考虑各向异性蠕变的锆包壳鼓胀行为数值模拟方法研究

锆(Zr)合金包壳在高温和管内外压差作用下存在鼓胀及爆破失效行为,其中热蠕变是关键影响因素之一。针对α相Zr蠕变存在的各向异性特点,基于Hill准则推导了应力更新算法和一致切线刚度算法,并基于有限元方法加以实现,结合与温度和辐照相关的热-力学物性、α-β相转变模型和爆破失效限值经验模型,获得了Zr包壳的鼓胀行为分析工具。采用厚壁圆管蠕变问题的理论解析解进行了确认,通过与PUZRY系列鼓胀爆裂实验对比进行了验证,结果表明:相较于常规的各向同性蠕变算法,各向异性蠕变算法能够更好地预测α相区间的Zr包壳高温鼓胀;对于α+β混合相区间,目前常用的加权混合方法计算蠕变速率还存在较大误差;对于加压速率较大的工况,如果仅仅考虑蠕变的影响,则会存在较大误差。

大破口失水事故过程中燃料包壳鼓胀爆破模拟

为了模拟大破口失水事故中包壳鼓胀爆破大变形过程,利用圆筒厚壳应力计算公式,结合包壳材料塑性应变曲线及“流动法则”,开发包壳大变形计算模块。通过耦合燃料元件瞬态性能分析程序FTPAC(Fuel Transient Performance Analysis Code),考虑了包壳变形对间隙传热及包壳温度的影响,完成事故工况下包壳鼓胀失效行为模拟。采用燃料试验数据对程序计算结果进行验证,结果表明包壳鼓胀大变形计算模块能够较好地预测包壳变形及失效过程,计算结果合理可信。

燃料包壳大变形行为三维有限元分析研究

包壳鼓胀大变形行为是失水事故过程中的重要燃料安全问题。为了研究局部效应对包壳鼓胀大变形的影响,通过自定义锆合金包壳材料蠕变性能,建立了三维有限元非线性A BAQUS分析模型。根据给定的包壳温度、压力边界条件,研究讨论了升温速率、超压速率、温度及温度不均匀分布对失水事故下包壳大变形的影响,结果表明,局部周向温差是各向异性包壳在鼓胀过程中发生弯曲的主要原因。包壳大变形三维有限元分析模型对指导包壳鼓胀试验具有积极作用。