Zaawansowane symulacje i rozwiązania oparte na współpracy dla konstrukcji o wysokiej wytrzymałości

Czytaj o ESS (European Spallation Source)

ESS to przełomowy obiekt naukowy, znajdujący się obecnie w budowie w Lund w Szwecji, będący owocem współpracy 13 krajów europejskich. Jako jeden z największych i najbardziej ambitnych projektów infrastruktury naukowo-technicznej na świecie, ESS ma szansę zrewolucjonizować badania materiałowe, nauki o życiu oraz innowacje inżynieryjne.  

W swojej istocie ESS wykorzysta moc neutronów, aby umożliwić naukowcom wgląd w głęboką strukturę atomową materiałów, odkrywając nie tylko lokalizację atomów, ale także sposób ich zachowania. Ta bezprecedensowa możliwość napędzi przełomy w szerokim zakresie dziedzin; od projektowania baterii nowej generacji i zrównoważonych tworzyw sztucznych po opracowywanie mocniejszych, bardziej odpornych materiałów inżynierskich. W naukach przyrodniczych ESS umożliwi badaczom tworzenie skuteczniejszych leków i przyspieszenie rozwoju szczepionek ratujących życie.  

Sam obiekt jest cudem nowoczesnej inżynierii, wyposażonym w najsilniejszy na świecie liniowy akcelerator protonów, najnowocześniejsze koło tarczowe z wolframu chłodzone helem, 15 zaawansowanych instrumentów neutronowych, zestaw specjalistycznych laboratoriów oraz najnowocześniejsze centrum superkomputerowe do zarządzania danymi i rozwoju oprogramowania. Jednak ESS to więcej niż tylko suma swoich niezwykłych komponentów – reprezentuje śmiałą, przyszłościową wizję; zupełnie nową organizację budowaną od podstaw w celu przesuwania granic odkryć naukowych.  

Podróż ku doskonałości inżynierskiej 

TECHNIA zespół usług symulacyjnych został powołany jako niezależny recenzent dla projektu na dużą skalę obejmującego projektowanie i budowę konstrukcji wielkoskalowych, w tym głównych budynków i fundamentów palowych na stacji docelowej oraz obiektu przetwarzania odpadów radioaktywnych w ESS w celu zapewnienia bezpieczeństwa radiacyjnego. Projekt obejmował różne zadania z głównym celem przyczynienia się do solidnego projektowania i budowy budynków docelowych. Przykłady zadań wymieniono poniżej:  

• Przegląd projektu wstępnego: Na wczesnym etapie projektu ESS nawiązało współpracę z TECHNIA w celu przeglądu wstępnego projektu konstrukcji fundamentu budynku docelowego. Dzięki tej współpracy podjęto wiele krytycznych decyzji na podstawie prac przeglądowych i porównawczych modeli symulacyjnych.  
• Przegląd projektu krytycznego: Kluczowym aspektem zlecenia było przeprowadzenie szczegółowego przeglądu dokumentów projektowych, w tym obliczeń, rysunków konstrukcyjnych i modeli symulacyjnych. Ten przegląd odegrał istotną rolę w zapewnieniu zgodności zarówno z wiodącymi kodeksami i standardami, jak i wymaganiami wewnętrznych interesariuszy.   
• Modele 3D: W ramach przeglądu opracowano modele 3D FEA konstrukcji budynków w celu przeprowadzenia analiz porównawczych krytycznych przypadków obciążeń i walidacji projektu. Modele te zostały również wykorzystane do oceny nośności konstrukcyjnej w ekstremalnych warunkach, w tym APC (katastrofy lotnicze), obciążenia sejsmiczne i zagrożenia antagonistyczne.  
• Inżynier kontraktu: TECHNIA została powołana na rolę inżyniera właściciela dla krytycznych konstrukcji budowlanych. Rola ta obejmowała cały proces, od przeglądu projektu wstępnego po koordynację projektów i udzielanie wskazówek dotyczących problemów konstrukcyjnych na miejscu. Obejmowała również ścisłą współpracę z firmami projektowymi, takimi jak COWI, SWECO i Buro Happold, zapewniając spójny i zoptymalizowany proces projektowy. 
• Sejsmiczne ISRS: TECHNIA wygenerowała sejsmiczne ISRS (widma odpowiedzi wewnątrz konstrukcji) dla około 10 000 pozycji w celu wsparcia projektowania systemów bezpieczeństwa. Aby usprawnić zarządzanie danymi, TECHNIA stworzyła ISRS Viewer, umożliwiając efektywną interpretację i wykorzystanie złożonych wyników ISRS.  

Przykład zastosowania analizy elementów skończonych – Generowanie katalogu sejsmicznych ISRS  

Wykorzystując indywidualne modele FEA konstrukcji docelowych opracowane podczas procesu przeglądu, zmontowano model globalny do przeprowadzenia analiz sejsmicznych. Model ten zapewnił szczegółową reprezentację konstrukcji docelowych, sąsiadujących hal eksperymentalnych i złożonej stalowej konstrukcji dachu. Szczególnie wymagającym aspektem modelowania było dokładne odwzorowanie fundamentu palowego w celu zapewnienia prawidłowego dynamicznego zachowania gruntu i konstrukcji, uwzględniając interakcję między palami ze stalowym rdzeniem lub betonowymi a otaczającą gliną.  

ISRS zostało wygenerowane w około 10 000 pozycjach i aby efektywnie zarządzać tą ogromną liczbą danych wyjściowych, opracowano ISRS Viewer . Za pomocą tego narzędzia możliwe jest wybranie konkretnego pomieszczenia, ściany, podłogi lub współrzędnych pozycji i otrzymanie sejsmicznego widma odpowiedzi projektowej ważnego dla wybranej konstrukcji do wykorzystania w kolejnym sejsmicznym projektowaniu komponentów systemu bezpieczeństwa.  

Podsumowanie 

Zadanie wykonane przez zespół zaawansowanych symulacji TECHNIA w ESS przyczyniło się do solidnego projektowania i budowy budynków docelowych oraz obiektu przetwarzania odpadów radioaktywnych, zapewniając zgodność zarówno z kodeksami i standardami, jak i wymaganiami wewnętrznych interesariuszy. Było to możliwe dzięki rozległej wiedzy TECHNIA i ponad 25-letniemu doświadczeniu w przemyśle jądrowym.  

Wykorzystanie modeli 3D FEA odegrało centralną rolę w procesie przeglądu i ocenie nośności konstrukcyjnej w ekstremalnych warunkach, w tym APC (katastrofy lotnicze), obciążenia sejsmiczne i zagrożenia wrogie. 

Doświadczenie TECHNIA w przemyśle jądrowym, szczególnie w zakresie wyzwań sejsmicznych, zapewniło krytyczne podstawy do rozwiązania złożonego zadania generowania ISRS w konstrukcjach związanych z bezpieczeństwem obiektów cywilnych ESS. Ta ekspertyza wspierała również rozwój narzędzia ISRS Viewer, umożliwiając efektywne zarządzanie dużymi zbiorami danych i odpowiedziami sejsmicznymi w 10 000 indywidualnych pozycjach. Narzędzie służy jako podstawa do obliczania projektowych ISRS dla konkretnych konstrukcji lub pozycji, ułatwiając kolejną sejsmiczną weryfikację komponentów.