新燃料元件运输容器跌落试验的有限元分析

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2005-5601-8537燃料包壳大变形行为三维有限元分析研究韩智杰1* 贺亚男2 刁均辉1 季松涛1(1.中国原子能科学研究院 北京 102413;2.西安交通大学 陕西西安 710049)摘 要：包壳鼓胀大变形行为是失水事故过程中的重要燃料安全问题。

为了研究局部效应对包壳鼓胀大变形的影响，通过自定义锆合金包壳材料蠕变性能，建立了三维有限元非线性ABAQUS分析模型。

根据给定的包壳温度、压力边界条件，研究讨论了升温速率、超压速率、温度及温度不均匀分布对失水事故下包壳大变形的影响，结果表明，局部周向温差是各向异性包壳在鼓胀过程中发生弯曲的主要原因。

包壳大变形三维有限元分析模型对指导包壳鼓胀试验具有积极作用。

关键词：包壳大变形 有限元分析 三维 包壳鼓胀中图分类号：TL364+.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)10(b)-0031-05 The Study of Cladding Large Deformation Base on Three Dimension Finite Element Analysis MethodHAN Zhijie1* HE Yanan2 DIAO Junhui1 JI Songtao1(1. China Institute of Atomic Energy, Beijing, 102413 China; 2. Xi'an Jiaotong University, Xi'an, ShaanxiProvince, 710049 China)Abstract: The cladding ballooning large deformation behavior is an important fuel safety issue during loss of coolant accident. In order to study the effect of local effects on the cladding ballooning large deformation, a three-dimensional finite element nonlinear ABAQUS model was established by defining the creep properties of the zirconium alloy. The effects of heating rate, overpressure, temperature and non-uniform temperature distribution on the cladding large deformation under loss of coolant accident condition are simulated and discussed by the given cladding temperature and pressure boundary conditions. The results show that the local circumferential temperature difference is an important reason for the bending of a few cladding during the ballooning. The three-dimensional finite element analysis model of the cladding large deformation has a positive meaning on guiding the cladding ballooning test.Key Words: Cladding large deformation; Finite element analysis; Three-dimension; Cladding ballooning为了保证反应堆的安全，核电厂设计中针对典型的设计基准事故—失水事故（LOCA）设置了应急堆芯冷却系统进行事故处置及后果缓解，并提出了针对应急堆芯冷却系统的验收准则和具体要求，其目的是保证堆芯可冷却性[1]。

国家核安全局关于批准中核北方核燃料元件有限公司海阳核电燃料组件运输核与辐射安全分析报告书的通知文章属性•【制定机关】国家核安全局•【公布日期】2019.07.20•【文号】国核安发〔2019〕166号•【施行日期】2019.07.20•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】核与辐射安全管理正文关于批准中核北方核燃料元件有限公司海阳核电燃料组件运输核与辐射安全分析报告书的通知国核安发〔2019〕166号中核北方核燃料元件有限公司：你公司《关于〈中核北方核燃料元件有限公司海阳核电燃料组件运输核与辐射安全分析报告书〉审评的请示》（公司安字〔2019〕223号）收悉。

根据《放射性物品运输安全管理条例》的相关要求，我局审查了你公司提交的《中核北方核燃料元件有限公司海阳核电燃料组件运输核与辐射安全分析报告书》（以下简称《报告书》）。

经研究，批复如下。

一、同意你公司按照《报告书》中的各项承诺和运输方案，以公路运输的方式实施海阳核电燃料组件运输活动。

你公司作为海阳核电燃料组件运输活动的托运人（地址：内蒙古自治区包头市青山乌素图；法定代表人：李卫东），应承担海阳核电燃料组件运输过程中的核与辐射安全责任。

二、你公司采用STC-NF1A新燃料运输容器（设计批准号：CN/059/AF-96（NNSA））实施运输，单个容器最多可以装载1组改进型RFA-XL型新燃料组件。

