核反應(yīng)堆工作時(shí),燃料棒內(nèi)的溫度最高,導(dǎo)致燃料棒芯塊產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力與應(yīng)變,因而燃料棒芯塊經(jīng)常發(fā)生徑向開(kāi)裂破壞（龜裂）。采用數(shù)值模擬方法分析了燃料棒芯塊開(kāi)裂的力學(xué)機(jī)理,在ABAQUS軟件中用Python語(yǔ)言進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā),估算了燃料棒芯塊的徑向開(kāi)裂情況。發(fā)現(xiàn)燃料棒產(chǎn)熱功率越大、芯塊直徑越大,芯塊越容易發(fā)生徑向開(kāi)裂,開(kāi)裂塊數(shù)隨著產(chǎn)熱功率增加而增加。當(dāng)芯塊直徑為7.8 mm時(shí),芯塊產(chǎn)熱功率為100 MW/m³不會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。當(dāng)產(chǎn)熱功率為200、300、400 MW/m³時(shí),最小開(kāi)裂塊數(shù)為3、4、6塊,與工程實(shí)際中觀察到的燃料芯塊裂紋形狀與開(kāi)裂塊數(shù)基本一致。 

【文章來(lái)源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(36)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

燃料芯塊徑向開(kāi)裂有限元分析模型與邊界條件

當(dāng)芯塊的產(chǎn)熱功率為100 MW/m3,選取中心角θ=360°時(shí),發(fā)現(xiàn)在整個(gè)升溫過(guò)程中,燃料芯塊受到的最大拉應(yīng)力均小于σb,此時(shí)燃料芯塊并未發(fā)生開(kāi)裂。當(dāng)芯塊的產(chǎn)熱功率為200 MW/m3,中心角θ=180°時(shí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)周向應(yīng)力會(huì)超過(guò)σb[圖2(a)], 意味著已經(jīng)開(kāi)裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域還會(huì)繼續(xù)發(fā)生表面開(kāi)裂;當(dāng)中心角θ=120°時(shí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)周向應(yīng)力恰好不會(huì)超過(guò)σb[圖2(b)],意味著已經(jīng)開(kāi)裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域不會(huì)繼續(xù)發(fā)生表面開(kāi)裂,因此當(dāng)產(chǎn)熱功率為200 MW/m3時(shí),燃料芯塊的開(kāi)裂數(shù)至少為3塊。當(dāng)芯塊的產(chǎn)熱功率為300 MW/m3,選取燃料芯塊的二維扇形模型的中心角θ=120°、90°時(shí),在整個(gè)升溫過(guò)程中,采用釋放邊界條件方法計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖3所示�？梢钥闯鲈谒┘拥漠a(chǎn)熱功率為300 MW/m3、中心角θ=120°時(shí),已經(jīng)開(kāi)裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域還會(huì)繼續(xù)發(fā)生表面開(kāi)裂;中心角θ=90°時(shí),已經(jīng)開(kāi)裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域不會(huì)繼續(xù)發(fā)生表面開(kāi)裂,因此產(chǎn)熱功率為300 MW/m3時(shí),燃料芯塊的開(kāi)裂數(shù)至少為4塊[圖3(b)]。

當(dāng)芯塊的產(chǎn)熱功率為300 MW/m3,選取燃料芯塊的二維扇形模型的中心角θ=120°、90°時(shí),在整個(gè)升溫過(guò)程中,采用釋放邊界條件方法計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖3所示。可以看出在所施加的產(chǎn)熱功率為300 MW/m3,中心角θ=120°時(shí),已經(jīng)開(kāi)裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域還會(huì)繼續(xù)發(fā)生表面開(kāi)裂;中心角θ=90°時(shí),已經(jīng)開(kāi)裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域不會(huì)繼續(xù)發(fā)生表面開(kāi)裂,因此產(chǎn)熱功率為300 MW/m3時(shí),燃料芯塊的開(kāi)裂數(shù)至少為4塊[圖3(b)]。當(dāng)芯塊的產(chǎn)熱功率為400 MW/m3,選取燃料芯塊的二維扇形模型的中心角θ=72°、60°時(shí),得到的結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖4所示�？梢钥闯霎�(dāng)產(chǎn)熱功率為400 MW/m3,中心角θ=72°時(shí),扇形圓周表面中心點(diǎn)會(huì)首先達(dá)到材料拉伸極限應(yīng)力,意味著已經(jīng)開(kāi)裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域還會(huì)繼續(xù)發(fā)生表面開(kāi)裂;中心角θ=60°時(shí),圓周表面周向拉應(yīng)力恰好不會(huì)超過(guò)極限拉應(yīng)力,意味著已經(jīng)開(kāi)裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域不會(huì)繼續(xù)發(fā)生表面開(kāi)裂,因此產(chǎn)熱率為400 MW/m3時(shí),燃料芯塊的開(kāi)裂數(shù)至少為6塊[圖4(b)]。

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]鉛冷快堆核燃料棒熱力耦合作用與破壞機(jī)理[D]. 王瑾.大連理工大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3467399