脆性材料剪切过程的数值仿真与试验验证

乏燃料组件剪切是乏燃料后处理的关键步骤,但由于其具有较高的放射性,科研试验中常采用由不锈钢和脆性材料组成的模拟组件来替代。针对脆性材料采用Drucker-Prager模型与Shear Damage模型相结合建立剪切本构模型,并选取脆性材料的典型代表砂浆进行剪切试验验证,通过对砂浆基体块进行加载速度为5,20,30,40,50 mm/s的剪切试验,验证了数值模型的正确性。并研究了其弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹扩展和断裂分离的全过程,以及过程中受力变形情况。研究结果显示剪切力随速度的增加在一定范围内波动,剪切力随间隙的增大呈现先增大后减小的趋势。     

乏燃料模拟组件剪切断裂过程分析

目前我国乏燃料后处理关键设备之一的剪切机仍存在一些技术性问题,为了进一步合理使用,需要得到详细的剪切力变化趋势、间隙与刀具磨损对剪切力和剪切质量的影响.本文利用ABAQUS软件对乏燃料模拟组件剪切过程进行有限元分析,得到了断裂区单元应力、应变趋势和剪切过程中剪切力的变化曲线.通过建立不同间隙和倒角时单根燃料棒剪切的有限元模型,分析了主副刀间隙和刀具磨损对剪切力和剪切质量的影响.并在乏燃料剪切实验装置上进行实验研究,实验结果与模拟结果一致,为乏燃料剪切机的有效应用提供了可靠的依据.     

乏燃料剪切实验装置的精度分析

刀具间的间隙在很大程度上决定着乏燃料剪切实验装置的剪切精度,为了提高设备的剪切精度,需要对装置刀具间的间隙进行严格地控制.以乏燃料剪切实验装置作为研究对象,利用静态和动态尺寸链构造零部件制造、装配误差与剪切刀具间间隙误差的对应关系;通过相关的实验,测定实际剪切过程中剪切力和间隙的变化以及剪切完成后刀具间的间隙大小;并与理论分析对比,给出了刀具间间隙值的具体计算结果;提出了提高乏燃料剪切实验装置精度的改进措施.     

芯棒参数对薄壁管绕弯成形质量影响分析

芯棒的使用有助于减小薄壁管绕弯成形截面扁化,但对管件的回弹角和壁厚也产生了影响。为探究芯棒前伸量、芯棒与管件间隙及芯头个数对管件质量的影响,通过正交试验设计,应用有限元软件DYNAFORM模拟了薄壁管绕弯成形过程。横截面扁化率、回弹角度、壁厚减薄率、壁厚增大率的极差分析和方差分析表明:截面扁化率随芯棒前伸量的增大而减小,随芯棒与管件间隙增大而增大,芯棒与管件间隙对截面扁化有显著性影响;壁厚减薄率随芯棒前伸量的增大而增大,芯棒前伸量对壁厚减薄有显著性影响;芯棒参数对回弹和内侧壁厚增大率的影响不具显著性。减小芯棒前伸量、芯棒与管件间隙及芯头个数将有助于提高管件弯曲质量。     

一种快堆边界下的裂变气体释放数值模型

裂变气体释放(FGR)对燃料元件的热力演化过程有着极其重要的影响,准确地模拟反应堆中裂变气体释放是燃料元件性能分析程序开发的最基本内容之一, 也是重要的评价准则. 本文围绕快堆边界下的裂变气体释放行为展开详细论述,基于气体原子与气泡行为模型,模拟了晶内气体原子的产生、自由扩散、俘获-再溶解等行为,以及晶内气泡的形成、生长、融合、移动等行为.模拟了晶界气泡的生长、连接、通道形成与气体释放等过程. 通过数值方程组离散和迭代计算,建立了一种快堆边界下的裂变气体释放数值模型. 经过与理论及实验数据对比,结果显示该模型能准确预测燃料元件的裂变气体释放份额与气体肿胀量,能较好地模拟晶内气泡浓度与尺寸. 表明该模型可以用于快堆燃料元件性能分析.     