单次最多运输68个货包，年最多运输2次。

三、运输活动实施前，你公司应委托有资质的辐射环境监测机构对货包表面污染和辐射水平实施监测，并将监测报告报内蒙古自治区生态环境厅备案。

四、每次运输活动实施前，你公司应报告我局。

五、运输过程中如发生核与辐射事件或事故，应及时报告我局和事故发生地的省级生态环境主管部门。

六、本批准不免除你公司遵守国家其他有关运输法规要求的责任。

七、本批准有效期至2024年6月30日。

国家核安全局2019年7月20日。

有限元分析在内燃机结构设计中的应用内燃机是一种将燃油燃烧产生的高温高压气体能量转化为机械能的装置。

在内燃机的设计过程中，结构强度和可靠性是非常重要的考虑因素。

为了能够有效地评估内燃机结构的强度和稳定性，目前广泛采用有限元分析技术。

1.应力分析：内燃机通常在高速、高温和高压等工作环境下工作，其主要参数包括气缸压力、进气压力和燃气压力等。

有限元分析可以帮助工程师评估内燃机结构在工作环境下的应力分布情况，进而确定构件的寿命和可靠性。

通过有限元分析，可以分析气缸盖、曲轴箱等关键构件的强度和稳定性，以确保内燃机的工作安全。

2.疲劳寿命分析：内燃机运行时会受到周期性的应力荷载，这可能会导致构件出现疲劳破裂。

有限元分析可以帮助工程师评估内燃机结构的疲劳寿命，通过计算和分析构件的振动频率和模态，确定疲劳寿命的固定因素，进而指导内燃机结构的优化设计。

3.热应力分析：内燃机在工作过程中会产生大量的热量，这会导致构件的温度升高，进而引起热应力。

有限元分析可以帮助工程师计算内燃机结构在工作温度下的热应力，进而评估构件的热疲劳寿命。

通过有限元分析，可以确定内燃机冷却系统的设计方案，以保证内燃机的工作温度在可控范围内。

4.振动分析：内燃机在运行过程中会产生振动，这可能导致构件疲劳破裂、工作不稳定等问题。

有限元分析可以帮助工程师评估内燃机振动特性，并指导内燃机的结构优化设计。

通过计算和分析内燃机构件的振动频率和模态，可以确定振动的固有频率和振型，进而指导减振措施的设计。

总的来说，有限元分析在内燃机结构设计中的应用可以提高内燃机的强度、稳定性和寿命，进而提高其工作效率和可靠性。

通过有限元分析的辅助，内燃机的结构设计可以更加科学、合理和可靠。

然而，有限元分析只是一种工程手段，其结果还需要结合实际工作环境和设计要求进行综合评估，以确定最优的设计方案。

Journal of Electrical Engineering 电气工程, 2019, 7(1), 32-43Published Online March 2019 in Hans. /journal/jeehttps:///10.12677/jee.2019.71004Research on Falling Impact Test Systemfor High-Altitude Work Basedon Finite Element AnalysisHeng Ma, Rui Li, Ke Qian, Yibo Gao, Zhouxuan LiZhejiang Huadian Equipment Testing Institute Co., Ltd., Hangzhou ZhejiangReceived: Feb. 12th, 2019; accepted: Feb. 26th, 2019; published: Mar. 6th, 2019AbstractAiming at the problem of low efficiency and danger of dynamic impact test for protective equipment at high altitude, a set of impact test systems with good rigidity, reliable protection, convenient oper-ation and wide detection range is developed by using wireless measurement and control technology and laser ranging technology. Through finite element simulation, four kinds of materials, carbon steel, nodular cast iron, cast steel and hard aluminum alloy, were compared and analyzed. The im-pact test frame was developed with Q235 carbon steel frame. The auxiliary equipments such as drop test lock-lifting machine, intelligent laser ranging heavy block and wireless automatic release device are developed, which improves the overall safety and accuracy of the test and the overall level of the detection field of high-altitude operational protective equipment in China.KeywordsHigh-Altitude Operation, Falling Impact, Finite Element, Test System基于有限元分析的高处作业坠落冲击试验系统研究马恒，李瑞，钱科，高义波，李周选浙江华电器材检测研究所有限公司，浙江杭州收稿日期：2019年2月12日；录用日期：2019年2月26日；发布日期：2019年3月6日摘要针对高处作业防护装备动态冲击测试效率低下、具有危险性的问题，本文利用无线测控、激光测距等技马恒 等术，开发了一套刚性好、防护可靠、操控便捷、检测范围广的冲击试验系统。

