包殼的案例
【CAE案例】事故工況下的多尺度燃料包殼研究
反應性引入事故有兩種表現：其一是芯塊-包殼機械相互作用導致的材料失效；其二是偏離核態沸騰（DNB），此時燃料包殼表面大量氣泡聚集，傳熱惡化，傳熱系數急劇下降，壁溫急劇上升。在RIA情況下，包殼受到的熱載荷非常嚴重，溫度在300°C到600°C之間，應變的變化率在1到5s-1之間。
為此，EDF 研發部門建立和驗證了鋯合金燃料包殼的熱力學模型，以確保在安全框架內，建立可靠的破裂標準。本案例介紹了多尺度方法，涉及事故條件下包殼行為規律的識別、驗證以及應用。
02 模型驗證
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，準確復現這幾種現象的影響仍有困難，因此，本案例旨在建立一套完整的RIA情況下各向異性重結晶鋯-4合金的材料模型。
通用固體力學仿真軟件的Zmat定律中耦合了簡化的純粘塑性動力學Delobelle-Robinet- Sch?ffler定理。這一模型的參數校準由“材料點”在金屬板上的拉伸和循環剪切載荷計算驗證。包殼的雙軸拉伸/扭轉試驗提供了板材載荷的相關參數。此外，對平面缺口試樣的結構計算也得到了驗證（見圖一）。由于使用了各向異性材料，模型能夠很好地再現材料行為在RIA的溫度和溫度變化率范圍內載荷下的變化規律。
圖1 平面缺口試樣模型的應力計算結果
03 計算應用
基于鋯HCP晶格的“Cailletaud-Méric”晶體法，這一模型通過對晶粒的取向以及對每個滑動系統使用特定的參數來考慮材料的各向異性。這一模型構建的標準也同樣可以用于更復雜的結構計算中。
如圖二所示為淬火過程的包殼的結構計算。該案例的設置為LOCA事故下燃料棒被堵塞的情況。為了盡可能考慮結構上的應力，計算考慮了熱載荷的實時影響，淬火位置的演變以及包殼的最大溫度。
展開 dyna和hypermesh單元包殼，一定程度降低負體積問題。 ￥9.8
單元包殼，即實體模型表面包一層很薄的殼單元，實體網格表面包殼可以提高表面應力精度。同時給每個體單元包殼，加上硬化，負體積可以有所減少。案例將介紹單元包殼的具體操作和注意事項。（文字介紹和視頻操作）
hypermesh二次開發之體網格包殼處理
本人在進行整車碰撞分析中，經常會碰到體網格和面網格的接觸問題，一般的處理方法是在體網格的外表面進行包殼處理，即在體網格的表面包一層面網格。但是在進行行人保護和約束系統分析時，單靠體網格的外表面包殼仍然會報錯，一些人建議對體網格的每個單元進行包殼，而hypermesh沒有單獨的這個功能，因此本人共享了一個小型的程序來實現。
實現的原理很簡單，就是一個一個網格進行find face 然后把face 移動到指定的component里面。程序本身沒有什么技術含量，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程序傳上來。
程序內容如下：*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 泡沫負體積——每個體單元包殼
問題：單軸泡沫壓縮出現負體積問題，試了帖子上說的多種方法，有所改進，但仍然存在負體積問題
擬采取措施： 每個 體單元包殼
目前問題：想請問下各位大神，為了實現 每個 體單元包殼，這個在hypermesh和dyna中怎么才能操作實現？
謝謝~
基于OptiStruct的電池包殼體尺寸優化
在OptiStruct中進行電池包殼體尺寸優化，需結合參數化建模、載荷工況定義、約束設置和優化目標，實現輕量化與結構性能的平衡。以下是詳細流程和關鍵要點：
一、優化流程
1. 前處理：參數化建模
· 設計變量：將殼體關鍵區域厚度設為變量。
· 非設計區域：固定螺栓孔、密封面等區域厚度。
電池包殼體尺寸優化設計空間與非設計區域顯示如圖1所示，藍色為非設計區域，紅色為設計區域：
圖1 設計區域與非設計區域
2. 載荷工況定：義定義約束模態邊界條件：
①模態求解卡片設置：計算前10階非剛體模態
②電池重量：將電芯質量以集中質量點（CONM2）施加于殼體內部連接點。
③邊界條件：約束安裝點所有自由度（SPC）。
模態計算模型如圖2所示：
圖2 模態計算工況
3. 響應設置（Responses），定義模型全局響應：定義電池包殼體質量響應和第一階頻率響應
①質量響應（MASS）
②一階扭轉模態頻率（FREQ）
圖3 定義質量響應和一階頻率響應
約束條件：
①定義優化約束條件，本案例以質量≤4.5kg為約束條件，具體設置方法如圖4所示：
圖4 質量約束建立
②定義制造工藝約束，按照60°拔模角度進行約束，具體設置方法如圖5所示：
圖5 制造工藝約束條件
5. 優化目標：本例以第一階模態最大為優化目標，進行設計區域進行尺寸優化
6. 控制參數，在opti control里面進行優化控制參數設置：
①優化算法：自適應響應面法（ARSM）或梯度優化。
②收斂精度：相對變化<1%~2%或最大迭代50步。
二、關鍵優化策略
1.