连铸板坯飞剪剪切过程有限元模拟

本文应用弹塑性有限元法计算并分析了连铸板坯在三维热力耦合情况下的剪切过程中应力场和应变场的变化,得出了剪切力行程曲线,讨论了摩擦力,剪刃间隙,剪切速度对最大剪切力的影响。通过数值方法推导出剪切力计算公式,将结果与计算机模拟结果进行了比较,验证了模拟结果是正确的,从而说明本文所得的模拟结论可以指导实际生产。     

高温气冷堆椭球形包覆燃料颗粒应力及破损率

包覆燃料颗粒是高温气冷堆燃料元件的关键组元,在制备过程中,由于各种因素会产生非理想球型的包覆燃料颗粒。针对清华大学10 MW高温气冷堆(HTR-10)包覆燃料颗粒的结构,对典型的非理想球形包覆燃料颗粒建立了椭球模型,用薄壳理论计算了应力分布,用PANAMA程序计算了不同椭球长径比下的颗粒破损率。结果表明:椭球形颗粒的最大应力和破损率随椭球长径比增大而增大,与理想球形相比破损率提高了不到一个量级,仍小于10-8,因此,这对燃料元件来说是安全可靠的。     

整体中空夹层复合材料剪切强度分析

为研究整体中空夹层复合材料的层间剪切性能,根据材料的芯材几何结构,建立双菱形剪切力学模型,分析了经纬向剪切工况下芯材根部应力状态.采用最大应力理论推导出材料的剪切强度计算式,并预测了相应的失效模式,试验测试结果证实了理论模型的准确性.在此基础上,根据经纬向剪切强度理论计算式,进一步研究了材料织造参数对剪切强度的影响规律.结果表明:整体中空夹层复合材料的经纬向剪切强度随芯材高度的增加而降低,但随绒经纱号数或绒经密度的增加而显著提高;经向剪切强度不随芯材倾角变化而变化,而纬向剪切强度随芯材倾角的增大而增加.     

电解镍板剪切过程数值模拟及其单位剪切抗力的确定

利用Deform-3D软件对电解镍板的剪切工艺进行了弹塑性大变形有限元数值模拟仿真.将Cockroft & Latham准则应用于剪切韧性断裂的预测模拟中,确定并分析了单位剪切抗力.而且较准确的预测了剪切过程剪切力的变化趋势,得到了最大剪切力.     

管件数控弯曲工艺参数对回弹的影响

管件数控绕弯卸载后会产生回弹现象,为更好提高船舶管件绕弯成形质量,需要对弯曲卸载后的回弹进行有效控制。基于有限元软件Dynaform平台建立船用20#管数控弯曲及回弹的三维有限元模型,模拟了管件绕弯卸载后的回弹过程,通过正交实验设计,对回弹角度数据进行极差分析和方差分析,研究了工艺参数对回弹影响的显著性及规律。结果表明:对回弹角度影响显著的工艺参数顺序依次是:防皱模与管件间隙、弯模与管件间隙、芯棒前伸量、镶块与管件间隙;回弹随着弯模间隙的增大而增大,随芯棒前伸量、镶块间隙、防皱模间隙的增大而减小。同时建立显著性工艺参数与回弹角度的回归预测模型,经对比验证,此模型得到的结果与虚拟正交试验之间的相对误差不超过5%。     

不同送进量对皮尔格轧制成形的影响及验证

皮尔格冷轧无缝钢管过程中为了获得性能较好的成品需要选择合理的送进量数值,本文以冷轧304不锈钢为研究对象,借助有限元模拟软件对不同送进量下的皮尔格冷轧过程进行了完整的仿真,对比分析了送进量对金属流动速度、轧制力、等效应力、残余应力及管材回弹的影响规律.结果表明轧制过程中孔型背脊和与轧辊接触的孔型侧壁处管材金属流动速度随送进量增加而增加,轧制力、等效应力及残余应力均随送进量的增加而增大,并且送进量的增大还会显著增加管材的回弹量.借助试验轧机对不同送进量下皮尔格冷轧管进行轧制试验,对试验得到的管材进行尺寸和残余应力测量,测量结果与有限元仿真结果基本一致,为皮尔格轧制过程不同送进量的选择提供依据.     

