关键词：压水堆;;包壳;;多层SiC包壳;;应力分布;;失效概率
摘 要：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遍大于两层SiC包壳的应力分布。同时,通过Weibull模型对应力分布的结果进行处理,得到各个情况下应力分布的结果对应的失效概率结果。计算结果表明双层SiC包壳的失效概率明显优于三层SiC包壳的失效概率。通过分析两层包壳在高燃耗工况下,内层SiC/SiCf层在厚度比为0.35的时候失效概率最小,本文结果为未来的包壳设计提供一定参考。
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