熔盐堆结构材料力学研究与分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 钟阳 |
| 答辩日期 | 2019-06-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 曾广礼 |
| 关键词 | 核石墨 镍基合金 有限元 流固耦合 蠕变 |
| 英文摘要 | 熔盐堆因为使用熔盐作为冷却剂和核燃料的载体,具有安全性、经济性以及不停堆换料等优点,但同时熔盐环境也给结构材料带来了高温、载荷、辐照等各方面的严峻考验。与熔盐直接接触的结构材料主要为核石墨和高温镍基合金:其中核石墨构成堆芯结构腔体并为冷却剂熔盐提供流通通道,而镍基合金因其具有优异的力学性能和抗辐照脆化特性被用作一回路管道材料。本文通过实验获取数据,建立相应的有限元模型,对形成熔盐流通通道的堆芯石墨和回路管道合金这两种主要结构材料展开相应力学性能分析,模拟结果与实验数据相互验证,从而优化结构设计为堆芯安全提供参考。对于堆芯石墨,抗震分析是整体堆芯安全性能评估的重要环节,而熔盐和石墨密度相当,在进行堆芯结构的动态响应分析时,熔盐和石墨的流固耦合作用不可忽视。通过相似分析确定4:1等缩比振动实验模型,石墨砖的非线性响应看作是粘滞阻尼单自由度振动体系,并将石墨和熔盐的流固耦合作用等效为石墨砖振动的附加质量和附加阻尼参数。石墨块的响应按照粘滞阻尼运动方程的稳态解拟合,发现附加质量和附加附阻尼与石墨块砖之间的间隙成反比。用有限元建立单石墨层模型进行堆芯结构动态响应分析,结果表明石墨砖的最大主应力、位移都随激励振幅和频率增大而增加,当激励的振幅大于等于10mm时,单石墨反射层出现松散的现象。研究榫直径、键的尺寸和石墨之间的间隙对堆芯结动态响应的影响发现,石墨砖最大主应力、位移随榫直径变小而增大,但受石墨间隙和键的尺寸两个因素的共同制约。考虑熔盐流固耦合作用,熔盐的存在会降低石墨砖的位移峰值和模型的最大主应力,这有助于保持石墨堆芯结构的完整性。回路管道镍基合金长期处于高温载荷条件下,蠕变造成的损伤是其高温力学性能评估的重点,同时管状结构的受力状态相较于传统的单轴应力情况更为复杂,对其多轴应力下的蠕变损伤机制开展研究是反应堆内构件失效评估和安全分析的一个重要环节。为满足多轴应力状态的实验要求,搭建一套原位蠕变实验系统,在950℃下,对压力分别为18MPa、23MPa、28MPa和32MPa的镍基合金230管状多轴蠕变进行研究。合金230实验蠕变曲线主要由第一阶段和第三阶段组成,并且第三阶段在整个蠕变过程中占有相当大的比重。微观表征结果表明,950℃不同压力下的蠕变断裂方式均为沿晶断裂,且晶界附近有碳化物M_(??)C_?析出。由于氧化的影响外管壁表面会产生裂纹开口,受环向应力的作用裂纹逐渐向内壁扩散,与管壁内部由蠕变效应在晶界形成的空隙结合最终导致实验样品失效。基于实验蠕变曲线推导多轴蠕变本构方程,并通过用户定义子程序CREEP写入到ABAQUS求解器中,建立管状结构蠕变模型。对比数值模拟和实验得到的蠕变曲线,两者的一致性较好。分析模型蠕变结果,管壁中间部分为均匀膨胀,管两端出现应力和应变峰值,实验样品破口出现的位置与应力峰值位置完全符合,进一步验证模型的准确性,通过蠕变模型可以预测材料性能的演化。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 112 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/31284]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2011-2017年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 钟阳. 熔盐堆结构材料力学研究与分析[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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