包殼
關(guān)注創(chuàng)建者：兵荒馬亂 創(chuàng)建時(shí)間：2021-02-17
包殼的實(shí)例教程
反應(yīng)性引入事故有兩種表現(xiàn)：其一是芯塊-包殼機(jī)械相互作用導(dǎo)致的材料失效；其二是偏離核態(tài)沸騰（DNB），此時(shí)燃料包殼表面大量氣泡聚集，傳熱惡化，傳熱系數(shù)急劇下降，壁溫急劇上升。在RIA情況下，包殼受到的熱載荷非常嚴(yán)重，溫度在300°C到600°C之間，應(yīng)變的變化率在1到5s-1之間。
為此，EDF 研發(fā)部門建立和驗(yàn)證了鋯合金燃料包殼的熱力學(xué)模型，以確保在安全框架內(nèi)，建立可靠的破裂標(biāo)準(zhǔn)。本案例介紹了多尺度方法，涉及事故條件下包殼行為規(guī)律的識(shí)別、驗(yàn)證以及應(yīng)用。
02 模型驗(yàn)證
目前，EDF理解的RIA事故下的模型考慮了各向異性包殼的表面情況、輻照、氫化以及氧化的影響。然而，準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)這幾種現(xiàn)象的影響仍有困難，因此，本案例旨在建立一套完整的RIA情況下各向異性重結(jié)晶鋯-4合金的材料模型。
通用固體力學(xué)仿真軟件的Zmat定律中耦合了簡化的純粘塑性動(dòng)力學(xué)Delobelle-Robinet- Sch?ffler定理。這一模型的參數(shù)校準(zhǔn)由“材料點(diǎn)”在金屬板上的拉伸和循環(huán)剪切載荷計(jì)算驗(yàn)證。包殼的雙軸拉伸/扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)提供了板材載荷的相關(guān)參數(shù)。此外，對(duì)平面缺口試樣的結(jié)構(gòu)計(jì)算也得到了驗(yàn)證（見圖一）。由于使用了各向異性材料，模型能夠很好地再現(xiàn)材料行為在RIA的溫度和溫度變化率范圍內(nèi)載荷下的變化規(guī)律。
圖1 平面缺口試樣模型的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果
03 計(jì)算應(yīng)用
基于鋯HCP晶格的“Cailletaud-Méric”晶體法，這一模型通過對(duì)晶粒的取向以及對(duì)每個(gè)滑動(dòng)系統(tǒng)使用特定的參數(shù)來考慮材料的各向異性。這一模型構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)也同樣可以用于更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算中。
如圖二所示為淬火過程的包殼的結(jié)構(gòu)計(jì)算。該案例的設(shè)置為LOCA事故下燃料棒被堵塞的情況。為了盡可能考慮結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力，計(jì)算考慮了熱載荷的實(shí)時(shí)影響，淬火位置的演變以及包殼的最大溫度。
展開 單元包殼，即實(shí)體模型表面包一層很薄的殼單元，實(shí)體網(wǎng)格表面包殼可以提高表面應(yīng)力精度。同時(shí)給每個(gè)體單元包殼，加上硬化，負(fù)體積可以有所減少。案例將介紹單元包殼的具體操作和注意事項(xiàng)。（文字介紹和視頻操作）
本人在進(jìn)行整車碰撞分析中，經(jīng)常會(huì)碰到體網(wǎng)格和面網(wǎng)格的接觸問題，一般的處理方法是在體網(wǎng)格的外表面進(jìn)行包殼處理，即在體網(wǎng)格的表面包一層面網(wǎng)格。但是在進(jìn)行行人保護(hù)和約束系統(tǒng)分析時(shí)，單靠體網(wǎng)格的外表面包殼仍然會(huì)報(bào)錯(cuò)，一些人建議對(duì)體網(wǎng)格的每個(gè)單元進(jìn)行包殼，而hypermesh沒有單獨(dú)的這個(gè)功能，因此本人共享了一個(gè)小型的程序來實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)的原理很簡單，就是一個(gè)一個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行find face 然后把face 移動(dòng)到指定的component里面。程序本身沒有什么技術(shù)含量，期待能起到拋磚引玉的效果，希望大家能有更多的二次開發(fā)程序傳上來。
程序內(nèi)容如下：*collectorcreateonly components "shell_element" "" 5
