《核燃料多級包容結構衝擊條件下破壞的研究》是依託清華大學，由李悅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：核燃料多級包容結構衝擊條件下破壞的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李悅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
核燃料在衝擊事故工況下的包容完整性是保障核安全的關鍵。為了實現核燃料包容的高安全性，在高溫氣冷堆中採用了陶瓷包覆顆粒、石墨基體元件和金屬貯罐的多級包容結構。然而，此種結構下，在衝擊發生時應力波會在各級包容結構間形成複雜的傳播和散射，為確定其破壞形式和破損機率帶來了困難。本項目針對這一問題，提出了在利用實驗測定各級材料參數後，逐級進行數值和理論分析的研究方法，首先利用有限元和離散元耦合的方法，確定燃料元件與金屬貯罐間的作用力和貯罐的破壞行為；再採用非局部模型，對燃料元件的破壞進行分析；最後對裂紋擴展到陶瓷包覆顆粒與石墨基體界面時的擴展行為進行理論分析，從而得到衝擊條件下，陶瓷包覆顆粒的破壞機率。通過以上分析並結合有代表性的驗證實驗，建立起核燃料多級包容結構的衝擊破壞分析方法以及包容邊界破壞機率的評估方法，為核燃料包容結構的改進設計以及多級材料結構的衝擊破壞機理研究奠定理論基礎。
結題摘要
核燃料在衝擊事故工況下的包容完整性是保障核安全的關鍵。為了實現核燃料包容的高安全性，在高溫氣冷堆中採用了陶瓷包覆顆粒、石墨基體元件和金屬貯罐的多級包容結構。然而，此種結構下，在衝擊發生時應力波會在各級包容結構間形成複雜的傳播和散射，為確定其破壞形式和破損機率帶來了困難。本項目針對這一問題，利用實驗測定及文獻中已有的各級結構材料參數，對層級結構進行了數值和理論分析，採用有限元和離散元耦合的方法，不僅得到了容器的屈曲和破壞行為，而且得到了燃料元件與金屬貯罐間的作用力，進而對燃料元件的破壞機率進行了評估。這一方法為類似核燃料貯存和運輸容器在事故工況下的評估提供了依據，也為容器的最佳化設計提供了基礎。
