燃料运输容器跌落姿态分析技术

目的总结燃料运输容器跌落分析流程,设计合理的姿态分析方案,通过分析使燃料运输容器设计满足GB 11806规定的跌落试验要求。方法使用动力有限元方法对新燃料运输容器进行多姿态多工况的跌落分析,并根据试验结果对分析结果进行验证,将分析和试验经验总结成完整的分析流程。结果通过分析,新燃料运输容器在正常运输条件下的最不利跌落姿态为9°小角度跌落,该工况下容器外壳最大变形量为49 mm。事故运输条件下最不利跌落姿态为正向垂直跌落,燃料组件最大冲击力为1.78 MN。结合分析和试验结果总结了容器最不利跌落姿态的分析流程和技术要点。结论结合分析和试验结果,得到了新燃料运输容器各跌落试验的最不利跌落姿态,并总结了燃料运输容器跌落分析的通用流程。     

我国PWR燃料组件运输容器定期评价与经验反馈

目的 介绍我国放射性物品运输容器定期安全性能评价的相关标准和要求,并着重介绍我国现有3种不同型号的压水堆新燃料组件运输容器定期安全评价工作。方法 根据GB 11806等标准规范的要求,检查容器的使用维护历史,通过一系列的现场实验和数据分析,对容器结构、包容、传热、屏蔽和防止临界等5个方面的安全性能进行系统评价。结果 通过对245台不同型号的PWR燃料组件运输容器的现场检查结果分析,容器主要存在防腐层损伤、吊耳焊缝裂纹、密封垫开裂老化等安全隐患。结论 该项工作全面系统地总结了我国压水堆新燃料组件运输容器的安全现状,特别是验证了我国使用了20余年的新燃料组件运输容器的安全性能,具有重要的现实意义。同时,对今后放射性物品运输容器的设计、使用、维护等方面进行了经验总结和反馈。     

新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料性能研究

目的对新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料进行性能测试、寿命预测,验证其是否满足新燃料运输容器设计性能要求和使用寿命要求。方法分别测试填充在新燃料运输容器不同区域的硬质聚氨酯泡沫的压缩性能、吸水性能、阻燃性能、隔热性能,并利用热重分析方法研究硬质聚氨酯泡沫填充材料的热老化性能,预测寿命。结果根据测试结果,研制的硬质聚氨酯泡沫能够满足新燃料运输容器填充材料的设计性能要求和使用寿命要求,在最高正常使用温度38℃条件下,预测其寿命为34年。结论在新燃料组件正常运输工况和事故运输工况条件下,硬质聚氨酯泡沫填充材料均能对燃料组件起到良好的保护作用,为实现新燃料运输容器国产化奠定了基础。     

乏燃料运输容器事故工况密封分析研究

目的 为防止放射性物质泄漏,要求乏燃料运输容器在事故工况下保证容器的密封。通过对乏燃料运输容器比例容器事故工况密封分析研究,为乏燃料运输容器密封分析提供依据。方法 为验证假想事故工况乏燃料运输容器的密封性,采用LS-DYNA分析软件,开展乏燃料运输容器比例容器9 m跌落分析,提取密封螺栓跌落过程中的载荷时程和密封面分离量,并在比例容器跌落试验后开展气密性能试验。结果 跌落分析结果表明,比例容器内、外盖在跌落过程中,密封螺栓应力满足限值要求;内、外盖密封面最大分离量小于密封结构有效回弹量。同时跌落后容器的气密性检查试验结果表明其密封性能良好。结论 乏燃料运输容器比例容器的跌落密封分析和气密性试验结果表明,在事故工况下乏燃料运输容器货包能够保证密封要求,该分析方法可用于乏燃料运输容器事故工况的密封分析。     

放射源运输容器力学设计和试验验证

目的 设计一种用于运输工业辐照用特殊形式放射源的运输容器,通过试验验证运输容器的安全性能。方法 根据《放射性物品安全运输规程》和《放射性物质安全运输条例》中B(U)型货包的规定进行设计,设计的运输容器主要包括屏蔽容器、吊篮、防护罩及运输托架4部分组成,并对运输容器进行正常运输工况和运输事故工况下的3次跌落试验。结果 试验对容器外防护罩和保温层造成部分损坏,但防火层完整,不影响包装的密封和屏蔽功能,试验结果表明运输容器满足标准要求。结论 运输容器在正常运输工况和运输事故工况下的跌落测试后,包装的屏蔽和密封仍然有效,即该运输容器在规定的正常运输工况和运输事故工况下能保证放射源的运输安全。     