跌落冲击对储氢气瓶疲劳寿命影响的试验研究赵兵;徐维普;李前;吴恩启【摘要】疲劳寿命是气瓶使用性能的重要指标.针对车用储氢气瓶在装载、运输和使用过程中受跌落冲击影响疲劳寿命的问题,以T700碳纤维/环氧树脂缠绕6061铝合金储氢气瓶作为试验样品,对其进行跌落试验和常温疲劳试验研究.试验结果表明,气瓶经跌落冲击后,疲劳泄漏发生在45°方向跌落接触部位的封头处,疲劳失效次数下降近72.9％,疲劳寿命大大降低.大量型式试验经验表明,防止碳纤维缠绕铝内胆气瓶跌落损伤是极其必要的.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2019(057)007【总页数】3页(P47-49)【关键词】储氢气瓶;跌落冲击;疲劳寿命【作者】赵兵;徐维普;李前;吴恩启【作者单位】200093 上海市上海理工大学机械工程学院;200333 上海市上海市特种设备监督检验技术研究院;200333 上海市上海市特种设备监督检验技术研究院;200093 上海市上海理工大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH490 引言高压储氢气瓶采用碳纤维全缠绕铝内胆结构，与传统金属气瓶相比，具有质量轻、压力容限高、可靠性高等优点，在氢能源汽车、航空航天等领域有着广阔的应用前景[1]。

储氢气瓶在装载、运输以及使用过程中，有时会因操作不当受到跌落、碰撞等冲击，造成气瓶受损，影响使用寿命。

因此，研究跌落冲击对碳纤维缠绕铝内胆气瓶疲劳寿命的影响具有重要意义。

近年来，已有众多学者对碳纤维缠绕铝内胆气瓶的疲劳性能开展了大量研究工作。

王亮[2]等提出了基于组分强度分析的复合材料疲劳寿命计算方法，并预测了复合材料气瓶在内压循环载荷作用下的疲劳寿命。

成志钢、林松[3-5]等分别利用有限元和试验方法分析了不同自紧压力、缠绕张力、铝内胆缺陷对复合材料气瓶疲劳性能的影响。

方红荣[6]等开展了基于Miner线性损伤累积理论的运载火箭高压气瓶在正弦振动下的疲劳分析，推导出了疲劳寿命计算公式并进行了寿命预测。

全弹状态下固体火箭发动机跌落有限元仿真与试验验证
倪铭;林冬;康健;何坤;陈艾鹏;肖航
【期刊名称】《固体火箭技术》
【年(卷),期】2024(47)3
【摘要】为预示垂直冷弹发射火箭弹高空意外跌落情况下的破坏形式并辨明其危险源,针对固体火箭发动机跌落安全性问题,基于瞬态动力学方法,开展了全弹状态下固体火箭发动机30 m跌落过程有限元仿真与试验研究。

结果表明,全弹跌落过程中主要通过尾舱、喷管扩张段、控制舱与地面钢板塑性形变与失效来消耗冲击能量,从而确保燃烧室壳体与喷管收敛段壳体结构完整;地面钢板厚度增加使撞击过程中钢板形变量与撞击时间减小,燃烧室壳体与喷管最大应力增大,相比于14 mm钢板,50 mm钢板最大形变量减少93%,撞击时间减少34%,燃烧室壳体最大应力增大1倍;全弹以一定的角度倾斜跌落,有利于充分发挥燃烧室壳体与喷管壳体等部件承载能力,跌落角度减小使全弹与地面钢板撞击过程中尾舱和喷管部件形变与失效部分减少,但会导致燃烧室壳体与喷管壳体应力增大,从而增加其折断风险。

【总页数】9页(P421-429)
【作者】倪铭;林冬;康健;何坤;陈艾鹏;肖航
【作者单位】四川航天机电工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V435
【相关文献】
1.固体火箭发动机接头组合件三维弹塑性有限元分析
2.纤维缠绕固体火箭发动机壳体大变形有限元分析与仿真软件介绍
3.固体火箭发动机试车架中板簧弹阻力有限元计算方法
4.水库安全运行综合管理系统标准化建设探讨
5.某型固体火箭发动机喷管泄压结构设计与试验验证
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移动式低温LNG贮罐强度的有限元分析徐妙富;刘宝庆;蒋家羚;金志江【摘要】为实现移动式低温LNG贮罐的优化设计与安全运行,以高真空多层绝热结构LNG贮罐为研究对象,在分析其结构与承载特点的基础上,针对实际使用中经历的启动、制动、颠簸等多种工况,采用有限元方法分析了该类贮罐总体及局部的应力强度分布.结果表明:多种工况下,内容器内壁靠近滑动端支承的部位应力强度均最高,特别是遭遇羁绊颠簸时,其最大应力强度达到323.5MPa,比静态操作提高了62.5%,因此在LNG贮罐内、外容器上设置合适厚度与间距的加强圈对降低局部应力强度很有必要.同时水平加速度在-0.5 g-1.0 g区间交变时的疲劳分析与评定表明,LNG贮罐当前结构满足疲劳强度的要求,但最大交变应力强度点均出现在靠近固定支承的加强圈的边缘,说明结构不连续等对贮罐膜应力状态的破坏是导致疲劳失效的主因,故移动式LNG贮罐应尽量采用圆滑过渡结构.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2010(000)001【总页数】6页(P11-16)【关键词】LNG贮罐;有限元分析;应力强度;疲劳【作者】徐妙富;刘宝庆;蒋家羚;金志江【作者单位】浙江大学化工机械研究所,杭州,310027;浙江大学化工机械研究所,杭州,310027;浙江大学化工机械研究所,杭州,310027;浙江大学化工机械研究所,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TB6581 引言天然气大规模供给的方式主要有两种:管道输气和液化天然气(LNG)运输［1－2］。

