弥散型核燃料的辐照-热-力耦合断裂相场法

作     者：尹耀得 于红军 

作者机构：哈尔滨工业大学航天科学与力学系 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12172103 12020101001 12332009)资助 

主　　题：断裂相场法 辐照-热-力耦合 弥散型核燃料 有限元模拟 

摘      要：弥散型核燃料作为第四代核电技术的重要组成部分，以其反应均匀、温度梯度小及高燃耗等显著优势，在核电领域展现出重要应用前景。随着核电站设计服役年限的延长，为防止核裂变产物的泄露，弥散型核燃料元件断裂和失效行为的预测更加重要。断裂相场法是近年发展起来的计算断裂力学方法，并在多物理场作用下的复杂介质断裂行为预测上取得了成功。本文首先基于连续介质热力学建立了辐照-热-力耦合断裂相场方法用以预测弥散型核燃料在辐照、热应力和机械载荷共同作用下的断裂及传热行为。随后，分别对压水堆坏境下的弥散型核燃料代表性单元及整板的断裂行为进行了数值仿真计算，获得了弥散型核燃料内部的温度场、裂纹相场和静水压力场。结果显示：均匀颗粒分布的弥散型核燃料具有较小的温度梯度；基体中未发现裂纹，结构损伤形式以燃料颗粒断裂为主，裂纹在燃料颗粒边缘萌生并向内部扩展。本研究可为弥散型核燃料元件的断裂行为预测提供有效的计算模拟方法和数值分析依据。