Метод расчета деформаций тепловыделяющих сборок реактора на быстрых нейтронах при предельных выгораниях топлива тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

ДПР ^

НИЖЕГОРОДСКИМ ОРД К!/л ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ пм. II.II. Лобачевского

На правах рукописи

КИСЕЛЕВ Лез Константинович

МЕТОД РАСЧЕТА ДЕФОРМАЦИЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК РЕАКТОРА НА-БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ ПРИ ПРЕДЕЛЬНЫХ ВЫГОРАНИЯХ ТОПЛИВА

Спецнальйостт, 01.02.01 Механика деформируемого твердого тела

Автореферат диссертация па соискание ученой степени жандидата технических паух

Нижний Новгород 1994

Работа выполнена в ПИК Механики при "Нижегородской госу'[Щ--ствешюм университете имени II.И. Лобачевского.

Научный руководитель - Заслуженный деятель иаугл; и техника РСФСР. доктор технических наук, профессор Угодчкмя А.Г.

Научный коисультан. - доктор ф;:о1гт,о-м<мсмлт;ги:с:'.г.л наук,'доцецт Капустин С.А.

Офацкадышй оппоионтья

Доктор фиоико-математЕгческьл иауг., профессор Коротких 10.Г., Кандидат технических паук, доцент Замятия С.А.

Ведущая организация - Оиытио-конструит jpcsoc оюро Маиишостро-спый.

Защита состоится *' 2 / ? clHph } $ _1094 г. в ^ «tacos tía

оаседалнн сг.':цпализировгш8ого совета К 0S3.77.I0, в Нижегородском государственном университете имени II.И. Лобачевского по ¿дреку С03022, Н. Новгород, пр.Гагарина, 23, еорп.б.

С диссертацией можно оацакомкт^гл а фундаментально?! библиотек«. Нижегородского госукиссрситета.

Автореферат разослан ¿ ^ ' л1SÜ-Í г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

»- •

Актуальность темы. Одной по главных проблем разработки реакторов па быстрых.нейтронах (РВН) с глубоким выгоранием топлива явлгетсд обеспечение прочно«..он надежности тенловмделяющих сборок (TBC), ка „отор'ых формируете^ активная оона (A3) РВИ. От успешаого решения отой проблемы существенным образом аапнеят безопасность п окопомаческие noi. латели реакторное установки. Рааработгдапыс х настоящему времени трехмерные модели A3 п программы шайоаают расчитывать реальные A3 РБН на существу kiiivhx ЭВМ, по.а силу своей громоздкости и сложное :и они неудобны при ирсеЕТЗьгк спт5п,<"зацпошп.г: конструкторских рааработках и на ус-трагшат всех трудностей решения падачп, поэтому пр дставляются астуалышиш тгзучяо-теятхческис раоработхн, основанные па более простых моделях, ко учитывающих >сиовныс особенности оадачи и, в пагтнвгга, Хояхсстдоное гзнтаЕТПос воаийодействие сборок.

Целью работы является раор'ййотка модели Поведения ряда TBC «од действие!-! температуры « эффзшов нейтронного облучения, пе-рапвоиерио игше акшдахсл по высоте поперечного сскши TBC, а тахже Методики, алгоритма п комплекса программ ЭВМ для расчета ка осп его отей «одели общих ногибных дефориадшг TBC с учете,,! их коптаптпого яоаииодойствия.

■На. чп23 попизра работы оавдючгггея d следующей:

• разработала новая двуямеряаа механическая .'»одеть процесс.. дефоршгрогшшз диагонального ряда TBC upu пепоотермпчес-ксм п&гружеппи в ус.юанях радиационного облучения'

» с-опы Евята&та TBC находятся а процессе решеши оадачн боа злрнорпсЛ фасгцяи точек коптах та по дяпне_ чехлопой трубы

9 разработал ка баое МК<У алгоритм и комплекс программ расчета НДС sjwsoaux труб TBC с учетом теплового расширения, радпа-дсошюго распухания и радиационной ползучести материал а;.

» прокдеи численный анализ совместных деформаций Т)ЗС в ах. тавнои аЬпс. ргакторз КН-350 я а модерпвоированиой активней попе реактора Б11-6С0.

Достоверность. Достоверность получешплх результатов обеспечивается испольооианием корректных методик решегкя оадач теории упругости и пластичности, а такаю механики стержней и оболочек. Ладсжиость и работоспособность разработанного комплекса про-, срамм подтверждена сравнением с пз&естньши пешешвшк.

Практическая ценность работы: ,

в разработанная система upe рашншх срсдстг, исследования процесса совместного сформирования TBC нспопшована дм оценки конструкторских решений как- iCKOBbl ирогимировакла прочности н ресурса в течедие к с er о срока окспяуатации;

« внедренные в расчетную практику Службы Прочности ОКБ ре-оультаты расчетов исшншзовгшы при анализе деформаций активных оои реакториьгс установок БН-350, ВН-600, БЦ-dOO. '

Апробация работы. Основные результаты диссертации обсуждались на ьсссоюопых конференциях "Численная реализация фиэото-панических оадач прочности" (гЛорький, 1987), "Проблеыл снижения материалоемкости силовых конструкций" (г. Горький, 1939), "Технологические прг блемы прочности несущих ковструкцийг (г.Запорожье, 1991), "Числсшше методы решения оадач теории упругости и пластичности" (г. Новосибирск, 1РЯ9, 1931), иа межреспубликанской научно-технической конференции "'íncлепные методы решения оадач строительной механики, теории упругости и пластичности" (;. Волгоград, 1990), на всесоюзном межотраслевой научно-. техническом семинаре "Проблема надежности расчетных дагтгых по безопасности реакторных установок" (г. Minies, 1991), на всероссийской школе молодых ученых "Численные методы '"схаинкн сплошной среды" (г.Красноярск, 1992), на 28-м межреспубликанском семипаре "Актуальные проблемы прочности" (г.Вологда, 1992).

