压水堆燃料组件横向非线性特征模拟研究

压水堆燃料组件的燃料棒依靠格架进行夹持,保持燃料棒的横向和轴向定位。在燃料组件弯曲时,燃料棒与格架产生相对滑移,是燃料组件产生横向非线性特征的主要原因。本文分析典型的压水堆燃料组件格架和燃料棒夹持系统的设计特点,结合分析和试验结果,将夹持系统的滑移和弯曲特性分解为滑移单元和旋转弹簧单元的效应,从而实现夹持系统的力学模拟。通过计算与试验结果比较,验证所建立的夹持系统模型的有效性。将夹持系统模型用于燃料组件横向非线性模型中,通过模型计算与燃料组件横向拉伸试验结果对比,符合性良好。     

新型燃料组件上部连接结构数值仿真与分析

燃料组件上部连接的功能在于提供燃料组件结构的连续性和保证燃料组件结构的稳定性,对燃料组件的安全和性能起着至关重要的作用。为分析和评价一种新型燃料组件上部连接结构,考虑接触非线性、材料非线性以及大变形等因素,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该新型上部连接结构的数值仿真模型。通过数值仿真结果与试验结果的对比,认为本文建立的有限元仿真模型合理,可用于该新型燃料组件上部连接结构的分析与评价。最后对上部连接的抗拉过程进行了详细分析,认为摩擦力是其承载能力的关键因素。     

压水堆燃料组件和其它浸入水中结构在地震响应中的水力耦合

对于浸入水中结构，例如压水堆燃料组件，其水力耦合在地震响应中的影响是不可忽略的。耦合的基本特征首先表现为与模型相一致的原则。在该模型中，流体的牵制性扮演了一个重要的角色。在高度拉伸结构间的平面耦合中使用丁有限元求解法、对于目前用于堆芯地震分析的单排燃料组件模型，基于横向排约束的耦合模型显示了其简单性．并且通过了计算和试验的验证，燃料贮藏架的情况也是相似的，但在应用中显得更复杂，同时简要地讨论了非线性的影响。     

秦山第二核电厂燃料组件辐照变形测量、分析及对策研究

文章阐述了秦山第二核电厂针对燃料组件辐照变形所开展的测量与分析，总结了燃料组件辐照变形的规律性，从辐照生长、工作载荷、象限功率倾斜、热应力和热工水力等方面分析了影响燃料组件辐照变形的因素，并开展了燃料组件变形的对策研究。     

NHR200-II燃料组件定位格架简化建模方法研究

提出了一种基于NHR200-II供热堆燃料组件定位格架的简化模型。简化建模方法包括2方面:将定位格架上的内刚凸及三弯弹簧用非线性连接器代替;使用梁单元代替实际燃料棒。结合前期关于NHR200-II定位格架的研究成果,确定了非线性连接器的刚度,并通过有限元软件建立了燃料组件简化前后的1×2局部子模型,分析了其固有频率与碰撞特性,证明了简化建模方法的有效性。随后,该简化方法被应用于全尺寸的9×9定位格架模型,研究了格架夹持能力对动力学特性的影响,结果表明,该简化方法可以有效地模拟不同夹紧程度下格架的地震谱响应。综上,从有限元建模角度来看,本文提出的基于NHR200-II燃料组件定位格架的方法是有效的。      

基于ANSYS的燃料组件事故动力分析程序

对燃料组件事故动力分析的流程、燃料组件轴向模型以及横向排模型建立方法、轴向和横向事故动力响应计算方法、格架作用力和导向管应力计算方法进行了研究。基于有限元软件ANSYS的APDL和UIDL语言,引入参数化和模块化的思想,编制燃料组件事故动力分析程序,并采用编制的程序与专用软件分别对某型燃料组件进行对比验证。对比结果表明差异较小,均在工程允许误差范围之内;采用编制的程序代替专用软件进行燃料组件事故动力分析,编制的程序分析能力增强,效率更高。选取某电厂作为分析对象,采用编制的程序进行了实例计算,分析结果满足规范要求。      