二氧化铀粉末运输容器假想跌落事故下的安全设计与试验验证

目的 设计易裂变二氧化铀粉末运输容器,证明容器在最危险姿态下,可以满足9 m跌落的核临界、屏蔽安全和放射性物质包容相关设计准则。方法 设计外柔内刚的三层密封容器,内外壳之间填充聚氨酯减振吸能材料,建模分析容器多种姿态下的结构与功能材料动态响应,确定最危险跌落姿态。针对最危险工况开展实际跌落测试试验,证明容器在假想事故下的安全性。结果 容器在最危险跌落工况下,聚氨酯材料减振吸能效果与设计计算相符,中子吸收板、中子慢化板等功能材料位置和缺损量符合要求。二氧化铀粉末的密封性得以保障。结论 以有限元分析为基础的容器仿真分析与样机试验结果匹配度较高,试验样机通过了相关跌落试验,证明了容器在危险姿态下的9 m跌落安全性能。     

核燃料组件运输容器应用现状概述

目的 充分了解国内外核燃料组件运输容器的主要应用现状,通过对照国外发展经验,为更好地实现国内运输容器自主化发展提出意见建议。方法 调研和分析国际上主要核大国代表性核燃料组件运输容器的技术现状,以及国内容器的研发、应用状况,梳理了自主化发展中仍需改进的方向。结果 国际上主要核大国利用核能技术较早,均已针对本国的反应堆技术开发了成熟的运输容器产品,相比之下,目前国内在引进和吸收国外先进技术的基础上,也已逐渐实现了部分核燃料组件运输容器的国产化,并针对高温气冷堆开发了新型运输容器。结论 建议注重核燃料组件运输容器的系列化发展,增加攻克关键技术的投入,继续推进容器设计评价软件开发与试验验证平台的建设。     

事故工况下乏燃料运输容器跌落分析

目的验证乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓及其运输包装设计,在事故工况中以最危险角度从9 m高度自由跌落至水平的刚性地面过程中,是否满足GB 11806《放射性物质安全运输规定》的规范要求。方法采用LS-DYNA进行有限元仿真模拟跌落过程以代替跌落试验,开展乏燃料运输容器9 m自由跌落冲击分析,并根据ASME规范第III卷规定的应力限值对容器本体、内外盖、吊篮和螺栓进行应力校核。结果应力校核结果显示,乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓满足设计强度要求。结论该乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓及其运输包装设计满足GB 11806规范要求。     

光伏组件运输包装的设计和有限元分析

针对目前铝合金边框光伏组件的运输包装中存在的不足,以规格为1665mm×1000mm×50mm的组件为例,综合考虑了客户要求、产品特性、包装成本、包装效率和产品保护性等因素,设计了一种更为合理的运输包装方案。在方案的内包装中,设计了一种用于固定和分隔组件的塑料围框。利用ANSYS Workbench软件,参考ISTA 3E实验中的底楞跌落试验,进行了围框和组件的瞬态响应有限元分析。结果显示,围框能够维持包装的稳定性和安全性。     

乏燃料运输容器抗脆性断裂评价

目的研究乏燃料运输容器的材料抗脆性断裂的论证方法,验证乏燃料运输容器的选材是否满足GB 11806《放射性物质安全运输规定》和IAEA SSG-26所要求的-40℃下仍能正常运行的抗脆性断裂要求。方法以某型号乏燃料运输容器为例,采用LS-DYNA进行有限元仿真模拟跌落过程,开展乏燃料运输容器9 m自由跌落冲击分析,依据计算结果分别采用传统的抗脆性断裂论证方法和线弹性断裂力学的分析方法验证材料的抗脆性断裂能力。结果采用传统的抗脆性断裂分析方法时,选材不满足要求;采用线弹性断裂力学进行抗脆性断裂分析时,选材满足要求。结论对比传统的选材方法,采用线弹性断裂力学分析方法能够有效降低抗脆性断裂设计的裕度,为扩大乏燃料运输容器的选材范围提供了有效途径。     