展開 一文了解核裂變反應堆材料（轉自材易通）
該合金如晶粒較粗，存在因空穴較多而發生包殼泄露。
3
Zr合金
Zr具有熔點高（1852℃）的特點，其合金含有Sn、Fe、Cr、Ni、Nb和O等元素，可提高其對高溫水的耐蝕性，減少吸氫效過。其存在Zr、Hf分離生產和Zr合金制備等兩大難點。其堆內行為包括：在輻照條件下，可強化其力學性能，具有各向異性生長的特點，包殼與芯塊間機械作用增強，增強蠕變效果，氧化性增強，從而導致包殼膨脹，可能引起燃燒棒的破損。
Zr合金包殼材料制備過程：
① 將鋯石轉變為ZrCl?
② Zr、Hf分離，通過一系列反應提純ZrCl?
③ 制取純金屬Zr
④ 配置合金，將多種元素壓制成形，真空熔煉爐中熔煉
⑤ 制造包殼管，熱鍛、水淬，熱擠壓成形，再冷軋
冷卻劑材料
用以安全、經濟的將裂變能以熱量形式輸出反應堆加以應用；同時冷卻堆芯、控制各部件的使用溫度。
展開 揭秘中國“堆谷”，第一代核潛艇的秘密研發基地
新型的燃料包殼試驗材料正在這里開展輻照試驗。李成業他們正在對出堆后的核材料完整性進行檢查，他們需要確保放射性物質沒有從乏燃料中釋放到水池中后，再將經過輻照的包殼材料取出。
輻照試驗
高通量工程試驗堆使得這種新型包殼材料的輻照時間相比核電廠內試驗縮短至原來的1/5-1/7。這也意味著原本要進行3年的試驗在高通量堆中僅需要幾個月的時間。
中核集團核動力院一所49—3室副主任 李成業：1980年，達臨界就開始運行。我們是按爐段來的，運行到現在，已經38年了。
李成業每天巡查2個小時。這是他日復一日的工作，雖然枯燥，但卻責任重大，他必須保障反應堆的正常運行。
中核集團核動力院一所49—3室副主任 李成業：一個大型裝置，不可能一個人就能完完全全搞出來，都是團隊的力量。每一個人的作用都非常重要，必須每一個人都非常有責任心，才能把一個試驗做好。
高通量工程試驗堆
今天中國已經擁有了國際先進水平的第三代的核電技術—華龍一號。歷史從這里走過，未來從這里起步。其實，不管在哪一個年代，都有這樣一群正值青春年少的年輕人，用最質樸的信念與誓言為祖國的繁榮富強盡一份自己的責任。
展開 Autoliv 采用 MSC.Dytran對新型側簾式氣 囊進行仿真
化學反應會產生氣體，使墊子快速膨脹，在短短的 20 毫秒內從包殼中展開并充滿，從而保護司機和乘客。 Autoliv 開發的可膨脹簾式氣囊可將墊子展開至緊挨車輛側面的司機和乘客的頭部處。該系統由四個主要零部件組成，包括傳感器、吹脹器、金屬或塑料罩以及墊子。墊子存放在車門上方軌道內的內襯后面。
氣囊單元用尼龍 66 紗在織布機上直接編織，采用了一體式編織技術，以消除縫合。然后由硅酮樹脂涂層機對編織袋進行加工，降低材料的多孔性，使袋子能夠在數秒鐘內保持膨脹，這在傾翻事故中起著至關重要的作用。
Crookston 表示：“我們的工作重點在于針對此類動態事件打造堅固耐用的產品。我們通常會使用MSC.Dytran 預測氣囊中的氣流以及零部件的動態沖擊結構剛度，例如包殼和支架。MSC.Dytran還能運用計算流體動力學 FD 代碼對其所有分隔
空間進行側簾式氣囊展開仿真。”
對氣囊展開進行仿真是一個復雜而工作強度大的過程，其中包括為材料與折疊、流體流動分析以及包殼上的動態應力建立網格。在生成網格的同時，采用了第三方算法來進行折疊。
Crookston解釋說：“通常需要多次迭代操作才能對折疊進行充分優化。如果使用了正確的工具，就可以減少迭代的次數。”