Структура и объем работы. Диссертация состоит иа шгш глаз, оаключешш, списка испольооаапных источников и прожжется, в которое выпесеи п: иостратишшй материал. Общий объем работы составляет 287 страниц, пл шхх 1G2 страшщы машинописного текста, 101 рисунок, 12 таблиц, синеок литературы ira 10S иаименосаиин.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во е, ?'дся:;п дак.,1 общая характеристика работы, а также описаны структура, объем и содержание диссертации.

В первой главе приведеп краткий обоор литературных источников, отражающих современное состояние проблем фиопхи радиационных повреждении, радиационного материаловедения, теоретического и вкспертлеиталыюго моделирования.

A3 РБН собирается на TBC, (рис. 1), обраоумщих гексагональную Структуру. ТВ" - конструктивный, ограниченный шестигранной числовой трубой блок тепловыделяющих олоыент в (ТВЭЛ), наоначе-ппе которого обеспечить надежное охлаждение, крепление и удобную neperpyusy топлива. ТПС устаьлнливается на опорной пешеткс вертикально с техиг тогическими напорами между гранями соседних Туб) (рис. 2). Чехлова- труба TBC работает п условия.. одп ременного длительного действия высоких т мператур, нейтронных полей, давления теплоносители и других воздействий. Ил-па радиального изменения плотности oucproi",¡деления в A3 возникает оначительный градиент теплового расширения и радиационного распухания по периметру чехловои трубы. Часть чехла обращенная к центру A3, расширяется больше, вызывая искривление TBC с выпуклостью в -торопу центра. При отом происходит сокращение п перекрытие технологических оаооров между «'{'ВС. Совокупность воипикающих при отом воодеиствнн при нал ..Mim той или иной системы фиксации A3 порождает взаимообусловленную деформацию системы TBC, чт*> может вызвать нежелательное (изменение реактивности и блокировку проходных сечений TBC, препятствовать перемещению регулирующих стержней и ¡»влечению облученных TBC. Увеличение технологических оаоороа на величину распухания чехловых труб нежелательно. Под воодейстиием больших доо облучения быстры ш нейтронами анач!. .ельпо иоменямтса механические свойства материалов, от которых оависит прочность конструктивных илементов A3. При о: )М происходгт, с одной стороны, упрочж шс материала, с другой - раотшается процесс разупрочнения иа счет ипмепения фао термического состояния и иахопленлг дефектов микроструктуры. Пределы текучести и прочности сближаются, одновременно уменьшается я максимальное удлинение до разрыва. Металл становится хрупким а теряет способность к деформации. Увеличение повреж-

даи.щ,.:, 'icru.i Д<> пр^лышх приводах к ьознихнсшсшпо

радианнятм;; пс,. ¡rucw и радиапиоппого раснухання матсрпляк, л«-рч> г,;: г; . Г'.-т'-ч ипислгшости. Катастрофическое сиижеиио предела прочное : а про.;«.-:-, -..i: иря раснухаинл, ре»шиак>щс.м 5-10% в дпаимоис те:.<пер:.тур -150-550'С, (рис.вследствие облегченного ü¡tpo:*i;vm¡;í махротрмцин ча михропорах, которые *>орипруются ио c<:<<H.".".4i!!H точечных дефектов. . акансин. 13се указанные (¿-.актор!,т влияют на окспл\аташ..чшые характеристики и, следовательно, на беоопасность и окономичесхую оффс-ктпзность реактора, что в спою очередь обуславливает необходимость гонтролд ¡.к» фактическими пе-i>c;.ic;ii~i,!;:::,;i: TBC, остаточными оааорами и сила;., л гмаи.'.юдснсгь.'л.

Лг.алп-з приведенных в работах отечественных- и зарубежных ученых результатов тсорстичесшх ¡s окспершлентанынлх и-следовании процесса деформирования TBC в Л О РВН показывает, что успех решения проблемы определения НДС и обоснования работоспособности чехло,. TBC оавпгит от ;,.;;:ичества ií соотношения orxiiepm.tei;-т. льпых и расчетных данных. Оба нуп; исследования, и рапетио-теоретическни, н охспсрямептапьный, служат дополнением друг г другу, хотя оадача получения данных но поведению копструкцн лшых матсриалоп выдвигается па пепиый план. Это сняоано с тем, что не все фаг.тспы, влияющие на работоспособность TBC, могут' быть учтены в pao.jTax иа прочность путем пряного математического моделирования. Таг, в частности, воздействие нейтронного облучении уч. тыкается лишь косвенно, чере? иамсисннс фт оико-механи-чсскнх характеристик материалов и геометрических параметров конструкции. Данные о свойств«-: инструкционных материале» и общих закономерностях поведения TBC Пи. »чают либо путем постановки пну фиреаЕтсрных ог.спсриментоа с с опытными обраоцамл, либо ко ijKCHcpi'MOHTOn ио облучению ¡jxcue;-'íj.'.vjh r-альних TBC и статистических данных по форможшен.шпо злзментов штатных TBC пиер-гетическлх ,>едхтород иа быстрых нейтронах. Недостатком (экспериментального нуг:т является дороговизна и ограниченность количества результатоа экспериментов по облучению олемептоз хопстру =.ции ЛЗ. По от он причине разработка для протнсоксвапия поведении и работоспособности TBC рдсчотко-тсоретячсскшс ыето;-'тк и программ, осксйаниых иа м;iníг:.tалз,síoj.í експсрга.«ятаяыюи матери;-.!'.-, авлается актуальной.

