Диссертация (1026034), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Величина осевой силы, действующей на ТВС, в соответствии с57работами [13, 77], равна 6-8 кН. Осевая сила пружинного блока воспринимаетсянаправляющими каналами и пучком твэлов.Под понятием полной релаксации контактной силы между твэлом иячейкой ДР понимается следующие определение. В случае воздействия на твэлнулевой осевой (продольной) силы, полная релаксация наступила бы в моментравенства нулю контактной силы. В этот момент нулю равны силы трения,действующие между твэлом и ячейкой ДР в продольном направлении.
В случаевоздействия на твэл перепада (разница сил до и после ДР) осевой силы F,полная релаксация контактного взаимодействия наступит в момент равенствасил трения Ffr и F: в этот момент произойдет начало процесса фреттинг-износатвэла [80]. Формально, в момент времени, при которомF 3Ffr ,(3.1)наступит полная релаксация контактной силы.В соотношении (3.1) множитель 3 появляется вследствие наличия трехконтактных областей между твэлом и ячейкой ДР (Рис. 1.6). Изображениетвэла, с действующими на него силами от пуклевок ДР (Рис. 3.1) поясняетсоотношение (3.1).FТвэлFfrFfrFcFcРис.
3.1.Твэл с действующими на него силами: осевой, контактными и силами трения отячейки ДР58На тыльной стороне твэла (Рис. 3.1) подразумевается наличие третьейконтактной силы, вследствие, наличия трех контактных областей.Поскольку в расчетном исследовании определяется величина контактнойсилы Fc в зависимости от времени, то силу трения в соотношении (3.1)необходимо выразить через величину контактной силы. Согласно законутрения (2.1), сила Ffr связана с контактной силой соотношениемFfr Fcгде(3.2) - коэффициент трения;Fc - контактная сила взаимодействия между твэлом и пуклевкой ДР,действующая в одной контактной области;Величинакоэффициентатрениявпаретвэл-ячейкадистанционирующей решетки варьируется от 0.2 до 0.6 согласно [44].
Приисследовании влияния осевой силы на величину времени полной релаксациикоэффициент трения принимался равным 0.5.Окончательно, условие момента времени полной релаксации можнозаписать, подставив соотношение (3.2) в (3.1)F 3 Fc t ,(3.3)При наличии расчетной зависимости релаксации контактной силы отвремени t можно зафиксировать момент времени t * , когда F 3 Fc t * .
В этотмомент, согласно определению выше, наступит полная релаксация контактнойсилы.Одним из ключевых моментов при решении задачи ползучести являетсяиспользование соотношения ползучести, связывающее интенсивность скоростидеформаций ползучести e с интенсивностью напряжений e . Если в главе 2определение оптимальных констант в законе ползучести производилась только59для температурной зависимости, то в настоящей главе все расчеты произведеныдля радиационного закона ползучести, в котором значения констант были взятыиз работы [56].
Ниже приведен вид соотношения для радиационной ползучестии значения констант в этом соотношении. Q n e ,Te A exp (3.4)Значения констант в соотношении (3.4) представлены ниже.A 6.50 1032 м2с / ( Па ч) ; 1.73 1018 н / ( м2с) ;Q 6.00 103 К ; n 1.(3.5)На Рис. 3.2 слева и справа представлены графики релаксации контактнойсилы в течении 18000 и 3000 часов, соответственно.Рис. 3.2.Релаксация контактной силы между твэлом и ячейкой ДР в течении 18000 ч и3000 ч слева и справа (увеличенный вид), соответственно60Круговые метки на Рис.
3.2. обозначают момент времени, в которыйпроисходит полная релаксация контактной силы при определенном значенииосевой силы.Рис. 3.2 показывает, что влияние осевой силы на процесс релаксациинезначительно: кривые релаксации (обозначенные разными цветами) приразличных осевых силах совпадают.
Помимо этого, анализ кривых на Рис. 3.2слева показывает, что контактная сила снижается до нуля за 2000 - 3000 ч.Однако, если контактную силу в каждый момент времени соотнести с осевой,используя соотношение (3.3), то влияние осевой силы на время полнойрелаксации контактной силы будет весьма существенно.На отдельном графике представим зависимость времени полнойрелаксации от величины осевой силы, действующей на твэл (Рис. 4.4).Рис.
3.4.Зависимость времени полной релаксации контактной силы между твэлом иячейкой ДР от величины действующей на твэл осевой силыИз Рис. 3.4 следует, что чем больше величина осевой силы, действующейна твэл, тем раньше наступит момент времени, в который осевая силасравняется с силами трения и твэл сможет свободно перемещаться в61продольном направлении, вызывая процесс фреттинг-износа оболочки твэла.Однако, следует отметить, что зависимость времени полной релаксацииотражает реальную картину, только при минимальных значениях осевой силы,поскольку основную нагрузку от силы пружинного блока воспринимаютнаправляющие каналы и на твэлы приходится только малая часть всей осевойсилы.На Рис.