傳感器觸發了火工裝置之后，吹脹器將氣體泵送到氣囊中。了解從吹脹器到墊子以及墊子內部的流體流動對于了解氣囊行為至關重要。因此，必須正確地描述并復現所有的特征。由于在實驗期間無法確定氣囊內的流體流動，因此這里是 VPD 工具大顯身手之處。 Crookston 表示：“MSC.Dytran是一款能讓我對設計改型及其最終影響進行研究的工具。
展開 Autoliv采用Dytran? 對新型側簾式氣囊進行仿真
化學反應會產生氣體，使墊子快速膨脹，在短短的 20 毫秒內從包殼中展開并充滿，從而保護司機和乘客。Autoliv開發的可膨脹簾式氣囊可將墊子展開至緊挨車輛側面的司機和乘客的頭部處。該系統由四個主要零部件組成，包括傳感器、吹脹器、金屬或塑料罩以及墊子。墊子存放在車門上方軌道內的內襯后面。
氣囊單元用尼龍 66 紗在織布機上直接編織，采用了一體式編織技術，以消除縫合。然后由硅酮樹脂涂層機對編織袋進行加工，降低材料的多孔性，使袋子能夠在數秒鐘內保持膨脹，這在傾翻事故中起著至關重要的作用。
Crookston表示：“我們的工作重點在于針對此類動態事件打造堅固耐用的產品。我們通常會使用 MSC.Dytran 預測氣囊中的氣流以及零部件的動態沖擊結構剛度，例如包殼和支架。MSC.Dytran 還能運用計算流體動力學 FD 代碼對其所有分隔空間進行側簾式氣囊展開仿真。”
對氣囊展開進行仿真是一個復雜而工作強度大的過程，其中包括為材料與折疊、流體流動分析以及包殼上的動態應力建立網格。在生成網格的同時，采用了第三方算法來進行折疊。
Crookston 解釋說：“通常需要多次迭代操作才能對折疊進行充分優化。如果使用了正確的工具，就可以減少迭代的次數。”
傳感器觸發了火工裝置之后，吹脹器將氣體泵送到氣囊中。了解從吹脹器到墊子以及墊子內部的流體流動對于了解氣囊行為至關重要。因此，必須正確地描述并復現所有的特征。由于在實驗期間無法確定氣囊內的流體流動，因此這里是 VPD 工具大顯身手之處。Crookston 表示：“MSC.Dytran 是一款能讓我對設計改型及其最終影響進行研究的工具。例如，沿接縫或者沿折迭線的織物應力，鋼或塑料罩的變形，或者與折疊、氣流區改變相關的假人受傷值都是潛在的問題。”
展開 第四代核電堆型：鈉冷快堆設計的流體仿真技術挑戰與解決方案
</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，雖然存在質量遷移問題，但對包殼耗蝕量僅為數十微米，這有助于延長燃料組件的使用壽命，提高反應堆的經濟性和可靠性。</p><p><strong>3. 核特性</strong></p><p>對中子的慢化能力弱：鈉的核子數為23，相對于水來講，對中子的慢化能力弱，吸收截面小。因此，鈉作為冷卻劑導致的快中子損失不多，能夠更有效地利用快中子進行核裂變反應，提高反應堆的增殖能力。</p><p>核反應產物易于屏蔽：鈉與中子發生反應產生的23Ne、24Na和22Na的半衰期分別是38秒、15小時和2.6年，衰變速度快，易于被屏蔽，對保持環境的可持續發展有利。</p><h2 class="ql-align-center">4、CFD在鈉冷快堆設計與分析中的作用</h2><p>計算流體動力學（CFD）在鈉冷快堆的設計和分析中發揮著重要作用，主要體現在以下幾個方面：</p><p><strong>1.熱工水力分析</strong></p><p>子通道分析：鈉冷快堆的燃料組件采用繞絲纏繞棒束的固定方式，冷卻劑通道較為復雜。CFD可以建立詳細的子通道模型，模擬冷卻劑在堆芯內的流動和傳熱情況，分析繞絲引起的攪渾效應。例如，通過上海積鼎自主研發的通用流體力學分析軟件VirtualFlow建立帶繞絲的燃料棒束模型，計算不同流量工況下的流場特性，獲得繞絲的湍流攪渾系數，并將其用于子通道計算程序中，得到各類子通道的溫度分布。