Проблеиаык, связанными с расчетным определением работоспособности чеглов TBC, t .щипались Y-одчиков А. Г., Клртпшп \.И„ Жуков В. В., Исхакоа С. А., Лихачев Ю. П., Э.чбудько Л. М., Нрошкин

A.A., Матвсенко Л.В., McLennan G.A., Hueboüer Р.it., Kcnirhi О., AtsucJij О., Kunik.mii К., Nakag> va М., Liraon R. к многие другие.

Мехапноы вот шкпояепня н раопитил неупругих деформаций п условиях радиационного облучения носит сложный комплексный характер. Для его описания требует я учет в макродеформации тела вклада олементарпкх актоа раорушения в микрообъемах, что лежит •оа пределами возможностей вычислительной техники. По этой причине в отечественной п »арубежной литерату; <; раивипается феноменологический подход, со г л ас "о которому нсноотермнческне процессы деформации элементов конструкции A3 описываются ч нервом приближении обычными теориями термо&япкопластичиостн с учетом иоменеши механических характеристик от флкхгнеа быс\ ,>их ней-Тропой с добавлением пмнгончесхих уравнений, описывающих радиационное распухание и радиационную нолпучесть конструкционных материалов. Теории термог.поконластичности расшивались п применялись многими авторами, в числе которых Ильюшин A.A., Ленский

B.C., .Москпнтии В. В., Работное"Ю. .¿., Биргер H.A., Новожилов В.И., Клдашеннч ¡О. И., Шевченко Ю. В., Угадчиков А. Г., Коротких Ю. Г., Капустин С. А., Постнов И. А., Тутнов A.A., Вондарь B.C., а приг'чштельно к условиям ней i Донного облучения конструкционного материала Лихачев !О.Н. и llynso В.Я." Реиультати исследований покапали оффективпость и надежность теорий re: мовяокопластич-ностн прп описании псунругих деформаций. Радиационное распухание учитывается по аналогии с тепловым расширением, .»адиапион-пая нолоучеегь может быть описана механшшом термической пол-оучсстп, стимулированного радиационным облученпем.

Высота попер"чиого сечения TBC соотносится с ее длиной гик 1:30, и сотому чехловаз труба с высокой степенью достоверности аппроксимируется длинным тонким стержнем, который а общем случае испытывает деформации растяжения, кручения а загиба. Допустимость такой аппроксимации подт!*?рждена экспериментальными исследованиями в работах Жукова В. В., Исхакова С. А., Смирнова A.B..

Прогиб стержня да: явлзетса малым по сравнению с высотой по-

перечного течения, по он ипа по гравнетш с предолышы размером стер;кш!, поэтому в оадач с об иогнбе стержня можно ограничиться технической теорией малых перемещений с пенольоовапкем гипотезы Сернулли-Эйлсра, согласно которой поперечные сменил, перпендикулярные оси стержня до mi иба, остают- t плоскими и nepueu-днкулиршлми иоогнутой оси и не деформируются в споен плоскости. Применение ь качества метода пмнения оадачн I.'iv:), дающего наилучшее приближение - реальной конструкции, посватают построить простую и офф^тпвн} :о методику апалиоа коллективных деформаций олементов A3 РБИ. Точность методиглгбу;,ет оавксоть главным обраоом от точности моделей поведения матер"ала и окспсригои-тальиьтх данных, которые применяются и решении оадачи. При разработке методики нсполмзованы рсоультаты нсслсдотннй, выполненных Капустиным С. Л., Латунным АЛО. и их сотрудникам!!.

Во второй главе рассматрив;? :тся конечио-олементнзд модель процесса сс ^местного деформи; овашш рядаТНС под воздействием температурных по.т й и радиационного пблучения и строится разрешающая система уравнений ансамбля конечны;, олементов, аппроксимирующего ряд сборок. .Модель строится .ча бете стержневого племепта с линейным оаконом для перемещений вдоль осп и кубическим дли прогибов. Элемент имеет лрямоуголыюе ноиеречиое сечение с моментом ннерн'шо: .шпалецтиим ..юменту инерции поперечного сечения чехлооой трубы TBC. При от ом ряд ТПС в исходном состоянии иредстапен в виде системы параллельных тонких стержней, каждый ко которых ж^-тко оаделан в нижней точке и смОо;{'-п в верхней. Процесс нагрулссния ряда может быть либо пошаговым с малым;; приращениями деформаций, либо i . pyuxa прикладывается он одна от 'п. В уолах сетки коисчиых адшмеитоз, попадаклцих в ионы контакта стержней, вводятся условные ол^мепты свяои. D соответствии с гипотезами Бернулли-Ойлсра перемещение произвольной точки поперечного сечения вдоль осп стержня определяется псрш/са^инем ва.лла координат и углом нормали к среди), ¡ой линии

ü(s,z)~n-0-z, (I)

где 5 - осевая координата стержня, г - координата но ¡и -.от»-- поп.-; р-чного сечения стержня, (1 - угол поворота иормляи к cpcfr-i,л'

