WWER反应堆压力容器热-力耦合行为

目的研究纯Fe、Fe-Cr和Fe-Ni二元体系合金及Fe-Cr-Ni三元体系合金材料压力容器在辐照条件下的热-力耦合行为。方法选用纯Fe、Fe-36Ni和16MND5二元体系合金以及SA508-3三元体系合金材料为研究对象,采用ABAQUS有限元软件建立压力容器模型,基于UMAT功能将Zr-4包壳材料热源的热膨胀系数模型导入有限元软件中,模拟不同合金材料的压力容器在中子辐照和高温、高压作用下的热-力耦合行为,分别分析压力容器温度场、位移场和应力场的分布情况及随辐照时间的变化情况。结果包壳温度由内壁向外壁依次降低,包壳内壁温度为353℃,最大温差为20℃。Fe-36Ni合金受到的最大应力为3.45 MPa,而纯铁受到的最大应力只有1.2 MPa。在中子辐照作用下温度和应力主要集中在压力容器的中心部位,而在压力容器的上下两端容易产生位移集中。结论合金体系的不同不影响辐照作用下压力容器的温度场、位移场和应力场的分布规律。温度、位移和应力值的大小随着合金体系的改变而改变,温度场和应力场对合金体系更为敏感,即辐照作用下燃料元件的宏观力学性能对合金元素具有敏感性。

广义双剪应力准则的一种角隅模型的数值实现及应用

理论和试验表明广义双剪应力准则比传统的Mohr-Coulomb准则能更准确地表述岩土材料的抗剪强度。然而,现有的大型有限元等数值软件中均没有基于该准则的本构模型。为对Mohr-Coulomb准则进行光滑化而提出的Gudehus-Argyris(G-A)函数,其实是广义双剪应力屈服函数的角隅函数。通过对该角隅函数的研究,构造G-A角隅模型,推导各流动矢量计算表达式;在ABAQUS平台上,采用Fortran语言编制相应的基于完全隐式向后欧拉积分算法的UMAT子程序;将该子程序应用于模拟常规三轴压缩、单轴拉伸和真三轴试验以及一均质路堤稳定性分析中,并与ABAQUS内嵌Mohr-Coulomb模型的结果进行了对比。结果表明,该角隅模型的数值实现方法是完全正确和可靠的,有利于广义双剪应力准则的实际应用,以克服传统的Mohr-Coulomb模型偏于保守的缺陷。