[发明专利]非球形燃料颗粒碳化硅包覆层的建模和应力分析方法

权利要求书

1.一种非球形燃料颗粒碳化硅包覆层的建模方法，包括以下步骤：

S1：根据形状特点，将非球形燃料颗粒划分为椭球形、凸台形以及这两种形状的组合，对于椭球形颗粒，其模型为椭球壳，对于凸台形颗粒，其模型由三部分构成，包括两段圆球壳以及一段平台，三部分之间平滑连接；

S2：根据生产实际中燃料颗粒的物理参数，结合各参数的变化区间确定输入参数的变化范围；

S3：根据所输入的参数，分析非球形燃料颗粒的几何因素和内压对应力大小和分布的影响，建立应力分布图；

S4：根据应力分布图评判非球形燃料颗粒碳化硅包覆层承受内压的能力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中建立椭球形颗粒模型的步骤包括：建立长轴为2a、短轴为2b、厚度为d的椭圆环，将此图形绕对称轴旋转一周得到三维的椭球壳。

3.根据权利要求1所述的方法，其中建立凸台形颗粒模型的步骤包括：

S11：建立半径R₁、截角ψ₁、绕原点旋转π/2+ψ₁的扇面；

S12：建立半径R₂、截角ψ₂、原点横坐标-(R₁-R₂)*sin(ψ₂)、纵坐标(R₁-R₂)*cos(ψ₂)的扇面；

S13：建立一个四边形，四个端点的坐标分别是：(0，0)、(0，R₂+(R₁-R₂)*cos(ψ₁))、(-(R₁-R₂)*sin(ψ₁)，R₂+(R₁-R₂)*cos(ψ₁))、(-(R₁-R₂)*sin(ψ₁)，(R₁-R₂)*cos(ψ₁))；

S14：建立并集，将S11、S12、S13中所做的三个图形合为第一图形A；

S15：将R₁和R₂的长度分别增加d，重复步骤S11、S12、S13、S14，形成一个合并的第二图形B；

S16：第二图形B减去第一图形A即得到凸台形包覆燃料颗粒的图形，将此图形绕对称轴旋转一周得到三维的凸台形。

4.根据权利要求1所述的方法，其中生产所述燃料颗粒的参数包括非球形颗粒的内压、碳化硅层厚度、碳化硅层内径、椭球形和凸台形的长径比。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所输入的参数变化范围为：燃料颗粒内压为10～25MPa，碳化硅层厚度为25～45μm，碳化硅层内径为355～415μm，长径比为1.0～1.2。

6.一种非球形燃料颗粒碳化硅包覆层的应力分析方法，其中利用权利要求1-5中任意一种建模方法建立模型，其特征在于，包括：

改变椭球形和凸台形颗粒的几何参数分析应力状态的变化；

改变包覆燃料颗粒的内压分析应力状态的变化；

根据强度理论评判应力状态对碳化硅层压力壳式破损的影响。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述几何参数包括半径、厚度和长径比。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述应力状态包括应力大小、应力方向、二维应力分布图、三维应力分布图和应力集中程度。