聚变堆第一壁热/结构耦合力学行为与热疲劳性能数值模拟

发布时间：2024-05-10 21:38

　　经过多年的探索与发展,磁约束核聚变研究已开始进入实验堆建造与实验阶段。其中,聚变堆第一壁作为直接面向等离子体的关键部件,其抗热冲击性能及疲劳寿命一直倍受关注。从已有研究进展来看,面向第一壁工程应用研究开展较多,而对其抗冲击与疲劳的材料／结构力学机制研究较少。由于第一壁不仅要承受反应堆脉冲运行的周期性载荷,还可能在等离子破裂时承受极端瞬态热、磁等载荷,其材料／结构力学响应呈复杂耦合状态,这种多因素多效应耦合的疲劳、冲击损伤机制及耦合效应亟待深入研究,为发展第一壁抗疲劳与冲击性能的工艺及技术奠定基础。因此,本研究从结构力学基础出发,建立了热／结构完全耦合的热传导方程和弹塑性本构关系,并综合考虑了材料融化,凝固,汽化等多种热物理效应,形成了较完备的第一壁热／结构耦合力学分析方法,对第一壁热／结构耦合力学行为与热疲劳性能开展了初步研究,主要研究进展如下： 1)对比分析了采用相同结构参数不同面向等离子体材料(铍和钨铜梯度材料)的第一壁模型在等离子体破裂冲击下的热／结构耦合力学行为,发现冲击能流主要沉积在表层材料上,材料热物理属性差异将导致复杂的应力响应,结果显示表层采用高比热铍材料的第一壁可较大...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 计算方法与数值校核
    2.1 引言
    2.2 热弹塑性理论基础以及疲劳理论
        2.2.1 热传导理论
        2.2.2 热弹塑性理论
        2.2.3 疲劳理论
    2.3 材料的热物理参数
    2.4 计算方法和材料属性的验证
        2.4.1 热弹塑性本构关系以及材料属性验证
        2.4.2 疲劳计算验证
    2.5 本章小结
第3章 典型第一壁模型的热/结构耦合动力学行为分析
    3.1 引言
    3.2 计算模型
    3.3 加载条件
    3.4 计算结果与分析
        3.4.1 不同第一壁结构在稳态运行工况下性能对比
        3.4.2 1GW热流冲击下的响应过程对比
        3.4.3 2GW热流冲击下的响应过程对比
    3.5 综合分析
    3.6 本章小结
第4章 基于W/Cu梯度材料的聚变堆第一壁结构优化
    4.1 引言
    4.2 计算模型
    4.3 加载条件
    4.4 计算结果
        4.4.1 稳态运行下成分分布指数p的影响
        4.4.2 热冲击下成分分布指数p的影响
    4.5 综合分析
    4.6 本章小结
第5章 优化结构的第一壁模型疲劳性能分析
    5.1 引言
    5.2 计算模型与加载条件
    5.3 第一壁低周期热疲劳寿命预测
        5.3.1 峰值温度分布与应力应变分布
        5.3.2 疲劳参数的确定
        5.3.3 易疲劳点的疲劳寿命预测
    5.4 热冲击对第一壁疲劳寿命的影响
    5.5 不同幅值的热冲击对第一壁疲劳寿命的影响
    5.6 综合分析
    5.7 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 工作总结
    6.2 下一步工作展望
参考文献
附录
致谢
在读期间发表的学术论文



本文编号：3969053