摘要：燃料板的鼓泡临界温度是制定研究试验堆安全系数的标准之一,通常由鼓泡退火实验确定。针对鼓泡退火实验,本研究发展了一种对UMo/Zr单片式燃料板宏观起泡行为进行计算模拟的方法,并计算分析了气腔内裂变气体原子数对鼓泡高度的影响,获得了包壳内的Mises应力和等效塑性应变随温度升高而演化的规律。研究发现,气腔周围包壳产生塑性变形是起泡的一个关键原因。此研究为燃料板起泡机理和关键影响因素分析打下了基础。

摘要：本文考虑辐照效应,改进了锆合金包壳管内部的氢原子扩散-氢化物析出-热-力耦合行为的微分控制方程。根据多物理场等效积分弱形式和所建立的耦合计算方法,在FEPG软件平台编制文件,生成多场耦合计算的有限元程序,并对程序进行了验证。计算分析了辐照蠕变对锆合金包壳管堆内吸氢所致多场耦合行为演化的影响,结果表明:辐照蠕变导致包壳管内产生应力松弛,促使Mises应力显著降低,同时导致静水应力由负值转变为正值,进而影响氢原子的扩散;与不考虑辐照蠕变的结果进行对比,发现辐照蠕变会增大燃料芯块与包壳管局部接触区域的负的静水应力的绝对值及向外的静水应力梯度,导致接触区域内的氢原子浓度减小,接触区域周围的氢原子浓度增大。

摘要：UN-U_(3)Si_(2)复合燃料在未来先进耐事故燃料元件中具有良好的发展前景,其堆内运行所产生的辐照蠕变及热蠕变对元件的辐照热力耦合行为及安全性会产生重要影响。基于文献中的宏观蠕变实验结果,分别针对UN和U_(3)Si_(2)多晶燃料主控的蠕变机制进行分析,通过拟合得到考虑空位扩散和位错运动机制的蠕变率模型,该模型的预测结果与实验结果吻合很好,证明了模型的合理性;基于均匀化理论建立了去除辐照肿胀效应后UN-U_(3)Si_(2)复合燃料宏观蠕变与各组分贡献的关联模型。基于文献上的复合燃料金相结构图,发展了随机建模方法,对UN-U_(3)Si_(2)复合燃料(20%U_(3)Si_(2))辐照条件下单轴拉伸蠕变实验进行了数值模拟,获得了组分材料对复合燃料宏观等效蠕变所产生的贡献,并分析了蠕变机制。分析结果表明:UN和U_(3)Si_(2)存在的辐照肿胀差异,导致复合燃料内部产生了强烈的力学相互作用;在裂变密度达到4.32×10^(27)fissions·m^(−3)时,颗粒与基体相界面处的最大von Mises应力约为外部施加的均布拉力的6倍,但由于存在低应力区,两种材料的辐照肿胀对复合燃料宏观等效蠕变应变的影响可以忽略不计。

摘要：在中子辐照的环境中,由于裂变气体产物的产生,UMo燃料芯体将演化为多孔结构,孔隙率和孔压随着燃耗增长而不断变化,促使单片式燃料元件内产生复杂的多尺度辐照热力耦合行为.本文针对UMo/Al单片式燃料元件,基于考虑芯体亚晶化及外界静水压力相关性的裂变气体肿胀模型,建立了芯体孔隙率随燃耗演化的理论模型,进一步考虑孔隙率及孔压影响建立了芯体/包壳界面微观正应力计算模型.将芯体孔隙率演化模型引入燃料元件多尺度辐照热力耦合行为的三维有限元模拟,实现了温度和孔隙率与芯体热传导率的实时关联,获得了辐照过程中燃料元件内热-力学场量的分布及演化规律,计算分析了孔隙率对燃料元件温度、变形、芯体/包壳界面微观正应力所产生的影响,并考察了燃料元件表面热交换系数对其辐照热-力耦合行为的影响,获得了芯体/包壳界面破坏的重要影响因素.