第５８卷第４期原子能科学技术Vol．５８,No．４２０２４年４月AtomicEnergyScienceandTechnologyApr．２０２４颗粒团聚行为对弥散型核燃料芯体失效的影响分析董颖璇１,吕俊男２,∗,李群１,∗(１．西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室,陕西西安７１００４９;２．中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室,四川成都６１０２１３)摘要:针对燃料颗粒团聚行为对弥散型核燃料芯体失效的影响,开发了弥散型核燃料元件代表性体元模型的参数化建模及数值计算脚本,综合考虑燃料Ｇ基体界面损伤层、燃料颗粒辐照肿胀以及环境压力等关键特征进行了数值建模,系统分析了燃料颗粒团聚体积分数、颗粒团聚位置、运行环境静水压力以及基体材料性质对弥散型核燃料芯体失效的影响规律,发现燃料颗粒团聚区域是弥散型核燃料芯体失效的起点,而运行环境静水压力对芯体应力集中有抑制作用,揭示了燃料颗粒团聚现象对弥散型核燃料元件力学性能的“短板效应”.团聚区域的燃料颗粒通过密集堆叠的方法进行几何建模,局部燃料颗粒团聚体积分数由最小颗粒间距定义.有限元计算结果表明,燃料颗粒团聚体积分数越大,弥散型核燃料芯体越容易失效.而包壳外的环境压力会降低芯体内燃料颗粒团聚区域的应力水平,但随着局部团聚程度的增加,环境压力对芯体中Mises应力的影响逐渐减小.此外,燃料颗粒团聚区域相对弥散型核燃料芯体厚度方向位置改变对芯体的最大Mises应力几乎没有影响;燃料颗粒团聚区域在弥散型核燃料芯体的面内分布位置和环境压力共同决定弥散型核燃料芯体的失效行为.本研究可为弥散型核燃料元件的失效条件预测、可靠性评估和结构优化设计提供分析方法和数值依据.关键词:弥散型核燃料元件;颗粒团聚;强度分析;短板效应;基体失效中图分类号:TL３５２文献标志码:A文章编号:１０００Ｇ６９３１(２０２４)０４Ｇ０８６８Ｇ１０收稿日期:２０２３Ｇ０４Ｇ２１;修回日期:２０２３Ｇ１２Ｇ１９基金项目:国家自然科学基金(１２１７２２７０,１２２０２４２６);中核集团青年科技创新团队项目(JT２１１)∗通信作者:李群;吕俊男doi:１０．７５３８/yzk．２０２３．youxian．０２９２AnalysisofParticleAgglomerationEffectonFailureofDispersionNuclearFuelMeatDONGYingxuan１,LYUJunnan２,∗,LIQun１,∗(１．StateKeyLaboratoryforStrengthandVibrationofMechanicalStructures,SchoolofAerospace,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an７１００４９,China;２．Sciencean...
