界面开裂替代FCM燃料球

辐照开裂模拟

该模型能预测界面开裂后的结构变化和应力分布，与辐照实验结果吻合良好。

Zekun, Li · Jing, Zhang · 严锋 · 丁淑蓉 · Ren, Qisen

Nuclear Engineering and Design 2025

参数信息

界面间隙宽度

~22.98 μm

SiC层最大拉伸应力

~1894 MPa

SiC基体抗拉强度下限

~289 MPa

最大骨架拉伸应力增幅

~60.37 %

技术优势

能算界面开裂

模型在替代核芯与缓冲层界面引入内聚模型，能够模拟开裂后间隙的形成和演化。

模拟结果可信

预测的燃料球肿胀和微观结构信息与实验结果吻合良好，验证了模型和模拟策略的可靠性。

抓到关键因素

各向异性骨架蠕变对缓冲层宏观体积增长贡献显著，忽略它会使峰值收缩应变翻倍，最大骨架拉伸应力增加约60.37%。

应用场景

• 辐照燃料性能评估：预测FCM燃料球在辐照下的肿胀和开裂行为，替代部分堆内试验。
• 堆芯材料安全分析：评估SiC层应力是否超过强度极限，为堆芯材料安全裕度提供依据。
• 多尺度力学建模：耦合微观骨架变形与宏观体积增长，实现从材料到元件的跨尺度预测。
• 核燃料元件设计：优化燃料球各层厚度和材料参数，避免界面开裂导致的失效。