本發(fā)明涉及反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體地，涉及一種燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬裝置及其模擬方法。

背景技術(shù)：

在反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)中，控制棒驅(qū)動(dòng)線在設(shè)計(jì)定型前應(yīng)進(jìn)行抗震試驗(yàn)研究，以確保在安全停堆地震期間控制棒驅(qū)動(dòng)線能夠?qū)崿F(xiàn)停堆功能。

在某反應(yīng)堆中，控制棒導(dǎo)管周邊布置有燃料組件，在地震載荷作用下，燃料組件會(huì)與控制棒導(dǎo)管發(fā)生碰撞現(xiàn)象，為了在試驗(yàn)中模擬周圍燃料組件對(duì)控制棒導(dǎo)管的影響，在抗震試驗(yàn)中根據(jù)實(shí)堆的布置方式在控制棒導(dǎo)管周邊布置6組燃料組件。

該反應(yīng)堆燃料組件外輪廓為正六邊形，燃料組件包括多層同心燃料管、內(nèi)套管和外六方內(nèi)圓的外套管，各層同心套管間為水隙。上接頭為錐形結(jié)構(gòu)，錐面部分開有流水孔，以減小上接頭位置的壓降，上接頭上端徑向留有凸臺(tái)，供燃料組件吊裝。下接頭為圓柱體結(jié)構(gòu)，上端與六邊形外殼連接，構(gòu)成燃料組件的支撐結(jié)構(gòu)，下端插入下堆芯板開孔處，將燃料組件固定在堆芯規(guī)定位置。

由于真實(shí)燃料的放射性，抗震試驗(yàn)中通常不采用真實(shí)組件。在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的燃料組件存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、成本較高的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬裝置及其模擬方法，解決了現(xiàn)有的燃料組件存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、成本較高的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了模擬裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本較低，能夠準(zhǔn)確模擬真實(shí)燃料組件的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)一方面提供了一種燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬裝置，所述模擬裝置包括：外套管、下接頭、配重塊、螺釘，其中，外套管與下接頭連接，外套管內(nèi)通過螺釘固定有配重塊。

外套管是外六邊形內(nèi)圓的薄壁鋁管，其功能一方面保證模擬燃料組件的外形尺寸與真實(shí)組件外形尺寸一致，另一方面通過有限元分析進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化確定鋁管的壁厚參數(shù)以保證模擬組件的質(zhì)量和橫向剛度與真實(shí)組件一致。

下接頭的功能是模擬燃料組件的安裝，模擬件通過下接頭安裝在控制棒導(dǎo)管的周邊。

其中，所述外套管的橫截面外邊緣為六邊形，所述外套管的橫截面內(nèi)邊緣為圓形。

其中，所述模擬裝置與燃料組件的外形尺寸、質(zhì)量、重心、橫向剛度均一致。

其中，所述配重塊具體為圓柱狀，配重塊包括前段部分、中段部分、后段部分，其中，中段部分尺寸與外套管內(nèi)徑尺寸匹配。

配重塊是中間段直徑大，上下端直徑小的銅質(zhì)圓柱體，功能是由中間段保證與外套管的裝配尺寸，上下段的直徑和長(zhǎng)度根據(jù)有限元分析的設(shè)計(jì)優(yōu)化確定，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)組件的質(zhì)量和重心、橫向剛度等的精確模擬。

其中，所述外套管棱角線上開設(shè)有螺孔，螺釘為沉頭螺釘。

配重塊與外套管之間通過螺釘裝配固定。螺釘開孔在外套管的棱角線上，采用沉頭螺釘作為配重塊與外套管的連接螺釘，既保證了配重塊與外套管的連接強(qiáng)度，又保證螺釘頭部不會(huì)突出外套管外表面。

本申請(qǐng)另方面提供了一種燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬方法，所述方法包括：

步驟1：對(duì)燃料組件的動(dòng)力特性進(jìn)行計(jì)算，獲得燃料組件在安裝條件下的剛度特性和振動(dòng)模態(tài)；

步驟2：基于燃料組件的外形尺寸、模擬裝置與燃料組件的安裝邊界相同，設(shè)計(jì)出模擬裝置初始模型；

步驟3：對(duì)模擬裝置初始模型進(jìn)行動(dòng)力特性計(jì)算，找出模擬裝置與燃料組件的差異；

步驟4：通過調(diào)整外套管厚度調(diào)節(jié)初始模型剛度，調(diào)整配重塊的質(zhì)量、形狀和位置調(diào)節(jié)初始模型振動(dòng)模態(tài)，最終使初始模型的動(dòng)態(tài)特性與燃料組件動(dòng)態(tài)特性的差異滿足預(yù)定要求。

燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬裝置的設(shè)計(jì)模擬方法主要是通過對(duì)原型燃料組件的動(dòng)力特性計(jì)算，獲得其在安裝條件下的剛度特性、振動(dòng)模態(tài)，在基于外形尺寸和安裝邊界相同、內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的原則，設(shè)計(jì)出初始模型，對(duì)初始模型進(jìn)行動(dòng)力特性計(jì)算，找出兩者的差異，通過調(diào)整簡(jiǎn)化模型外套管厚度調(diào)節(jié)其剛度，調(diào)整配重塊的質(zhì)量、形狀和位置調(diào)節(jié)其振動(dòng)模態(tài)。最終使簡(jiǎn)化模型的主要特性與燃料組件動(dòng)態(tài)特性的差異達(dá)到預(yù)定要求。實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）確立以外套管、下接頭、配重塊和螺釘連接的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)模擬原型真實(shí)組件，以外形尺寸、安裝邊界與原型真實(shí)組件一致為基礎(chǔ)，以橫向剛度、組件質(zhì)量和重心為指標(biāo)參數(shù)的設(shè)計(jì)模擬技術(shù)路線；