田湾核电站TVS-2M先导组件堆芯热工水力分析

田湾核电站一号机组于第5燃料循环装入6组TVS-2M先导燃料组件,并将经历从第5燃料循环到第8燃料循环4年的堆内运行。本文通过对先导燃料组件堆芯热工水力分析,堆芯运行实际试验测量以及组件变形检查,验证了热工水力设计程序计算模型的合理性以及计算结果与试验结果的符合性。结果表明,TVS-2M燃料组件与AFA燃料组件具有良好的相容性,从而证实了过渡循环条件下反应堆运行的安全性和可靠性。     

基于水力学力的定位格架防勾挂设计研究

定位格架是组成燃料组件的重要部件之一，与上、下管座共同构成了整个组件的外部轮廓。为减小燃料组件吊装过程中的勾挂风险，外条带上设置导向翼已成为定位格架结构设计上的重大改进。本文主要从燃料组件在堆芯的水力学环境出发，基于定位格架在堆芯运行过程中长期承受横向水力载荷可能造成外条带变形的考虑，采用计算流体动力学（CFD）方法，研究了定位格架外条带所承受的水力作用力，并为缓解外条带的受力情况进行了研究和方案设计。研究结果表明，在外条带上开孔能有效减小两侧压差，开孔的位置向下游方向移动效果更明显，同时开孔尺寸增大也能进一步减小两侧压差；更进一步地，将开孔位置移动到刚凸处，其平衡外条带两侧压力的作用更显著，外条带刚凸的开孔设计能更大程度地缓解外条带的水力作用。这些措施将对减小由于水力学力导致的外条带变形起到积极作用，从而在换料时有望降低燃料组件吊装过程中的勾挂风险。      

板状燃料组件非线性振动特性

设计1个能模拟堆芯燃料组件工作环境和力学边界条件的台架,研究板状燃料组件的非线性振动行为。对安装在振动台上的系统进行白噪声随机激励,得到燃料组件响应-激励关系不同方向、不同介质、不同振级共42种工况的系列曲线。试验结果表明:随着激励振级加大,板状燃料组件的第一阶共振频率减小;板状燃料组件在水中的第一阶共振频率远比在空气中的小,且非线性特性仍呈软弹簧特性;板状燃料组件在环境中的振动阻尼大,能大大抑制抗震响应。     

压水堆燃料组件研发中的力学问题

燃料组件弯曲变形可能导致装卸料困难、控制棒不能完全下插;燃料组件间的微动磨蚀可能会造成元件棒破损和核燃料泄漏,这些都直接影响核电厂的安全运行和经济性。针对压水堆燃料组件研发中的组件弯曲变形、组件微动磨蚀、组件结构完整性分析等几类典型力学问题的关键因素和解决办法进行了综述和展望。     

PWR堆芯燃料组件非线性梁模型研究

In order to describe the nonlinear characteristics of the fuel assembly, a lateral beam model of assembly is built by the finite element method. The beam model is embedded with the hysteretic model to simulate the nonlinear effect occurred at lateral deformation. The calculation shows that the bending deformation and force can be derived from the nonlinear beam model, which is beneficial for the analysis of fuel assembly accidents.     

Integrity evaluation of fuel assembly for earthquake

In the present study, a method for the dynamic analysis of a reactor core is developed. Peak responses for the motions induced from earthquake are obtained for a core model. The dynamic responses such as fuel assembly shear force, bending moment, axial force and displacement, and spacer grid impact loads are investigated. Prediction of fuel assembly stress during an earthquake requires development of a fuel assembly stress analysis model capable of interfacing with the models and results discussed in the dynamic analysis of a reactor core. This analysis uses beam characteristics which describe the overall fuel assembly response. The stress analysis method and its application for the case of an increased seismic level are also presented.     

