基于蒙特卡罗方法的碳化硅包壳失效概率论评价

碳化硅(SiC)包壳是一种极具前景的反应堆事故容错包壳。本文基于大量实验数据,考虑尺寸效应开发了单相SiC材料、SiCf-SiC复合材料、多层SiC包壳的失效预测模型。基于此,采用核燃料性能分析程序开展了压水堆燃料pin-by-pin性能分析和包壳失效概率计算,完成了全堆芯尺度包壳安全特性不确定性评价,并以失效概率最大的燃料棒为例,通过蒙特卡罗模拟计算深入剖析了包壳应力和安全状态的关键影响因素。

碳化硅复合包壳稳态应力与失效概率分析

碳化硅(SiC)复合包壳是未来轻水堆耐事故燃料包壳候选方案之一。以三层和双层结构SiC包壳为研究对象,研究了稳态工况下SiC包壳的应力分布及失效概率估算问题。基于线弹性力学理论和材料辐照肿胀特性,考虑包壳内外压力差、径向温度梯度与辐照肿胀三种因素,并引入SiC复合材料假塑性行为,经合理简化后给出了适用于多层结构的包壳应力分布通用模型,通过比较模型解析解与数值模拟结果,验证了多层包壳应力计算模型的有效性。同时讨论了SiC复合包壳的层厚比对材料应力分布的影响。采用Weibull分布模型对寿期末高燃耗工况下的SiC包壳失效概率进行了估算,结果表明,双层SiC包壳的失效概率最低可达10^(-12),明显低于三层SiC包壳的失效概率,有助于SiC结构优化。同时,也验证了停堆工况时的环向和轴向应力激增。

孔隙特征对碳化硅复合包壳等效杨氏模量的影响

碳化硅复合材料具有良好的热稳定性、机械稳定性和化学稳定性,因此成为一种重要的核电站耐事故燃料候选包壳材料。现有工艺制备碳化硅复合材料会产生一定量的孔隙,这些孔隙对碳化硅复合包壳的力学性能产生不利影响。为探究孔隙特征对碳化硅复合包壳等效杨氏模量的影响,使用有限元分析软件COMSOL中APP开发模块,采用Java编写孔隙的随机生成算法,通过设定碳化硅复合材料的孔隙率、孔隙分布和孔隙尺寸等参数,生成不同孔隙特征的碳化硅复合包壳模型,定量地计算相应碳化硅复合包壳的等效杨氏模量并研究不同孔隙特征对等效杨氏模量的影响。研究结果显示:使用COMSOL计算软件可以较为准确地计算碳化硅复合包壳的等效杨氏模量,当孔隙分布和尺寸不变时,随着孔隙率的增加,等效杨氏模量基本呈线性降低。当孔隙率不变时,孔隙分布与孔隙尺寸对等效杨氏模量的影响不大。