линия. Прогибы стсрхм»' че.':^;.: : ¿«аа«

Де.пормптшя г. 11рОТП>Г>">ЛЬН<«* î'O'ir'.- t:.i> ■.-.'■■-.О! СТеэ:"КЯ

i;:n;s»> сто оси равг.а

' ÎÎ - -."- • - ■-■ . .!) - -V

Yasiut обраоои rewv !{>:;«.•<... • ' ,ъо:кк-<ии, ..дьоллышае s.' pvo '*>;s3KT?csne' coo : nomct* ;*•-.; Yiw;uici«vn, - :;<*»;ду наппгочскиямз в >'п:;оямма псрвмеш<?1!,;<':о;' -»/и

- : ••■■-: - . .; . п

'»»ИОИЧеекг » coy г г-"!.;,- :-о ; r-tnv ri;:t .ч a or iior.3 поп« тер-!.к»заош1Шастачroc: - .••<;"• ;ноî '!ч:.гм унрлкскпсм, обосгцй:»:.;.; на случаи материал л, :н>.. • рглгошпхся радиантомпому облупепий».

Урагшскиа, о;-."' ■ ' ■ • •.•»iiiwcs'e '«'лструкщге на от ало яагру-

."чеши, форм-:.- 1 « : . .лр'ллм'-яхпчм аддач;? ,1ля -{»ynv.r : w.ts

Д*,дД»-.,- - - (, Д<; ,дгч,;У 'S)

где ДФ„ ù!\ -Hp'.ip. о;гьем'.:!.!Х ¡1 n^'.'pxiio'" па i .

пагружсжи; A«. - соответствуя»«)*: нрлрлщезио ¡¡ода г.ерс.янь'ипп; ùffij приращение тскоора налряяеаиГ!; ¿'■с,. - ¡¡ряращсппе тенкорд деформатш; Де,?; - нрярлпкпис теяоорд необратимых я тешювь,.; деформация.

Компоненты тепоора прирашслкя деформации поедет;- '.лены ем-рпженкем:

Де;,- = Дг?,- + + -г Д<# + Де^у + Де,«^, * ■>)

где Д(ï-j - yppyiaj -¡acV».; Aef'j - мгновеппая пластнчесгаз деформация;

- шчгаотерш»чсс*ая нолоучесть; - лев»,itоркая гомпонента радиациосюи полоучести; Дc^iij - шаровая юино^-итл радиационной подоучести; Дл><\> - деформации радиационного распухания.

Объемное ипменснио материала, свяяашюе с радиационный распуханием, ОПИСЫВа^ТСЯ '»АВИСИМОСТ1Ю

ч м 71 [3.569 ■ ]04-(î-114)1 -çr = 76Л • 10-« • (А г)! П • exp |--

(7)

для материала в реакторе БН-350 л

— = 9 • Ю-35 • (Фт)'л- [4.028 - 3.712 • КГ* • Т -

-1.014 • КГ4 • - 7.879 • ГО"8 • Г3] (8)

для материала в реакторе ВН-000, где Кт,Фт - уровень радиационных повреждений (или флюенс нейтронов).

С помощью станда тной техники конечпоолементных преобраоо-ваний ио онерге j лческ1.. о функционала (5) получается система алгебраических уравнений, решение которой относительно обобщенных координат позволяет определить форму и величн iy иогибной дес7 ор-мацип стержня или стержневой системы.

В третьей главе приводится алгоритм п методика исследования НДС ноогнутой чехловой трубы. Представление чехлопой трубы TBC. в виде топкого стержня со сил ллшм пот.речным сечением позволяет дс таточно точно описать общее деформированное состояние "тзи свободном стесненном погиб'. Для определения напряжений по прогибам стержня использован МКЭ в сочетании с методом рап-ложения параметров-НДС в ряды Фурье по окружной координате. При отом шестигранная чехловая труба оаменяется оквивалеитной тонкостенной осесимметр .чной цилиндрической оболочкой. Для решения задачи так;.;е испольоуется аналог чеоремы о минимуме энергии деформированной оболочхи. • •

В четвертой главе описаны алгоритм и блок-схема программы ЭВМ для аиал-од совместного погиба tBC на основе МКЭ. Расчет деформации TBC производится в два отапа. На первом втапе вычисляются перемещения стержней в состоянии свободного иогиба. Н~ втором отапе определяются ооны хонтахта. Поиск ооп контакта ведется с помощью итерационного процесса па основе аналиоа огра-ничеили для свободного иагн'ч стержней, выраженных в виде системы неравенств, описывающих направления в величину прогибов np.i последовательном обходе TBC в диагональном ряду. Посредством введения в уолах сетки КЭ, попадающих в ооцы контакта, условных с 1ржневых олементов свяоа решение оадачи о совместном иогибе стержней TBC сводится к решению оадачи о равновесии стеру чевои системы. Элементы свя m передают усилие только в направлении нормали к оси TBC.