3.5 представлена зависимость времени полной релаксации отвеличины действующей на твэл осевой силы при ее варьировании от 0.5 до 10Н.Рис. 3.5.Зависимость времени полной релаксации контактной силы между твэлом иячейкой ДР от величины действующей на твэл осевой силыИз анализа Рис. 3.5 следует, что при осевой силе, действующей на твэл иравной 0.5 - 10 Н, значение времени полной релаксации составляет от 2300 до1000 ч, соответственно.Таким образом, в процессе эксплуатации ТВС при воздействии накаждый твэл осевой силы, равной 1.27 до 1.73 Н полная релаксация контактнойсилы произойдет через 1700-1500 ч., как видно из Рис.
3.5. Расчеты контактной62силы, в процессе релаксации, приведенные на Рис. 3.4 и 3.5 в дальнейшемиспользуются в расчетной методике релаксационной стойкости ТВС.3.2. Влияние коэффициента трения между твэлом и ДР на величинувремени полной релаксации контактной силыЗначение коэффициента трения между твэлом и ячейкой ДР варьируетсяот 0.2 до 0.6, как показано в работе [44].
При расчетах релаксации контактноговзаимодействия между твэлом и ячейкой ДР, выполненных в конечноэлементном комплексе ANSYS 12, существует возможность варьированиякоэффициента трения. На Рис. 3.6 справа и слева представлены зависимостивремени полной релаксации контактной силы от величины коэффициентатрения между твэлом и ячейкой ДР при осевой силе 1 и 10 Н, соответственно.Рис.
3.6.Зависимость времени полной релаксации контактной силы между твэлом иячейкой ДР от величины коэффициента трения при осевой силе, действующейна твэл, 1 Н (слева) и 10 Н (справа)Из анализа Рис. 3.6 следует, что величина коэффициента трениясущественно влияет на время полной релаксации: чем больше коэффициенттрения, тем более длительное время твэл защемлен в ячейке ДР и непроисходит процесса проскальзывания твэла в ячейке ДР.633.3. Влияние внешнего давления теплоносителя и внутреннегодавления в твэле на величину времени полной релаксацииконтактной силыВ нормальных условиях эксплуатации ТВС находится в потокетеплоносителя под давлением 15.6 МПа.
Давление действует на ДР и навнешнюю поверхность оболочки твэла. На внутреннюю поверхность оболочкитвэла действует давление газа в размере 4 МПа [68]. При этих условиях былипроведены расчеты релаксации контактного взаимодействия между твэлом иячейкой ДР.На Рис. 3.7 представлена зависимость времени полной релаксацииконтактной силы от величины действующей на твэл осевой силы привоздействии давления на оболочки твэла и ячейки ДР.Рис. 3.7.Зависимость времени полной релаксации контактной силы между твэлом иячейкой ДР от величины осевой силы, действующей на твэл, с учетом давленияна оболочки твэла и ДРНа Рис.
3.7 круговыми метками обозначены расчетные данные,ромбообразными метками - осредненные данные по двум расчетам и линиями -64интерполяционные данные. Как видно из рисунка результаты получены длядвух вариантов расчетов. Отличие двух расчетов состояло в различныхзначениях шага по времени: расчетные данные, обозначенные краснымиметками, были получены в расчете с шагом равным 90 - 180 ч и расчетныеданные, обозначенные бирюзовым цветом, были получены в расчете с шагомпо времени 720 - 1440 ч.Существенное различие расчетных данных для двух вариантов расчета сразличным шагом по времени может объясняться нестабильностью решениянелинейной задачи ползучести с учетом контакта в комплексе ANSYS 12.Из анализа Рис.
3.7 следует, что учет давления теплоносителя,действующего на внешние оболочки твэла и ячейки ДР, и давления газа,действующего на внутреннюю поверхность твэла существенно изменяетрасчетное время полной релаксации контактной силы. В случае воздействия натвэл осевой силы, равной 1.27 - 1.73 Н, расчетное время полной релаксацииконтактной силы составляет 14000 - 10000 ч. Однако, в случае воздействия натвэл осевой силы от 2 до 10 Н, время полной релаксации контактной силысоставляет 10000-2000 ч, соответственно. Таким образом, полная релаксацияконтактных сил между оболочками твэла и ячейкой ДР в наиболеенагруженных твэлах наступит в течение времени от 2000 до 14000 ч.3.4.
Анализ зависимостей закона радиационной ползучести напримере расчетов релаксации контактного взаимодействияВ разделах 3.1 - 3.3 при расчете релаксации контактного взаимодействияиспользовалось соотношение для закона ползучести (3.4) с константами (3.5).Однако в других работах, например в работе Троянова В.М. [77] значенияконстант отличны от приведенных в (3.5).В Таблицу 3 ниже сведены значения констант из литературныхисточников [56, 77].65Таблица 3.Значения констант в соотношениях ползучестиЛитературный источникПузанов Д.Н., [56]Троянов В.М., [77]Значение константы А,м2 с / ( Па ч)6.5 10322.9 1027Значение константы Q,К6.0 1031.3 104Значение материальной константы n в работах [56, 77] одинаково и равноединице.Для определения характеристики нейтронного облучения используютплотность полного потока нейтронов и плотность потока быстрых нейтронов.Их значения приводятся в работах Троянова В.М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