其中LNG输运成本仅为管道输送的1/6－1/7，并可减少由于气源不足铺设管道而造成的风险，且液化前的净化处理使其成为洁净燃料［3］。

而移动式槽车是陆上LNG运输的重要工具，它的核心单元就是低温LNG贮罐。

目前有关移动式LNG贮罐的研究很少，且往往专注于静态工况。

但实际运输过程中，由于存在启动、制动、转弯及受路况的影响，在役工作中存在加速度的交变变化，给支承处的罐体强度带来了较大的影响。

有限元分析在车载缠绕式复合材料氢气气瓶中的应用分析摘要：本文主要研究和探讨了有限元分析在车载缠绕式复合材料氢气气瓶中的应用。

首先，简要介绍了有限元分析的基本原理和步骤，以及在车载缠绕式复合材料氢气气瓶中的重要性。

接着，详细介绍了有限元模型建立的过程，包括模型建立的原理和步骤以及难点和解决方法。

此外，还分析了不同因素对结果的影响。

最后，提出了优化设计方案，并通过实验验证了优化设计方案的可行性。

本文的研究成果将为车载缠绕式复合材料氢气气瓶的设计和制造提供有益的参考。

关键词：有限元；车载缠绕式复合材料；氢气气瓶；应用随着科技的不断进步，车载缠绕式复合材料氢气气瓶的安全性和性能受到了广泛关注。

作为一种新型的能源储存容器，车载缠绕式复合材料氢气气瓶具有高效、安全、节能等优点。

然而，由于其复杂的结构和使用环境，气瓶的性能容易受到多种因素的影响。

因此，研究车载缠绕式复合材料氢气气瓶的安全性和性能是非常必要的。

1.有限元分析方法1.1介绍有限元分析的基本原理和步骤有限元分析（FEA）是一种计算方法，它通过将一个连续的问题离散成一组有限个、并且互相有限差别的单元（或节点）的组合体，以单元集合体来逼近原来的物理系统。

它利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷）进行模拟。

有限元分析的步骤通常包括以下几部分：1.模型建立：这一步中，需要根据实际问题建立起相应的数学模型，一般需要明确边界条件，并确定主要的物理量。

2.离散化：连续的物理系统被离散成一系列的离散单元，这些单元通过节点相互连接。

3.建立刚度矩阵：在离散化之后，对每个单元的物理性质（如刚度、质量等）进行评估，并建立起整个系统的刚度矩阵和质量矩阵。

4.施加边界条件和载荷：根据实际问题的约束和载荷情况，对有限元模型的节点进行边界条件和载荷的施加。

5.求解：使用合适的求解器对有限元方程进行求解，得到每个节点的位移和应力等物理量。

6.结果后处理：在求解完成后，对结果进行后处理，通常包括应力、应变、位移等结果的显示和分析。

基于ABAQUS的燃油箱跌落模拟杨杰;陈学宏【摘要】为了能够在产品设计阶段,预测出燃油箱跌落时破坏位置,对结构优化及后续工艺调试提供指导,最大程度上确保通过跌落实验.基于ABAQUS软件使用状态方程模拟内部气体和液体,进而完成整个跌落模拟.通过与实验结果进行对比,验证了该方法精度的可靠性.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】3页(P49-51)【关键词】状态方程;流固耦合;燃油箱;跌落模拟【作者】杨杰;陈学宏【作者单位】亚普汽车部件股份有限公司研究开发中心, 江苏扬州225009;亚普汽车部件股份有限公司研究开发中心, 江苏扬州225009【正文语种】中文【中图分类】V228.1+10 引言汽车燃油箱是车上唯一储存燃油的地方，是车上重要的功能与安全部件，它必须牢固、密封、耐冲击。