В пятой главе представлены некоторые реоультаты численных ре-шепий садач о с~атпчесхом деформировании тонких стержней аппроксимирующих TBC. качестве тестовых расчетов проводился апалио деформаций TBC, по которых состоят A3 РБН-350, PBH-G00, РВН-800. Первое апробирование методики и комплекса программ проводилось при исследования иогнбной деформации диагонального ряда по 16 TBC A3 реактора ВН-350, находящихся под действием температурного поля. Для определения величины свободных про-.гибоп стержней в методике пснольоуется программа основанная на стержневой модели МКГ>. Полученные оначени- свободных првгибов сравнивались с величинами, онред! енными по методике основанной на теории плоек, )-панрл;кен<шго состояния. Расчеты проводились для сталп с фпошо-механпческнмп свойствами блнокнми свойствам материала числовой трубы TBC. Но сравнения рсоу ьта- -в решений следует, что отличия в оначенлгх максимальных прогибов осей сборок находится в предел.-х технической точности и не превышают 10-12%. Затем были проведены вычисления прогибов стержней с учетом их взаимодействия. При этом в первом варианте методики предполагалось, ito контакт стер;кней при стесненном иогибе про исходит только по платнкам на верхнем копце TBC. Но аналиоа ре-оультатов расчетов выяснилось, что, действительно, при оаданном поле температур стержни, образующие ряд, вступают в хонтакт и, воаи^оденствуя друг с другом подвергаются стесненному погибу. Но расчетная схема, а которой воаямодейстпие рассматривается толы ) па верхпем конце стержней неверна, т.к. в птом случае в центральной частп вооникают неконтролируемые алгоритмом прогибы величппа которых может превышать величану технологического паоора между TBC. llo птой причине методика была доработана с целью контроля оон контактов по всей длине стержня.

Решение оадач о ^температурной деформация по уточненной методике покаоало,что распределение деформаций между стержнями сохранилось, но форма деформации каждого стерж>м иоменилась качественно. Прогибы в центральной части, превышающие величину технологического oarjopa, печеоли. Значевия максимальных прогибов практически не изменились, отличия составляли от 0.1 % до 1 %.

Следующим отапон работы был расчет этого же ряда TBC РБН-35(J, находящегося под действием неравномерности температуры п

- Î2 -

радиационного распухания по высоте поперечного сечения. Время нахождения а реакторе постоянно для всех TÖC и равно 414 оф-фектшшым суткам. Рассматривались 10 стержней ряда. Па ряс. 9 ¡окапаны деформация стержней в состоянии свободного иогиба и в состоянии стесненного иг-иба после о предо:. чптя оон контактов. В результате расчетов установлено, что рагчухаьие материала оначи-тельно усложняет условия работы TBC в активом oí -е. Все стержни при оаданном иоле температур «: нейтронного облучения взаимодействуют между собой, о.,раоовав в ходе итераций единую стержневую конструкции.

Проводился также расчет иигибиых деформации ряда но 11 TBC модернизированной активной ооны реактора BI1G0Ü, находящихся под воодсиствисм температуры и нейтронного ноля, вид которого показан на рис.7. Время нахождения в реакторе постоянно всех TBC. Рассматривалось три варианта «аднч с раоличным временем облучения: ICO, 320, -180 эффективных суток. Влияние деформации радиационной полоучесчп в ;,гой и других оадачах не учитывалось. Г ппадании расчетной с ,'мы стерж^ль представлялся ансамблем иа 9 конечных элементов: активная оона раобита на элемента, у часто! между точкой оакреп"0ния и активной воной - иа 2 олемента, участок выше активной ооны - на 3 олемеита. В качестве результатов решения оадачп покаоаиы состояния стержневой систем и, аппроксимирующей воапм .действующие TBC после IfíU, 320 и 480 суток облучения быстрыми нейтронами (рис. Ю, И, 12). Анализируя реоуль-таты per -чшя можно ¡заметить, что и:\ нервом отаи>- вступили ио воаимодсйствие j стержней: 7-8, 9-10-11. В дальнейшем, несмотря на увеличение дооы облучег.ля, ооны контактов поменяются мало. Это сияоаио с тем, что в рассмотрен лом варианте конструкции TBC иенj.iboyjoTCH малорасиухающие материалы. Для конструкторов очень важно онать усилие, вооииха: >щсс при вытягиваиип TBC ио апншюн ооны. Поэтому особо.' внимание было обращено иа расчет поперечных сил, с помощью которых можно определит;, величину усилия вытягиваичя. Поперечные силы при увеличении дооы облучения в три раоа вооросли и шесть pao. В наиболее жес.ких условиях поь.ому параметру окаоались стержни 9-й и 10-й. Значения прогибов в уолах конечных олементов стержней были ист п-оовапы дл:. вычисления напряжений в стенке чехловой трубы подверженной

- 1Э -

продольному изгибу по программе расчета осесимметричньсх оболочек под неоссси'-метричноя пагруь.ой. Для отой цели шестиграк-пая чехлозая труба оамен -лась тонкостенной осесимметричпои оболочкой большой длппы с таким же моментом инерции поперечного сечения. Задача решалась с помощью первой иесамоуравновешеиной гармоники раолиження ряда Фурье. В отой оадаче оболочка представлялась 9-ю блоками осесимметричных цилиндрических конечных олементов. Длина каждого блока равна длине стержневого конечного влемеята. В качестве граничных условий блоков задавались значения прогибов в уолах сетки стержневых конечны'' олементов. Данный подход иснольоован при расчете в- .шчнн напряжений, вооникающих в стенке трубы лсфтепров..д; при поднятии ее для ремонта. Вычисленные значения напряжений с достаточной точностью соответствовали течениям полученным с помощью теиооме грирования в полевых условиях на нефтепровод»..

Подход к решению оа;, иш об ипгибной дгформации TBC с ис-нол!>ооваиисм разложении в ряды <1>урье но окружной координате пооволил сделать переход от простейшей стержневой модели к более сложной, точнее описывающей реальную конструкции» чехла сборки, и более точно определить напряжения в стенке.-По аналиоа результатов следует, что продольные напряжения по длине чехла меияюсз относительно плавно, достигая максимума в районе центра активной ооны. Самыми напряжении" ч> оказались стержни 9-я, 10-й, 11-й, находящиеся в условиях вааимодействия. При отом повреждаюш я дооа облучения в течение -180 аффективных суток для TBC в центре активной оояьг составила SOci/a, а для крайних (9-й, 10-й, 11-й) -соответственно 66, GO и 45 сна. Далями факт подтверждает предположение конструкторов о том,что главной причиной иогибной деформации TBC и роста напряжений в стенке является не сам флк-"нс вейтропов, а величина его градиента по контуру поперечиого сечения чехловой трубы.

