基于蒙特卡洛方法的燃料组件压紧力研究

燃料组件压紧力受多个因素的影响,当前的确定论方法中,采用保守的假设,这些参数均取对燃料组件压紧最不利影响的值。随着目前工程上燃料组件燃耗的不断提高,采用这种方法已不能满足各工程项目的要求。文章研究了蒙特卡洛方法在压紧力计算中的运用,通过与目前在工程上采用的确定论分析方法的计算结果进行对比。采用蒙特卡洛方法能够获得更大的压紧力裕量,减小了分析方法及保守的假设带来的过度保守性,更能满足工程上对压紧的要求。文章还对比了最大压紧力和最小压紧力之间的极差的变化,分析了两种压紧力计算方法结果的离散度。采用蒙特卡洛方法计算的燃料组件压紧力极差更小,离散度低,数据更精确,为设计压紧系统时避免过大的压紧力提供指导。     

燃料组件压紧部件分析研究

燃料组件压紧部件是核反应堆燃料组件的重要部件,其性能影响到燃料组件的完整性乃至安全性,是核电厂安全审查中关注的重点之一.结合燃料组件压紧部件的要求,计算板状弹簧压紧部件全寿期内的压紧力,针对压紧力不足的风险进行了原因分析,并给出了应对措施及建议.     

考虑应力松弛和辐照影响的堆内构件压紧弹簧疲劳可靠性评估方法

针对反应堆堆内构件压紧弹簧疲劳失效模式,在考虑应力松弛和辐照影响的条件下基于仿真方法开展可靠性评估。首先结合疲劳模型和平均应力松弛Landgraf模型,考虑辐照对疲劳参数的影响,构建了压紧弹簧疲劳寿命模型。在压紧弹簧疲劳寿命模型基础上,根据广义应力-强度干涉模型定义压紧弹簧可靠度并开展灵敏度分析。以非能动压水堆AP1000压紧弹簧为例进行案例分析,在95%置信度水平下,分别计算了可靠度为95%和50%时对应的疲劳寿命。结果表明,若不考虑应力松弛,压紧弹簧总疲劳寿命下降88.3%;从经济性角度考虑寿命预测结果较为保守。通过灵敏度分析发现对可靠度影响较大的设计变量是弹性模量和疲劳强度系数,在一定可靠度下可以通过调整设计变量对压紧弹簧的疲劳可靠性评估进行优化。      

HTR-PM控制棒驱动机构检修隔离门结构设计及密封性能优化

针对HTR-PM控制棒驱动机构检修需求提出了一种隔离门结构,并通过有限元计算对隔离门的密封压紧力和密封圈外径进行优化设计,最终确定密封压紧力为20k N,密封圈外径为13mm。经试验验证,该隔离门密封后的泄漏率在0.1vol%/h以内,能有效防止一回路氦气的泄漏及放射性石墨粉尘的扩散,同时能阻挡杂质气体和异物进入一回路,可为同类工程提供一定的参考和借鉴意义。     

压紧弹性环的设计方案优化分析

压紧弹性环位于压紧部件法兰与吊篮部件法兰之间,将吊篮结构压紧并定位于反应堆压力容器内。本文应用秦山核电站压紧弹性环组件分析时的方法,对AP1000和LPP压紧弹性环采用了解析解和数值解的计算分析方法,并对可能影响预紧分析结果的塑性变形和摩擦因素进行了探讨。最终对秦山、AP1000与LPP压紧弹性环设计方案进行了分析,提出了两种优化方案。     

压紧板弹簧辐照松弛试验装置设计与验证

针对AFA3G燃料组件压紧板弹簧的特点，设计了一种压紧板弹簧辐照松弛试验装置，并通过了一系列模拟试验验证试验装置的可靠性，最终选取4组经过不同循环出堆的AFA3G燃料组件，使用该装置对其压紧板弹簧进行全行程任意位置的压紧力与形变精确测量。试验结果表明，压紧板弹簧辐照松弛试验装置重复精度为0.49%，综合精度为1.7%，满足松弛试验要求。      