反向凝固1Cr18Ni915F复合铸带微观组织特征和界面剪切强度

采用反向凝固法在实验室条件下研究奥氏体不锈钢复合带制取的工艺过程,通过对 复合铸带试样的金相和扫描电镜研究,发现了复合铸带由具有不同微观组织特征的３个区域 组成,即碳素钢母带区、不锈钢新相层和界面过渡区．复合铸带界面剪切强度试验的结果表明, 反向凝固奥氏体不锈钢复合铸带的界面结合性能完全达到国标的要求．     

The active commissioning process for a power reactor spent fuel reprocessing pilot plant in China

The process of a power reactor spent fuel reprocessing pilot plant (hereinafter referred to as the "pilot plant") had been completed through active commissioning. Operational and technological parameters, such as shearing, dissolution, feed clarification, co-decontamination cycle, uranium and plutonium purification cycle, and the uranium and plutonium finishing facility, were identified. In addition, technical devices including extraction and mechanical equipment, electrical installation as well as instrumentation, and auxiliary systems for safety and adaptability were also verified. The commissioning results indicated that the recovery rate and decontamination coefficients of each system satisfied the designed index requirements and the qualified productions, i.e. uranium trioxide and plutonium dioxide, were produced. Monitored values at various monitoring points in the radiological protection system were within the control range and the discharge of waste water and waste gas complied with the relevant standards. This shows that independent and innovative technology for power reactor spent fuel reprocessing had been developed by our country.     

岩石单结构面剪切变形渗透性演化规律

为了研究剪切作用下单裂隙渗透性的演化规律,在Comsol中采用Weierstrass随机分形函数来生成单裂隙,调整2个裂隙面的相对位移来模拟剪切作用,通过分析不同剪切位移条件下裂隙隙宽的变化以及不同流量下的非线性效应发生的界定范围,并绘制散点图与函数曲线拟合确定剪切过程影响裂隙渗透率的因素,给出定量关系。结果表明：未发生剪切时,隙宽的概率密度分布满足标准的高斯分布,而随着剪切过程的发生,隙宽的高斯分布被破坏,仅体现标准高斯分布的部分特征;发生剪切时,渗透率先有一个减小的过程,然后在一定范围内波动;当Re>9.6时,流体开始从线性向非线性发展。对岩石单结构面剪切变形过程中裂隙孔径变化对流体渗流特性的影响进行模拟,可为分析地质体中结构面变形对地热变化的影响提供参考。     

部分充填钢箱-混凝土组合梁受力性能有限元分析

为了研究部分充填钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的受力性能,完成3根简支组合梁构件在跨中两点反向对称荷载作用下的试验.选用合适的单元类型、本构关系及破坏准则,建立以模拟试验梁为对象的非线性模型,得到相应的挠度-荷载曲线和截面应变值,模拟结果与试验结果吻合良好.通过改变梁的一些主要参数,对极限承载力和跨中挠度进行预测.分析表明:若要提高极限承载力和降低跨中挠度,可依次提高梁的配筋率,加厚底板、腹板、顶板和中隔板,也可适当提高混凝土强度.     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.     

碳扩散对非真空热轧不锈钢复合板结合性能的影响

采用非真空热轧方法制备304不锈钢/Q235碳钢复合板材,利用OM、SEM、EDS等研究了不同压下率和轧后冷却方式下复合界面夹杂物、界面组织及力学行为的演变,并分析了C扩散对复合板界面组织形成及结合强度的影响。结果表明,随着轧制压下率的增加,界面夹杂物由块状向线型、连续点状乃至弥散点状分布变化。当压下率较低(28%)时,复合板剪切断裂位于结合界面处,随着压下率增加至47%及以上,复合板断裂位置为脱碳铁素体区。另外,热轧复合板经水冷工艺处理后,由于冷却速率较快,要抑制碳钢侧C元素的扩散,避免复合界面处脱碳区域的形成,从而提高了复合界面的结合强度。