检索结果-内蒙古大学图书馆

核动力工程 2024年第4期45卷 142-149页

作者：闵光云姜乃斌中山大学中法核工程与技术学院广东珠海519082

本文搭建了一个快速预测燃料棒模态特征及流致振动响应的降阶模型(ROM)。首先,基于有限元分析软件ANSYS的批处理功能得到不同刚度下燃料棒的模态数据,将模态数据组装成快照矩阵。接着,基于商用数学软件MATLAB和半经验公式批量计算燃料... 详细信息

本文搭建了一个快速预测燃料棒模态特征及流致振动响应的降阶模型(ROM)。首先,基于有限元分析软件ANSYS的批处理功能得到不同刚度下燃料棒的模态数据,将模态数据组装成快照矩阵。接着,基于商用数学软件MATLAB和半经验公式批量计算燃料棒的流致振动响应,将流致振动响应数据组装成快照矩阵。然后,采用本征正交分解(POD)方法将快照矩阵投影到低维空间,并根据特征值大小选出能量占比最高的POD模态。基于选出的POD模态将快照矩阵重构回物理空间,实现了模态和流致振动响应的快速计算。研究发现:对于1阶模态和流致振动响应的重构,刚度越小所需要的POD模态数量越多;对于相同刚度下不同阶模态的重构,模态阶次越高,所需要的POD模态数量越多。本文研究结果对于燃料棒模态特征和流致振动响应的快速计算具有一定的意义。

关键词：本征正交分解(POD)方法燃料棒降阶模型(ROM) 模态特征流致振动响应

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核燃料结构流致振动响应及其不确定性的分析方法与应用

核燃料结构流致振动响应及其不确定性的分析方法与应用

引用

作者：刘鹏亮大连理工大学

学位级别：博士

核燃料组件是核电站反应堆的核心和关键部件,随着我国核电机组的不断增加,核电在我国能源比重中不断增大,自主核燃料研发对保障我国核燃料供应安全和“走出去”具有非常重要的作用。由流致振动引起的格架与燃料棒磨蚀是近几十年来压水... 详细信息

核燃料组件是核电站反应堆的核心和关键部件,随着我国核电机组的不断增加,核电在我国能源比重中不断增大,自主核燃料研发对保障我国核燃料供应安全和“走出去”具有非常重要的作用。由流致振动引起的格架与燃料棒磨蚀是近几十年来压水堆燃料棒破损的最主要原因,流致振动问题是自主核燃料研发中关键技术问题之一,必须开展深入研究。同时在许多工程领域中也存在流致振动问题,从学科角度考虑,对核燃料结构流致振动问题进行深入研究还具有重要的科学意义和工程价值。本文将围绕核燃料结构流致振动响应和流致振动响应不确定性开展理论分析、数值计算和试验研究,以指导自主核燃料研发设计,并为后续工程应用和自主知识产权计算软件开发奠定了理论基础。其研究内容具体如下:(1)基于连续梁方法和势流理论建立了多约束燃料棒结构自由振动特性和附加质量的计算模型。为实现燃料棒结构中多跨间相互作用模拟,采用多跨连续梁模拟多约束燃料棒,建立了多约束燃料棒在空气中振动控制方程,给出了结构的总体刚度矩阵和质量矩阵。进而通过势流理论,考虑了流体轴流和边界条件的影响,得到了轴向流作用的附加质量矩阵,建立了多约束燃料棒结构自由振动特性和附加质量的计算模型。计算得到压水堆燃料棒在空气和轴向流中自由振动的固有频率和振型,研究了流体附加质量、格架弹簧刚度和格架跨距对振动特性的影响规律。(2)基于响应功率谱密度方法建立了多约束燃料棒结构流致振动响应计算模型,对压水堆燃料棒流致振动响应进行了数值计算。将轴向流对燃料棒作用力作为沿燃料棒轴向分布的随机脉冲载荷,给出了轴向流的载荷功率谱,并基于燃料棒结构在轴向流中自由振动的振型,分别使用功率谱分析法和耦合积分法建立燃料棒流致振动响应计算模型,对压水堆燃料棒流致振动响应进行了数值计算,分析了格架跨距和轴向流流速对流致振动响应的影响规律。(3)对燃料相关组件棒在轴向流中流致振动响应进行了数值计算,通过试验验证流致振动响应的分析方法。采用燃料棒流致振动响应的分析方法,建立了燃料相关组件棒在空气中振动控制方程,考虑了轴向流附加质量,得到了燃料相关组件棒在轴向流中流致振动响应的数值计算结果,分析了轴向流流速对燃料相关组件棒振动频率、振型和流致振动响应的影响。通过圆柱体结构流致振动响应的试验工作,验证流致振动响应分析方法的正确性。(4)设计了核燃料结构流致振动响应的非接触可视化试验方案,通过试验获取燃料相关组件棒的流致振动响应。提出了可视化试验方案测量核燃料结构的流致振动响应,使用高清相机记录流致振动响应,确定了流致振动响应视频数据的处理方法。通过可视化试验得到了燃料相关组件棒在导向管中的一维和二维流致振动位移响应及其变化规律,实现了导向管内燃料相关组件棒流致振动的无干扰实时测量,并通过功率谱密度研究分析了燃料相关组件棒流致振动稳定性。(5)基于区间分析方法建立了核燃料结构流致振动响应不确定性的计算实施方案。在流致振动响应问题中存在多种因素不确定性,为考虑不确定性影响,采用Chebyshev多项式代理模型构造区间扩张函数的方法,提出了关于核燃料结构流致振动响应不确定性的正分析及逆分析计算策略。通过区间正分析识别了对流致振动响应不确定性的影响因素及输入参数区间,确定输入参数区间对响应不确定性影响规律;并以此为基础,将逆问题区间分析转化为两类确定性逆问题进行求解,通过比较测量得到的流致振动响应和正分析模型预测的流致振动响应,构造了与输入参数相关的目标函数,使用L-M算法对目标函数求极值方法得到输入参数区间。最后,对本文的研究工作进行总结和展望,并给出了后续工作的研究重点。

关键词：核燃料结构振动特性附加质量响应功率谱密度流致振动响应可视化试验响应不确定性区间分析

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