基于光滑粒子與有限元耦合算法的放射性廢液運輸容器跌落分析

黃　崗　　孫　勝　　童明炎　　汪　海　　司丹丹（中國核動力研究設計院　　成都　610213）

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基于光滑粒子與有限元耦合算法的放射性廢液運輸容器跌落分析

黃崗孫勝童明炎汪海司丹丹
（中國核動力研究設計院成都610213）

摘要基于光滑粒子和有限元耦合算法，利用顯式動力學分析軟件LS-DYNA，對裝載放射性廢液的車載式廢樹脂接收裝置在三種不同跌落方式下的跌落沖擊過程進行了數值分析。以裝置水平跌落為典型算例，對其在跌落過程中所受的動態激勵、裝置的壓力變化和裝置的應力狀態進行了分析。結果表明，光滑粒子和有限元耦合算法對于解決裝載放射性廢液的運輸容器在跌落沖擊過程中流固耦合問題是有效的。同時，基于有限元分析結果，提出了一種按照RCC-M《壓水堆核島機械設備設計和建造規則》等規范對放射性物質運輸容器跌落沖擊過程進行應力強度評定的方法，并依據該方法對裝置的結構強度進行了評定，結果顯示裝置在三種不同跌落方式下的應力強度均滿足要求。

關鍵詞運輸容器，跌落沖擊，流固耦合，光滑粒子法，應力強度評定

Dropping analysis of radioactive liquid waste transport container based on finite element method coupling with smoothed particle hydrodynamics method

HUANGGangSUNShengTONGMingyanWANGHaiSIDandan
（NuclearPowerInstituteofChina，Chengdu610213，China）

Abstract Background: Droppingimpactresistancepropertyisakeycharacteristicforthetransportationsafetyof transportcontainerfilledwithradioactiveliquidwaste.Therefore，itisnecessarytocarryoutdroppingimpact analysisofthetransportcontainerwiththeappropriatemethodduringresearchanddevelopprocess.Purpose: Droppingimpactanalysiswithappropriatemethodforthetransportcontainerfilledwithradioactiveliquidwastewas carriedouttoverifyitsdroppingimpactresistanceproperty. Methods:Basedonsmoothedparticlehydrodynamics methodcouplingwithfiniteelementmethod，droppingimpactanalysisoftravellingspentresininceptingdevicefilled withradioactiveliquidwasteinthreedifferentwayswascarriedoutwithLS-DYNAcodewhichwasanexplicit dynamicanalysissoftware.Besides，astressstrengthassessmentmethodforthedevicestructurebasedonRCC-M andotherruleswasproposed，andthestressstrengthassessmentwasalsoperformedwiththemethod. Results:The dynamicexcitation，thepressurevarietyandthestressofthedeviceduringdroppingimpactprocesswereobtainedin thepaper.Conclusion:Smoothedparticlehydrodynamicsmethodcouplingwithfiniteelementmethodissuitablefor solvingthefluid-structureinteractionquestionduringdroppingimpactprocessforthedevicefilledwithradioactive liquidwaste.Furthermore，thestrengthofthedevicesatisfiestherequirementinthreedifferentwaysofdropping.

Key words Transportcontainer，Droppingimpact，Fluid-structureinteraction，Smoothedparticlehydrodynamics method，Stressstrengthassessment

光滑粒子法是一種基于粒子的拉格朗日方法。因不需借助任何網格，所以算法本身避免了有限元法在大變形問題中常遇到的網格畸變和網格扭曲等一系列問題，可用于模擬流體的流動變形，且具有強大的模擬大變形和復雜物理現象的能力，在天體物理、高速沖擊和流體力學等相關領域中獲得了廣泛應用，但它仍然存在一些問題，如計算效率低和邊界處理算法不成熟等。……