跌落实验是检验燃油箱产品是否合格的重要手段，相应的国家规范以及各个汽车生产商都明确了跌落实验要求[1-3]。

因此，利用目前日益成熟的CAE技术，在燃油箱设计阶段进行跌落模拟，预测出燃油箱可能破坏的区域和结构，为结构的优化及后续的工艺调试提供指导，最大限度地确保燃油箱通过跌落实验，显得非常有必要和意义[1-3]。

与一般的跌落模拟相比，燃油箱跌落模拟的特殊性在于，其内部密封液体和气体，其跌落过程中会受很复杂的气、液、固三相耦合作用。

因此，正确模拟出气、液、固三相耦合作用是整个模拟的关键所在。

采用CFD与FEA结合的方法，固然能够很好地解决上述三相耦合，但需要非常高昂的计算机资源，实际操作也非常复杂。

考虑到在跌落中只对燃油箱本体感兴趣，没有必要精确考虑内部的气体和液体运动形态，只需要考虑气体和液体对油箱内壁的压力即可。

ABAQUS软件的状态方程可以非常方便地实现上述设想，而ABAQUS自身有强大的非线性求解能力，同时也保证了跌落过程中各种复杂的接触问题，能够得到精确求解[6]。

1 状态方程原理1.1 能量方程及Hugonio曲线对于封闭系统，其内能的增加等于应力所做功与增加热能的总和。

基于有限元法的贮液瓶跌落响应特性提取方法李世文;田雷;田昱;许曼佳;张震【摘要】针对目前无法对引信电源贮液瓶跌落过程内部现象和特性进行提取并观察分析的现状,提出了基于有限元法的引信电源贮液瓶跌落响应特性提取方法.该方法利用有限元法中的任意拉格朗日欧拉算法结合ANSYS/LS_DYNA软件对跌落响应过程进行特征提取,可以清晰地提取贮液瓶整个跌落过程中的应力变化等内部微观变化及特性.实例验证及跌落试验结果表明,该方法可以提取贮液瓶跌落过程响应特征,清晰地观察整个贮液瓶跌落过程中应力变化等微观变化,安全跌落高度判定准确率达97％.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】6页(P87-92)【关键词】引信化学电源;贮液瓶;跌落试验;有限元法;应力变化;特性提取【作者】李世文;田雷;田昱;许曼佳;张震【作者单位】西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065;西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065;西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065;西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065;西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TJ430 引言安全性是引信电源必须具备的技术指标之一,它要求引信电源在贮存、运输、勤务处理过程中不解除保险。

常见的安全性试验就是跌落试验，这种方法虽然可靠,但也存在很多不足之处：一是跌落试验历程时间短,只能得到试验结果,很难对试验过程中的特征进行提取,无法观察内部现象；二是试验测试的条件(如碰撞角度等)难以控制,试验重复性差。

文献[1]提出了利用MSC. Dytran对引信电源贮液瓶结构进行抗冲击特性及动力响应研究。

文献[2]在文献[1]的基础上进一步研究了贮液瓶形状、载荷大小、冲击距离对引信贮液瓶的影响。

文献[3]提出了一种考虑扭转力矩的塑料贮液瓶薄弱环节尺寸设计方法。

以上文献只研究了贮液瓶在冲击状态下的响应或结构尺寸设计,尚未提取分析贮液瓶在跌落状态下的响应过程。

新能源考试题（含答案）一、单选题（共80题，每题1分，共80分）1、 GTO(可关断晶闸管)不属于()器件。

A、不可控阀器件B、擎住阀器件C、电力电子阀器件D、开关阀器件正确答案：A2、汽车轻量化制造工艺主要是指轻量化车身材料制造( )的新工艺。

A、粘接B、铆接C、焊接D、连接正确答案：D3、与L3 级别不同,( )能够实现车辆自主决策,确定行进轨迹和行驶路径,而非“有条件的自主决策”。

A、L2 级B、L1 级C、无自动驾驶级别D、L4/L5 级正确答案：D4、驱动电机及驱动电机控制器中能触及的可导电部分与外壳接地点处的电阻不应( )。

接地点应有明显的接地标志。

若无特定的接地点,应在有代表性的位置设置接地标志。

A、>100mΩB、<100mΩC、>20MΩD、>20mΩ正确答案：A5、汽车自适应巡航控制系统的电子控制单元通过计算实际车距和安全车距之比及()的大小,选择()方式。

A、绝对速度,减速B、绝对速度,加速C、相对速度,加速D、相对速度,减速正确答案：D6、电池的放电深度用( )表示。

A、DODB、SOFC、DTCD、SOC正确答案：A7、点接触二极管PN 结接触面积小,不能通过很大的正向电流和承受较高的反向工作电压,但工作效率高,常用来作为( )器件。

