Диссертация (1026034), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

[8, 42, 81].При описании виброползучести выделяют несколько подходов:- Постулируется подобие кривых статической и циклической ползучестии вводится приведенное напряжение, равное такому статическому, при которомдолговечность в режиме статической ползучести совпадает с долговечностью врежиме циклической ползучести;- Определение виброползучести, как функции от уровня напряжений,температуры, характера вибронагрузки и свойства самого материала. При этомподходе, определяющие соотношения справедливы только для фиксированнойчастоты вибраций.-Суммированиеповрежденийпривиброползучести.Подходподразумевает, что скорость накопления повреждений зависит от различногорода воздействий, нагрузок и условий окружающей среды.- Кинетическая концепция виброползучести.

Кинетическая концепцияподразумевает представление скорости деформаций ползучести, как функцииот статического и циклического напряжений, температуры и параметровсостояния, которые связаны между собой кинетическими соотношениями [57].27- Энергетическая концепция виброползучести [59].Однако, рассмотрение влияния виброползучести на деформирование ТВСвыходит за рамки настоящего исследования.Осевая сила пружинного блока, действующая на ТВС и удерживающаяТВС от всплытия в потоке теплоносителя, существенно влияет на искривлениеТВС [7]. Задание определенной величины осевой силы осуществляетсядоработкой платиков блока защитных труб (БЗТ) (Рис. 1.5) в течениеэксплуатации ТВС.Блок защитных трубАктивная зонареактораШахтавнутрикорпуснаяКорпус реактораРис.

1.5.Внутрикорпусные элементы реактора28В работе [34] подчеркивается, что задача расчета величины поджатияпружинного блока – весьма трудоемка и зависит от радиационного роста НК ирелаксации сил пружин блока.Учет релаксации силы пружинного блока в расчетных методиках впервыепроизведен в работах [29,30,89]. Однако, при детальном моделированиирелаксациисилыкаждойпружиныблока,вследствиеградиентовтемпературного и нейтронного полей, возникает эксцентриситет точкиприложения осевой силы во времени. Наличие эксцентриситета точкиприложениясилыспособствуетвозникновениюизгибающегомомента,который вносит вклад в искривление сборки [12]. Влияние релаксации осевойсилы и смещения ее точки приложения на формоизменение ТВС в настоящеевремя в расчетных методиках не отражено, в связи с этим, учет этих факторовнеобходим в разрабатываемой методике расчета релаксационной стойкостиТВС.Плотностьформированияактивнойзоныоказываетвлияниенамаксимально возможный прогиб ТВС [7].

За счет снижения величинымежкассетного зазора ограничивается поперечное перемещение ТВС. Однако,побочным эффектом увеличения плотности формирования активной зоны,является возникновение дополнительных поперечных сил от взаимодействия ссоседними сборками. Учет влияния плотности формирования активной зоныцелесообразен при моделировании поведения всех ТВС активной зоны [29,74].При моделировании поведения единичной ТВС актуальным остается учетпоперечных нагрузок от соседних ТВС [80].Согласно [7] эксплуатация ТВС возможна при нескольких режимах:разогрев реактора и изменение мощности.

При разных режимах работыреактора изменяется выгорание, нейтронное облучение и температура. Однако,как показали испытания, существенное влияние на формоизменение ТВСрежимы работы реактора не оказывают. Влияние режимов эксплуатации, восновном, сказывается косвенно за счет изменения мощности нейтронногооблучения и температуры. Таким образом, в методике расчета релаксационной29стойкости, учет выгорания производится косвенно, посредством зависимостискоростидеформацийползучестиотплотностипотоканейтроновитемпературы: соотношение (1.2).Всетопливныесборки,начинаяспервыхсерийныхТВС,устанавливались на днище реактора посредством крепления «шара по конусу»[7, 40].

Такое крепление имеет существенное преимущество: меньшаязависимость ориентации кассеты от прогиба днища шахты. На Рис. 1.2представлен общий вид ТВС, на котором изображен хвостовик ТВС сосферической поверхностью для крепления к днищу реактора.Крепление«шарпоконусу»отражаетсявметодикерасчетарелаксационной стойкости, посредством моделирования закрепления нижнейчасти ТВС в виде заделки, что подтверждается в работах [68,75,76,77,80].Конструктивное исполнение головки ТВС (Рис.

