聚變堆第一壁熱-結(jié)構(gòu)耦合力學(xué)行為與熱疲勞性能數(shù)值模擬.pdf

1、經(jīng)過多年的探索與發(fā)展，磁約束核聚變研究已開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)堆建造與實(shí)驗(yàn)階段。其中，聚變堆第一壁作為直接面向等離子體的關(guān)鍵部件，其抗熱沖擊性能及疲勞壽命一直倍受關(guān)注。從已有研究進(jìn)展來看，面向第一壁工程應(yīng)用研究開展較多，而對其抗沖擊與疲勞的材料/結(jié)構(gòu)力學(xué)機(jī)制研究較少。由于第一壁不僅要承受反應(yīng)堆脈沖運(yùn)行的周期性載荷，還可能在等離子破裂時承受極端瞬態(tài)熱、磁等載荷，其材料/結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)呈復(fù)雜耦合狀態(tài)，這種多因素多效應(yīng)耦合的疲勞、沖擊損傷機(jī)制及耦合效應(yīng)亟

2、待深入研究，為發(fā)展第一壁抗疲勞與沖擊性能的工藝及技術(shù)奠定基礎(chǔ)。因此，本研究從結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，建立了熱/結(jié)構(gòu)完全耦合的熱傳導(dǎo)方程和彈塑性本構(gòu)關(guān)系，并綜合考慮了材料融化，凝固，汽化等多種熱物理效應(yīng)，形成了較完備的第一壁熱/結(jié)構(gòu)耦合力學(xué)分析方法，對第一壁熱/結(jié)構(gòu)耦合力學(xué)行為與熱疲勞性能開展了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對比分析了采用相同結(jié)構(gòu)參數(shù)不同面向等離子體材料（鈹和鎢銅梯度材料）的第一壁模型在等離子體破裂沖擊下的熱/結(jié)構(gòu)耦合

3、力學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)沖擊能流主要沉積在表層材料上，材料熱物理屬性差異將導(dǎo)致復(fù)雜的應(yīng)力響應(yīng)，結(jié)果顯示表層采用高比熱鈹材料的第一壁可較大程度緩解沖擊對內(nèi)部材料的損害，但代價(jià)是整層發(fā)生大面積熱塑性損傷;相同條件下，表層采用低比熱銅鎢梯度材料的第一壁對內(nèi)部沖擊緩解差，但總的塑性損傷區(qū)域有限，具有更優(yōu)異的抗熱沖擊潛力。⑵從熱/結(jié)構(gòu)耦合力學(xué)分析出發(fā)，對面向等離子體層采用鎢銅梯度材料的第一壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。綜合對比連續(xù)梯度材料和分層梯度材料在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