A、检波B、限流C、限压D、整流正确答案：A8、电池的( )取决于电池正负极材料的活性、电解质和温度条件等。

A、工作电压B、负荷电压C、开路电压D、额定电压正确答案：C9、以下不属于倒车雷达结构组成的是()。

A、超声波传感器B、控制器C、蜂鸣器D、图像传感器正确答案：D10、并联电力电容器的作用是( )。

A、滤波B、提高功率因数C、维持电流D、降低功率因数正确答案：B11、电动汽车内部B 级电压以上与动力电池直流母线相连或由动力电池电源驱动的高压驱动零部件系统,称为( )。

主要包括但不限于:动力电池系统和/或高压配电系统、电机及其控制系统、DC-DC 变换器和车载充电机等。

压力容器及有限元分析ASME压力容器及其有限元分析压力容器，英文：pressure vessel，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。

贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。

压力容器的用途十分广泛。

它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。

压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。

此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。

压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。

ASME压力容器设计意味着计算方法是按ASME第8卷中的规则和计算方法进行设计和计算，不一定要选用ASME材料，除非和客户签订的技术协议里特别注明需要使用ASME材料，容器的管路当然也是要按ASME的要求。

由于产品的安全性和经济性的要求，有限元分析应用需求是最广泛的。

根据标准的要求，设计者可以借助有限元来解决容器的结构强度、稳定性及寿命（疲劳）的设计问题。

压力容器的主要特点结构形式：压力容器主要的结构形式为回转壳，当然最典型的是柱壳（常称为筒体）和球壳（球罐和封头等）。

常见的结构主要特点是：开孔、支撑、加强构件等；壳体的厚度远小于壳体的曲率半径；结构不规则；异种材料连接等。

根据其结构形式的主要特点和用途还可以进一部分类为：塔式容器、卧式容器、换热器、球罐等。

载荷形式：1 压力：这是最重要的载荷形式，包括内压和外压；2 热载荷：主要是由于温度梯度引起来的热应力；3 力和力矩：设备管道传给设备的外力，附加载荷等4 地震：设备的地震也是必须考虑的问题；5 风载荷：对于一些塔式容器和球罐，风载荷也是主要考虑的载荷；6 雪载荷：对我国北方地区的室外容器；求解模式：静力，动力，屈曲，疲劳，线弹性，弹塑性，非线性，接触等压力容器的分类一、按设计压力分类：1、低压（L）0.1MPa≤P＜1.6 MPa2、中压（M）1.6 MPa≤P＜10 MPa3、高压（H）10 MPa≤P＜100 MPa4、超高压（U）P≥100 MPa 二、按工艺过程中的作用分：1、反应压力容器（R）：主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器。

基于 A NSYS /LS 2DY N A 的包装件跌落仿真分析胡名玺 1 , 陈 煜 2 , 杜振杰 1 , 张彦军 1( 1. 军事医学科学院卫生装备研究所 , 天津 300161; 2. 军事交通运输学院 , 天津 300161 )摘要 : 基于有限元理论 ,对包装件跌落冲击进行仿真分析 。

以 P r o / E 、AN SYS /L S 2D Y NA 软件为开发平台 ,模拟包装件受到冲击时的力学性能和动态特性 ,设计合理的缓冲结构形式 ,运用试验的方法 来验证设计的可靠性 。

关键词 : 冲击 ; 缓冲 ; 仿真 ; AN S YS /L S 2D Y NA中图分类号 : TB487 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 3563 ( 2007) 11 - 0053 - 02 S i m u la t e o f P a c k a g in g D r op b a s e d o n A N S YS /L S 2D YN AHU M ing 2x i 1, CH E N Yu 2, DU Z h en 2jie 1, ZHAN G Yan 2jun 1( 1. In s titu t e of M ed i ca l Equ i pm e n t , A c adem y of M ilita r y M e d i ca l S c i ence s , Tian j in 300161, Ch i na;2. A c adem y of m ilita r y tran s po r ta t ion, Tian j in 300161, Ch i na )A b s t r a c t : Packaging d r op i m p a c t wa s si m u la t ed w i th fin i te e l em e n t theo r y . P r o / E and AN SYS /L S 2 D Y NA s oftwa re wa s u sed a s deve lopm en t p la t f o r m t o si m u la te the m echan ica l p e r fo r m ance and dynam i c cha r 2 ac te ristic of p ackaging when sub jec ted to d rop i m p ac t . Cu sh ion p ackaging struc tu re wa s de sig n and the r e l i a 2 b i lity of the mode l wa s va l ida t ed by te s t .K e y w o r d s: i m p a c t ; cu s h i o n; si m u l a t e; AN SYS /L S 2D Y NA在运输过程中 ,包装件受到最严酷的力学环境是在地面 、码头或站台上的跌落冲击 。

