改進型氣冷堆結構圖

固體的石墨慢化劑在隨反應堆安裝完工以后，必須一直服役直到反應堆退役，中途無法修復也無法更換，因此石墨慢化劑的使用壽命限制了整個反應堆的壽命。而反應堆內高溫、高壓和輻照的嚴苛的服役環境使得石墨慢化劑的應力開裂不可避免，那么確定石墨慢化劑的服役壽命對于控制反應堆的投入產出和保證反應堆安全都有著重要意義。

改進型氣冷堆的石墨慢化劑

本次算例的目的是使用Code_Aster對準脆性石墨慢化劑的裂紋擴展進行模擬，確定裂紋自動擴展的路徑，以及評估裂紋擴展后的石墨慢化劑的機械強度。

本算例將用Code_Aster對三維混合型裂紋這種開裂情況進行裂紋擴展模擬，施加的荷載為單調荷載。幾何模型如下圖所示。 

石墨慢化劑截面圖

工程上進行裂紋計算主要用到的方法有以下幾種，均可在Code_Aster中實現：

1.格里菲斯理論。這是一種從宏觀上去描述裂紋的理論，要研究裂紋的擴展行為，必須先定義處宏觀裂紋。針對這一理論，我們一般使用XFEM擴展有限元方法，其優點就是在裂紋發生擴展后不需要更新網格，只需要修改擴展后裂紋的屬性即可。

2.粘連單元法。用這種方法模擬裂紋擴展的前提是已知裂紋擴展的路徑，并沿裂紋擴展的路徑生成相匹配的網格。當裂紋的性質符合某個準則時，裂紋順著預定的路徑擴展，網格自動打開。

3.損傷力學法。此方法不需要構建中已經存在宏觀的裂紋，而是從材料的微觀缺陷出發，通過改變材料微觀缺陷附近的本構關系來描述這一缺陷。這一方法對模型的要求比較高，一般使用自適應網格和并行計算來處理。

三維混合型裂紋示意圖