道区-后坑区工程贯穿模型中锥形后坑高度计算值与试验相悖的现状，对后坑高度的表述进行了修正，使其与试验值相吻合。开展了单（多）层混凝土/钢板复合靶板的冲击试验。通过对相同初始冲击条件下弹体贯穿不同厚度靶板残余速度的分析，得到了残余速度预测经验公式，该公式的残余速度预测值基本能与目前所有贯穿试验中的残余速度值吻合。基于空腔膨胀理论并通过曲面积分的方法建立了适用不同弹头形状的三系数阻力函数理论公式，得到弹体侵彻半无限厚靶体的终点弹道（侵彻深度、过载时程、速度时程）预测公式。建立了精细化的飞机和安全壳的有限元模型并进行了验证；基于Riera函数进行了参数化分析，为数值模拟研究提供了指导和验证作用；结合数值模拟和Riera函数得到了可以考虑不同安全壳外径与飞机翼展无量纲比值的撞击力计算公式；对飞机撞击安全壳的全过程进行了详细的数值模拟研究，并进一步肯定了基于精细化建模进行耦合分析的准确性和必要性；分析了飞机撞击速度、角度、位置，以及安全壳壁厚、配筋率、预应力钢束等因素对安全壳混凝土损伤、撞击力和撞击冲量时程以及撞击中心位移的影响，确定了安全壳抵抗飞机撞击的最薄弱位置，所得规律可以为安全壳的结构设计提供重要参考。项目的成果填补了国内在该领域的研究空白，对于指导核安全壳的设计计算，提高其在强动载作用下的抗毁生存能力具有重要的学术理论价值、工程应用前景和战略意义。