高温堆石墨堆体典型构件试验

研究了模块式球床高温堆石墨堆体中用来保持石墨块砌块之间相对位置的键和套销的剪切强度。在机械载荷、辐射和地震载荷作用下,键、销将受到剪切作用。石墨是脆性材料,其强度特性表现出很大的分散性,随尺寸和应力状态不同而不同,因此有必要研究各种因素对键和销剪切强度的影响。试验研究了尺寸、形状、受力方向、配合间隙、试件长度、加载速度、取材方向、材料种类、试件数量等9种可能的影响因素的影响。结果表明,     

高温气冷堆石墨构件断裂性能数值研究

为探究球床模块式高温气冷堆（HTR-PM）石墨堆内构件抗断裂破坏特性,提供石墨堆内构件设计和完整性评估的依据,利用经实验验证的基于内聚力模型的扩展有限元方法（XFEM）对球床模块式高温气冷堆侧反射层石墨砖的燕尾键 键槽结构进行了断裂性能的模拟分析,并对石墨断裂参数及几何尺寸等参数进行了敏感性分析。模拟结果显示：该石墨砖燕尾键 键槽结构的最大失效载荷P_max为50.7 kN,且随圆角半径而增大;P_max对石墨材料抗拉强度敏感,圆角越大越敏感,对材料断裂功、杨氏模量敏感度较小,但随着结构圆角变小变得相对更敏感,对泊松比几乎不敏感。分析结果与文献预测及实验结论具有较好的一致性。本文研究能对其他类型反应堆（如熔盐堆和快堆）的石墨构件断裂性能分析评价提供参考。     

高温气冷堆石墨构件的碰撞力学行为研究

高温气冷堆的反射层和隔热层主要由数量庞大的石墨砖和碳砖组成,在地震或冲击载荷作用下,部件之间可能发生滑移和碰撞,影响其结构完整性。简化的数值分析模型是研究这种大规模散体结构的重要手段,而其中模拟碰撞的非线性连接单元参数对分析的收敛性和结果的准确性至关重要。本文对高温气冷堆中石墨构件的3种典型碰撞形式进行了实验研究,测量得到了各碰撞模式下碰撞时间和恢复系数与碰撞速度的关系。针对碰撞实验中边界条件与堆内实际构件的差别,采用商业有限元分析软件ABAQUS对不同碰撞形式进行了数值分析,进一步获得了更为准确的碰撞特性,并通过改进的Hertz碰撞模型对实验和数值结果进行分析,得出了非线性碰撞连接单元的等效刚度系数和等效阻尼系数。最后利用数值分析方法进行了与堆内构件设计相关的质量和间隙尺寸对碰撞单元等效刚度系数和等效阻尼系数的详细研究,为高温气冷堆石墨和碳堆内构件的设计提供参考。     

高温气冷堆石墨构件的碰撞力学行为研究

高温气冷堆的反射层和隔热层主要由数量庞大的石墨砖和碳砖组成,在地震或冲击载荷作用下,部件之间可能发生滑移和碰撞,影响其结构完整性。简化的数值分析模型是研究这种大规模散体结构的重要手段,而其中模拟碰撞的非线性连接单元参数对分析的收敛性和结果的准确性至关重要。本文对高温气冷堆中石墨构件的3种典型碰撞形式进行了实验研究,测量得到了各碰撞模式下碰撞时间和恢复系数与碰撞速度的关系。针对碰撞实验中边界条件与堆内实际构件的差别,采用商业有限元分析软件ABAQUS对不同碰撞形式进行了数值分析,进一步获得了更为准确的碰撞特性,并通过改进的Hertz碰撞模型对实验和数值结果进行分析,得出了非线性碰撞连接单元的等效刚度系数和等效阻尼系数。最后利用数值分析方法进行了与堆内构件设计相关的质量和间隙尺寸对碰撞单元等效刚度系数和等效阻尼系数的详细研究,为高温气冷堆石墨和碳堆内构件的设计提供参考。     

输送速度对高温气冷堆燃料装卸系统提升段石墨球磨损性能的影响

搭建了高温气冷堆燃料装卸系统提升段石墨球磨损性能研究的实验平台,研究了10 MW高温气冷堆(HTR-10)堆用石墨球在氮气气体输送条件下与不锈钢提升管的摩擦磨损性能,重点考察了石墨球输送速度对其磨损率的影响。结果表明:石墨球在不锈钢提升管中的磨损与石墨球的输送速度存在明显的线性关系,速度越高磨损率越大;石墨球的磨损属磨粒磨损,磨损以硬质不锈钢表面粗糙峰对石墨材料的切削作用为主,磨损率较大。     

高温气冷堆石墨材料的疲劳裂纹扩展综述

迄今为止,各国的高温气冷堆均采用石墨作为其堆芯活性区及反射层的主要结构材料。由于堆内的高温高辐照环境,石墨构件一般承受较高的热应力及辐照应力,这些应力的循环变化将引起疲劳载荷。     