乏燃料组件跌落速度的理论计算和数值模拟石红;钱才富【摘要】针对乏燃料组件在乏燃料池的水中吊运时有可能发生跌落的情况,通过理论近似解和CFD数值模拟两种方法计算乏燃料组件跌落速度.结果表明两种方法得到的跌落速度相近,最大误差小于5％,都可以用于跌落过程的模拟；采用CFD数值模拟还可以得到乏燃料组件下降过程中周围流场和压强的变化.虽然乏燃料组件的跌落速度逐渐增大,但跌落加速度变化不大,表明水对组件的阻力影响较小.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2013(022)001【总页数】4页(P50-53)【关键词】乏燃料组件;储存格架;流场;流体阻力;投影面积;静压;CFD【作者】石红;钱才富【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TL3840 引言从核反应堆卸出的乏燃料组件通常储存在乏燃料池中的乏燃料储存格架内，乏燃料池中充满含硼去离子水.[1]在燃料抓取机将组件放入格架储存单元中或从储存单元中取走的吊运过程中，可能会发生跌落事故.在吊运过程中，组件一般在距离格架储存单元0.575 m的水平位置上移动，若发生跌落，可认为是从静止开始沿垂直方向跌落;最可能与组件发生碰撞的是储存单元顶部，碰撞结果取决于碰撞时的相对速度.为准确计算组件在水中的跌落速度，本文以某公司设计的乏燃料储存格架和乏燃料池为例，介绍并比较2种计算组件跌落速度的方法:一是理论近似解，另一个是CFD数值模拟解.1 理论近似解组件在跌落过程中会受到自身的重力、水的浮力和阻力作用，水的阻力随着组件跌落速度的增大而增大.组件跌落过程中所受合力式中:G为组件重力;F浮为组件在水中所受的浮力;F阻[2]为水对组件的阻力，式中:C D为阻力因数，其大小主要与组件横截面形状有关，本文取1.05[3];ρ为乏燃料池中介质的密度;ν为组件的跌落速度;A为组件的横截面积.组件跌落的加速度ai=F合i/m.假设在ti时间段的初始时刻，组件速度为v0i，则该时间段结束时组件速度vi=v0i+ai×Δt，跌落距离si=v0i×Δt+0.5 × ai× Δt2.总的距离是各时间段下降距离之和.将每个时间段结束时的组件速度作为下一时间段的初速度，再进行计算，直至总的下降距离为给定值，完成跌落过程，并得到总的跌落时间和最终速度.计算过程通过C语言编程完成，取Δt=0.001 s.2 CFD数值模拟2.1 流域的选取乏燃料池是个长13.2 m，宽8.5 m，高近13 m的矩形水池，24个乏燃料储存格架密集、自由地放置在乏燃料池底，乏燃料池内充满含硼去离子水，格架顶部距自由液面7.775 m.乏燃料组件跌落过程的CFD数值模拟仅选取一个长0.6 m，宽0.6 m，高12.13 m的小流域进行模拟，该流域内包含一个储存单元和一个跌落组件.储存单元横截面为正方形，边长为0.148 m，储存单元外部水域边长0.6 m，流域高为从乏燃料池底到自由液面的距离.应说明的是，实际的组件横截面积沿长度方向变化，且其内部也有流体流动，数值模拟难度大.由于组件跌落时的流体阻力主要受组件沿跌落方向的投影面积影响，本文将组件假设为实体，即组件内部没有流体流动，组件横截面积沿长度方向不变，大小由组件排水体积和组件高度确定.流域的选取需既能反映跌落过程中组件周围流场的变化，又不至于因流域过大而使计算时间过长.另外，本文主要计算组件在储存单元上方的跌落过程，因此忽略储存单元之间的相互影响.采用FLUENT 12.0 进行数值模拟，流域的建模由Gambit 2.4完成，流域平面示意见图1，组件跌落初始时刻距格架顶部0.575 m.图1 组件跌落初始时刻流域平面示意，mFig.1 Schematic plan of flow regionat initial time of assembly dropping，m2.2 网格划分流域的网格划分采用非结构网格[4]，单元类型为 Tet/Hybird.该单元类型指定网格主要包含四面体网格单元，但在合适的位置也可以包含六面体、锥体和楔形单元等.[5]单元尺寸经过灵敏度考核后，最终设为20 mm.部分流域有限元模型见图2. 图2 部分流域有限元模型Fig.2 Finite element model for part of flow region 2.3 边界条件储存单元边界示意和组件边界示意分别见图3和4.