留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

铀基聚变-裂变混合堆次临界能源包层有限元力学分析

刘志勇 曾和荣 王少华 郭海兵 马纪敏

刘志勇, 曾和荣, 王少华, 等. 铀基聚变-裂变混合堆次临界能源包层有限元力学分析[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 036001. doi: 10.11884/HPLPB201830.170099
引用本文: 刘志勇, 曾和荣, 王少华, 等. 铀基聚变-裂变混合堆次临界能源包层有限元力学分析[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 036001. doi: 10.11884/HPLPB201830.170099
Liu Zhiyong, Zeng Herong, Wang Shaohua, et al. Finite element analysis of subcritical energy blanket for uranium-based fusion-fission hybrid reactor[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 036001. doi: 10.11884/HPLPB201830.170099
Citation: Liu Zhiyong, Zeng Herong, Wang Shaohua, et al. Finite element analysis of subcritical energy blanket for uranium-based fusion-fission hybrid reactor[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 036001. doi: 10.11884/HPLPB201830.170099

铀基聚变-裂变混合堆次临界能源包层有限元力学分析

doi: 10.11884/HPLPB201830.170099
基金项目: 

国家磁约束聚变能研究专项 2012GB106000

详细信息
    作者简介:

    刘志勇(1976—),男,硕士,副研究员,从事结构设计研究与数值模拟分析工作; lzy_fu@163.com

  • 中图分类号: TL371

Finite element analysis of subcritical energy blanket for uranium-based fusion-fission hybrid reactor

  • 摘要: 次临界能源包层是聚变-裂变混合堆的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。本文利用有限元分析软件对次临界能源包层的第一壁结构、支撑固定结构的相关零部件开展了初步的力学分析,得到了各零部件相关结构的最大应力值、应力分布云图和变形分布云图,其中支撑结构的最大应力位于加强筋板与圆柱定位销的连接处,应力值为310.2 MPa;第一壁的最大应力位于“U”形流道拐角处,应力值为240.7 MPa;按相应的评价准则进行结构的强度和刚度校核,计算结果表明次临界能源包层各零部件能够满足计算工况下的强度和刚度要求。
  • 图  1  单瓣包层结构和局部放大剖切图

    Figure  1.  Single blanket structure and local magnified structure

    图  2  支承固定结构和局部放大图

    Figure  2.  Support structure and local magnified structure

    图  3  包层坐标系

    Figure  3.  Blanket coordinates

    图  4  包层支承结构有限元模型及局部放大图

    Figure  4.  FEA model of the blanket support structure and local magnified structure

    图  5  第一壁结构有限元模型

    Figure  5.  FEA model of the first wall

    图  6  支承结构外加载荷图

    Figure  6.  Loads of the support structure

    图  7  第一壁外加载荷图

    Figure  7.  Loads of the first wall

    图  8  支承结构边界约束图

    Figure  8.  Boundary constrains of the support structure

    图  9  第一壁边界约束图

    Figure  9.  Boundary constrains of the first wall

    图  10  支承结构应力和局部放大云图

    Figure  10.  Stress contours of the support structure

    图  11  定位导向隔板的应力线性化图

    Figure  11.  Linearized stress of the orientation board

    图  12  支承结构变形和局部放大云图

    Figure  12.  Deformation contours of the support structure

    图  13  第一壁应力和局部放大云图

    Figure  13.  Stress contours of the first wall

    图  14  第一壁的应力线性化图

    Figure  14.  Linearized stress of the first wall

    图  15  第一壁变形云图

    Figure  15.  Deformation contours of the first wall

    表  1  计算用材料力学性能参数

    Table  1.   Material parameters used in calculation

    material density ρ/(kg·m-3) Young’s modulus E/MPa Poisson’s ratio μ thermal expansion coefficient/(μm/m℃)
    SS316L 7870 1.9×105 0.29 19.9
    ZIRLO 6440 0.98×105 0.33 6.30
    U-10Zr 13300 1.6×105 0.24 5.63
    RAFM 7870 2.0×105 0.27 11.9
    下载: 导出CSV

