Диссертация (1026034), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Если обобщить приведенные определения, торелаксационная стойкость – это способность материала, объекта иликонструкции с течением времени, при приложенных нагрузках и в заданныхпределах сохранять свои упругие свойства при релаксации напряжений. Втаком виде, характеристика релаксационная стойкость может быть примененадля сложной конструкции тепловыделяющей сборки, в которой происходятпроцессы релаксации напряжений в нагруженных узлах и для которойсущественным свойством является геометрическая стабильность в заданныхпределах.ПосколькугеометрическаястабильностьТВСсвязанасдеформированным состоянием сборки, то исследование релаксационнойстойкости подразумевает изучение напряженно-деформированного состоянияконструкции ТВС.Такимобразом,возникаетнеобходимостьисследованиявлиянияползучести и релаксации напряжений на формоизменение сборки, которое внастоящей работе отражается в виде методики расчета релаксационнойстойкости ТВС.Учет ползучести при рассмотрении задачи формоизменения ТВСпроизводится с использованием моделей ползучести для материалов элементовТВС.

Вопросу разработки адекватных моделей ползучести в настоящее время8посвящено достаточно много работ, однако сложность проблемы заключается втом, что исследование ползучести, вызванной как высокой температурой так инейтронным облучением, необходимо производить в реакторных условиях сраспределением интенсивности нейтронного потока, схожим с реальнымиэксплуатационнымиусловиями.Притакихсложностях,связанныхспроведением экспериментов, возникает недостаточность экспериментальныхданных по радиационной ползучести, необходимых для верификации иразработки моделей ползучести.

Проблема неполноты экспериментальныхданных вызывает неточность и неоднозначность моделей радиационнойползучести, что также вносит неопределенность в существующие методикирасчетов формоизменения сборки в целом. Иными словами, исследованиеадекватности моделей ползучести и их влияние на расчеты элементовконструкции ТВС также являются актуальными вопросами в настоящее время.Процессы релаксации напряжений, возникающие в ТВС, в основномпроявляются в наиболее нагруженных узлах сборки, таких как: местасоединений твэлов с дистанционирующими решетками (ДР) и пружинный блокв головке ТВС.

Релаксация напряжений вызывает релаксацию контактных силмежду твэлами и ячейками ДР и релаксацию осевой силы, действующей насборку от пружинного блока.Релаксация контактных сил между твэлами и ячейками ДР способствуетослаблению натяга между контактирующими элементами и, как следствие,возможно возникновение осевого проскальзывания твэлов в сборке. Призначительном количестве твэлов, свободно перемещающихся в осевомнаправлении, происходит существенное снижение жесткости конструкцииТВС, способствующее ее нежелательному формоизменению. Одной из причин,возникновения проскальзывания, является избыточное удлинение твэловотносительно направляющих каналов.Расчетно-экспериментальноеисследованиепроцессоврелаксацииконтактных сил, оценка их влияния на работоспособность топливной сборки –9вопросы в настоящее время новые, до конца не изученные и потомуактуальные.Релаксация осевой силы, действующей на сборку от пружинного блока, –явление, уже нашедшее свое отражение в современных методиках расчетагеометрической стабильности ТВС.

