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双金属定位格架静态屈曲行为数值模拟研究

周明 肖忠 任全耀 秦勉 何瑞 蒲曾坪 李正阳

周明, 肖忠, 任全耀, 秦勉, 何瑞, 蒲曾坪, 李正阳. 双金属定位格架静态屈曲行为数值模拟研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 160-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050031
引用本文: 周明, 肖忠, 任全耀, 秦勉, 何瑞, 蒲曾坪, 李正阳. 双金属定位格架静态屈曲行为数值模拟研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 160-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050031
Zhou Ming, Xiao Zhong, Ren Quanyao, Qin Mian, He Rui, Pu Zengping, Li Zhengyang. Numerical Simulation Study on Static Buckling Behavior of Bimetallic Spacer Grids[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 160-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050031
Citation: Zhou Ming, Xiao Zhong, Ren Quanyao, Qin Mian, He Rui, Pu Zengping, Li Zhengyang. Numerical Simulation Study on Static Buckling Behavior of Bimetallic Spacer Grids[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 160-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050031

双金属定位格架静态屈曲行为数值模拟研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050031
基金项目: 国家重点研发计划(2022YFB1902400);四川省科技计划资助(2024YFHZ0036);四川省科技创新创业苗子工程(2022JDRC0099);中核集团青年科技创新团队项目;中核集团青年英才项目
详细信息
    作者简介:

    周 明(2000—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆核燃料设计研究,E-mail: 3143235309@qq.com

    通讯作者:

    肖 忠,E-mail: xz85903249@163.com

  • 中图分类号: TL352

Numerical Simulation Study on Static Buckling Behavior of Bimetallic Spacer Grids

  • 摘要: 定位格架的屈曲失稳行为会影响燃料组件的安全性,为掌握定位格架静态屈曲演化行为,本文基于有限元分析(FEA)方法建立双金属定位格架数值计算模型,通过计算结果与试验结果对比进行验证,并开展初始夹持力对格架强度影响研究。计算结果表明:数值模拟得到的临界屈曲载荷等结果与试验结果吻合良好;定位格架屈曲失稳的主要原因是邻近中心横排的部分条带产生塑性变形并扩大到整体;弹簧夹持力的减小对格架临界屈曲强度的影响较小,但对屈曲后的响应影响较大。本文建立的数值分析方法能够用于双金属定位格架静态临界屈曲载荷的预测,并为新型定位格架结构设计提供支持。

     

  • 图  1  燃料棒与夹持结构的接触状态

    Figure  1.  Contact Between Fuel Rods and Clamping Structure

    图  2  双金属定位格架结构模型

    Figure  2.  Structural Model of Bimetallic Spacer Grid

    图  3  延长条带方法模拟焊点

    Figure  3.  Extended Strap Method for Welding Spot Simulation

    图  4  格架屈曲计算边界条件

    Figure  4.  Boundary Conditions of Spacer Grid Bucking

    图  5  格架屈曲变形模式对比

    Figure  5.  Buckling Deformation Comparison between Test Result and FEA Result

    图  6  格架屈曲载荷-位移曲线

    Figure  6.  Load vs Displacement Curve of Grid Buckling

    图  7  格架计算结果(屈曲前)

    Figure  7.  Calculation Result of Grid (before Buckling)

    图  8  格架计算结果(屈曲临界)

    Figure  8.  Calculation Result of Grid (Critical Buckling)

    图  9  格架计算结果(屈曲后)

    Figure  9.  Calculation Result of Grid (after Buckling)

    图  10  不同方案计算结果载荷-位移曲线

    Figure  10.  Load vs Displacement Curve of Different Computational Schemes

    表  1  定位格架材料性能参数

    Table  1.   Material Properties of Spacer Grid

    材料密度
    /(g·cm−3
    杨氏模量
    /MPa
    泊松比屈服强度
    /MPa
    Zr-46560988000.368309
    Inconel 71882242001000.2931030
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    表  2  计算结果与试验结果比较

    Table  2.   Comparison Between Test Results and FEA Results

    格架静态屈曲结果 试验结果 计算结果 相对误差/%
    临界静态屈曲载荷 22227 N 22877 N 2.9
    总体平均静刚度 25662 N·mm−1 22680 N·mm−1 −8.3
    下载: 导出CSV

    表  3  不同计算方案的临界屈曲载荷结果

    Table  3.   Critical Buckling Load Results of Different Computational Schemes

    计算方案 初始夹持力/N 临界静态屈曲载荷/N 相对偏差/%
    A 34.4 22877 0
    B 26.8 22517 −1.6
    C 21.6 22349 −2.3
    D 16.5 22228 −2.8
    E 11.7 22205 −2.9
    F 7.0 22184 −3.0
    G 3.5 22167 −3.1
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-20
  • 修回日期:  2024-07-06
  • 网络出版日期:  2025-06-09
  • 刊出日期:  2025-06-09

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