基于有限元模拟的聚乙烯高整体容器的完整性评价

发布时间：2020-10-24 22:22

　　中国的核电发展迅猛,未来将产生大量的放射性废料。放射性核废料的包装容器,其结构完整性,密闭性等性能,是贮藏和运输的前提条件。对于其中的中、低放射性废料的贮藏,运输处置过程,交联聚乙烯高整体性容器有着简便,高效,废物最小化程度高等明显优势,在当前国际上得到广泛应用。本文依据GB11806等标准,以一种A型货包交联高密度聚乙烯高整体容器为研究对象,借助ANSYS LS-DYNA,ANSYS Workbench等仿真分析软件,针对其在正常运输工况进行数值模拟,对交联高密度聚乙烯高整体容器进行在跌落冲击,贯穿冲击以及堆积的力学性能分析。仿真试验主要内容为:(1)利用有限元方法,建立简化的交联高密度聚乙烯高整体容器全尺寸的三维有限元模型;(2)利用材料实验结果,确定LS-DYNA中交联高密度聚乙烯的分段线性塑性材料模型所采用的材料应力-应变本构关系曲线,与塑性形变的极限值;对于动载荷试验(即跌落,贯穿),以光滑粒子动力学方法(SPH)对其填充物进行模拟;对静载荷试验(即堆积)以静水压力代替沙子进行模拟。(3)依照GB11806等标准,确定交联高密度聚乙烯高整体容器跌落、贯穿、堆码三类仿真试验的荷载并进行仿真试验。仿真试验主要结果为:(1)1.2m自由跌落情况下:倾角45°吊篮角点着地姿态与倾角45°容器角点着地姿态的货包变形量最大。局部应力,应变峰值出现在吊篮角点着地的情况。容器底部冲击点周围达到屈服极限,发生塑性形变,但容器材料仍处于塑性形变极限范围。未发生破坏,结构完整。(2)1m钢棒跌落贯穿试验中:冲击侧壁工况下,容器最大应力为18.66MPa,容器材料处于弹性阶段;未发生破坏,容器结构完整。冲击顶盖工况下,容器最大应力为最大应力为22.72MPa,最大等效应变为7.8%,发生塑性形变,但容器材料仍处于塑性形变极限范围。未发生破坏,结构完整。(3)25吨堆积试验中:顶板局部应力的最大应力为445.51MPa,未超过极限强度460MPa;容器材料最大等效应力为7.72MPa,低于屈服极限。未发生破坏,容器结构完整。经过试验得出:对交联高密度聚乙烯高整体容器而言最为危险的是倾角下落的姿态,但是仍然能够保证交联高密度聚乙烯高整体容器的结构完整性和密闭性。以上得到的有限元计算结果,证明了交联高密度聚乙烯高整体容器在力学的防护作用上满足设计要求。交联高密度聚乙烯高整体容器在正常贮运过程的工况下仍然保持结构完整,无泄露风险。本文也为此类高整体容器的结构优化以及后续试验提供了参考。
【学位单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL93
【部分图文】：

容器,清洁能源,核能,高密度聚乙烯

图 1 交联高密度聚乙烯高整体容器容器核能作为一种高效的清洁能源，受到各国重视。据报告[2]，2014 全球核能发电量为 574.0mtoe（Million tones oil equivalent 百万吨石油当量），同比增长 1.8％。0100200300400500600700其他地区欧洲与欧亚国家北美亚太地区其他国家中国

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