Диссертация (1026034), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Выталкивание твэлов из пуклевок ДР. Выталкивание производилосьаналогично первому этапу эксперимента на испытательной машине ZwickZ100.4.Численнаяобработкаэкспериментальнойзависимостисилыпроталкивания от относительного перемещения захвата с целью расчетаконтактных усилий между твэлом и пуклевками ДР.На втором этапе выдержки для каждого образца фиксировалисьдлительность и температура выдержки в печи. Температурные и временныепараметры испытания образцов двух серий сведены в Таблицу 1.39Рис. 2.2.Экспериментальное оборудование: слева универсальная испытательная машинаZwick Z100; в центре - печь испытательной машины ATS для испытанияматериалов на ползучесть, длительную прочность и релаксацию напряжений;справа - печь универсальной испытательной машины Zwick Z050 свозможностью заполнения объема печи аргономТаблица 1.Параметры выдержки образцов в печи№123456Серия111222Образец123123Температура, °С650550500550500450Время выдержки, ч.134227.68.511.336СредаВоздухАргонАргонАргонАргонАргонОднако, из всего количества экспериментов (6 экспериментов) только для4-хоказалосьвозможнымполучитьудовлетворительныерезультаты.Эксперимент №1 оказался безрезультатным, вследствие полного разрушенияобразца из-за интенсивного процесса окисления циркония (сплава Э110) ввоздушной среде и при высокой температуре.

Также не удалось получить40удовлетворительные результаты для образца №2, вследствие его частичногоокисления.Результаты успешных экспериментов для 6-ти твэлов из 2-ой серииобразцов приведены на Рис. 2.3.Рис. 2.3.Экспериментальные и осредненные силы проталкивания и выталкиваниятвэлов из ячеек ДР в зависимости от относительного перемещения захватаиспытательной машины41НаРис.2.3кривыелиниииллюстрируютзависимостисилыпроталкивания твэла в ячейку ДР от перемещения захвата (зеленая линия) довыдержки образца в печи и выталкивания твэла из ячейки ДР (бирюзоваялиния) после выдержки образца в печи. Прямые линии на графиках являютсяосреднением исходных экспериментальных сил. Красная линия - осредненнаясила проталкивания твэла в ячейку ДР до выдержки образца в печи, синяялиния - осредненная сила выталкивания твэла из ячейки после выдержкиобразца в печи.Как видно из графиков на Рис.

2.3 осреднение сил выполнялось поразличным базовым длинам для случая проталкивания и выталкивания твэлов.Осреднение сил проталкивания выполнялось по экспериментальным значениямсил, соответствующим относительному перемещению захвата испытательноймашины, превышающему значение 14-15 мм. Такая базовая длина былавыбрана поскольку перемещение захвата до 14 мм соответствует процессувнедрения твэла в ячейку ДР и экспериментальные силы, соответствующиевнедрению твэла, не являются максимальными и не должны учитываться приосреднении.

При выталкивании твэла из ячейки ДР базовая длина осреднениясоответствовала всему спектру значений экспериментальных сил, посколькутвэл уже был внедрен в ячейку ДР и по всей своей контактной областисоприкасался с пуклевками.Последующая численная обработка осредненных сил проталкивания ивыталкивания заключалась в пересчете последних в контактные усилия междутвэлом и пуклевками ДР. Пересчет производился с использованием законатрения скольжения [24], в котором сила трения F fr , соответствующая силепроталкивания, связана с контактной нормальной силой Fc соотношениемFfr  3 Fcгде  0.3 - коэффициент трения [77].(2.1)42Множитель 3 в формуле (2.1) появляется ввиду наличия трех контактныхобластей – пуклевок между твэлом и ячейкой ДР (Рис.

1.6).Таким образом, для каждого эксперимента рассчитывались контактныесилы до и после выдержки образца в печи. В Таблице 2 и на Рис. 2.4 приведенырезультатыэкспериментальныхисследованийрелаксацииконтактноговзаимодействия между твэлом и ячейкой ДР [24].Таблица 2.Количественные результаты экспериментальных исследований релаксацииСери Образеяц№123123ТВЭл№1123456712345671234567Контактная сила Контактная сила Релаксация,проталкиваниярелаксации,%до выдержкипосле выдержкиобразца в печи,образца в печи,НН48.214.170.626.74.1484.571.47.1190.068.46.6790.255.74.1092.662.05.3191.475.12.4796.772.46.1791.434.211.865.460.013.577.447.19.1780.549.99.0781.842.714.665.667.810.284.872.519.972.544.920.354.741.921.548.765.829.555.046.612.473.4057.719.166.860.819.068.784.142.849.043Значение релаксации r в процентном выражении в последнем столбцеТаблицы 2 вычислено по следующей формулеr  100   Fc  Fr  / Fcгде(2.2)Fr – контактная сила после выдержки образца в печи.Рис.