基于Johnson-Cook本构模型的压紧板弹簧刚度特性研究

燃料组件压紧板弹簧的刚度设计对其安全服役起着至关重要的作用。通过引入INCONEL 718合金的Johnson-Cook非线性本构关系,拟合了不同中子辐照剂量下INCONEL 718合金的Johnson-Cook非线性本构模型;建立了压紧板弹簧系统的有限元模型,开展了不同因素对压紧板弹簧刚度特性的影响研究。结果表明:温度、加载次数、幅值的增大会导致压紧板弹簧在循环加载下出现不同程度的软化,而加载速率的增大会使压紧板弹簧的刚度出现硬化。本文研究可为燃料组件中的压紧板弹簧刚度设计提供参考。      

Deformation analysis of fuel pins within the wire-wrap assembly of an LMFBR

Deformation of fuel pins within the wire-wrap fuel assembly of a fast breeder reactor is analyzed by two computational codes, the subchannel deformation analysis code SHADOW and the thermal-hydraulic analysis code DIANA. Coupling these codes makes it possible to analyze percisely the mechanical interactions between all fuel pins in an assembly, and the deviation of coolant temperature distribution in deformed flow channels from the nominal distribution.In this paper, particular attention is paid to the effect on fuel pin deformation of the following factors: dimensional changes in the fuel assembly components, displacement of wrapper tube walls and changes in the radial power gradients.     

快堆燃料组件抗震分析流体附加质量计算方法研究

浸没在液态钠中的快堆堆芯组件在地震作用下发生振动,可能导致组件结构损坏或堆芯结构变形,从而影响反应堆结构完整性和安全.流体使该振动表现为强烈的非线性,因此,研究地震引起的流固耦合效应对快堆抗震分析十分重要.本文主要研究流固耦合问题中附加质量的计算方法,该方法由Westergaard首先提出,是一种考虑水体对结构作用的简化动力学计算方法,它将动水压力等效成质量附加在结构上,质量等效原则自提出在各行业得到广泛应用,但缺乏详细理论推导.本文首先推导出附加质量公式,并对该公式进行有效性分析;接着对单根和两根组件用CASTEM在空气和水中进行建模;最后将频率、碰撞力分别与试验值比较.结果表明,计算值和试验值吻合.     

Numerical Analysis of the Lifting Beam's Influence on Flow Fields in Planar Fuel Assemblies

This study used the Computational Fluid Dynamics (CFD) program CFX5 to investigate the flow field in planar fuel assemblies with two types of lifting beams, and to determine the effect of the two types of lifting beams on the flow field in planar fuel assemblies. This information is helpful in optimizing the design of a planar fuel assembly. The results indicated that the first type of lifting beam had a similar effect on the planar fuel assembly as the other type, the flow distribution in narrow flow channels between fuel plates with the first lifting beam was similar to the other, and the pressure difference of the inlet and outlet of the planar fuel assembly was also similar for the two types of lifting beams. The results also indicated that the two types of lifting beams' effect on the flow field in narrow flow channels between fuel plates is small, so either of the lifting beams could be used in the planar fuel assembly's design.     

VVER燃料组件变形对象限功率倾斜的影响

本文以田湾核电厂VVER堆芯为参考对象,通过调整燃料棒栅距模拟组件弯曲变形,从而定量分析燃料组件的变形对象限功率倾斜的影响。研究表明：栅距变化引起的慢化效应和能谱变化引起的核素效应是导致组件反应性变化的关键因素,随燃耗加深而逐渐变形的燃料组件通过上述两个因素的共同作用来影响堆芯象限功率倾斜。     

堆芯燃料组件抗震分析简化模型研究

针对堆芯燃料组件在地震作用下可能发生的结构变形及破坏现象,采用简化方法对燃料组件进行时程分析,计算地震工况下格架所受的碰撞载荷以及应力情况,并将计算值与格架的压塌载荷以及导向管的应力限值进行了比较,从而对堆芯燃料组件的结构完整性进行了评估,为日后堆芯燃料组件结构的抗震性能分析计算提供参考。