*createmarkpanel element 1 "Select element to covert solid to shell";
set elementIDs [hm_getmark element 1];
set Numeles [llength $elementIDs];
foreach eleid $elementIDs {
*createmark elements 1 $eleid
*findfaces elements 1
*createmark elements 2 "by comp name" ^faces
*movemark elements 2 "shell_element"
}
展開 在OptiStruct中進(jìn)行電池包殼體尺寸優(yōu)化，需結(jié)合參數(shù)化建模、載荷工況定義、約束設(shè)置和優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)輕量化與結(jié)構(gòu)性能的平衡。以下是詳細(xì)流程和關(guān)鍵要點(diǎn)：
一、優(yōu)化流程
1. 前處理：參數(shù)化建模
· 設(shè)計(jì)變量：將殼體關(guān)鍵區(qū)域厚度設(shè)為變量。
· 非設(shè)計(jì)區(qū)域：固定螺栓孔、密封面等區(qū)域厚度。
電池包殼體尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)空間與非設(shè)計(jì)區(qū)域顯示如圖1所示，藍(lán)色為非設(shè)計(jì)區(qū)域，紅色為設(shè)計(jì)區(qū)域：
圖1 設(shè)計(jì)區(qū)域與非設(shè)計(jì)區(qū)域
2. 載荷工況定：義定義約束模態(tài)邊界條件：
①模態(tài)求解卡片設(shè)置：計(jì)算前10階非剛體模態(tài)
②電池重量：將電芯質(zhì)量以集中質(zhì)量點(diǎn)（CONM2）施加于殼體內(nèi)部連接點(diǎn)。
③邊界條件：約束安裝點(diǎn)所有自由度（SPC）。
模態(tài)計(jì)算模型如圖2所示：
圖2 模態(tài)計(jì)算工況
3. 響應(yīng)設(shè)置（Responses），定義模型全局響應(yīng)：定義電池包殼體質(zhì)量響應(yīng)和第一階頻率響應(yīng)
①質(zhì)量響應(yīng)（MASS）
②一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率（FREQ）
圖3 定義質(zhì)量響應(yīng)和一階頻率響應(yīng)
約束條件：
①定義優(yōu)化約束條件，本案例以質(zhì)量≤4.5kg為約束條件，具體設(shè)置方法如圖4所示：
圖4 質(zhì)量約束建立
②定義制造工藝約束，按照60°拔模角度進(jìn)行約束，具體設(shè)置方法如圖5所示：
圖5 制造工藝約束條件
5. 優(yōu)化目標(biāo)：本例以第一階模態(tài)最大為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行尺寸優(yōu)化
6. 控制參數(shù)，在opti control里面進(jìn)行優(yōu)化控制參數(shù)設(shè)置：
①優(yōu)化算法：自適應(yīng)響應(yīng)面法（ARSM）或梯度優(yōu)化。
②收斂精度：相對(duì)變化<1%~2%或最大迭代50步。
二、關(guān)鍵優(yōu)化策略
1.
展開 問題：單軸泡沫壓縮出現(xiàn)負(fù)體積問題，試了帖子上說的多種方法，有所改進(jìn)，但仍然存在負(fù)體積問題
擬采取措施： 每個(gè) 體單元包殼
目前問題：想請(qǐng)問下各位大神，為了實(shí)現(xiàn) 每個(gè) 體單元包殼，這個(gè)在hypermesh和dyna中怎么才能操作實(shí)現(xiàn)？
謝謝~
包殼的最新內(nèi)容
基于OptiStruct的電池包殼體尺寸優(yōu)化3個(gè)月前
在OptiStruct中進(jìn)行電池包殼體尺寸優(yōu)化，需結(jié)合參數(shù)化建模、載荷工況定義、約束設(shè)置和優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)輕量化與結(jié)構(gòu)性能的平衡。以下是詳細(xì)流程和關(guān)鍵要點(diǎn)：
一、優(yōu)化流程
1. 前處理：參數(shù)化建模
· 設(shè)計(jì)變量：將殼體關(guān)鍵區(qū)域厚度設(shè)為變量。
· 非設(shè)計(jì)區(qū)域：固定螺栓孔、密封面等區(qū)域厚度。