模拟水环境下的压紧弹簧刚度试验及计算模型的研究

在模拟水环境下，对堆内构件压紧弹簧的缩比试样进行了刚度试验，并与有限元模拟、基于小扰度理论模型和大扰度随动模型的分析结果进行比较分析。结果表明，当摩擦系数按文献实验测值0.189取值时，有限元模拟、基于小扰度的理论模型和大扰度随动模型计算所得的刚度值均与试验所得的相近；卸载稳定段的刚度均明显小于加载稳定段的，是加载时的0.6倍左右。有限元模拟分析进一步阐明，在压紧弹簧变形过程中，压紧弹簧的截面存在转动，它与垫板之间的接触点并不是固定的，在加载和卸载过程中存在来回的径向位移。并且压紧弹簧接触面上的摩擦力方向是相反的，使得压紧弹簧在加载和卸载过程的刚度存在较大的差别。较小扰度理论模型、考虑压紧弹簧截面转动和接触点径向位移的大扰度随动模型所得的结果与有限元模拟更为接近。      

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。      

非岩性地基条件下核岛厂房-桩-土非线性动力相互作用特性研究

在模拟水环境下，对堆内构件压紧弹簧的缩比试样进行了刚度试验，并与有限元模拟、基于小扰度理论模型和大扰度随动模型的分析结果进行比较分析。结果表明，当摩擦系数按文献实验测值0.189取值时，有限元模拟、基于小扰度的理论模型和大扰度随动模型计算所得的刚度值均与试验所得的相近；卸载稳定段的刚度均明显小于加载稳定段的，是加载时的0.6倍左右。有限元模拟分析进一步阐明，在压紧弹簧变形过程中，压紧弹簧的截面存在转动，它与垫板之间的接触点并不是固定的，在加载和卸载过程中存在来回的径向位移。并且压紧弹簧接触面上的摩擦力方向是相反的，使得压紧弹簧在加载和卸载过程的刚度存在较大的差别。较小扰度理论模型、考虑压紧弹簧截面转动和接触点径向位移的大扰度随动模型所得的结果与有限元模拟更为接近。      

反射边界条件下的指向概率方法研究

本文针对反射边界条件,改进了指向概率法,使其能有效计算带反射边界条件的问题。基于改进的指向概率法,在蒙特卡洛输运程序NPTS上开发了点注量率与针孔成像计算功能,并通过典型含反射边界条件的模型验证了新方法与NPTS新增计算功能的正确性。     

控制棒驱动线缓冲结构碰撞缓冲过程分析方法

采用典型的缓冲结构探讨了连续碰撞力模型在缓冲结构与承载部件碰撞过程中的应用,同时对比了流体可压缩水力缓冲模型与流体不可压缩水力缓冲模型在应用时的区别。分别结合连续碰撞力模型与2种水力缓冲模型,进行了综合的计算分析方法研究,将计算结果与试验数据进行了对比。连续碰撞力模型与流体可压缩模型的组合更适用于活塞式水力缓冲结构。     

快中子脉冲反应堆爆发脉冲时堆体应力分布的数值模拟

为分析爆发脉冲时堆体构件的应力响应,建立了基于中国第二号快中子脉冲堆(CFBR-Ⅱ堆)的一个二维模型。采用M．C(蒙特卡洛)方法计算了模型的相对中子注量分布,推导了代替动力学方程的热加载关系式,并将计算得到的中子注量分布与实测结果引入热加载关系式中,用有限元程序计算了已知热加载情况下的几种构件的应力分布。分析认为,由于该方法能准确描述模型的几何结构．并且计算中引入了实测结果,因此,对于结构复杂的模型其计算结果应比通常采用的耦合计算方法更为合理。     

两相非均匀系统的临界计算

溶解、沉淀等工艺过程中,两相非均匀系统的临界计算是较难算准的问题。用常规的一些计算方法所得结果偏差较大。本文用ＭＣＮＰ蒙特卡洛程序对一系列两相非均匀系统的基准实验进行了计算分析,取得了较好的结果,表明点截面蒙特卡洛方法是处理这类问题的有效途径     

燃料组件铁路运输栓系系统安全分析

某反应堆燃料组件的运输采用铁路运输,燃料组件运输容器的代号为MTR-D,采用栓系系统固定运输容器.针对燃料组件运输容器MTR-D,已经完成了正常和事故条件下的安全性分析.为论证栓系系统是否满足强度方面的要求,是否能够保证货包不会前后、左右以及垂直方向的移动,本工作采用经验公式,计算了运输过程中货包承受的力,同时校核了压紧螺杆的稳定性.计算结果表明,运输栓系系统能满足铁路运输燃料组件的要求.     