展開 高超聲速飛行器用高溫材料邁向3000℃
黑硅超材料可使人和車完美多米紅外探測器
六 核反應堆燃料元件包殼和包層材料取得突破
鋯合金是核反應堆燃料元件包殼的主要材料，但在700℃以上和水蒸氣發生反應產生熱量和氫氣，不利于核電站在發生事故情況下的安全性。2018年1月，俄羅斯莫斯科工程物理研究院核研究大學研發了用同位素改性鉬作為鋯合金替代品，用于制造核燃料元件包殼的技術。俄羅斯利用離心同位素分離技術制造同位素改性的鉬合金，其熱中子俘獲截面與鋯相似甚至更小，具有大幅提高核電站安全性的潛力。在聚變堆包層材料方面，釩合金具有廣闊應用前景。釩合金由92%的釩、4%的鉻和4%的鈦組成，與常用的耐熱鋼相比，它具備聚變堆包層所需的各種特性，但釩合金管件在加工過程中容易斷裂，并且在管道焊接之后也容易出現斷裂。導致這一問題的原因主要是空氣和原料中夾雜了碳、氮、氧等雜質。2018年12月，日本國家聚變科學研究所的科研人員在真空或惰性氣體中生成一種高純度釩合金NIFS-HEAT-2，顯著改善了合金的延展性，從而克服了釩合金在加工時和焊接后斷裂的問題。
核反應堆燃料元件包殼金屬材料
七 液態電池可為飛機提供安全、清潔和安靜的推進動力
較常規鋰電池，液態電池具有能量存儲功能非爆炸性、充電速度快的特點，但由于泵送液體的能量儲存材料溶解量受到限制，導致液態電池能量密度較低。2018年8月，在NASA資助下，美國阿貢國家實驗室及其創業公司Influit Energy將納米顆粒懸浮在水基液體電解質中，通過表面處理使納米粒子濃度達到80％，制成了活性材料比例達65％的納米電燃料（NEF）電池，較活性材料只有35％的固體鋰離子電池，能量密度提高到1.5倍以上。該技術使液體能夠在一個裝置中充電，并在另一個裝置中放電，從而將能量和功率分離。
展開 
鋁合金動力電池包底板沖壓工藝優化
產品描述
本文零件為某電池包殼體底板零件，如圖1所示。材料為鋁合金TL091， 材料實測力學性能參數如表1 所示 ， 名義料厚4mm， 零件尺寸為1930mm×1320mm ×12mm。電池包殼體底板采用沖壓制造工藝，之后與其他型材、沖壓件通過CMT焊接方式焊接，圖2 所示為CMT 焊接工作站。由于電池包要滿足防護等級IP67 的設計要求，所以對焊接質量要求很高，相比其他型材機加工制造而言，沖壓生產的底板單品尺寸公差達成具有一定的難度。
表1 TL091 實測力學性能參數
試樣方向
屈服強度（MPa）
抗拉強度(MPa)
延伸率
厚向異性系數
軋制方向
132.5
276.4
20.0%
0.624
軋制方向45°
137.0
273.6
24.7%
0.393
軋制方向90°
139.4
271.5
21.7%
0.699
圖1 電池包殼體底板
圖2 CMT焊接工作站
工藝分析及優化
