РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПАДЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ
Автор: Владислав Владимирович Шорохов
Соавторы: О.Ю. Виленский, Д.А. Лапшин
Организация: АО «ОКБМ Африкантов»
Рисунок 1 – График изменения ускорений в центральной части ТВС при соударении
Современный этап развития атомной энергетики характеризуется повышенными требованиями безопасности, предъявляемыми к объектам использования атомной энергии (ОИАЭ). Особое место на данных объектах занимают системы хранения и транспортирования ядерного топлива вследствие существования потенциальной возможности возникновения ситуаций, связанных с падением оборудования при проведении транспортно-технологических операций (ТТО), что может привести к серьёзным радиационным последствиям.
Задача проектирования сводится к оценке степени повреждения и разгерметизации оборудования. Для выполнения подобного анализа применяют специализированные программные продукты (ANSYS, LS-DYNA, ABAQUS, ЛОГОС и т.д.), позволяющие решать уравнения механики сплошной среды для определения напряженно-деформированного состояния узлов и элементов конструкций в условиях интенсивного динамического нагружения. Степень достоверности результатов численного моделирования процесса деформирования в процессе соударения во многом определяется качеством конечно-элементных моделей конструкции и качеством математических моделей поведения конструкционных материалов, адекватно описывающих влияние условий нагружения на диаграммы деформирования. Поскольку указанный процесс является динамическим, определяющие соотношения должны учитывать влияние скорости деформации на радиус поверхности текучести. Кроме того, локальные интенсивные пластические деформации в условиях ударного нагружения приводят к существенному адиабатическому разогреву и разупрочнению материала. В связи с этим при моделировании деформирования материала необходимо также учитывать влияние температуры на механические характеристики.
Целью настоящей работы являлась оценка напряженно-деформированного состояния тепловыделяющей сборки (ТВС) при ее возможном падении в случае обрыва крепежных или строповых элементов при выполнении транспортно-технологических операций. На рисунке 1 представлен график изменения ускорений в центральной части ТВС при соударении. Описанная методика позволяет решать задачи, связанные с падением оборудования и обоснованием динамической прочности различных конструкций объектов использования атомной энергии, избежать дорогостоящих натурных испытаний, что способствует повышению конкурентоспособности изделий за счет снижения себестоимости. Полномасштабное математическое 3D - моделирование позволило выполнить детальный анализ динамических процессов, сократив сроки проектирования, и снизить себестоимость разрабатываемой конструкции. Полученные результаты, позволили проанализировать процесс соударения, определить пластические деформации, возникающие в элементах ТВС и дать рекомендации по усилению конструкции.
1. Виленский О.Ю., Лапшин Д.А., Новинский Э.Г., Рябцов A.В., Шорохов В.В. Расчетный анализ и оценка последствий падения ТВС с применением верифицированных моделей деформирования конструкционных материалов// Атомная энергия, Москва. Т.131. вып. 5 2021 г. С. 295-298.
