(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210711271.2 (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 巫英伟　王一浒　章静　焦拥军　 郑美银　苏光辉　秋穗正　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种计算燃料棒与夹持机构相互作用的方 法 (57)摘要 本发明公开了一种计算燃料棒与夹持机构 相互作用的方法， 步骤如下： 建立燃料棒与棒束 间冷却剂流道几何模型； 划分棒束间冷却剂流道 的计算流体力学网格、 与之共节 点的燃料棒的计 算固体力学网格； 针对冷却剂在棒束间流动问题 做计算流体力学模拟， 记录随时间稳定振荡的燃 料棒上压力时空分布； 建立夹持机构几何模型； 划分夹持机构的计算固体力学网格， 并与燃料棒 的计算固体力学网格组装； 针对夹持机构预紧并 与燃料棒相互作用、 夹持机构受反应堆内效应影 响而松弛问题做 计算固体力学模拟， 获得相关固 体力学物理场； 将燃料棒上压力时空分布导入至 固体力学物理场， 形成一套考虑反应堆内效应的 计算燃料棒在冷却剂驱动下与夹持机构相互作 用的数值模拟方法。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 115186603 A 2022.10.14 CN 115186603 A 1.一种计算燃料棒与夹持机构相互作用的方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1： 建立燃料棒 三维几何模型与棒束间冷却剂流道的三维几何模型； 步骤2： 在步骤1的棒束间冷却剂流道的三维几何模型上划分棒束间冷却剂流道的计算 流体力学网格； 步骤3： 在步骤1的燃料棒三维几何模型上划分燃料棒的计算固体力学网格， 燃料棒的 计算固体力学网格在燃料棒边界上的节点分布应与步骤2的计算流体力学网格在燃料棒边 界上的节点分布相似； 步骤4： 在计算流体力学求解器 中导入步骤2划分的棒束间冷却剂流道计算流体力学网 格， 设置反应堆运行时的冷却剂流道的边界条件， 运行求解器， 当燃料棒上的压力随时间稳 定振荡时， 记录每 个时间步上燃料棒上的压力在空间上的分布； 步骤5： 建立夹持机构的三维几何模型； 步骤6： 在步骤5的夹持机构的三维几何模型上划分夹持机构的计算固体力学网格， 并 与步骤3产生的燃料棒的计算固体力学网格组装为 一套网格； 步骤7： 在计算固体力学求解器 中导入步骤6组装的燃料棒与夹持机构的计算固体力学 网格， 添加燃料棒计算域与夹持机构计算域之间的接触设置、 夹持机构预紧与固定边界条 件、 夹持机构受反应堆内效应影响而松弛的蠕变模 型， 运行求解器， 获得燃料棒受预紧夹持 机构夹持的、 夹持机构因堆内效应松弛的固体力学物理场； 步骤8： 将步骤4中获得的燃料棒上的压力在空间和时间上的分布作为载荷导入至步骤 7中得到的固体力学物理场， 经过计算， 完成考虑反应堆内效应的计算燃料棒在冷却剂作用 下与夹持机构相互作用的数值模拟。 2.根据权利要求1所述的一种计算燃料棒与夹持机构相互作用的方法， 其特征在于： 将 棒束间冷却剂流道的三维几何模型和燃料棒的三维几何模型导入至几何建模仿真软件 ANSYS DesignModeler中， 使用Form  new part功能标记这两个三维几何模型为一个 “部 件”， 该处理方法使 得在步骤2和步骤3中， 棒束间冷却剂流道几何与燃料棒几何对应的网格 在交界面处能共节点。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115186603 A 2一种计算燃料 棒与夹持机构相互作用的方 法 技术领域 [0001]本发明属于方法发明技术领域， 具体涉及到一种计算燃料棒与夹持机构相互作用 的方法。 背景技术 [0002]目前最广泛应用的反应堆堆型为压水反应堆， 其中最经典的设计为燃料以圆柱棒 束形式， 被定位格架上的弹簧和刚凸固定在压力容器之中。 在反应堆运行时， 燃料棒和夹持 装置受蠕变等因素影响， 之 间的夹持力会产生松弛， 与此同时燃料棒受冷却剂流体影响， 与 弹簧和刚凸间产生碰撞摩 擦相互作用， 导致燃料包壳产生破损， 进而导致燃料失效， 这种现 象被称作格架 ‑燃料棒微动磨损(grid ‑to‑rod fretting  wear,GTRF)。 因GTRF而造成的磨 损是目前压水堆 棒束型燃料失效的主 要原因。 [0003]然而， 目前针对在这一问题上的计算方法上的相关研究， 往往将燃料棒端面简单 约束， 未考虑燃料棒与夹持机构间的接触相互作用， 也未考虑夹持机构在堆内因辐照等效 应而产生的松弛行为。 因此发明一种引入燃料棒和夹持机构的接触模型、 夹持机构在反应 堆内效应模型， 计算燃料棒受流体驱动下与夹持机构的相互作用的方法具有较大意 义。 发明内容 [0004]为了克服上述现有技术存在的问题， 本发明的目的在于提供考虑到夹持机构受堆 内效应松弛的情况 下， 计算燃料棒与夹持机构相互作用的一种方法。 [0005]为达到上述目的， 本发明采用了如下技 术方案： [0006]本发明方法采用计算流体力学软件针对压水堆棒束流场做数值模拟， 获得燃料棒 上不同时刻不同位置的流体压力数据； 采用计算固体力学软件针对燃料棒与夹持机构的结 构场做数值模拟， 获得燃料棒与夹持机构因预紧力夹紧而相互作用并考虑到夹持机构因堆 内效应而松弛的结构力场； 将不同时刻不同位置的流体压力数据导入到之前的结构力场作 为外载荷， 经过计算， 即可形成一套考虑反应堆内效应的计算燃料棒在冷却剂驱动下与夹 持机构相互作用的数值模拟方法。 [0007]一种计算燃料棒与夹持机构相互作用的方法， 包括如下步骤： [0008]步骤1： 建立燃料棒 三维几何模型与棒束间冷却剂流道的三维几何模型； [0009]步骤2： 在步骤1的棒束间冷却剂流道的三维几何模型上划分棒束间冷却剂流道的 计算流体力学网格； [0010]步骤3： 在步骤1的燃料棒三维几何模型上划 分燃料棒的计算固体力学网格， 燃料 棒的计算固体力学网格在燃料棒边界上的节点分布应与步骤2的计算流体力学网格在燃料 棒边界上的节点分布相似； [0011]步骤4： 在计算流体力学求解器中导入步骤2划分的棒束间冷却剂流道计算流体力 学网格， 设置 反应堆运行时的冷却剂流道的边界条件， 运行求解器， 当燃料棒上的压力随时 间稳定振荡时， 记录每 个时间步上燃料棒上的压力在空间上的分布；说　明　书 1/3 页 3 CN 115186603 A 3