Продольный иигиб чехловой трубы дополняется воодействием внутреннего данлт-нвя теплоносителя, которое на достаточном удалении от оадр.чки не дат вклада в продольные напряжения, ио при воо-кииювешш рациапионпой подоучеств ведет к шшепеншо формы поперечного сечения. Для иллюстрации характера деформаций и напряжений в стенке чехловой трубы с различным оформлением углов

между гранями с помощью методики, основанной на теории плоской деформации, были проведены расчеты НДС в поперечном сечении проходящем черео центр активной uoni.t при давлении теплоносителя ),3 Д/Яа. Проверялись три конструкции чехла: острые углы внутри в снаружи, острый угол наружи и радиусное закругленно вн., три, радиусное оакруглсние внутри и снаруж . Сравнение результатов решений покапывает, что аимоньший уровень наг» и кепи/t и плавное сопряжение их ппюр обеспечивается только в случае когда острие углы между гранями о i сугствуют.

Лналнп влияния ограничении на форму ногиба стержня с'к» уч га гибкости соседних стержней проведен на примере решения оадачи о деформации стержня под действием неравномерности температуры с помощью методики основанной на еории плоско-напряженного состояния. В решении исиольоовалчсь данные дня чехловой тру "ы TBC реактора БН-800. Свободный погиб стержня ограничивался в двух точках: на верхнем, свободном, конце и на уровне центра актив-коп ооны. Смещение^донускпемое технологическим оаоором между г; атихами в верхней точке составляе т 0,5 лиг.

В центре активной оопы рассматриваются }\v..i случая. В одно:., предполагается, что "ехпологический оаоор отсутствует вследствие радиационного распухания материала. В другом - технологически» оаоор принят равным 2,0 мм, чт<~> может -меть мог го либо ца. начальном отапе облучения либо в случае нераспухающего материала. В результате расчетов выяснено, что при наличии tmoopa на уровне центра а гивной ооны стержня точка максимум» про. иба располагается вблизи верхнего конца активной ооны, а сам прогиб прев» шает величину технологического оапора. При отсутствии оааора деформация стержня имеет S o6pan,<yio форму в не превышает ве-лпчлны технологического oaoopa, ио при »том неизвестно насколько вычисленные оначения прогибов соо »встствуют реальному формоизменению стержня, т. s. не учтено воздействие со стороны сос дних стержней. ' -

В качестве при- :рия работоспособности TBC в условиях нейтош!-ного облучения , аоработчнхамн ['Sil принята величина стрелы прогиба, которая является функцией геометрических параметров TBC к модуля упругости конструкционного материала. Пределы)..я стрела прогиба, кроме того, оависит от предам текучести митпршит. ч-

торый существенно меня, гсз г прогк "се облучения. Таг дм салв 03Х16П1 iM3 при дозе облучения Q,S-1Q23 исйтрои/а.г (ЗОсна) v. температуре 'ИгО-БОО'С предел текучести увеличивается с 261) М Я а дс 580 МII я. Предельные оначеншт _трелы прогноз в этом случае были установлены пр.; 2G0МПя - II ии, прп 3S0 МЯл - 16мм. Чехло-гыс трубы TBC и одер ш га к р о п ми о а астивпон оони реактора ПН-600 поготозленц па материала, потерь..'; допускает оначитеяыго более высокие повреждающие дсом облучения. В рассмотренной задаче после 480 су то г. пребыаанич а реакторе она составляла от 1,0 • 10-3 i?e;i трон/см' (45cf/a) д.ъ. 11-го стержня до !, - 10п нейтрон ¡as2 (v Jena) для 1-го, пгчтральпогс , стержня. Предельно допустимая стрела прогиба при этом равна 35 Расчеты, проведеннь. _ с помощью описанных в дг::сер?ацпп методики и комплекса програ-'м, п^кетали, что максимальная стрела прогиба ^ хтигнута тремя стержнями 9-ы, 10-м л 11-м is рзяна '■'!,1"и;.;, что составляет 80% от предельно допустимей.

Стрела арегпба легпо вычисляется в случае свободного погиба стержня. В случ;.стесненного яолтба для ее определенна необходимо онать не толъ*о величину впецпшх нагруоок и технологических Яйоороа, по п величину ciseiueitiui соседних стержней ила ему их даялскнз в случге вааимодейстнна. Метод определения когибнов де-форма^гя стер,~пей по cxeue rnCTzt оаделаннон балки с опорамя в местах вероятного контакта, как ото делается в ряде оарубежлы-paSor, пооЕолает г.спо.'нлояать для решения оадачи существующие упзгерсазыкья* методы, по с я в? гарантирует необходимой тотаостя роезетоз. С ото;! точки зрения предложенная методика дает воомож-посг& ора ;! с; I о л ьо о и :пп падежных о г г п ер им е я тал s. ныл данных о температурных п. нейтронных полах, фнопЕо-мсхаяичесЕих свойст?« ЕспструЕЦНОпкых материалов и геоистрэтескшг параметрах TBC ¡значительно погыспть точность прогноза деформированного coctos-шгг TBC и ."-ТПиной оони ядерных реагтеров в услзр*"ях дальних доз повреждающего радзанпонпаго облучезаз. Полученные с помощью простой стерх~певои мод^тз чйслепные решения наг.тядке демонстрируют гзртнпу общей иогебноя деформации TBC а позволяют оперативно проводить предварительный выбор параметров тайструЕПКЁ чехловых труб. По.-.ее точные стзенвя о нропессе фориоапмопояая TBC дают вез но* часть уменьшить технологические «адорк г -»ел-

- к -

«nuy чехлог., облегчить псрсгруаьу " тр.-шс;:ор гсрогсу ссорил и,

следствие. повысить ошкоминсскук» с-ффее.т::№.5сть безопасность, реактора.

