压水堆材料与结构中的关键力学问题

论文摘要

积极发展核电是保持我国能源安全的重大战略.核材料在高温、辐照和化学腐蚀环境下的力学性能及其退化决定着关键核结构和核设备的性能及寿命,进而决定了整个反应堆及核电厂的经济性与安全性.由于尚未完全掌握核材料和核结构在复杂环境下的力学行为特性,目前仍难以定量地回答涉及反应堆设计、建造、运行、维护以及退役等阶段的诸多问题.为对其中的关键力学问题进行梳理,本文首先从原理上介绍了辐照效应,然后以主流的压水堆为研究对象,按承受辐照作用和化学作用从强到弱的顺序,依次介绍核燃料、反应堆堆内构件以及反应堆安全壳等关键核结构在设计和性能分析方面的研究现状以及面临的挑战.为便于应用和参考,对燃料材料的本构模型、结构材料的应力腐蚀模型、流固耦合问题的数值求解方法以及核电设备强度评估准则等典型结果进行了归纳和总结.最后对压水堆实施全生命周期管理亟需突破的难题进行了总结.在数值模拟方面需要突破的瓶颈是核材料力学行为的多尺度模拟方法,在实验研究方面需要突破的瓶颈是新型、高效的辐照实验技术.

论文目录

• 1 引言
• 2 辐照引起的关键力学问题
•   2.1 引言
•   2.2 辐照引起的材料微结构演化
•   2.3 辐照引起的力学效应
•     2.3.1 辐照硬化和脆化
•     2.3.2 辐照蠕变和辐照生长
• 3 核燃料的关键力学问题
•   3.1 核燃料的工作原理和性能制约因素
•   3.2 核燃料设计和评估中的关键力学问题
•     3.2.1 考虑辐照效应的UO2材料的热-力学本构模型
•     3.2.2 辐照和化学环境下的包壳材料的力学行为和本构模型
•     3.2.3 核燃料设计和评估中的多物理场和多尺度耦合
• 4 核燃料组件和堆内构件的关键力学问题
•   4.1 流致振动和流固耦合问题
•   4.2 化学效应导致的应力腐蚀问题
• 5 反应堆结构安全评估中的关键力学问题
•   5.1 安全壳结构的设计与评估
•   5.2 核电设备强度评估准则
• 6 展望

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王彪,张纯禹,马显锋,赖侃,文豪华

关键词: 压水堆,核材料,核结构,辐照效应,力学性能

来源: 中国科学:物理学 力学 天文学 2019年11期

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 核科学技术,电力工业

单位: 中山大学中法核工程与技术学院

基金: 国家自然科学基金(编号:11832019,11472313,13572355),国家重点研发计划(编号:2018YFB1900400)资助项目

分类号: TM623.91

页码: 6-23

总页数: 18

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