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SiC复合包壳热冲击行为分析

刘仕超 庞华 周毅 李垣明 何梁 张坤 涂腾

刘仕超, 庞华, 周毅, 李垣明, 何梁, 张坤, 涂腾. SiC复合包壳热冲击行为分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 107-112. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0107
引用本文: 刘仕超, 庞华, 周毅, 李垣明, 何梁, 张坤, 涂腾. SiC复合包壳热冲击行为分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 107-112. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0107
Liu Shichao, Pang Hua, Zhou Yi, Li Yuanming, He Liang, Zhang Kun, Tu Teng. Thermal Shock Behavior Analysis of SiC Composite Cladding[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 107-112. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0107
Citation: Liu Shichao, Pang Hua, Zhou Yi, Li Yuanming, He Liang, Zhang Kun, Tu Teng. Thermal Shock Behavior Analysis of SiC Composite Cladding[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 107-112. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0107

SiC复合包壳热冲击行为分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0107
基金项目: 国家自然科学基金(12005213; U20B2013)
详细信息
    作者简介:

    刘仕超(1986—),高级工程师,博士研究生,现从事燃料材料设计工作,E-mail: hit_lsc@163.com

    通讯作者:

    庞 华,E-mail: 2654805380@qq.com

  • 中图分类号: TL35

Thermal Shock Behavior Analysis of SiC Composite Cladding

  • 摘要: 为了解决SiC复合包壳热冲击行为模拟存在收敛性差、热冲击性能研究不足的问题,通过模拟冷却剂丧失事故(LOCA)下双层SiC复合包壳内应力状态,采用多物理场耦合的COMSOL软件对SiC复合包壳热冲击行为进行数值模拟,分析了厚度比例、热冲击温度以及端塞对SiC复合包壳的抗热冲击性能的影响。结果表明,热冲击产生的环向应力随化学气相渗透层(CVI层)与 化学气相沉积层(CVD层)厚度比例增大而增大,当CVI层与CVD层厚度比为9: 1时,SiC 复合包壳在热冲击过程中产生的环向拉应力可达113 MPa;热冲击产生的环向应力随热冲击温度差增大而增大,当热冲击温度为1200 K时,产生的环向应力达112.7 MPa;热冲击过程中端塞处有明显应力集中,其径向应力达22.3 MPa,高于文献报道的结合强度(20~25 MPa),是导致端塞连接处失效的主要原因。

     

  • 图  1  不同厚度比例SiC复合包壳环向及径向应力沿包壳厚度分布曲线

    Figure  1.  Circumferential and Radial Stress Distribution Curves of SiC Composite Cladding along Cladding Thickness under Different Thickness Ratios

    图  2  不同ΔT条件下SiC复合包壳环向及径向应力沿包壳厚度分布曲线

    Figure  2.  Circumferential and Radial Stress Distribution Curves of SiC Composite Cladding along Cladding Thickness under Different ΔT Conditions

    图  3  热冲击过程中SiC复合包壳端塞处Mises应力分布云图     

    Figure  3.  Mises Stress Distribution Nephogram of SiC Composite Cladding End Plug during Thermal Shock

    图  4  带端塞SiC复合包壳的环向与径向应力分布曲线

    Figure  4.  Circumferential and Radial Stress Distribution Curves of SiC Composite Cladding with End Plug

    表  1  模拟过程中的相关材料物性参数

    Table  1.   Relevant Material Property Parameters during Simulation

    物性参数CVI层CVD层
    密度/(kg·m−327003200
    常压比热容/(J·kg−1·K−110001000
    杨氏模量/105 MPa2.33.4
    泊松比0.130.21
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-29
  • 录用日期:  2021-11-03
  • 修回日期:  2021-05-12
  • 刊出日期:  2022-06-07

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