高温气冷堆石墨堆芯结构双层模型抗震研究

石墨堆芯结构包围球床堆芯,是高温气冷堆的重要组成部分。为满足其长期安全可靠运行的要求,使其设计合理、完整性得到保证,对石墨堆芯结构的动力学响应和结构完整性进行了研究,揭示其在运行中承受各种载荷条件(特别是地震)下的动态响应。完成的石墨堆芯结构双层模型抗震台试验中,测量模型在各种地震作用下的动力特性变化;考核石墨结构的刚度(变形)、强度和位移;分析榫、键等石墨构件的受力变形状况,整体结构的扭转。统计石墨构件经抗震试验后的破损数量,并分析了其破坏原因;通过初步的试验和模拟对比分析,探讨了石墨结构动力学响应的主要影响因素。为今后完成更大比例更复杂石墨堆芯结构模型抗震研究奠定了基础。     

HTR-PM侧反射层结构相似模型抗震试验与分析

采用石墨键榫系统连接固定的HTR-PM堆芯在地震下表现出非线性特征。为研究HTR-PM堆芯的非线性响应,清华大学核能与新能源技术研究院开展了堆芯侧反射层结构的1∶3相似模型抗震试验。试验模型由石墨砖、碳砖、石墨圆榫、方键和燕尾键组成。试验分下筒无球、下筒有球和全模型有球3种工况。每种工况分别施加白噪声、OBE、SSE等多种载荷。通过试验获得了侧反射层模型的模态、加速度动态响应、位移动态响应等结果。试验加载符合安全标准,堆内构件在地震载荷下的完整性得到验证。     

高温气冷堆包覆燃料颗粒SiC包覆层的强度和许用应力

ＳｉＣ是高温气冷堆包覆燃料颗粒复合包覆层的关键组元，其物理机械性能对高温气堆的安全特性有重要影响。ＳｉＣ层的强度具有统计分布的性质，受材料性质，试件尺寸开关和受力状态的影响。ＳｉＣ构件的设计许用应力决定于ＳｉＣ强度分布特性和允许破损率。     

研究性重水堆石墨反射层的辐照性能分析

一、前言 本堆改建工程中,正确评价石墨反射层辐照尺寸的变化,是能否实现整体吊装内壳的关键问题之一。正是从这点出发,分析了与更换内壳有密切关系的石墨反射层辐照尺寸的变化、潜能的积累和释放、抗氧化性能和强度等问题,为整体吊装反应堆内壳提供依据。     

基于巴西圆盘试验的国产石墨拉伸强度及特性研究

拉伸强度是石墨构件设计和结构完整性评价的一个重要参数，为研究国产石墨的拉伸强度及试样尺寸、石墨颗粒粒径、微观组织等对拉伸强度的影响，本文选用3种典型国产石墨，即粗颗粒、细颗粒和超细颗粒石墨，对每种石墨的4种不同尺寸规格的试样在拉伸试样机上开展巴西圆盘试验，采用高速相机捕捉劈裂破坏过程，使用扫描电镜观测断口形貌。对比分析了裂纹的扩展过程及破坏形式，测得了拉伸强度并分析了其分布特点，研究了试样尺寸、石墨颗粒粒径、微观组织等对拉伸强度的影响。结果表明：石墨劈裂试验过程满足巴西圆盘试验有效性的要求，试样尺寸越大，石墨颗粒粒径越大，越易产生二次裂纹和局部压缩破坏；通常石墨拉伸强度随试样尺寸的增大而增大，但试样尺寸较小时要综合考虑试样尺寸和颗粒粒径的影响，且材料密度越小尺寸效应越明显；石墨拉伸强度随颗粒粒径的增大呈下降趋势，表现出显著的颗粒粒径效应；石墨拉伸强度具有较大的分散性，其与石墨颗粒粒径表现出明显的相关性，细颗粒石墨拉伸强度的均匀性较粗颗粒石墨好得多，同时超细颗粒石墨明显优于细颗粒石墨；石墨的微观组织对拉伸强度有显著影响，粗颗粒石墨有较多较大的原生孔隙等缺陷，其拉伸强度最小，细颗粒石墨次之...     

高温气冷堆结构中的力学问题

本文着重介绍了高温气冷堆结构中的力学问题。由于高温气冷堆采用石墨作为主要结构材料,因而在高温、高辐照以及氧化气氛中石墨力学特性的研究是本文介绍的重点:诸如石墨在上述工作环境下的物理性质及力学性质,石墨的疲劳特性、石墨的应力分类及破坏准则等。对高温气冷堆压力容器(PCPV)应力分析中混凝土的徐变及开裂问题的研究,本文也做了介绍。     

高温气冷堆用石墨材料氧化行为研究进展

核级石墨是高温气冷堆重要的慢化剂、反射层和结构材料,其氧化腐蚀性能对反应堆安全运行至关重要,因此已成为核材料学科的研究热点之一。本文综述了国内外在核级石墨氧化腐蚀领域的研究现状,总结了核石墨氧化的化学动力学模型、失重率影响因子模型以及模拟计算模型,提出了高温气冷堆用石墨材料氧化腐蚀的研究方向。     

