放射性物质运输容器缩比模型跌落试验数值模拟

摘要

随着核能在各个领域越来越广泛的应用，放射性物质的运输需求量也日益增长。若发生泄漏，会造成大量人员伤亡，财产损失，留下的后患更是几十年无法消除，因此放射性物质运输的安全性显得尤为重要。然而由于运输容器体积、质量较大，试验所用设备复杂，设备使用费用昂贵，模拟真实环境条件要求严苛等原因，决定了无法使用传统试验方法对全尺寸运输容器进行试验。因此使用缩比模型来代替原型容器进行关键部位的安全试验是一种经济有效的方法。然而在使用缩比模型进行实验时，由于尺寸参数不同，无法确定模型的应力、应变、接触力、加速度以及反应时间等响应变量是否会产生不同的结果，因此需要以比例定律作为依据，给出原型和缩比模型之间各个变量的关系。 通过量纲分析中的Buckingham“Π 定理”，推导出缩比模型容器的比例定律。以真实的圆柱形放射性物质运输容器为例，采用ABAQUS 动态显式算法对原型和二分之一、四分之一、八分之一缩比模型，在事故条件下从 9 米高以底角跌落姿态冲击刚性地面，对考虑材料应变率与不考虑材料应变率两种情况下的动态响应进行了数值模拟。选取了四种不同比例模型中六个参考点，对其应变、应力、加速度、时间和容器与刚性地面之间的接触力变化规律的进行计算分析。在特定条件下： a模型=a原型/m，F模型=F原型m2,σ模型=σ原型,ε模型=ε原型,t模型=t原型m(m为模型与原型尺寸比)。最后将结果与比例定律进行比较，发现基本与比例定律相吻合。 在二分之一至八分之一缩小比例范围内，比例定律适用于放射性物质运输容器缩比模型试验测试，为原容器的替代试验提供了科学依据。

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