核燃料裂变破碎过程中静力学和动力学受力分析的对比研究

王 斐，谢东升，张瑷月，康 锐，吴 璐，潘虎成

（1.中国核动力研究设计院第一研究所，成都 610041；2.东北大学 材料学院 材料各向异性与织构教育部重点实验室，沈阳 110819）

目前商用的核反应堆最核心的部件即为燃料组件［1-3］，而Zr［4-5］和UO2［6-8］是常用的核材料，其一般是由单片式的UO2／Zr［9-10］燃料板组成。该组件类似于金属基的复合材料，即由微米尺度的UO2颗粒弥散分布于Zr基体合金的内部而成，所采取的制备工艺一般分为球磨制粉、混料、热等静压以及后续的挤压或轧制等大变形以降低孔隙率，从而达到控制形状和控制性能的双重目的。然而，在UO2／Zr单片式燃料板的实际服役过程中，往往面临着严苛的高温［11］、高 压［12］和辐照［13-14］等环境，将不可避免的会在UO2内部或板内界面处的孔隙聚集大量的高温裂变气体，并在如此复杂的多场耦合作用下，对Zr合金的基体发生迭代式的爆炸冲击作用，会有可能对Zr合金的基体带来塑性损伤甚至破坏的风险。因此，系统研究UO2／Zr单片式燃料板服役过程中的裂纹扩展行为以及受力情况，对保障核反应的正常运行具有重要工程意义。

静力学法［15-17］又称“主应力法”，是在对实际工程问题进行简化的基础上建立平衡方程、屈服准则和边界条件后求解变形力的一种近似方法。尽管有限元的动力学分析方法越来越被广泛地应用于变形力的求解与预测［18-24］，静力学法在工程上的应用也从未间断［25-26］。静力学的受力分析方法已被广泛应用于挤压、轧制、锻造和拉深等塑性变形加工等问题上。……