發(fā)布時間：2021-10-30 20:44

　　核反應(yīng)堆工作時,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)生徑向開裂破壞（龜裂）。采用數(shù)值模擬方法分析了燃料棒芯塊開裂的力學(xué)機(jī)理,在ABAQUS軟件中用Python語言進(jìn)行了二次開發(fā),估算了燃料棒芯塊的徑向開裂情況。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)生徑向開裂,開裂塊數(shù)隨著產(chǎn)熱功率增加而增加。當(dāng)芯塊直徑為7.8 mm時,芯塊產(chǎn)熱功率為100 MW/m³不會發(fā)生開裂。當(dāng)產(chǎn)熱功率為200、300、400 MW/m³時,最小開裂塊數(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裂塊數(shù)基本一致。 

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

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

燃料芯塊徑向開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,發(fā)現(xiàn)在整個升溫過程中,燃料芯塊受到的最大拉應(yīng)力均小于σb,此時燃料芯塊并未發(fā)生開裂。當(dāng)芯塊的產(chǎn)熱功率為200 MW/m3,中心角θ=180°時,監(jiān)測點(diǎn)周向應(yīng)力會超過σb[圖2(a)], 意味著已經(jīng)開裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域還會繼續(xù)發(fā)生表面開裂;當(dāng)中心角θ=120°時,監(jiān)測點(diǎn)周向應(yīng)力恰好不會超過σb[圖2(b)],意味著已經(jīng)開裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域不會繼續(xù)發(fā)生表面開裂,因此當(dāng)產(chǎn)熱功率為200 MW/m3時,燃料芯塊的開裂數(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,在整個升溫過程中,采用釋放邊界條件方法計算得到的結(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,已經(jīng)開裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域還會繼續(xù)發(fā)生表面開裂;中心角θ=90°時,已經(jīng)開裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域不會繼續(xù)發(fā)生表面開裂,因此產(chǎn)熱功率為300 MW/m3時,燃料芯塊的開裂數(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,在整個升溫過程中,采用釋放邊界條件方法計算得到的結(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,已經(jīng)開裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域還會繼續(xù)發(fā)生表面開裂;中心角θ=90°時,已經(jīng)開裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域不會繼續(xù)發(fā)生表面開裂,因此產(chǎn)熱功率為300 MW/m3時,燃料芯塊的開裂數(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,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,扇形圓周表面中心點(diǎn)會首先達(dá)到材料拉伸極限應(yīng)力,意味著已經(jīng)開裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域還會繼續(xù)發(fā)生表面開裂;中心角θ=60°時,圓周表面周向拉應(yīng)力恰好不會超過極限拉應(yīng)力,意味著已經(jīng)開裂的區(qū)域的外側(cè)中間區(qū)域不會繼續(xù)發(fā)生表面開裂,因此產(chǎn)熱率為400 MW/m3時,燃料芯塊的開裂數(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：3467399