高温堆石墨反射层在高温及辐照下应力响应的分析与数值研究

摘要

高温气冷堆的核心部件主要由石墨材料构成，在高温和辐照下，石墨材料的力学特性将会发生变化，最终影响核心部件的承载能力，因此评估石墨结构在高温和辐照下的应力响应对保证安全运行十分必要。基于公开的IG-110石墨结构在辐照下的材料性能数据，对高温气冷堆中IG-110石墨结构在高温和辐照下的力学响应进行了分析。首先建立简化的反射层理论分析模型，然后通过开发用户自定义材料的数值程序对IG-110石墨结构应力场进行计算，并对结构在高温和辐照下的力学响应进行分析。计算结果表明数值解与推导的解析解吻合较好，验证了数值程序的准确性。研究结论如下:高温将直接影响材料转变的辐照阈值，导致结构应力状态发生变化，结构应变主要依赖于辐照应变;随着时间和辐照剂量的增加，IG-110石墨结构的周向应力和轴向应力先达到峰值然后逐渐减小，径向应力明显小于周向应力和轴向应力;建议高温气冷堆石墨堆芯在抗震设计阶段应同时考虑温度、辐照和蠕变等因素产生的结构间隙。为后续以石墨材料为核心部件的高温堆型提供了数值方法和理论验证。

关键词

石墨 / 高温 / 辐照 / UMAT / 反射层

基金资助

国家重点研发项目(No.2018YFB1900503)