燃料元件性能評(píng)估：研究燃料元件在不同運(yùn)行條件下的熱工性能，如燃料溫度、包殼溫度、冷卻劑溫度和流量等，預(yù)測(cè)燃料元件的燒毀率和壽命，為燃料元件的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供指導(dǎo)。
蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)：模擬蒸汽發(fā)生器內(nèi)的汽水兩相流動(dòng)和傳熱過程，優(yōu)化蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，提高其傳熱效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。例如，通過模擬蒸汽發(fā)生器內(nèi)的汽水分離過程，改進(jìn)汽水分離裝置的設(shè)計(jì)，減少蒸汽中的水滴攜帶，提高蒸汽品質(zhì)。
</p><p>與燃料包殼材料相容性好：鈉與燃料包殼材料——不銹鋼的相容性很好，雖然存在質(zhì)量遷移問題，但對(duì)包殼耗蝕量僅為數(shù)十微米，這有助于延長燃料組件的使用壽命，提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。</p><p><strong>3. 核特性</strong></p><p>對(duì)中子的慢化能力弱：鈉的核子數(shù)為23，相對(duì)于水來講，對(duì)中子的慢化能力弱，吸收截面小。
image_process=/format,webp/resize,w_760" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/7634c00b6cbf46b2b73a539d16785a8c.png">
</figure>
</div><p>（3）實(shí)體包殼的作法可以用HM的find face厚度其實(shí)只要很薄一層
反應(yīng)性引入事故有兩種表現(xiàn)：其一是芯塊-包殼機(jī)械相互作用導(dǎo)致的材料失效；其二是偏離核態(tài)沸騰（DNB），此時(shí)燃料包殼表面大量氣泡聚集，傳熱惡化，傳熱系數(shù)急劇下降，壁溫急劇上升。在RIA情況下，包殼受到的熱載荷非常嚴(yán)重，溫度在300°C到600°C之間，應(yīng)變的變化率在1到5s-1之間。
為此，EDF 研發(fā)部門建立和驗(yàn)證了鋯合金燃料包殼的熱力學(xué)模型，以確保在安全框架內(nèi)，建立可靠的破裂標(biāo)準(zhǔn)。
其中，
首端處理
主要工序包括乏燃料組件的
切割、去包殼、燃料芯塊溶解、過濾、調(diào)料、尾氣處理等。
萃取分離凈化
的目的
在于對(duì)鈾、钚于放射性裂變產(chǎn)物的分離和凈化。
尾端處理
的目的主要在于將鈾、
钚元素轉(zhuǎn)換成經(jīng)濟(jì)且易儲(chǔ)存的形式，如四氟化鈾、二氧化钚。
鈾在再處理過程中回收的材料中占很大一部分，法國、英國、日本均有回收再處理的企業(yè)。
單元包殼，即實(shí)體模型表面包一層很薄的殼單元，實(shí)體網(wǎng)格表面包殼可以提高表面應(yīng)力精度。同時(shí)給每個(gè)體單元包殼，加上硬化，負(fù)體積可以有所減少。案例將介紹單元包殼的具體操作和注意事項(xiàng)。（文字介紹和視頻操作）
圖2：2021年1月至2022年6月全國運(yùn)行核電機(jī)組發(fā)電量趨勢(shì)
圖3：2021年1月至2022年6月全國運(yùn)行核電機(jī)組上網(wǎng)電量趨勢(shì)
二、核電安全生產(chǎn)情況
2022年1-6月，我國運(yùn)行核電廠嚴(yán)格控制機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，燃料元件包殼完整性、一回路壓力邊界完整性、安全殼完整性均滿足技術(shù)規(guī)范要求；未發(fā)生國際核事件分級(jí)表（INES）1級(jí)及1級(jí)以上的運(yùn)行事件；未發(fā)生一般及以上輻射事故
反應(yīng)堆堆芯有12個(gè)燃料元件和2810根燃料棒，其中包含封裝在鋯合金-4包殼中的低濃縮鈾。
“奧托·哈恩”號(hào)有63名船員，最多可容納35名研究人員。一個(gè)獨(dú)特之處在于安裝了一個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)反滲透裝置，使用核能發(fā)電的海水淡化模塊。
四年的運(yùn)行里，“奧托·哈恩”號(hào)航程超過250000海里，消耗48.4磅鈾-235。
模型分為5部分，包括巖石層、主體建筑物內(nèi)層與外層、中間的空氣層以及
三、網(wǎng)格模型
包殼、空氣1、空氣2采用3D_Solid網(wǎng)格劃分。其中包殼、空氣1、空氣2的網(wǎng)格采用共節(jié)點(diǎn)的方式連接。