Однако, детальное исследование каждойпружины блока, моделирование их работы в зависимости от различныхвнешних факторов, таких как разброс геометрических размеров пружин,неоднородность температурного и нейтронного полей в активной зоне реактораи оценка влияния пружинного блока, как набора пружин, на формоизменениеТВС – вопросы, не освященные в литературе в полной мере.Целью диссертационнойработыявляетсяразработкаметодики,алгоритма, и программы расчета релаксационной стойкости тепловыделяющейсборки атомного реактора, учитывающих ползучесть элементов конструкциисборки и релаксацию напряжений в наиболее нагруженных узлах.Реализация поставленных задач осуществляется по следующемуплану:1) Анализ разработанных ранее методов расчета релаксационной стойкости игеометрической стабильности ТВС атомного реактора и оценка степени ихполноты с точки зрения учета основных факторов, влияющих наформоизменение сборки – глава 1;2) Экспериментальное исследование релаксации контактного взаимодействиямежду твэлами и ячейками ДР с целью подтверждения релаксационныхпроцессов в ТВС – глава 2;3) Разработка расчетно-экспериментальной методики верификации констант втемпературном законе ползучести для циркониевого сплава Э110 (Zr1%Nb)– материала твэлов и ДР в ТВС – глава 2;4) Расчетноеисследованиевлиянияэксплуатационныхфакторовнарелаксацию контактного взаимодействия между твэлами и ячейками ДР –глава 3;105) Верификация радиационного закона ползучести для циркониевого сплаваЭ110 – глава 4;6) Разработка комплексной методики расчета релаксационной стойкоститепловыделяющей сборки атомного реактора – глава 5;7) Разработка методики расчета релаксации осевой силы пружинного блокаТВС.Научная новизна– Разработана математическая модель деформирования тепловыделяющейсборки, основанная на балочно-стержневом представлении ТВС, котораяпозволяет учитывать ползучесть элементов конструкции сборки, релаксациюконтактных сил между твэлами и ячейками ДР и релаксацию осевой силы,действующей от пружинного блока;– Предложена математическая модель расчета релаксации осевой силыпружинного блока, учитывающая разброс геометрических параметровпружин,неоднородностьтемпературногоинейтронногополейипозволяющая определять эксцентриситет точки приложения осевой силыотносительно геометрической оси ТВС.– Разработана расчетно-экспериментальная методика верификации констант взаконе ползучести, основанная на методе многокритериальной оптимизации,и позволяющая использовать результаты различных типов испытаний дляверификации констант.– ПредложенаконтактногометодикаэкспериментальноговзаимодействиямеждуисследованиятвэламиирелаксацииячейкамиДР,подтверждающая наличие релаксационных процессов в элементах ТВС;– Установлены эффекты проскальзывания твэлов в ячейках ДР, которыеоказывают влияние на искривление конструкции ТВС.Практическая ценность работы заключается в следующих результатах:– Разработана методика расчета релаксационной стойкости ТВС, учитывающаяползучесть основных элементов сборки, релаксацию напряжений междутвэлами и ДР и релаксацию осевой силы пружинного блока ТВС;11– Разработаныалгоритмипакетприкладныхпрограммдлярасчетарелаксационной стойкости ТВС, зарегистрированных в отделе регистрациипрограмм для ЭВМ ФГУ ФИПС, написанных на языке MatLAB ипозволяющих получать результаты для различных модификаций сборок приразличных силовых нагрузках, действующих на сборку;– Предложенаметодикарасчета,позволяющаясиспользованиемэкспериментальных данных по радиационной или термической ползучести,определять константы законов ползучести конструкционных материаловэлементов ТВС;– Результаты работы могут быть использованы на предприятиях Росатома примодернизации ядерного топлива.На защиту выносятся следующие научные положения:1) Методика расчета релаксационной стойкости ТВС, позволяющая определятьискривление конструкции сборки в зависимости от времени эксплуатации;2) Методика экспериментальных исследований релаксации контактных силмежду тепловыделяющим элементом и ячейкой дистанционирующей решетки;3) Методика расчета релаксации осевой силы пружинного блока ТВС,позволяющаяопределятьэксцентриситетточкиприложениясилыотгеометрической оси ТВС;4) Методика верификации констант в законе ползучести с использованиемэкспериментальных данных различного типа;5) Влияние проскальзывания твэлов в ячейках ДР на искривление ТВС.Апробация работыОсновныерезультатыиположенияработыдокладывалисьнавсероссийских и международных научных конференциях.– Школа-семинар для молодых ученых, ИСМАН РАН (Черноголовка, 2012 2015 г);– Международная«Современныенаучно-инновационнаятвердофазныемолодежнаятехнологии:теория,инновационный менеджмент», ТГТУ (Тамбов, 2013 - 2015 г);конференцияпрактикаи12– X международная азиатская школа-семинар «Проблемы оптимизациисложных систем», Институт теоретической и прикладной математики НАНКР, (Кыргызская Республика, Бишкек, 2014 г);– IМеждународнаяконференциямолодыхученых«Электротехника,Энергетика, Машиностроение», НГТУ (Новосибирск, 2014 г);– VIМеждународнаяконференция«Проблемымеханикисовременныхмашин», ВСГУТУ (Улан-Удэ, 2015 г);– Всероссийскаянаучно-техническаяконференция«Механикаиматематическое моделирование в технике», РАН, МГТУ им.

Характеристики

Список файлов диссертации