類似平板件的理論設計形狀為主體平面加局部特征，此類平板件在沖壓之后由于內應力的原因都很難再保持平面，越大的零件尺寸偏差越大。這與零件的設計形狀有關系，兩個維度（1930mm×1320mm）相比第三個維度（12mm）超出10 ～ 20 倍，因此第3個維度即零件高度方向最不穩定，易出現失穩現象。
展開 2018年度國外軍工材料技術重大發展動向
圖5 黑硅超材料可使人和車完美多米紅外探測器
六、核反應堆燃料元件包殼和包層材料取得突破
鋯合金是核反應堆燃料元件包殼的主要材料，但在700℃以上和水蒸氣發生反應產生熱量和氫氣，不利于核電站在發生事故情況下的安全性。2018年1月，俄羅斯莫斯科工程物理研究院核研究大學研發了用同位素改性鉬作為鋯合金替代品，用于制造核燃料元件包殼的技術。俄羅斯利用離心同位素分離技術制造同位素改性的鉬合金，其熱中子俘獲截面與鋯相似甚至更小，具有大幅提高核電站安全性的潛力。在聚變堆包層材料方面，釩合金具有廣闊應用前景。釩合金由92%的釩、4%的鉻和4%的鈦組成，與常用的耐熱鋼相比，它具備聚變堆包層所需的各種特性，但釩合金管件在加工過程中容易斷裂，并且在管道焊接之后也容易出現斷裂。導致這一問題的原因主要是空氣和原料中夾雜了碳、氮、氧等雜質。2018年12月，日本國家聚變科學研究所的科研人員在真空或惰性氣體中生成一種高純度釩合金NIFS-HEAT-2，顯著改善了合金的延展性，從而克服了釩合金在加工時和焊接后斷裂的問題。
圖6 核反應堆燃料元件包殼金屬材料
七、液態電池可為飛機提供安全、清潔和安靜的推進動力
較常規鋰電池，液態電池具有能量存儲功能非爆炸性、充電速度快的特點，但由于泵送液體的能量儲存材料溶解量受到限制，導致液態電池能量密度較低。2018年8月，在NASA資助下，美國阿貢國家實驗室及其創業公司Influit Energy將納米顆粒懸浮在水基液體電解質中，通過表面處理使納米粒子濃度達到80％，制成了活性材料比例達65％的納米電燃料（NEF）電池，較活性材料只有35％的固體鋰離子電池，能量密度提高到1.5倍以上。該技術使液體能夠在一個裝置中充電，并在另一個裝置中放電，從而將能量和功率分離。
展開 使用LS-Dyna進行爆破仿真分析 附LS-DYNA使用指南中文版本下載
模型分為5部分，包括巖石層、主體建筑物內層與外層、中間的空氣層以及
三、網格模型
包殼、空氣1、空氣2采用3D_Solid網格劃分。其中包殼、空氣1、空氣2的網格采用共節點的方式連接。
四、材料定義
本模型中需要定義4 種材料，分別如下表所示。
五、屬性設置
六、材料屬性賦予
七、添加載荷
本案例中，載荷的添加較為簡單，僅僅需要添加啟動高爆炸藥爆炸的位置，對應的關鍵字為*INITIAL DETONATION。
八、添加邊界條件
如插秧機案例所述，要模擬無限元的邊界，必將定義無反射邊界條件。
無反射邊界條件
，添加6個面為無反射邊界條件
九、定義接觸
在模型中，存在基于Lagrange算法的實體單元與基于ALE算法的實體單元的接觸，因此需要定義流固耦合關鍵字。注意正確選擇主從關系，ALE為主，Lagrange為從。
展開 分享一個自己編寫的hypermesh 二次開發的小程序，作用是實現體網格的每一個網格進行包殼，缺點是實現的時間有點慢，希望有技術大牛指點一下。
*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"
}
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