夹层板的稳定性分析方程

本文用Reissner理论构造了一种八节点等参单元，对于表层较薄、夹芯剪切模量较大的复合材料夹层板，提供了一种相对简单的有限元计算方法。给出了详细的理论推导，分析了材料性质参数和板的几何参数变化的情况下，夹层板的稳定性情况，为实际的结构设计提供参考依据。     

UMo/Zr单片式燃料板起泡行为数值模拟

燃料板的鼓泡临界温度是制定研究试验堆安全系数的标准之一,通常由鼓泡退火实验确定。针对鼓泡退火实验,本研究发展了一种对UMo/Zr单片式燃料板宏观起泡行为进行计算模拟的方法,并计算分析了气腔内裂变气体原子数对鼓泡高度的影响,获得了包壳内的Mises应力和等效塑性应变随温度升高而演化的规律。研究发现,气腔周围包壳产生塑性变形是起泡的一个关键原因。此研究为燃料板起泡机理和关键影响因素分析打下了基础。     

含裂纹锆合金包壳管氢致多场耦合行为的数值模拟研究

考虑氢化物应力再取向,给出了锆合金包壳管氢致多场耦合行为的理论模型。建立了相应的多场耦合计算方法,编程获得了有限元程序。针对内压作用下的含轴向裂纹包壳管,建立了有限元模型,对其氢致多场耦合行为进行了计算分析。研究结果表明：对于含大量固溶氢原子的含裂纹包壳管,只有裂纹尖端区域析出较多的氢化物,这主要是由于此处存在很大的静水应力梯度和氢原子浓度梯度,并具有较低的氢原子固溶度;裂纹尖端析出的氢化物绝大部分沿包壳管径向,致使包壳管易于产生径向开裂,威胁其安全性;内压施加完成后,因氢化物析出膨胀,裂纹尖端区域的环向应力、径向应力、静水应力及其梯度均随时间而降低,导致氢化物析出逐渐减速。     

弥散型燃料元件可靠性与优化设计:理论建模与数值模拟

弥散型核燃料具有优于其它燃料的重要性能,已在研究试验堆和核动力堆中得到广泛应用,而且还具有许多潜在的应用前景.由于弥散型燃料所处的苛刻环境、复杂的堆内行为和结构,其可靠性与优化设计问题十分复杂.因此,建立能够反映燃料元件堆内复杂物理行为的理论模型,并利用有限元法对弥散型燃料的传热学和热力学行为进行精确数值模拟已成为实验的一个重要辅助工具,受到了国际学术界的重视.本文综述了相关研究成果,并简介了相关研究进展.     

弥散型燃料等效弹性性质的有限元模拟

弥散型核燃料元件在反应堆中的安全和可靠性与元件芯体的等效力学性能密切相关.本研究采用细观力学的方法,假设芯体中的燃料颗粒在基体中周期性排列,从中取出代表性体积元,运用有限元方法计算弥散型燃料在不同温度和颗粒体积含量下的等效弹性模量.分析比较了颗粒的体积含量和分布形式对弥散型燃料等效弹性性质的影响,并在颗粒随机排列时,将...     

辐照蠕变对锆合金包壳管吸氢所致多场耦合行为的影响

本文考虑辐照效应,改进了锆合金包壳管内部的氢原子扩散-氢化物析出-热-力耦合行为的微分控制方程。根据多物理场等效积分弱形式和所建立的耦合计算方法,在FEPG软件平台编制文件,生成多场耦合计算的有限元程序,并对程序进行了验证。计算分析了辐照蠕变对锆合金包壳管堆内吸氢所致多场耦合行为演化的影响,结果表明:辐照蠕变导致包壳管内产生应力松弛,促使Mises应力显著降低,同时导致静水应力由负值转变为正值,进而影响氢原子的扩散;与不考虑辐照蠕变的结果进行对比,发现辐照蠕变会增大燃料芯块与包壳管局部接触区域的负的静水应力的绝对值及向外的静水应力梯度,导致接触区域内的氢原子浓度减小,接触区域周围的氢原子浓度增大。     

弥散型核燃料元件的Eshelby解析分析

利用Eshelby问题的模型,在考虑温度场和辐照肿胀的条件下,采用理论分析的方法分析了颗粒的形状以及辐照肿胀对应力状态的影响。研究发现:第一主应力和Von Mises等效应力的最大值出现在颗粒和基体的边界上,它们的具体数值与颗粒形状等因素有关;燃料颗粒的辐照肿胀对第一主应力和Von Mises等效应力有很大的"增强"作用。     

弥散型燃料元件等效热传导系数的有限元模拟

弥散型燃料元件的热传导与燃料颗粒的数量、形状、大小及其分布,以及元件的几何形状和堆芯内热工条件等密切相关.采用细观计算力学的方法,按照燃料颗粒不同的排布方式从整个元件中取出单胞和代表体积单元,运用有限元法计算了弥散型燃料元件在不同温度、燃耗和颗粒体积含量下的等效热传导系数,并和理论公式进行了比较.结果表明,计算值和MaxweU模型的理论值最为接近.     

UMo/Al弥散燃料板内裂变气体肿胀的静压效应研究

将核燃料的裂变气体肿胀与静水压力计算相耦合,并考虑重要的辐照蠕变,编制了定义其复杂力学本构关系的子程序。将定义各部分材料热-力学本构关系的用户子程序引入ABAQUS软件,获得了燃料板细观尺度下辐照-热-力耦合行为的计算模拟方法,并计算分析了核燃料裂变气体肿胀的静压效应。与不考虑裂变气体肿胀静压相关性的计算结果对比发现,在裂变气体肿胀计算中引入静压的影响,将使得核燃料颗粒内的辐照肿胀应变显著减小,引起板内最高温度降低,并减弱燃料颗粒和基体间的力学相互作用,减小燃料颗粒内的等效蠕变应变,致使基体内最大Mises应力和第一主应力减小。     

在板型核燃料元件服役行为模拟中引入离散辐照数据的方法

核燃料元件的辐照工况条件一般只能以离散数据的形式给出,如何将其引入元件堆内热力耦合行为的计算模拟中成为一个关键性的问题。本文针对板型弥散核燃料元件,建立了一系列的方法,可将大量的离散辐照数据处理为所需要的数据格式,从文件中精确搜索到所需要的数据点和辐照数据,并插值到元件热力耦合分析单元的积分点。通过编制FORTRAN程序,将离散辐照数据成功地引入定义等效芯体和包壳材料热-力学本构关系的用户材料子程序、定义等效芯体产热率的子程序,从而将离散辐照工况数据引入了元件热力耦合服役行为的有限元计算。通过输出元件堆内行为有限元计算中所实际使用的工况数据,验证了离散辐照数据引入方法的正确性和高效性。