基于ASME规范的核石墨改进概率评价方法研究

核石墨作为慢化剂、反射层以及结构材料广泛应用于熔盐堆与气冷堆中,石墨构件的完整性对反应堆安全运行至关重要。脆性核石墨材料强度分散,相比于确定论方法概率论方法更适合对核石墨构件失效评定。本文基于ASME计算失效概率模型,改进了失效概率计算的分组标准,并运用有限元软件ABAQUS建立了NBG-18核石墨巴西圆盘劈裂模型加以验证。结果表明:与过于保守的ASME模型相比,改进的模型结果更接近于试验数据,同时比KTA3232规范更保守。改进后的模型对试件尺寸比较敏感,对网格敏感度不高。     

核级石墨断裂力学性能研究

为研究核级石墨(IG11)的断裂力学性能,对单边切口的石墨梁进行三点弯曲断裂试验,采用电子散斑干涉(ESPI)技术测量梁试件表面的场位移。试验结果表明,石墨的起裂荷载为680~838 N,峰值荷载为845~974 N;峰值荷载处,裂纹口张开位移为0.088~0.091 mm,裂纹尖端张开位移为0.016~0.018 mm,裂缝长度约为25 mm;参照混凝土双K模型及线弹性断裂力学,确定石墨的起裂断裂韧度为0.96~1.19MPa·m~(1/2),失稳断裂韧度为1.61~1.85 MPa·m~(1/2),弹性模量为10.22 GPa。不同加载步的包裹相位图表明,石墨断裂过程区接近正方形,在峰值荷载之前,边长不超过3 mm;峰值荷载之后,边长在5~8 mm范围内变化。     

研究堆燃料组件碰撞过程结构响应特性研究

对典型的研究堆燃料组件碰撞过程结构响应特性进行了数值模拟研究,分析了在碰撞过程中燃料组件应力响应特性、燃料元件定位结构的承载特征以及填充缓冲材料对燃料组件碰撞的保护效果。研究发现:在碰撞过程中燃料元件端部附近有明显的应力集中现象,增加燃料元件端部包壳长度可避免应力集中对芯体产生影响;燃料元件端部定位结构承受的载荷显著大于中部,加强端部定位结构的强度可提升燃料组件承载能力;缓冲材料在碰撞过程中对燃料组件具有良好的吸能保护功能,同时能平缓碰撞中的动能变化以及碰撞后的结构振动。      

中国实验快堆非能动余热排出系统中非能动爆破片疲劳性能试验

非能动余热排出系统是保证试验快堆安全工作的重要措施,爆破片是一种非能动超压泄放装置.本文对反复加载的疲劳载荷作用下的爆破片动作性能进行了实验研究,载荷应力为80%爆破片标定爆破压力,载荷循环次数超过1×105,疲劳试验前后的爆破片动作压力差别小于1.5%,说明余热排出系统中选用的爆破片耐疲劳性能优异,可以稳定保证非能动余热排出系统的可靠工作.     

底部支撑的快堆主容器挠曲分析

底部支撑的快堆主容器是由３个圆筒、２个圆锥壳、２个形状复杂的封头、１个大旋塞、１个堆芯支承结构和２个支承环组成的复杂结构。为了确定主容器及其支撑在地震载荷下挠曲特性的静态模型,将其简化为由４个圆筒、５个圆锥壳、２个椭圆壳和一个圆盘构成的复合结构,并将作为分析模型。然后,用有限元方法,计算出在垂直载荷、横向剪切载荷、剪切／垂直载荷多种变化速率下复合结构的挠曲载荷和挠曲模式。对高温引起的材料所氏模量降     

HTR石墨砖单柱模型抗震试验与分析

高温气冷堆的堆芯结构材料主要为石墨砖,在地震载荷下的动力学响应比较复杂。基于山东荣成石岛湾200 MW高温气冷堆示范核电站(HTR-PM)的设计,建立石墨砖单柱模型进行不同工况的振动台试验。通过白噪声、正弦波和人工地震波进行动态特性探查试验和功能验证试验,获得结构的自振频率、阻尼、加速度和位移响应等参数。结果表明,石墨砖单柱的非线性特征明显,自由状态下结构的一阶自振频率在1~5 Hz之间。石墨砖间的相对位移小于5 mm,满足设计准则要求。     

载荷对HTR-PM高温气冷堆用石墨球摩损性能的影响

采用摩擦磨损试验机研究了载荷对HTR-PM高温气冷堆用石墨球在氦气气氛下的摩损性能影响,并利用光学显微镜分析了磨损表面形貌,利用激光粒度仪和扫描电镜分析了石墨粉尘的粒度和形貌。结果表明:在氦气气氛下,摩擦系数随着载荷的增加呈现减小的趋势;产生的石墨粉尘主要呈片状或絮状体,有较强的粘附性,粒度随着载荷的增加而增加;不同载荷下,随着时间的增加,石墨球的磨损率不断减小,最终趋于一个稳定值。