AbaqusCEL在核电燃料棒跌落过程中的应用

CEL方法是Abaqus中计算流固耦合的关键技术。CEL技术吸取欧拉网格和拉格朗日网格的优点，采用网格固定而材料可在网格中自由流动的方式，解决大位移问题中单元变形奇异的弊端。利用CEL可模拟流体的流动、液体晃动、气体流动、穿透问题以及冲压成型等大变形问题。用户可方便地在Abaqus/CAE中定义CEL分析。核燃料是可在核反应堆中通过核裂变产生核能的材料，是铀矿石经过开采、初加工、铀转化，进而加工成核燃料元件。压水堆核电站用的是铀-235富集度为3%左右的核燃料。以百万千瓦级压水堆核电站为例，通常核反应堆内有157个核燃料组件，每个组件由17×17根燃料棒组成。燃料棒由烧结二氧化铀芯块装入锆合金管中封焊构成。部分燃料组件中有一个控制棒，控制核裂变反应。燃料棒在组件卡槽中有跌入下部液态金属中的现象，该过程既有结构之间的接触碰撞，又有结构件落入流体中。该过程可以通过有限元软件Abaqus中的CEL技术模拟,本文通过简化模型阐述燃料棒跌落过程的模拟。模型如下：载荷与边界条件计算结果