压水堆环境下多层碳化硅包壳的热—机械行为研究

发布时间：2022-05-08 09:47

　　近年来,针对轻水堆的先进核燃料开发成为研究热点之一。尤其是日本福岛核事故之后,世界上主要核大国都加快了事故容错燃料（ATF）的研发进程,其中,ATF材料研发的一个主要方向就是燃料包壳。在ATF研发过程中,寻找锆合金包壳的替代材料是至关重要的,碳化硅（SiC）就是未来极具发展潜力的事故容错燃料（ATF）之一。SiC作为新型包壳材料,其展现出的极强的耐高温,耐辐照能力,中子吸收截面小等特性要明显优于锆合金包壳。各国对于SiC包壳探索研究过程中,以SiC复合材料和SiC共同构成多层包壳这类设计方案最为世界认可。世界各国从不同方向对多层SiC包壳进行了研究,不过国内针对多层SiC包壳方面的研发还较欠缺,特别在计算方面。本文以三层SiC包壳和两层SiC包壳为研究对象,研究了在稳态工况下三层SiC包壳和两层SiC包壳的应力分布模型和失效概率。基于薄壁圆柱体材料弹性力学基本理论和辐照膨胀等原理,推导出在内外载荷、径向温度梯度、辐照肿胀作用下的多层SiC包壳应力分析模型,并通过ANSYS以及MATLAB进行数值模拟得到应力分布的结果。结果表明,辐照肿胀是应力的主要来源;三层SiC包壳的应力分布结果要普... 

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 研究动态
        1.2.1 SiC及其复合材料研究动态
        1.2.2 多层SiC包壳研究动态
    1.3 本文主要研究内容与结构
第2章 多层SiC包壳结构与计算原理
    2.1 多层SiC包壳结构
        2.1.1 两层SiC包壳结构
        2.1.2 三层SiC包壳结构
    2.2 多层SiC包壳应力分析模型
        2.2.1 基本力学原理
        2.2.2 单层圆柱体应力分布模型
        2.2.3 多层SiC包壳模型推导
    2.3 多层SiC包壳失效模式定性分析和失效概率模型
        2.3.1 多层SiC包壳失效模式定性分析
        2.3.2 多层SiC包壳失效概率模型
    2.4 本章小结
第3章 多层SiC包壳应力分布计算与分析
    3.1 多层SiC包壳应力分析模型
    3.2 多层SiC包壳应力计算结果与分析
        3.2.1 假设条件
        3.2.2 计算参数
        3.2.3 边界条件
        3.2.4 计算结果
    3.3 本章小结
第4章 多层SiC包壳失效概率
    4.1 多层SiC包壳失效概率模型
        4.1.1 单质SiC的计算参数
        4.1.2 SiC复合纤维的计算参数
    4.2 多层SiC包壳失效概率计算
        4.2.1 三层SiC包壳失效概率
        4.2.2 两层SiC包壳失效概率
        4.2.3 两层和三层SiC包壳失效概率比较
    4.3 本章小结
第5章 总结和展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]反应堆用SiC陶瓷基复合包壳材料研究进展[J]. 陆浩然,张明.  中国核电. 2016(04)
[2]事故容错燃料芯块热学性能分析[J]. 许多挺,刘彤,任啟森,黄恒,武海龙.  核动力工程. 2016(02)
[3]SiC复合包壳堆内性能初步分析[J]. 李文杰,高士鑫,陈平,焦拥军,陈炳德.  核动力工程. 2016(01)
[4]碳化硅材料在核燃料元件中的应用[J]. 刘荣正,刘马林,邵友林,刘兵.  材料导报. 2015(01)
[5]轻水反应堆（LWR）用包壳材料研究进展[J]. 周军,李中奎.  中国材料进展. 2014(Z1)
[6]动载荷作用下区分厚壁圆筒和薄壁圆筒的一个准则[J]. 陈勇军,朱劲松,孙国有,邓贵德,郑津洋.  压力容器. 2005(06)



本文编号：3651424