图3 储存单元边界示意Fig.3 Schematic diagram of storage unit boundary图4 组件边界示意Fig.4 Schematic diagram of assembly boundary储存单元边界由4个壁面和1个底板构成，底板上有1个供水流动的水循环孔，本文将该4个壁面和1个底板均设为壁面边界条件.组件边界有6个面，这6个面均设为壁面边界条件.整个流体域的外边界也有6个面，其中4个侧面设为对称边界条件，下表面设为壁面边界条件，上表面设为压力进口边界条件，进口压力设为0，用于模拟乏燃料池中的自由液面.[6]2.4 求解设置由于含硼去离子水中硼的浓度很低，一般为2.7×10－9左右，可认为没有改变水的物理性质.因此，本文以水作为流域介质进行模拟，操作压力为0.1 MPa，流动模型为湍流k-ε模型中的可实现模型，在计算过程中考虑流体的重力作用.随着组件在流域中的跌落，组件边界在流域中的位置也随时间变化.本文采用动网格和UDF编程模拟该变化流域，流域的网格重构同时采用smoothing和remeshing 方法.[7]求解时间步设为0.001 s.3 分析结果及讨论组件跌落的速度-时间和距离-时间曲线见图5，可知，理论近似解和CFD数值模拟解非常接近:在组件跌落过程中加速度变化不大，虽然随着组件跌落速度的增大，组件所受阻力会越来越大，但组件质量较大，因此由阻力产生的加速度变化很小;随着组件的跌落，其速度逐渐增大.图5 速度-时间曲线和距离-时间曲线Fig.5 Velocity-time curves and displacement-time curves在上述计算或模拟中，通过插值可得组件总共跌落0.574 m.按理论近似解，用时0.36 s，最终速度为 3.12 m/s;而按 CFD 数值模拟，用时0.34 s，最终速度为2.97 m/s，二者速度相对误差4.8%.采用CFD数值模拟，可得组件跌落过程中周围流场和压强的变化.如组件跌落0.34 s时，组件顶部和底部流域流线见图6，组件底部流域静压分布见图7.图6 组件顶部和底部流域流线，m/sFig.6 Streamlines at top and bottom ofassembly，m/s图7 组件底部流域静压分布，PaFig.7 Static pressure distribution of flow region at assembly bottom，Pa随着组件跌落，组件顶部出现回流现象;而在组件底部，在组件即将进入储存单元时，组件底部和储存单元顶端附近水域压强较大，使得处于组件与储存单元缝隙中的水快速流出.4 结束语介绍并比较乏燃料组件在乏燃料池中跌落的2种速度计算方法:理论近似解和CFD 数值模拟.研究发现，在理论近似解中应选用恰当的阻力因数，在CFD数值模拟中应正确选取流域并采用动网格和UDF编程技术;2种方法得到的结果相近，都可以用于模拟跌落过程.采用CFD数值模拟还可得到组件跌降过程中周围流场和压强的变化.参考文献:【相关文献】[1]孙汉虹.第三代核电技术AP1000[M].北京:中国电力出版社，2010:305.[2]李玉柱，贺五洲.工程流体力学[M].北京:清华大学出版社，2006:253.[3]潘文全.工程流体力学[M].北京:清华大学出版社，1988:178.[4]郭正，刘君，瞿章华.非结构动网格在三维可动边界问题中的应用[J].力学学报，2003，35(2):140-146.GUO Zheng，LIU Jun，QU Zhanghua.Dynamic unstructured grid method with applications to 3D unsteady flows involving moving boundaries[J].Chin J Theor＆Appl Mech，2003，35(2):140-146.[5]江帆，黄鹏.FLUENT高级应用与实例分析[M].北京:清华大学出版社，2008:86.[6]于勇，张俊明，姜连田.FLUENT入门与进阶教程[M].北京:北京理工大学出版社，2008:243-252.[7]张来平，邓小刚，张涵信.动网格生成技术及非定常计算方法进展综述[J].力学进展，2010，40(4):424-447.ZHANG Laiping，DENG Xiaogang，ZHANG Hanxin.Reviews of moving gridgeneration techniques and numerical methods for unsteady flow[J].Adv Mech，2010，40(4):424-447.。