某乏燃料运输容器减震器设计及验证

目的 研发用于某运输容器的减震器,同时探究减震器尺寸和填充材料的分散性对减震器设计的影响。方法 开展减震器尺寸对运输容器减震效果的分析计算,通过木材抗压强度试验获取木材压缩强度分散性,并使用有限元方法对运输容器进行9 m过重心角跌落分析,并进行9 m过重心角跌落测试验证。结果 一般来说减震器尺寸越大,其吸收能量越多,但其尺寸超过某临界点后减震效果反而下降;低抗压强度的填充木材吸能力不如较高抗压强度的,但填充木材抗压强度较大时,减震器偏硬会导致较大的容器刚体加速度。结论 该减震器设计合理,满足规范要求。填充木材的力学性能分散性,偏大或偏小都会对设计产生影响,因此,使用木材作为缓冲填充材料,设计时需要充分考虑木材压缩强度分散性对缓冲效果的影响。     

Tolerance analysis and design of nesting forces for exactly constrained mechanical assemblies

In this research we investigate the analysis and design of nesting forces for exactly constrained mechanical assemblies. Exactly constrained assemblies have a number of important advantages over other assemblies including the ability to assemble over a wide range of conditions. Such designs often require nesting forces to keep the design properly seated. To date, little theory has been developed for the analysis and design of nesting forces. We show how the effects of tolerances on nesting forces, a key issue, can be analyzed and then apply the analysis to two example problems. Good agreement is obtained between the method and Monte Carlo simulation.     

核乏燃料运输容器减震器填充材料研究进展

目的综述以木材、聚氨酯泡沫、蜂窝铝作为核乏燃料运输容器减震器填充材料的性能。方法通过对3种填充材料的减震器进行受载分析,然后对3种填充材料的力学性能进行验证。结果将3种材料作为核乏燃料减震器填充材料具有可行性,还列出了3种材料的不足之处。结论工业上对有着优秀能量吸收、限制过载、质轻且受环境变化影较小的核乏燃料运输容器减震器填充材料有着迫切需求。之后提出将2种材料(泡沫铝和双向瓦楞蜂窝铝)作为减震器的填充材料,并分析了2种材料的特点与吸能特性,证明了其作为减震器填充材料的合理性与可行性。     

Modern new nuclear fuel characteristics and radiation protection aspects

The glut of fissile material from reprocessing plants and from the conclusion of the cold war has provided the opportunity to design new fuel types to beneficially dispose of such stocks by generating useful power. Thus, in addition to the normal reactor core complement of enriched uranium fuel assemblies, two other types are available on the world market. These are the ERU (enriched recycled uranium) and the MOX (mixed oxide) fuel assemblies. Framatome ANP produces ERU fuel assemblies by taking feed material from reprocessing facilities and blending this with highly enriched uranium from other sources. MOX fuel assemblies contain plutonium isotopes, thus exploiting the higher neutron yield of the plutonium fission process. This paper describes and evaluates the gamma, spontaneous and alpha reaction neutron source terms of these non-irradiated fuel assembly types by defining their nuclear characteristics. The dose rates which arise from these terms are provided along with an overview of radiation protection aspects for consideration in transporting and delivering such fuel assemblies to power generating utilities.     

One‐Dimensional Assemblies of Nanoparticles: Preparation,Properties, and Promise

Nanoparticle (NP) assemblies are of considerable interest for both fundamental research and applications, since they provide direct bridges between nanometer‐scale objects and the macroscale world. Unlike two‐dimensional or three‐dimensional NP assemblies, which have been extensively studied and reviewed, reports on one‐dimensional (1D) NP assemblies are rather rare, even though these assemblies are likely to play critical roles in the improvement of the efficiencies of various electronic, optoelectronic, magnetic, and other devices based on single NPs or their composites. Additionally, 1D assemblies of NPs, i.e., chains, can significantly help in the understanding of a number of biological processes and fundamental quantum mechanics of nanometer‐scale systems. The difficulties are very evident when one wants to realize anisotropic 1D assemblies from presumably isotropic, zero‐dimensional NPs. In this context, the authors present a systemic review of current research on 1D NP assemblies. Their preparation methods are classified and novel characteristics of NP chains, such as collective properties and directional transfer of photons, electrons, spins, etc., are elucidated. Current problems underlying the fundamental research and practical applications of 1D NP assemblies are also addressed.