基于拼接裂变矩阵的燃耗计算方法研究

为了实现高效率的输运-燃耗耦合计算,本文基于拼接裂变矩阵理论提出了一种新的燃耗计算方法。拼接裂变矩阵方法使系统的裂变矩阵可以通过预先计算的数据库获得,再根据计算模型的实际工况,按照终点区域性质进行拼接。裂变矩阵数据库采用蒙特卡罗固定源计算得到,堆芯计算也不需要蒙特卡洛模拟,因此可避开耗时的临界计算。本文采用新的燃耗计算方法计算了一个典型两组件模型燃耗600有效满功率天（EFPD）的有效增殖因子和裂变源分布,结果表明燃耗-富集度复合修正比例可将裂变源均方根误差控制在0.7%以下,证明该算法的可行性。     

形状记忆合金在法兰密封连接中的应用

形状记忆合金的记忆效应和超弹性可以用来补偿法兰密封连接由于蠕变松弛所造成的密封压紧力下降,提高法兰密封连接的可靠性.本文概述了目前国外形状记忆合金在法兰密封连接中的应用研究现状,对Ti-Ni-Pd、Ti-Ni-Hf、Fe-Mn-Si、Cu-Al-Ni和Ni-Al-Mn等合金在法兰连接上的应用前景作了初步探讨.分析认为,将形状记忆合金用于法兰连接中,除了需要考虑法兰密封连接的结构设计外,还需要积累大量基础研究数据,深入研究其记忆效应和母相状态下的压缩回弹特性,从而在对密封压紧力的稳定性和可靠性进行综合考虑后,开发出适用的高性能法兰密封连接.     

HFETR入单晶硅的反应性扰动分析

单晶硅由辐照孔道进入高通量工程试验堆(HFETR)堆芯时会引入反应性扰动和影响局部的中子注量分布。本文使用蒙特卡洛核粒子输运程序(MCNP5)和蒙特卡洛核粒子输运扩展程序(MCNPX2.6)耦合建立了HFETR数学计算模型,通过临界计算验证了模型的可用性,模拟计算了不同质量单晶硅由8#辐照孔道进入堆芯所引入的阶跃反应性扰动,并分析了8 kg单晶硅由8#辐照孔道入堆对邻近电离室孔道内轴向中子注量分布的扰动情况。研究结果表明,单晶硅入堆所引入的反应性扰动很小,符合安全要求,对邻近电离室孔道内局部的中子注量分布存在一定影响,可能会对相应的中子探测仪表产生干扰。     

基于氘氚聚变中子源的双功能锂铅包层(DFLL-TBM)模型中子学实验

为了验证双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)的中子学设计,中国科学院核能安全技术研究所·FDS凤麟核能团队利用14 MeV中子源开展了DFLL-TBM模型的中子学实验。实验中分别利用In、Al、Nb活化片和~6Li玻璃探测器测量了DFLL-TBM中子学实验模型中不同深度3个位置的活化反应率和产氚率。并利用蒙特卡洛模拟程序Super MC和FENDL3.1数据库进行了相应的模拟计算,计算值和实验值比较在10%以内吻合。结果表明计算值与实验值符合较好,所采用的计算程序和数据库适用于DFLL-TBM的计算设计。     

断层屏蔽SPECT角度函数的讨论

断层屏蔽SPECT中角度函数的引入,使探测器收集到的粒子计数在不同的角度表现出有极大值,该极大值随点源的位置而变化,它包含了丰富的信息.论文在点源/均匀圆柱体水模型下推导了极大值出现的方程,并用数值计算和蒙特卡洛模拟进行了分析和讨论.     

基于初应变理论的螺栓预紧力加载方法在应力分析中的应用

本文针对在ANSYS中建立起来的下泄热交换器下法兰设计载荷下的计算模型,提出一种用初应变法解决下泄热交换器下法兰螺栓预紧力加载的方法.在螺栓三维梁单元参数中定义梁单元的初应变,等同获得预紧力引起的初始应力场,成功解决计算模型的螺栓预紧力加载问题.并对下泄热交换器下法兰在设计载荷条件下给出了应力计算分析结果.