基于光滑粒子与有限元耦合算法的放射性废液运输容器跌落分析

黄　岗　　孙　胜　　童明炎　　汪　海　　司丹丹（中国核动力研究设计院　　成都　610213）



基于光滑粒子与有限元耦合算法的放射性废液运输容器跌落分析

黄岗孙胜童明炎汪海司丹丹
（中国核动力研究设计院成都610213）

摘要基于光滑粒子和有限元耦合算法，利用显式动力学分析软件LS-DYNA，对装载放射性废液的车载式废树脂接收装置在三种不同跌落方式下的跌落冲击过程进行了数值分析。以装置水平跌落为典型算例，对其在跌落过程中所受的动态激励、装置的压力变化和装置的应力状态进行了分析。结果表明，光滑粒子和有限元耦合算法对于解决装载放射性废液的运输容器在跌落冲击过程中流固耦合问题是有效的。同时，基于有限元分析结果，提出了一种按照RCC-M《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》等规范对放射性物质运输容器跌落冲击过程进行应力强度评定的方法，并依据该方法对装置的结构强度进行了评定，结果显示装置在三种不同跌落方式下的应力强度均满足要求。

关键词运输容器，跌落冲击，流固耦合，光滑粒子法，应力强度评定

Dropping analysis of radioactive liquid waste transport container based on finite element method coupling with smoothed particle hydrodynamics method

HUANGGangSUNShengTONGMingyanWANGHaiSIDandan
（NuclearPowerInstituteofChina，Chengdu610213，China）

Abstract Background: Droppingimpactresistancepropertyisakeycharacteristicforthetransportationsafetyof transportcontainerfilledwithradioactiveliquidwaste.Therefore，itisnecessarytocarryoutdroppingimpact analysisofthetransportcontainerwiththeappropriatemethodduringresearchanddevelopprocess.Purpose: Droppingimpactanalysiswithappropriatemethodforthetransportcontainerfilledwithradioactiveliquidwastewas carriedouttoverifyitsdroppingimpactresistanceproperty. Methods:Basedonsmoothedparticlehydrodynamics methodcouplingwithfiniteelementmethod，droppingimpactanalysisoftravellingspentresininceptingdevicefilled withradioactiveliquidwasteinthreedifferentwayswascarriedoutwithLS-DYNAcodewhichwasanexplicit dynamicanalysissoftware.Besides，astressstrengthassessmentmethodforthedevicestructurebasedonRCC-M andotherruleswasproposed，andthestressstrengthassessmentwasalsoperformedwiththemethod. Results:The dynamicexcitation，thepressurevarietyandthestressofthedeviceduringdroppingimpactprocesswereobtainedin thepaper.Conclusion:Smoothedparticlehydrodynamicsmethodcouplingwithfiniteelementmethodissuitablefor solvingthefluid-structureinteractionquestionduringdroppingimpactprocessforthedevicefilledwithradioactive liquidwaste.Furthermore，thestrengthofthedevicesatisfiestherequirementinthreedifferentwaysofdropping.

Key words Transportcontainer，Droppingimpact，Fluid-structureinteraction，Smoothedparticlehydrodynamics method，Stressstrengthassessment

光滑粒子法是一种基于粒子的拉格朗日方法。因不需借助任何网格，所以算法本身避免了有限元法在大变形问题中常遇到的网格畸变和网格扭曲等一系列问题，可用于模拟流体的流动变形，且具有强大的模拟大变形和复杂物理现象的能力，在天体物理、高速冲击和流体力学等相关领域中获得了广泛应用，但它仍然存在一些问题，如计算效率低和边界处理算法不成熟等。……