熔盐堆核石墨断裂模拟与研究

发布时间：2020-05-19 19:24

【摘要】：在历经五十多年断断续续的研究后,熔盐堆在2000年第四代反应堆国际论坛中被列入候选堆型之一。在2011年,中国科学院启动了“未来先进核裂变能”战略性先导科技专项,钍基熔盐堆系统(TMSR)作为该专项内容之一,致力于研发第四代先进核能系统。核石墨凭借其耐高温、抗辐照、稳定的化学性质、不易吸收中子等特性,在各反应堆中充当中子慢化剂、反射层材料,同时也是重要的结构材料。熔盐堆中也使用核石墨作为慢化剂、反射层和结构材料,核石墨构件的完整性将会影响到反应堆的实际使用寿命。因此,对核石墨进行断裂力学分析是很有必要的。本论文基于有限元数值模拟,从两方面对核石墨开展了研究工作:第一,在核石墨各强度中,抗拉强度最小,因而抗拉强度尤为重要。巴西圆盘试验是测量脆性样品抗拉强度的常用方法,然而标准的巴西圆盘试验无法应用在核石墨上为了使巴西圆盘试验能够适用于核石墨,在本论文中提出了新的试验夹具,并用有限元软件进行了分析验证。有限元数值结果证明了中心处带有弧度并有一扩展区域相邻的新夹具最适用于核石墨。第二,槽、卯等是核石墨构件中常见的结构,对于工程实际使用的核石墨断裂载荷会有显著的影响,在本论文中基于四点弯曲实验测量了犬骨型核石墨的断裂载荷,并且获取其裂纹扩展路径,然后使用有限元软件的扩展有限单元法进行了分析建模。为了能准确地模拟裂纹的起裂点和扩展路径,分析了不同的断裂准则的模型。对比不同倒角半径的犬骨型核石墨的四点弯曲实验与模拟结果,准确地获得了与实验一致的裂纹起裂点和裂纹扩展路径,并且对比有限元模拟和实验测量的断裂载荷,误差在5%左右。证明扩展有限单元法可以模拟核石墨的断裂过程,为今后更加复杂或者难以实施的实验打下有限元模拟的基础。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL426

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本文编号：2671359