Моделирование поведения топлива тепловыделяющих элементов реакторов ВВЭР и РБМК с использованием компьютерной технологии MARC

Г.В. Кулаков, Ю.В. Коновалов, А.А. Косауров, Б.А. Каширин, А.В. Кузнецов

Важной особенностью программного средства MARС является

возможность решения связанных (fully coupled) высоконелинейных

задач, позволяющих исследовать термомеханическое поведение кон-

струкции с учетом автоматического контактного взаимодействия не-

ограниченного числа тел с изменяющимися свойствами без каких-

либо упрощений геометрических форм.

Программный комплекс MARC имеет удобный и простой интер-

фейс, а при моделировании мультиконтактного взаимодействия в от-

личие от многих других САЕ-систем не требует наличия специальных

«интерфейсных» или «промежуточных» элементов между контакти-

рующими телами и поверхностями, что значительно упрощает процесс

моделирования.

Авторами накоплен большой опыт моделирования поведения твэ-

лов легководных реакторов с использованием программного комплек-

са MARC [2–4]. В этих и других работах показана принципиальная

возможность и приведены примеры такого моделирования. Применя-

емый авторами подход методически близок к методу прогнозирования

надежности и долговечности элементов конструкций высокого давле-

ния [5, 6].

В настоящей статье рассмотрено моделирование поведения узлов

твэлов РБМК и ВВЭР при различных режимах эксплуатации реакто-

ров с применением программного комплекса MARC для решения

следующих задач:



термомеханическое поведение твэла РБМК-1000 в режиме за-

грузки «на ходу»;



термомеханическое мультиконтактное взаимодействие топлив-

ных таблеток реактора ВВЭР с гермоузлом при нестационарных ре-

жимах работы (всплеск энерговыделения) в 2D- и 3D-постановках;



влияние растрескивания топливных таблеток реакторов ВВЭР

и РБМК на напряжения и деформации.

Моделирование термомеханического поведения твэла реак-

тора РБМК-1000 в режиме загрузки «на ходу».

Исследовано пове-

дение фрагмента конструкции длиной около 20 см нижнего участка

твэла РБМК, установленного в участок опорной решетки и зафикси-

рованного фигурным кольцом. Был рассмотрен случай заклинивания

верхней 10-й таблетки топлива с оболочкой при свободном переме-

щении таблеток, жестком закреплении опорной решетки и отсут-

ствии технологического зазора между фигурным кольцом и опорной

решеткой. Форма участка исследуемой области опорной решетки бы-

ла принята цилиндрической. Размеры и форму фигурного закрепля-

ющего кольца, а также таблеток топлива рассматривали без упроще-

ния геометрических параметров.

Минимально возможное расстояние между таблетками принима-

ли равным 0,01 мм, т. е. не более зоны шероховатости. В случае воз-