    表  2  包层各零部件的许用应力

    Table  2.   Allowable stress of blanket parts

    material temperature/K stress allowable stress/MPa
    σ 531
    SS316L 500 Pm 177
    Pm+Pb 265
    σ 930
    ZIRLO 500 Pm 310
    Pm+Pb 465
    U-10Zr 500 σ 309
    σ 1134
    RAFM 500 Pm 378
    Pm+Pb 567
    下载: 导出CSV
  • [1] Aymar R. Technical basis for the ITER-FEAT outline design[Z]. ITER EDA Documentation Series No19, IAEA, Vienna, 2000.
    [2] Boccaccini L V, Bekris N, Chen Y, et al. Designdescription document for the European helium cooled pebble bed (HCSB) test blanket modules[R]. ITER FEAT Final Design Repert, Karlsruhe, 2001.
    [3] 邱励俭. 聚变能及其应用[M]. 北京: 科学出版社, 2008, 1-10.

    Qiu Lijian. Fusion energy and its application. Beijing: Science Press, 2008: 1-10
    [4] 刘志勇, 曾和荣, 钱达志, 等. ITER驱动混合堆次临界包层燃料区结构设计与分析[J]. 强激光与粒子束, 2015, 27: 046001. doi: 10.11884/HPLPB201527.046001

    Liu Zhiyong, Zeng Herong, Qian Dazhi, et al. Structure design and analysis of subcritical blanket fuel zone of hybrid reactor based on ITER. High Power Laser and Particle Beams, 2015, 27: 046001 doi: 10.11884/HPLPB201527.046001
    [5] 刘志勇, 李正宏, 黄洪文, 等. ITER磁体支撑结构有限元分析[J]. 强激光与粒子束, 2015, 27: 016013. doi: 10.11884/HPLPB201527.016013

    Liu Zhiyong, Li Zhenghong, Huang Hongwen, et al. Finite element analysis of ITER magnet support structure. High Power Laser and Particle Beams, 2015, 27: 016013 doi: 10.11884/HPLPB201527.016013
    [6] 曾和荣, 黄洪文, 刘志勇, 等. ITER驱动次临界包层总体结构概念设计[J]. 强激光与粒子束, 2015, 27: 016014. doi: 10.11884/HPLPB201527.016014

    Zeng Herong, Huang Hongwen, Liu Zhiyong, et al. Whole structure conceptual design of subcritical blanket driven by ITER. High Power Laser and Particle Beams, 2015, 27: 016014 doi: 10.11884/HPLPB201527.016014
    [7] Pipkinsay D S, Atlurib S N. Applications of the three dimensional method finite element alternating method[J]. Finite Elements in Analysis and Design, 1996 (23): 133-153.
    [8] ANSYS高级技术分析指南[M]. 美国: ANSYS公司. 1999.

    ANSYS advanced analysis techniques guide. America: ANSYS Company. 1999
    [9] 杜平安. 结构有限元分析[M]. 北京: 机械工业出版社, 1998.

    Du Ping'an. The finite element analysis and structure modeling method. Beijing: China Machine Press, 1998
    [10] 刘鸿文. 材料力学[M]. 北京: 高等教育出版社, 1991.

    Liu Hongwen. Mechanics of materials. Beijing: Higher Education Press, 1991
    [11] Nash W A. 静力学与材料力学[M]. 纽约: 美国麦格劳希尔教育出版集团, 2002.

    Nash W A. Statics and material mechanics. New York: America McGraw Hill Education Press, 2002
  • 加载中
图(15) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  1218
  • HTML全文浏览量:  276
  • PDF下载量:  115
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-01
  • 修回日期:  2017-12-15
  • 刊出日期:  2018-03-15

目录

    /

    返回文章
    返回