! 1 {мг>;иькость порученных результатов подтверждается о.'.сперк-ментальным« кссл^окамш?:»; кг. нсиыг-течьйых стендах раарабат-siuoß РВИ, (рис.3.4.5).

О С ЛIО В S i Ы Е Р F У У Л Ы'Л 'Г Ы Р Л , J ОТ К

1. Проведен агтлио <' лкторо?.. вяиякнцизс ил процесс дсформиров:--mta TBC ядерных реакторов на быстрых нейтронах пр.; пр<

ном выгорания топлива.

2. Ирог-сден сравнительный анализ существуюигах подходов ь области моделирования и исследования процесса погибпои деформации ТИС к условиях радиационного облучения, воздействия темиерзтуры И изменения (' ыико-мсха..«ческих свойств хокструк-циочного материала. Отцечевы их достоинства и недостатки. Сформулирован под код е чнелечюму решению оадачк о свободном и стесненном изгибе TBC диагопалмюго ряда активной ооцы.

3. Представлена хонечио-аяемеягная модель процесса совместного сформирования ряда TBC на оспове сгсржуевого оасиснта,-ас-пол ьоукчцсго теорию гонких стержней с гшмтеоами Берпулдк-Ойлерг-

4. Разработан алгоритм численного решеши: оадачп об иогибной де-фо[ .:ат;и стср;кцевой модели ряд? TBC иод действием неравномерности ..адиадйошшго расиухашш ы температуры по высоте поперечного ссчсния с.ержля, а также''поиска по:; контакта ис-л.ду стержнями. РгюработйИ программны;" комплекс, реализующий алгоритм численного решения задачи на ЭВМ.

5. С юмощью разработанного кс.,нш:гса программ выполнены расчеты иогибцих деформаций рядов TBC. В чнеткегти, бг,ли рассмотрены следующие оадачп:

ютибнаи деформация ряда TBC реактора 1511-350 от н^раеио-мсг'Чости температуры но высоте поперечного сечскш'; * кэги5«а* деформаций ряда TBC реактору. БН-350 от даграв-иомериостк по ь'ысотс поперечного ссченш: тсиис^п/ри п p.<;iaaimo«oro распухания;

г зсгабвая дефоркапкя ргда TBC модерп-опроваггасЗ зктлряо?. uouíx рсдхтора Б'1-GCO от псраг.аомсриостя пс зысоте аоперечного сеч-мгаз температуры я радяацяошзэго распухпппя.

, Результаты исследований испольоояаш-: ОКБ для аиалкгс* воя-цозхиых деформаций активных ¡зон ядерных реакторов. Ярааяль-пость полученных результатов подтверждается полномасштуб-яь'шт ошшвяксктаяыш«« ксск^о'-йпиями an испытательных степдэх.

. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

. Исхахои С. Д., Кпсясз Л. К. Численное "сследовапие совместного

деформирования системы параллельш х стерлпге>1 в температур, пом поле// Численная реализация фиико-.механических оадач прочности: Тс i псы докладов 2-й Всесоюо. кокф. /Гсрьхии: iopis, yii-r, 193?, с. 107-103. 2. Метод расчета работослособпсти жтивпоиоопы ядерного peas. Tt-pa на ЭВМ / В. В. Жушв, С. A. ïïcxasos, к. К. Квелей, A. ÍO. Латухгш // Нробл у ч снижен:« мзтер'ладоем-ости си.'юпых конструкций: Тезисы докладов 2-й Вссссюо. коиф. / Горький: Горьь. ун-т, 1S3Ö, с. 35-36.

Метод расчета погибяих деформаций ахтавт'ой оовы ядерного , резгторз / В. В: Жугов, С. А. йсхакоэ, Л. К. Кясея«а, АЛО.

Ла-тухяя // Чвспеипые метод:-' решения оадач строятелыюп меха. lUATAi, теория укругоеш п иластк^гг-сти: Тезисы додоц^з ме;::-рсспубякг.апсгок ааучко-техшн. шкф. / Волгограде^, nns.-стро-1.Г.ШТ-Т, 1390, сЛЬ?3.

4. Киселев Л. К. Применение M KG ¿ решепяв» оадзп о НДС оеесиа-метричных тоатостеппых аопструкцяк при лсосссьмметрачком кагрулсегок' // Пряхл. пробл. кречшетя к пяаст1гягастя. Алгоритмизация л аят<и«vr родцик решения оадач упругости s ш ic-тичпоста: Всесоето. Межвуо. со. / Горький: ГГУ, л932, с. M-SO.

5. Метод чкелениого анадпеа усилий соаямодсяствяя к ^форкз-пиа TOC asTBOîîp'i com- «дер. jro реактора/ B.B. Жугсз, С. к. Ксхгшж. Л.К. Кксатез, Л. Ю. Лгтух.чн// Частот.«.-te методгл ре-!п«яач оадач теория упругости я пластичности. Материмы 11-й

Всесокхз. понф., Волгоград, 10-12 окт., 1989/ Новосибирск: ня-* теорет.п прпкл. механики, 1990, с. 84-85.

