Диссертация (1026034), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

В отличие от топливной сборки, рассматриваемой в работе [105],в отечественной ТВС ВВЭР-1000 твэлы взаимодействуют друг с другом черезсетчатую ДР с ячейками, представленными на Рис. 1.2.Ключевой особенностью данного метода является учет поворотастержней в ячейках ДР, что ведет за собой увеличение размерности задачи допорядка 104 и усложняет численное решение задачи.

Такое деформированиетвэлов в ТВС является несвязанным по всей длине. Так же как и в описанномвыше методе расчета, в основе лежит классическое дифференциальноеуравнение изгиба балки [72], которое описывает деформирование твэла вкаждом пролете между дистанционирующими решетками.Сложность подхода заключается в отдельном рассмотрении друг от другавсех твэлов сборки и дистанционирующих решеток.

В связи с этим, нагрузки накаждый твэл не могут быть определены без решения системы уравненийравновесия для всех твэлов и ДР. После определения нагрузок, решается задачаизгиба каждого твэла.33К недостаткам предложенного метода расчета деформирования ТВСможно отнести отсутствие учета контакта между твэлами и ДР, невозможностьописания проскальзывания твэлов в ячейках ДР и отсутствие учета релаксацииосевой силы пружинного блока, действующей на сборку.Наиболее приемлемой с точки зрения времени счета, детализации иточности расчета ТВС является инженерная методика, предложенная в работахТроянова В.М., Данилова В.Л. и Семишкина В.П. [67, 75, 89]. Метод расчетазаключается в рассмотрении пучка твэлов, как связанных между собой в местахлокации ДР. При этом поворот твэлов в ДР не рассматривается, что нанесколько порядков снижает размерность задачи, по сравнению с предыдущимметодом.

К пучку твэлов применяется гипотеза плоских сечений.Согласно предложенному методу расчета, деформирование каждого твэлавозможно только в осевом направлении, ТВС в целом рассматривается какобобщенный стержень с осредненными жесткостными характеристиками идифференциальное уравнение изгиба балки записывается для пучка твэлов.Особенностью предложенной методики является учет релаксацииконтактных сил и сил трения между твэлами и ДР, а также учетпроскальзывания твэлов [75]. Для учета проскальзывания твэлов, предлагаетсярасчет изменения контактной силы во времени между твэлом и пуклевками ДРпо следующей зависимостиQQc ,k  l  c ,kr1  G* R  Ekr , E0где(1.4)l – длина линии контакта;Qc ,k – контактная сила для одной из трех линий контакта (Рис. 1.6) в k-ыймомент времени;Qc ,k 1 – контактная сила в k–1 момент времени;34E0r , Ekr – исходный и приведенный модули упругости материала ДР длянулевого и k-ого временного шага;R – изменение радиуса оболочки твэла за время tk  tk 1 ;G*–относительнаяпоперечнаяжесткостьтвэльнойячейки,определяемая из решения трехмерной задачи деформирования моделиДР, состоящей из 7 смежных твэльных ячеек (Рис.

1.6) с помощьюконечно-элементной программы ANSYS.Рис. 1.6.Схема взаимодействия твэлов и пуклевок ДР, [75]Приведенный модуль упругости Ekr в соотношении (1.4) определяетсясогласно [75] какE0rE ,1  E0r A*trkгде(1.5)A* – коэффициент, характеризующий внутриреакторную ползучесть;t – время действия нейтронного облучения.К числу недостатков методики расчета можно отнести неточностьопределениярелаксацииконтактногоусилия,котораязаключаетсяв35универсальном для всех твэлов соотношении (1.5), неучитывающим совместноедеформирование твэлов и пуклевок ДР: соотношение (1.5) описываетконтактное взаимодействие, без решения сложной, трехмерной задачиконтакта.

Также к числу недостатков можно отнести отсутствие учетарелаксации осевой силы пружинного блока, действующей на сборку.К числу инженерных методик также относится разработанная в ОКБ«Гидропресс» и аттестованная в Ростехнадзоре программа FAME_N1 [53] длямоделирования термомеханического поведения одиночной бесчехловой ТВС.Заявлено, что вместе с упругим деформированием и тепловым расширениемэлементов ТВС в программе FAME_N1 учитывается: индивидуальноепродольное проскальзывание твэлов для каждой контактной пары «твэл-ячейкаДР»;проскальзывание твэлов при их повороте в ДР;радиационный ростматериала твэлов и направляющих каналов в продольном направлении;ползучесть конструкционных материалов твэлов, направляющих каналов и ДРпри повороте в ней твэлов и направляющих каналов; релаксация упругихнатягов в парах «твэл-ячейка ДР» за счет ползучести материала ДР и оболочектвэлов; изменение геометрических размеров оболочек твэлов во временииндивидуально для каждого твэла на каждом из расчетных участков.Существенным недостатком программы FAME_N1 является возможностьиспользования только силовых видов нагружения ТВС, в то время как вбольшинстве случаев, нагружение ТВС осуществляется кинематически.Например, для выполнения расчета с учетом изменения усилия поджатияТВС во времени, вследствие изменения длины НК и релаксации усилияпредварительного поджатия пружинного блока, необходимо использоватьитерационную процедуру, т.к.