1.2) в расчетных методикахотражается в виде шарнирного опирания, о чем свидетельствует работа [80].Влияние количества и размеров ДР на формоизменение ТВС отражено наРис. 1.4. С увеличением количества ДР жесткость ТВС возрастает. Размеры ДР,а именно высота ячейки ДР при значении более 20 мм, существенно не влияютна изменение жесткости конструкции, как следует из работы [7] и Рис. 1.4. Всвязи с этим, в расчетной методике релаксационной стойкости должна бытьучтена возможность изменения количества ДР. Учет размеров ДР необходим вметодиках,детализирующихмаксимальноечислоконструктивныхособенностей ТВС, однако в инженерных методиках, отличающихся болеевысокой производительностью, но теряющих высокую точность, размерами ДРможно пренебречь.1.4.

Обзор существующих расчетных методик формоизменениятепловыделяющих сборокВсе известные методики расчета формоизменения ТВС можно разделитьпо способу моделирования на два типа: методики с применением конечно-30элементного подхода и полуаналитические численные методики с применениемупрощающих гипотез, методов теории упругости, строительной механикистержней и сопротивления материалов. Помимо этого, расчетные методикиделятся по уровню приближения описания геометрии ТВС. С точки зрениядетализации геометрии максимально полно возможно моделирование ТВС сиспользованием конечно-элементного подхода.

Наряду с достоинствамиподробного конечно-элементного анализа присутствует один существенныйнедостаток, связанный с громоздкостью вычислений и большими затратамимашинного времени счета. Проблема, в настоящее время, не потеряла своейактуальности,ввидуразвитияконечно-элементногомоделированияиповышения размерности задач.Разработка инженерных подходов и методов расчета формоизмененияТВС, основанных на упрощающих гипотезах и учитывающих лишь основныефакторы,влияющиенагеометрическуюстабильностьТВС,вызвананеобходимостью прогнозирования поведения ТВС и активной зоны в целом, нерассматривая локальные эффекты деформирования [80].Основы конечно-элементных методов расчета, учитывающих нелинейныеэффекты ползучести, подробно представлены в работах [3, 69, 70, 109, 115, 116]. При использовании конечно-элементного подхода в расчетах применяютлибо стандартные пакеты, такие как ANSYS, MSC.Nastran, Abacus, либоразрабатывают специальные программы, для решения конкретных задач, какнапример в работах [99, 100].Сложности конечно-элементного подхода возникают при разработкеспециализированных конечно-элементных программ.

Так, например, в работе[99] топливная сборка реактора PWR рассматривается как балка ЭйлераБернулли с потенциальной энергией П, выраженной следующим образомП1TT xx   0  E  xx   0  dV  u  p ,2 v31 xx – осевая деформация;где p– вектор узловых сил;u – вектор узловых перемещений;E – модуль упругости; 0 – начальные деформации от действия температуры, радиационногороста и суммарные деформации ползучести.Осевая деформация  xx является функцией от узловых осевых u0 ипоперечных перемещений w0 .2du0d 2 w0 1  dwo  xx z  ,dxdx 2 2  dx гдеz – расстояние от срединной поверхности конечного элемента;x – координата вдоль оси конечного элемента.Аппроксимация осевых и поперечных перемещений по элементуосуществляетсялинейнойинтерполяциейикубическимполиномом,соответственно.Последующие известные процедуры конечно-элементного подхода прирешении задачи осуществлялись в соответствии со стандартной схемой [62, 115, 116].Поскольку целью настоящей работы, является разработка методикирасчета ТВС в целом с использованием упрощающих гипотез, то нижеприведемкраткоеописаниесуществующихинженерныхметодик,описывающих формоизменение ТВС.Как было указано выше, аналитические и полуаналитические методырасчета формоизменения ТВС можно разделить по степени детализации.

Кнаиболее точным методам, с точки зрения детализации, можно отнестимоделированиесборкикакнаборастержней.Приэтомописывается32деформированное состояние стержня и возможность взаимодействия стержнейв сборке посредством контакта. Такой подход реализован в работе [105], гдерассматривается топливный стержень (твэл) с витой дистанционирующейпроволокой.

Трудности, с которыми сталкивается автор работы [105] примоделировании всей сборки из топливных стержней, – моделирование контактамеждустержнями.Контактныесилыопределялисьсиспользованиемитерационной процедуры, что существенно увеличивало время машинногосчета.Основойрасчетадеформированияединичноготвэласлужилоклассическое дифференциальное уравнение изгиба балки, в правой частикоторогоизгибающиймоментбылфункциейотконтактныхсил,температурных деформаций и нейтронного облучения.К следующему расчетному методу с точки зрения убывания точностидетализации можно отнести один из подходов, предложенный в работахТроянова В.М. [74, 77]. В методе рассматривается деформирование каждоготвэла, однако контакт стержней с дистанционирующими решетками неучитывается.

Характеристики

Список файлов диссертации