2）對(duì)原型真實(shí)組件建立計(jì)算模型，通過有限元計(jì)算獲得原型真實(shí)組件安裝條件下的剛度特性和振動(dòng)模態(tài)；

3）以第一條中確定的簡(jiǎn)化原則建立模擬件的初始計(jì)算模型，主要保證其外形尺寸和安裝邊界與原型真實(shí)組件一致，；

4）在計(jì)算機(jī)上通過有限元方法對(duì)初始計(jì)算模型進(jìn)行動(dòng)力特性計(jì)算，將結(jié)果與真實(shí)組件進(jìn)行對(duì)比。

5）在計(jì)算機(jī)上對(duì)初始計(jì)算模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過調(diào)整初始計(jì)算模型的外套管厚度調(diào)節(jié)模型整體剛度，調(diào)整配重塊的質(zhì)量、形狀和位置調(diào)節(jié)模型整體質(zhì)量和重心。最終使簡(jiǎn)化模型的橫向剛度、組件質(zhì)量和重心等指標(biāo)參數(shù)與真實(shí)組件的差異小于預(yù)定要求。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊粋€(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

由于真實(shí)燃料的放射性，抗震試驗(yàn)中通常不采用真實(shí)組件。本發(fā)明中只考慮燃料組件的外形尺寸、重量及重心高度和動(dòng)態(tài)特性，無需考慮燃料組件內(nèi)多層多層同心燃料管等結(jié)構(gòu)，所以，有效解決了現(xiàn)有的燃料組件存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、成本較高的技術(shù)問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了模擬裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本較低，能夠準(zhǔn)確模擬真實(shí)燃料組件的技術(shù)效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定；

圖1是本申請(qǐng)中燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本申請(qǐng)中配重塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-外套管；2-配重塊；3-螺釘；4-下接頭。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬裝置及其模擬方法，解決了現(xiàn)有的燃料組件存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、成本較高的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了模擬裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本較低，能夠準(zhǔn)確模擬真實(shí)燃料組件的技術(shù)效果。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在相互不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內(nèi)的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

請(qǐng)參考圖1-圖2，本申請(qǐng)中實(shí)施例提供了一種燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬裝置，所述模擬裝置包括：外套管1、下接頭4、配重塊2、螺釘3，其中，外套管與下接頭連接，外套管內(nèi)通過螺釘固定有配重塊。

其中，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述外套管的橫截面外邊緣為六邊形，所述外套管的橫截面內(nèi)邊緣為圓形。

其中，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述模擬裝置與燃料組件的外形尺寸、質(zhì)量、重心、橫向剛度均一致。

其中，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述配重塊具體為圓柱狀，配重塊包括前段部分、中段部分、后段部分，其中，中段部分尺寸與外套管內(nèi)徑尺寸匹配。

其中，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述外套管棱角線上開設(shè)有螺孔，螺釘為沉頭螺釘。

其中，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述方法包括：

步驟1：對(duì)燃料組件的動(dòng)力特性進(jìn)行計(jì)算，獲得燃料組件在安裝條件下的剛度特性和振動(dòng)模態(tài)；

步驟2：基于燃料組件的外形尺寸、模擬裝置與燃料組件的安裝邊界相同，設(shè)計(jì)出模擬裝置初始模型；

步驟3：對(duì)模擬裝置初始模型進(jìn)行動(dòng)力特性計(jì)算，找出模擬裝置與燃料組件的差異；

步驟4：通過調(diào)整外套管厚度調(diào)節(jié)初始模型剛度，調(diào)整配重塊的質(zhì)量、形狀和位置調(diào)節(jié)初始模型振動(dòng)模態(tài)，最終使初始模型的動(dòng)態(tài)特性與燃料組件動(dòng)態(tài)特性的差異滿足預(yù)定要求。

燃料組件動(dòng)態(tài)特性模擬裝置主要由外套管、配重塊、螺釘和下接頭組成。通過焊接將外套管和下接頭連接，通過螺釘將配重塊安裝固定在外套管中。

本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便的特點(diǎn)。外套管材質(zhì)與真實(shí)組件外套管材質(zhì)一致，能夠真實(shí)模擬其與周邊設(shè)備的碰撞特性；采用銅質(zhì)圓柱體作為配重塊，銅材較高的比重和較低的硬度特性使配重塊所需尺寸減小，降低了配重塊與外套管的碰摩風(fēng)險(xiǎn)；在外套管的棱角線上，采用12個(gè)沉頭螺釘作為配重塊與外套管的連接螺釘，既保證了配重塊與外套管的連接強(qiáng)度，又保證螺釘頭部不會(huì)冒出外套管外表面；外套管與下接頭采用焊接方式連接，保證了外套管與下接頭之間的連接強(qiáng)度。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

由于真實(shí)燃料的放射性，抗震試驗(yàn)中通常不采用真實(shí)組件。本發(fā)明中只考慮燃料組件的外形尺寸、重量及重心高度和動(dòng)態(tài)特性，無需考慮燃料組件內(nèi)多層多層同心燃料管等結(jié)構(gòu)，所以，有效解決了現(xiàn)有的燃料組件存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、成本較高的技術(shù)問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了模擬裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本較低，能夠準(zhǔn)確模擬真實(shí)燃料組件的技術(shù)效果。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。