Отрасль
Атомная энергетика / Сейсмостойкое проектирование / Гражданские конструкции АЭС
Проект реализован с применением многокритериальной оптимизационной платформы IOSO NM (Sigma Technology) в связке с конечно-элементным пакетом ABAQUS (Dassault Systèmes) для оптимизации динамических характеристик транспортного контейнера атомной электростанции при сейсмическом воздействии.
Задача
Транспортный контейнер атомной электростанции подвергается сейсмическому воздействию. Требовалось оптимизировать конструкцию таким образом, чтобы огибающая спектров ускорений в контрольных точках находилась в допустимых нормативных пределах.
Задача являлась двухкритериальной: одновременная минимизация двух компонент ускорений — нормальной (An) и боковой (Ab) — при воздействии трёхкомпонентной акселерограммы проектного землетрясения интенсивностью 7 баллов по шкале МСК-64.
Исходные ограничения и сложности
Жёсткие нормативные требования. Требования к форме и уровням спектра ускорений в ядерной энергетике чрезвычайно строги — без применения оптимизатора удовлетворить их при сохранении конструктивных ограничений не представляется возможным.
Высокая вычислительная стоимость модели. Расчётная модель представляла собой детальную конечно-элементную модель в ABAQUS с нелинейным динамическим анализом при трёхкомпонентном сейсмическом воздействии. Каждый расчёт является вычислительно дорогостоящим, что накладывало жёсткие ограничения на допустимое число итераций.
Противоречие двух компонент ускорений. Минимизация нормальной и боковой компонент ускорений — конкурирующие цели: конструктивное решение, снижающее одну компоненту, как правило, увеличивает другую. Требовалось нахождение множества Парето-оптимальных компромиссных решений.
Высочайшие требования к безопасности. Область атомной энергетики отличается строжайшими нормативными ограничениями — любое проектное решение должно быть верифицировано на соответствие регуляторным требованиям при каждом варианте конструкции.
Подход и решение
Оптимизационный контур объединял два программных инструмента:
- ABAQUS (Dassault Systèmes) — расчёт динамического отклика конструкции при сейсмическом воздействии (КЭ-решатель);
- IOSO NM — многокритериальный оптимизатор, управляющий конструктивными переменными.
IOSO NM в автоматическом режиме варьировал конструктивные параметры контейнера — сечения и жёсткости элементов — запускал ABAQUS, считывал спектры ускорений в контрольных точках и формировал следующее приближение к оптимуму. Всего было выполнено 1000 итераций, по результатам которых получен фронт Парето из 20 оптимальных решений.
Результаты
Спектры ускорений в контрольных точках были снижены в 7–8 раз по сравнению с исходной конструкцией. Оптимизированная конструкция удовлетворяет всем нормативным требованиям к форме и уровням спектра ускорений. Значения нулевого периода ускорения (ZPA) составили: по оси Y — 9,31; по оси Z — 9,86. Полученный фронт Парето демонстрирует доступный диапазон компромиссов между компонентами An и Ab для различных конструктивных решений.
Ценность для заказчика
Решение принципиально недостижимой задачи. Снижение спектров ускорений в 7–8 раз при соблюдении всех нормативных ограничений — результат, который невозможно получить без автоматизированной оптимизации: конструктор не смог бы вручную найти параметры, удовлетворяющие столь жёстким спектральным требованиям.
Соответствие нормам безопасности АЭС. Обеспечение нормативных требований к сейсмостойкости — ключевое условие получения разрешения регуляторов на эксплуатацию объекта. Оптимизация напрямую влияет на возможность ввода объекта в эксплуатацию.
Полная автоматизация расчётно-оптимизационного цикла. Прямая интеграция IOSO NM с ABAQUS обеспечивает воспроизводимый и документированный процесс проектирования, что критично при взаимодействии с надзорными органами в ядерной отрасли.
Готовое множество проектных альтернатив. Фронт Парето из 20 решений предоставляет конструктору полную картину допустимых компромиссов между компонентами ускорений, позволяя осознанно выбрать конфигурацию с учётом дополнительных конструктивных и технологических ограничений.
