[发明专利]一种包壳应力腐蚀开裂的模拟分析方法、系统及终端设备

说明书

本发明公开了一种包壳应力腐蚀开裂的模拟分析方法、系统及终端设备，涉及核反应堆燃料元件检测技术领域，该方法包括获取包壳结构的初步几何参数，根据初步几何参数构建该包壳结构的初步几何模型，其中，包壳结构的初步几何参数是指基于芯轴试验进行应力开裂直至包壳结构失效时所测得的几何参数；对包壳结构的初步几何模型进行腐蚀开裂耦合作用模拟，获得包壳结构的剩余材料参数；基于剩余材料参数建立有效几何模型；对有效几何模型进行三维有限元分析，获得应力分析结果。以上实施方式不仅能够模拟包壳结构的实际PCI过程，而且能够表征包壳结构在应力开裂和腐蚀开裂两种因素耦合作用下的行为，从而提高该行为下结果分析的准确性。

技术领域

本发明涉及核反应堆燃料元件检测技术领域，具体而言，涉及一种包壳应力腐蚀开裂的模拟分析方法、系统及终端设备。

背景技术

压水堆运行过程中，燃料元件经一定燃耗后，燃料芯块和包壳之间会发生相互作用(PCI)，这种相互作用可能导致包壳的破损，进而导致燃料元件的失效，其失效的机理一般认为是应力开裂和腐蚀开裂的耦合作用。具体地，PCI过程一般是用于反应堆功率的提升导致燃料芯块受热膨胀，并与包壳接触，包壳上产生周向应力，同时温度的提高使裂变产物(主要是碘)释放增加，裂变产物会对包壳内表面有化学腐蚀的作用。

由上述内容可知，准确预测PCI过程中包壳的失效行为是燃料元件技术领域中最为重要的问题之一。在现有技术中，部分技术对于PCI过程模拟时仅考虑了应力开裂的模拟，并没有考虑腐蚀开裂的影响；还有部分技术即使进行了腐蚀开裂的模拟，但对于模拟后的结果分析并未考虑腐蚀开裂带来的影响，导致分析的结果不够准确，指导意义不足。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种该包壳应力腐蚀开裂的模拟分析方法、系统及终端设备，不仅能够模拟包壳结构的实际PCI过程，而且能够表征包壳结构在应力开裂和腐蚀开裂两种因素耦合作用下的行为，从而提高该行为下结果分析的准确性。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，一种基于芯轴试验中包壳应力腐蚀开裂的模拟分析方法，其特征在于，方法包括以下步骤：获取包壳结构的初步几何参数，根据初步几何参数构建该包壳结构的初步几何模型，其中，包壳结构的初步几何参数是指基于芯轴试验进行应力开裂直至包壳结构失效时所测得的几何参数；对包壳结构的初步几何模型进行腐蚀开裂耦合作用模拟，获得包壳结构的剩余材料参数；基于剩余材料参数建立有效几何模型；对有效几何模型进行三维有限元分析，获得应力分析结果。

在可选地实施方式中，对包壳结构的初步几何模型进行腐蚀开裂耦合作用模拟的步骤包括：在芯轴试验进行应力开裂直至包壳结构失效的过程中构建碘环境，获取碘环境作用下直至包壳结构失效时，包壳结构的有效几何参数；基于初步几何参数与有效几何参数的比值关系，获得弱化比；对包壳结构的几何参数中，基于弱化比对材料属性参数进行弱化。

在可选地实施方式中，构建碘环境的步骤包括：在包壳结构内表面通入碘蒸汽以构建碘环境，其中，碘蒸汽分压不高于3000Pa；碘环境的温度控制为25～400℃，且温度控制时间不少于2h。

在可选地实施方式中，材料属性参数至少包括杨氏模量和屈服强度参数。

在可选地实施方式中，基于芯轴试验进行应力开裂直至包壳结构失效的过程通过有限元分析方式进行模拟，其步骤包括：建立模拟试验环境，并调试至目标环境参数；

对包壳结构与芯轴的直接作用处施加载荷，控制包壳结构的应变速率直至该包壳结构的包壳管失效；记录包壳结构的应变数据及其余几何参数。

在可选地实施方式中，目标环境参数包括温度参数、环境压力参数、芯轴内部参数。

在可选地实施方式中，获得应力分析结果之后还包括：基于应力分析结果构建包壳结构失效判断标准。