(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 202210712910.7 (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 贺亚男　顾晨　章静　巫英伟　 田文喜　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 30/20(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种包覆燃料弥散型燃料元件失效概率的 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种包覆燃料弥散型燃料元 件失效概率的计算方法， 主要步骤如下： 1、 建立 并设置燃 料元件、 多相弥散颗粒几何模拟模型及 三维单元体模型； 2、 控制流工程软件导入所有模 型； 3、 进行元件的多物理场耦合计算； 4、 划分元 件子区； 5、 计算并储存各子区平均温度及应力； 6、 数值仿真软件修改代表性颗粒参数并进行多 物理场耦合计算； 7、 将代表性颗粒状态映射至单 元体模型； 8、 计算单元体模型等效物性参数； 9、 进行内部颗粒失效情况评估； 10、 修正元件等效 参数； 11、 重复步骤3 ‑10直至时刻末。 本发明的高 适应性计算方法能够将元件状态与弥散颗粒状 态建立联系， 并对元件内部颗粒失效情况进行评 估， 进而确定燃料元件的运行状态。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115034076 A 2022.09.09 CN 115034076 A 1.一种包覆燃料弥散型燃料元件失效概率的计算方法， 其特征在于： 针对弥散型燃料 元件内部弥散颗粒失效情况 的计算问题， 用控制流工程软件实现燃料元件几何模拟模型、 多相弥散颗粒几何模拟模型和三维单元体模型间的参数传递， 实现模型间的耦合， 有利于 准确、 全面地确定弥散型燃料元件的等效物性参数， 确定弥散型燃料元件的运行状态， 进而 计算出其内部多相弥散 颗粒的应力状态以评估弥散型燃料 元件内部 颗粒的失效情况； 步骤如下： 步骤1： 确定燃料元件的形式、 内部结构和几何参数， 确定多相弥散颗粒的形式、 排布方 式和几何参数， 由复合材料的平均场理论， 将弥散颗粒区域进 行均匀化， 使用数值仿 真软件 建立均匀化的燃料元件几何模拟模型， 使用数值仿真软件建立多相弥散颗粒几何模拟模 型， 根据弥散型燃料元件内部颗粒 的体积份额和排布情况， 由复合材料 的均匀化理论确定 代表性单元体以建立 求解等效物性 参数的三维单 元体模型； 步骤2： 确定所研究的反应堆类型及 设计参数， 由反应堆类型及 设计参数确定多相材料 的物性参数模型， 确定多相材料 的辐照行为模型， 确定基体材料物性参数模型和基体材料 辐照行为模型， 在数值仿真软件中完成燃料元件几何模拟模型的物性参数模型、 辐照行为 模型、 物理场边界条件及源项设置的操作， 完成多相弥散颗粒几何模拟模型 的物性参数模 型、 辐照行为模型、 物理场边界条件及 源项设置的操作， 完成三 维单元体模型的物性参数模 型设置的操作； 步骤3： 确定弥散型燃料元件的失效形式和失效判定准则， 确定材料失效即材料强度的 概率密度函数形式、 材料工作应力的概率密度函数形式， 其中， 只有 材料工作应力的概率密 度函数表达式的均值 为耦合计算过程的待确定量； 步骤4： 控制流工程软件导入燃料元件 几何模拟模型、 多相弥散颗粒几何模拟模型和三 维单元体模型； 步骤5： 控制流工程软件根据燃料元件几何模拟模型的对称性， 确定出规整均匀的、 互 不交叉重叠的子区几何形状， 确定划分子区的数量n， 完成子区划分， 并按子区对应燃料元 件几何模拟模型的空间位置 完成子区编号； 步骤6： 控制流工程软件调用燃料元件 几何模拟模型， 数值仿真软件自动进行初始时刻 下燃料元件的多物理场耦合计算， 得到 燃料元件当前时刻的温度场和应力场； 步骤7： 控制流工程软件根据燃料元件各子区在燃料元件 几何模拟模型的空间位置， 确 定燃料元件各子区在 对应空间位置处的温度、 应力分布， 得到燃料元件各子区内的温度、 应 力数据， 确定燃料元件各子区的边界温度及边界应力， 根据算术平均法确定燃料元件各子 区的平均温度和平均应力， 将燃料元件各子区的平均温度和平均应力按燃料元件子区编号 进行储存； 步骤8： 控制流工程软件调用多相弥散颗粒几何模拟模型， 调用初始时刻子区序号1的 平均温度和平均应力作为子区序号1的代表性多相弥散颗粒多物理场耦合计算的边界条 件； 步骤9： 数值仿真软件进行子区序号1代表性多相弥散颗粒多物理场耦合计算， 计算完 成后， 提取代表性多相弥散颗粒失效概率计算需要的材料应力值和等效热导率， 之后， 将 计 算完成的代表性多相弥散颗粒的计算状态映射至三维单元体， 计算出当前时刻三 维单元体 的等效物性 参数， 包括 等效弹性模量、 等效泊松比和等效热胀系数；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115034076 A 2步骤10： 根据三维单元体计算的等效物性参数， 控制流工程软件提取子区序号1的等效 物性参数及材 料应力值并按子区编号进行 数据储存； 步骤11： 控制流工程软件根据子区序号1的代表性多相弥散颗粒的材料应力值， 确定出 子区序号1内所有颗粒工作应力的概 率密度函数； 步骤12： 对子区序号1内所有颗粒， 控制流工程软件判断材料工作应力的概率密度函数 和材料强度的概率密度函数是否干涉， 若未发生干涉， 跳至步骤14； 若发生干涉， 即材料工 作应力的概率密度函数曲线与材料强度的概率密度函数曲线存在重叠区域， 则计算材料强 度值小于 工作应力的概 率， 然后计算整个子区序号1内颗粒的破坏概 率； 步骤13： 控制流工程软件根据子区序号1内颗粒的破坏概率和子区序号1内颗粒总数 量， 计算当前时刻下弥散型多颗粒燃料子区序号1内失效的颗粒 数量； 步骤14： 除子区序号1外， 控制流工程软件 对其余子区序号重复上述 步骤； 步骤15： 控制流工程软件对燃料元件各子区的等效物性参数全部更新完成， 对各子区 的等效物性参数按子区的空间位置 关系进行拟合， 得到燃料元件等效物性参数与空间位置 的函数关系， 作为燃料 元件更新后的等效物性 参数； 步骤16： 控制流工程软件将燃料元件更新后的等效物性参数传递给数值仿真软件， 数 值仿真软件 对燃料元件几何模拟模型的等效物性 参数进行修改； 步骤17： 下一时刻， 控制流工程软件判断是否到达计算设定的最后时刻， 若未到达最后 时刻， 则重复上述 步骤6‑16， 若已到 达最后时刻， 则控制流工程软件计算结束。 2.根据权利要求1所述的一种包覆燃料弥散型燃料元件失效概率的计算方法， 其特征 在于： 所述数值仿真软件采用COMSOL、 ANSYS或ABAQUS软件； 控制流工程软件采用MATLAB、 Mathmatics或FORTRAN软件。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115034076 A 3