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燃料组件定位格架冲击屈曲仿真分析方法与屈曲行为研究

刘胜 李朋洲 杨翊仁

刘胜, 李朋洲, 杨翊仁. 燃料组件定位格架冲击屈曲仿真分析方法与屈曲行为研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 161-169. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0161
引用本文: 刘胜, 李朋洲, 杨翊仁. 燃料组件定位格架冲击屈曲仿真分析方法与屈曲行为研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 161-169. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0161
Liu Sheng, Li Pengzhou, Yang Yiren. Study on Impact Buckling Simulation Analysis Method and Buckling Behavior of Fuel Assembly Spacer Grid[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 161-169. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0161
Citation: Liu Sheng, Li Pengzhou, Yang Yiren. Study on Impact Buckling Simulation Analysis Method and Buckling Behavior of Fuel Assembly Spacer Grid[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 161-169. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0161

燃料组件定位格架冲击屈曲仿真分析方法与屈曲行为研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0161
详细信息
    作者简介:

    刘 胜(1991—),男,博士,助理研究员,现主要从事反应堆结构力学相关研究工作,E-mail: liusheng_05@126.com

  • 中图分类号: TL352

Study on Impact Buckling Simulation Analysis Method and Buckling Behavior of Fuel Assembly Spacer Grid

  • 摘要: 燃料组件定位格架作为反应堆堆芯的重要部件,其动态屈曲行为直接关系着反应堆结构的安全。本文建立了燃料组件定位格架多次重复冲击仿真分析方法,对比了单次简单冲击仿真、多次重复冲击仿真结果与试验结果的差异,讨论了仿真分析方法对格架冲击动态屈曲行为的影响。研究发现:多次重复冲击仿真分析方法能够模拟试验重复冲击的累积变形过程,其仿真结果与试验结果吻合更好;多次重复冲击仿真和试验的冲击力-冲击初速度曲线在屈曲点附近形成屈服平台,屈服平台内回弹系数和冲击动刚度维持稳定,屈服平台后冲击力快速下降,同时回弹速度与回弹系数剧烈变化,单次简单冲击仿真的冲击力和回弹速度在屈曲点后维持稳定并缓慢增长;屈曲前,冲击加速度时程曲线具有近似对称特征,随着冲击初速度的增加,冲击回弹阶段出现“拖尾”,加速度曲线对称性破坏;多次重复冲击仿真和试验的格架屈曲变形表现为以底部横向剪切变形为主的一阶屈曲破坏,单次简单冲击仿真无法准确预测屈曲形态。本文提出的多次重复冲击仿真分析方法能建立更准确的分析模型,并更准确地揭示定位格架屈曲试验中的动态力学行为。

     

  • 图  1  17×17定位格架冲击屈曲有限元模型及边界条件

    Figure  1.  Impact Buckling Finite Element Model and Boundary Conditions of 17×17 Spacer Grid

    图  2  多次重复冲击仿真计算流程

    Figure  2.  Flow Chart of Repeat-impact Simulation

    图  3  动力松弛因子收敛曲线

    Figure  3.  Convergence Curve of Dynamic Relaxation Factor

    图  4  过盈配合模拟计算的格架等效应力云图

    X—纵向条带;Y—水平条带

    Figure  4.  Von Mises Stress Contour Induced by Interference Fit

    图  5  最大冲击力随冲击初速度变化曲线

    Figure  5.  Variations of Maximum Impact Force with Initial Velocity

    图  6  冲击质量块加速度时程

    ①—压缩;②—钝化;③—回弹;④—分离

    Figure  6.  Acceleration Time History of the Impact Mass

    图  7  回弹速度和回弹系数随冲击初速度变化曲线

    Figure  7.  Variations of Rebound Velocity and Rebound Coefficient with Initial Velocity

    图  8  冲击简谐运动周期计算示意图

    Figure  8.  Schematic of Period-calculation of Impact Simple Harmonic Motion

    图  9  冲击动刚度随冲击初速度变化曲线

    Figure  9.  Variations of Impact Stiffness with Initial Velocity

    图  10  格架冲击屈曲变形

    Figure  10.  Deformation of Spacer Grid

    表  1  315℃下格架材料力学性能参数

    Table  1.   Mechanical Parameters of Grid Materials at 315℃

    材料 密度/
    (kg·m−3)
    弹性模
    量/GPa
    泊松比 屈服强
    度/MPa
    切线模
    量/MPa
    Zr-4 6500 78 0.35 139.3 627.9
    Inconel-718 8220 184 0.27 931 4112.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-11
  • 修回日期:  2024-03-24
  • 刊出日期:  2024-06-13

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