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燃料组件格架弹簧刚度模型研究

金渊 周赛 陈威 李伟才 张玉相

金渊, 周赛, 陈威, 李伟才, 张玉相. 燃料组件格架弹簧刚度模型研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 154-159. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0154
引用本文: 金渊, 周赛, 陈威, 李伟才, 张玉相. 燃料组件格架弹簧刚度模型研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 154-159. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0154
Jin Yuan, Zhou Sai, Chen Wei, Li Weicai, Zhang Yuxiang. Model Analysis of Fuel Assembly Grid Spring Stiffness[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 154-159. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0154
Citation: Jin Yuan, Zhou Sai, Chen Wei, Li Weicai, Zhang Yuxiang. Model Analysis of Fuel Assembly Grid Spring Stiffness[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 154-159. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0154

燃料组件格架弹簧刚度模型研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0154
详细信息
    作者简介:

    金 渊(1987—),男,高级工程师,现主要从事燃料组件方面的研究,E-mail: 644638559@qq.com

  • 中图分类号: TL352

Model Analysis of Fuel Assembly Grid Spring Stiffness

  • 摘要: 格架弹簧是压水堆燃料组件的关键零部件,其为燃料棒提供夹持功能。刚度是格架弹簧的关键特性,其关系到燃料棒的堆内运行性能。本文基于格架弹簧的结构以及受力特点,给出了格架弹簧的受力分析模型,并推导了理论刚度计算公式,即得到了格架弹簧的理论刚度模型。另外,在商业有限元软件ABAQUS中建立了多种尺寸格架弹簧实体结构的有限元刚度模型,并计算获得了格架弹簧的变形量以及刚度曲线。通过有限元结果与理论刚度模型结果的对比,证明了理论刚度模型的合理性,并分析讨论了理论刚度模型的优缺点。本文首次提出的格架弹簧理论刚度模型可用于代替格架方案设计期间的有限元迭代过程,并能快速获得优化方案的主要设计尺寸。但本文分析方法不能替代实验,在方案固化后仍需开展实验确定格架弹簧的刚度。本文得到的格架弹簧理论模型可为燃料组件格架弹簧参数的快速优化设计提供新的思路。

     

  • 图  1  单金属格架弹簧结构特征图

    Figure  1.  Structural of Single Metal Grid Spring

    图  2  典型格架弹簧受力示意图

    P—外载荷

    Figure  2.  Schematic Diagram of Loading for Typical Grid Spring      

    图  3  格架弹簧受力模型

    Figure  3.  Grid Spring Mechanical Model

    图  4  格架弹簧静定结构受力分析模型

    Figure  4.  Determinate Structure Mechanical Analysis Model for Grid Spring

    图  5  载荷及边界条件

    Figure  5.  Load and Boundary Conditions

    图  6  格架弹簧位移分布云图

    Figure  6.  Displacement Distribution Cloud of Grid Spring

    图  7  格架弹簧有限元模拟的刚度曲线

    Figure  7.  Stiffness Curve by Grid Spring Finite Element Method Simulation

    表  1  格架弹簧实体模型尺寸参数

    Table  1.   Dimensional Parameters of Grid Spring Solid Model

    参数 2L1/mm L2/mm L3/mm 2P/N θ/rad b/mm h/mm
    模型1 2.06 3.65 3.83 40 1.2 5.5 0.3
    模型2 4 3.65 3.83 40 1.2 5.5 0.3
    模型3 4 3 5 40 1.2 5.5 0.3
    模型4 5 3 5 40 1.2 5.5 0.3
      b—宽度;h—高度
    下载: 导出CSV

    表  2  理论刚度模型与有限元模拟结果对比

    Table  2.   Comparison of Theoretical Stiffness Model and Finite Element Simulation Results

    模型 对比参数 有限元模拟结果 理论刚度模型结果 相对偏差/%
    1 位移/mm 0.0689 0.0607 11.9
    刚度/(N·mm−1) 581 659 13.4
    2 位移/mm 0.0756 0.0654 13.5
    刚度/(N·mm−1) 529 612 15.7
    3 位移/mm 0.1357 0.1225 9.7
    刚度/(N·mm−1) 287 326 13.6
    4 位移/mm 0.2476 0.2143 13.4
    刚度/(N·mm−1) 162 187 15.4
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-19
  • 修回日期:  2023-12-25
  • 刊出日期:  2024-04-12

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