изменение длины НК и степень релаксацииусилия предварительного поджатия пружинного блока ТВС, в свою очередьзависят от поджатия ТВС. Это вызывает большие неудобства и может служитьдополнительным источником погрешности расчетов.Таким образом, различная степень детализации топливной сборки приразработке методик расчета используется для решения задачи деформирования36ТВС с целью описания локальных или глобальных эффектов.

Настоящая работапосвящена исследованию глобальных эффектов деформирования ТВС в целоми определению ее прогибов во времени, поэтому при разработке методикирасчета релаксационной стойкости ТВС автор ориентировался на инженерныйподход.Выводы по главе 11) Анализ работ, посвященных исследованию опыта эксплуатацииотечественных реакторов ВВЭР и зарубежных реакторов PWR, показал, что впроцессе эксплуатации тепловыделяющих сборок выявлены факты ихформоизменения, препятствующие регулирующим стержням проникновению внаправляющие каналы, и могущие повлечь за собой аварийные ситуации наатомной энергетической станции.2) В результате анализа факторов, влияющих на формоизменение ТВС,были выявлены механизмы воздействия этих факторов на искривление ТВС, атакже способы их отражения в расчетных методиках.3) Анализ данных термической и радиационной ползучести циркониевыхсплавов Э110 и Э635 показал, что присутствует неопределенность при выбореконстант в законе ползучести, что вносит неточность в расчеты твэлов и ТВС ивызывает необходимость дополнительного исследования ползучести сплавов.4) В настоящее время механизм воздействия изменяющейся осевой силыпружинного блока ТВС не в полной мере отражен в расчетных методиках, чтовызываетнеобходимостьучетаэксцентриситетаточкиприложенияирелаксации осевой силы в разрабатываемых расчетных методиках.5) Анализ существующих методов расчета формоизменения ТВС показал,что все методики не в полной мере отражают основные факторы, влияющие наискривление ТВС во времени, что вызывает необходимость разработкикомплексной методики расчета релаксационной стойкости ТВС.37Глава 2.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛАКСАЦИИКОНТАКТНОГОВЗАИМОДЕЙСТВИЯТВЭЛАСДИСТАНЦИОНИРУЮЩЕЙ РЕШЕТКОЙВ настоящей главе приведены результаты натурных экспериментов порелаксации контактного взаимодействия твэла в ячейке ДР в условияхтемпературной выдержки. Первый раздел посвящен методике проведенияэкспериментов и численной обработке их результатов. Во втором разделерассматривается численное моделирование эксперимента для последующегорасчета констант в температурном законе ползучести (1.2). Определениеконстант в законе ползучести проводится методом многокритериальнойоптимизации [95].2.1.Методикапроведенияирезультатыэкспериментальныхисследований релаксации контактного взаимодействия твэла иячейки ДРПоскольку в литературных источниках нет однозначности в том, какимобразом выбирать константы в основном законе ползучести, используемом врасчетах для сплава Э110 [56, 68, 77], то автором были проведенытемпературные испытания серии образцов на релаксацию контактноговзаимодействия твэла и ячейки ДР для последующей обработки и анализарезультатовсцельюподтвержденияпроцессоврелаксациимеждувзаимодействующими элементами и расчета оптимальных констант в законеползучести [24].

Было проведено две серии испытаний по 3 испытания вкаждой серии. На Рис. 2.1 представлены образцы двух серий испытаний.Первая серия образцов (Рис. 2.1 слева) представляет из себя один твэлзапрессованный в центральную ячейку части ДР, состоящей из 7 ячеек. Образец38из второй серии (Рис. 2.1 справа) представляет из себя 7 твэлов,запрессованных в вырезанную часть ДР, также состоящую из 7 ячеек.Рис.

2.1.Две серии образцов для испытания на релаксацию контактного взаимодействиятвэла в ячейке ДРМетодика проведения эксперимента включала в себя следующие этапы:1. Проталкивание твэлов в ячейки ДР. Проталкивание производилось наиспытательной машине Zwick Z100 (Рис. 2.2 слева). В процессе проталкиванияфиксировалась сила и относительное перемещение захвата испытательноймашины.2. Выдержка образцов в печи. Выдержка производилась в печахиспытательных машин ATS и Zwick Z050 (Рис. 2.2 в центре, справа) приразличных температурах и длительности.3.

Характеристики

Список файлов диссертации