2.4.Результаты экспериментальных исследований релаксацииКаквидноизРис.2.4каждыйтествключаетвсебядвеэкспериментальные точки: исходную контактную силу (до выдержки образца впечи) и контактную силу после релаксации (после выдержки образца в печи).Анализируя результаты экспериментальных исследований (Таблица 2 иРис. 2.4), можно сделать следующий вывод о характере процесса релаксации44контактнойсилымеждутепловыделяющимэлементомиячейкойдистанционирующей решетки: релаксация контактной силы в значительноймере зависит от таких параметров как температура испытания, длительностьвыдержки образцов в печи, а также степень запрессовки твэла в ячейку ДР.Характер зависимости релаксации можно описать следующими выводами.1. Чем выше температура, тем интенсивнее идет процесс релаксацииконтактной силы.

Такой вывод можно сделать, сравнивая релаксации для 1-огои 2-ого образцов второй серии испытаний. При температурах 550 и 500 °Ссредняя релаксация для 1-ого и 2-ого образцов составила 91.0 и 75.4 %соответственно.2. Чем больше длительность выдержки образцов в печи, тем большевеличина релаксации, выраженная в процентах.3. Чем больше значение исходной контактной силы, тем интенсивнее идетпроцесс релаксации. Такой вывод косвенно подтверждает, что чем вышеуровень напряжений, тем интенсивнее идут процессы релаксации напряжений.2.2.Верификациятемпературногозаконаползучестидляциркониевого сплава Э1102.2.1. Методика определения оптимальных констант в законеползучести для сплава Э110Как упоминалось выше, при выборе констант в радиационном итемпературном законе ползучести присутствует неопределенность, вследствиеразличных значений констант, представленных в литературных данных [56,68,77].

Неопределенность выбора констант из известных литературныхисточников, вызвала необходимость поиска оптимальных констант в законеползучести (1.2) без учета нейтронного облучения  .Задача определения оптимальных констант в законе ползучести включалав себя проведение экспериментальных исследований, результаты которых45представленывразделе2.1,проведениерасчетныхисследованийисопоставление расчетных и экспериментальных данных по определеннойметодике, изложенной ниже, [16].Для реализации расчетных исследований релаксации контактноговзаимодействия была разработана математическая модель задачи релаксации.Расчетное ядро математической модели было реализовано в комплексе ANSYS12, и на Рис.

2.5 представлены конечно-элементные модели образцов ивыделенные в моделях контактные области.Рис. 2.5.Конечно-элементные модели образцов и контактные области между твэлами иДРКак видно из Рис. 2.5 в расчетном комплексе ANSYS 12 удалосьреализоватьвсегеометрическиеособенностиреальныхобразцов,представленных на Рис.

2.1. Верхняя модель (Рис. 2.5) состоит из единичного46твэла запрессованного в часть ДР, состоящую из 7-ми ячеек, а нижняя модельсостоит из 7-ми твэлов, запрессованных в 7 ячеек ДР.Однако, расчеты релаксации контактных сил, произведенные по двумразным моделям, сильно различались по длительности счета. Среднее времярасчета релаксации по первой модели (с одним твэлом) составляло около 300 с,а по второй – около 4500 с. Очевидно, что такая значительная разницадлительности счета была вызвана наличием во второй модели 21-ой контактнойобласти, по сравнению с 3-мя в первой модели и разницей в количествеконечных элементов и узлов: в первой модели 13428 элементов и 79884 узлов,во второй модели 42861 элементов и 217059 узлов.Помимо разницы в длительности счета, отличие расчетов по первой ивторой моделям заключалось в количестве успешных расчетов (получениебезрезультатныхрасчетовбылосвязанососложностямиврешениинелинейных уравнений в комплексе ANSYS 12).

В первой модели, количествоуспешных расчетов составляло около 98 % по отношению к общему количествурасчетов, а во второй модели эта же характеристика составила 55 %.Разница в длительности счета и количество успешных расчетов для двухмоделей окончательно определили первую из двух моделей, как наиболееприемлемую для дальнейших численных исследований. Для последующегопоиска оптимальных параметров в законе ползучести использовалась толькопервая конечно-элементная модель, представленная на Рис. 2.5 сверху, хотяэксперименты были проведены для первой и для второй модели.

Разница междужесткостными характеристиками пары твэл-ячейка ДР для крайних ицентральных ячеек ДР (Рис. 2.1) компенсировалась только за счет измененияминимального вписанного внутреннего диаметра ячейки ДР (Рис. 1.6). Такимобразом, каждый твэл из второй модели, моделировался с помощью первоймодели (Рис. 2.5).Математическая модель релаксации контактного взаимодействия былареализована в MatLAB и в ANSYS 12. В MatLAB был реализован основноймодуль математической модели, в котором подготавливались исходные данные47ипроисходилаобработкарезультатоврасчетов.Исходнымиданнымиматематической модели являлись константы в законе ползучести (1.2),геометрические параметры модели и условия эксперимента.

Основнымрасчетным результатом являлась зависимость релаксации контактных сил отвремени. В ANSYS 12 было реализовано расчетное ядро, где методом конечныхэлементов (МКЭ) производилось решение задачи релаксации контактноговзаимодействия.Управлениерасчетнымядромосуществлялосьизуправляющей программы, написанной в MatLAB.На основе сопоставления экспериментальных и расчетных данных быларазработана методика расчета оптимальных параметров в законе ползучести(1.2).

Характеристики

Список файлов диссертации