【摘要】：在歷經(jīng)五十多年斷斷續(xù)續(xù)的研究后,熔鹽堆在2000年第四代反應(yīng)堆國際論壇中被列入候選堆型之一。在2011年,中國科學(xué)院啟動了“未來先進(jìn)核裂變能”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項,釷基熔鹽堆系統(tǒng)(TMSR)作為該專項內(nèi)容之一,致力于研發(fā)第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)。核石墨憑借其耐高溫、抗輻照、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、不易吸收中子等特性,在各反應(yīng)堆中充當(dāng)中子慢化劑、反射層材料,同時也是重要的結(jié)構(gòu)材料。熔鹽堆中也使用核石墨作為慢化劑、反射層和結(jié)構(gòu)材料,核石墨構(gòu)件的完整性將會影響到反應(yīng)堆的實際使用壽命。因此,對核石墨進(jìn)行斷裂力學(xué)分析是很有必要的。本論文基于有限元數(shù)值模擬,從兩方面對核石墨開展了研究工作:第一,在核石墨各強(qiáng)度中,抗拉強(qiáng)度最小,因而抗拉強(qiáng)度尤為重要。巴西圓盤試驗是測量脆性樣品抗拉強(qiáng)度的常用方法,然而標(biāo)準(zhǔn)的巴西圓盤試驗無法應(yīng)用在核石墨上為了使巴西圓盤試驗?zāi)軌蜻m用于核石墨,在本論文中提出了新的試驗夾具,并用有限元軟件進(jìn)行了分析驗證。有限元數(shù)值結(jié)果證明了中心處帶有弧度并有一擴(kuò)展區(qū)域相鄰的新夾具最適用于核石墨。第二,槽、卯等是核石墨構(gòu)件中常見的結(jié)構(gòu),對于工程實際使用的核石墨斷裂載荷會有顯著的影響,在本論文中基于四點(diǎn)彎曲實驗測量了犬骨型核石墨的斷裂載荷,并且獲取其裂紋擴(kuò)展路徑,然后使用有限元軟件的擴(kuò)展有限單元法進(jìn)行了分析建模。為了能準(zhǔn)確地模擬裂紋的起裂點(diǎn)和擴(kuò)展路徑,分析了不同的斷裂準(zhǔn)則的模型。對比不同倒角半徑的犬骨型核石墨的四點(diǎn)彎曲實驗與模擬結(jié)果,準(zhǔn)確地獲得了與實驗一致的裂紋起裂點(diǎn)和裂紋擴(kuò)展路徑,并且對比有限元模擬和實驗測量的斷裂載荷,誤差在5%左右。證明擴(kuò)展有限單元法可以模擬核石墨的斷裂過程,為今后更加復(fù)雜或者難以實施的實驗打下有限元模擬的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL426

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本文編號：2671359