4
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
ресурсоемкости. В свою очередь, стержневые модели ТВС на основе
теории изгиба балки Тимошенко [2] намного проще и эффективнее
КЭ-моделей, но стержневые модели не позволяют исследовать эф-
фекты, связанные с движением твэлов относительно друг друга, при
колебаниях пучка и многие другие явления.
Таким образом, целесообразно пойти по пути разработки КЭ-
модели, которая, с одной стороны, даст возможность изучать движе-
ние отдельного твэла в пучке, а с другой — будет учитывать влияние
ДР на это движение. В данной работе предлагается методика разра-
ботки КЭ-модели пучка твэлов, в которой ДР имитированы сетью
упругих стержней, эквивалентной своими жесткостными характери-
стиками реальной ДР. Замена реальной ДР эквивалентной сетью
стержней приводит к удовлетворительным результатам без привле-
чения значительных вычислительных мощностей.
Несмотря на обилие различных моделей ТВС (стержневые, ко-
нечно-элементные и др.), все они недостаточно удовлетворительно
описывают контактное взаимодействие в системе твэл — ячейка
ДР. Например, в [4] разработана КЭ-модель бесчехловой ТВС тре-
тьего поколения для реактора ВВЭР-440 с учетом только линейной
жесткости ячейки ДР, в то же время никоим образом не оговорена
жесткость ячейки на поворот из плоскости, которая является клю-
чевой (согласно работе [1]). Кроме того, жесткость ячейки вычис-
ляют без учета предварительного ее деформирования от запрессов-
ки твэла.
В основу разрабатываемой в данной работе КЭ-модели пучка по-
ложены следующие предположения:
•
каждый твэл моделируют стержневым конечным элементом с
распределенными параметрами;
•
со стороны головки ТВС твэл считают шарнирно опертым, со
стороны хвостовика — заделанным;
•
ДР имитируют сетью упругих стержней, т. е. принимают, что
соседние ячейки ДР соединяются друг с другом одинаковыми упру-
гими связями (фиктивными стержнями). При этом жесткости фик-
тивных стержней подбирают из решения контактной задачи с задан-
ной реальной геометрией ячейки ДР и твэла.
В разрабатываемой модели ТВС принят ряд упрощений:
•
не учитывается влияние теплоносителя как среды, демпфирую-
щей колебания (об учете демпфирования см. работу [3]);
•
не учитывается изменение механических свойств материалов
кассеты и неравномерность их распределения вследствие воз-
действия тепловых потоков и потоков ионизирующих излучений
и т. п.;
•
исключена возможность проскальзывания твэла в ячейках ДР.