6. Расч> шо-оксвернмект&лыллй метод исследования дьфор.мацгс активной ооь'ьг ядерного реактора/В. В. Жуков, С.Л. Псх.шог Л. К. Киселев, Ю.Л. Чурнлоа // Численные методы мск^нне! сплошной среды: Тго;:сы дог,ладой 4-й Вссро-'-.пйсе.ой школы моли дых ученых / Красноярск: Вычислит. ¡;снтр, Сибирское отделена РАН, 1992, с. 110-142.

7. Метод расчета коллективного г.з;ч.-одсГ;стп;т ТЬ'С п аьтпшюй :..о пе р'тктора/В. В. Жуков, С.А. Исхаког, Л. К. Киселев, А. Ю Латухпн//Технологические проблемы прочное к несущих кои струкций: Труды 1-Й Всссоюа. конф. / Запорожье, 24-26 с.ент. '491, том 1, часть 2, с.414-116.

8. Ралработха метода расчета коллахтяккых деформаций ь актив кой оопе яд а)ного реактора / В. В. Жуков, С. А. Нсяаков, Л. К К..селег>, А.Ю. Ллтуг ч:// Численные методы решение иадач те орнн упругости к плйсти лости. Материалы 22-Г: Всесоюо. юпЬ. Тверь, 30 ыая-1 июня, 1391 / Новосибирск*, ии-т теорет.п пршел ыеханни», 1992, с. 105 -110.

^ЦссШ^

/

■ /

/

А/

(

Схема установки плагикоб

HQ ЧвХ/ЮОЫХ TßtfciX TBC

1

Рис, 2

Рис, Ь КонотРщп.иЬноя схена стШй Центр -

/

CmèWi*b КС

htoa Рвь.чещбчц.я

Ini^îcpîîïïcmspcr'

ЙсгыЗвоЭомлРот

J \ ■

Рт{>еХЁ*з PC

Put. к

тструши^ схеме в«**«

USh-тр- ?

C.t¡¿*3 Зля испытания 73С по ёсрионту 2

а- TBC ; I - nûcmafchûi ; s • гидрвдомгрот

k - ßmißtü 0ПСРНО9 ; 5 - CflfyJö,

С/??Ы 3,ы испытания TSC по ßü^uöHmy /7 h .. i 5

t— ч ^

« »

•f - Tôf á - псстомзнт) ъ - ¿идродсмкмт ётулка опорной S - мыничитьиъ,

Р ¿V с, 5

а

£00

5 400

и

о а; гг о

о. с

с;

и>

«О О

о_ С

40

х А \ *\ \

\*\

0.04 ОЛ 4.0 Распухание, ®/в

Ю

100

Рис. 5 Во£исилюсте преде/,с, прочности

от ¿еличины распагсни* при гглиперй-тире о&учения ¿50-550 сС Сй-лре5£Л прочности при налезь'* характеристиках пластичности ).

Ф

4

PQCnpQds/iQHuQ плотности нейтронного nзля McSspwusupoücHhoá QmuisHou гоны SH'SOO

Pub,

\

im "Ч íTncjs Л

?. МЛа

Ф

fíSWT

Пх

?1Ы' С ТаС

Рис. 3

Распределение Утреннего даяния ? тшоноситш, Ф/менса <Р и температура ÇT§hru по бысоте 7ВС.

Вид иъщбных дёфор^ий осей

Ю стзржнзй TBC реактора ВН-sSO;

Ù - отдельно

S» уоаъноозмвнныО çrQPftCHu.

I оны контакт

|Q 160

стержней, pQÔÎfiio!

4 % Ь h £ S У S 9 <№ H

fi

к g?

«a á

Cl

tb t: о

iôl §

Ô 7

e

5 k s

<?0

40

\тЛл\Ч \ЧV \4\\Vw4

i Z i ¿i S 6 ? £ ?

jiOvOpQ. C~fpX"KtV

Pu С. i С

Ьоны контактов стержньи т 320 С уток pno'omtj)

Í

10

9-

ê-

ÍTfe s *

7

* I

^

о

5 -

О

■il

2ti M-

О

. ÍA. 3-

: «J •

<,

О

2-

2

7 ô g i с 11

10

ÇJ

6 Ö

t-Г)

c: i

5 es

N~>

Л

h E

3

У

< 5 А 5 s 7 â 9 10 H Hevesci стержней

г

РиС. H

Зоны понтоатоё стер ясней il ASC с,то к paiïomb!

<Q 9 в

1 2 S Ji SS1 â 9 10 а

in 7-

U

3 $.

e

Gí

О S ■

e^

Vi

Ц «i> A ■

Л

П Ь

u.

«>

г:

о

зс î-

.ê 7

\ Л\\\\\\\\\ч\Y\<\ v ч\ ч\'ч\чч\ччЛ

1 % ' р A S s ? й 9 40 H

покера c^sp'*-Pu С. 12

А-Л

м:*

iffW\

ï-

Подп.в' изчагь 30.12.93 адм.буц.бОлВ^ Бумаге гмечад. . Печлгь о^сегвал. Усл.пач. 1,0л, Уч.язд.О,? Заказ й 1193

Тирак 100 3K5«__ _" __

Лаборатория иног.уеха."ИГУ г.К.Новгород, пр.Гагарина 25.