绕丝燃料棒接触分析及磨痕模拟方法研究

来源：核动力工程杂志2025年第6期北京时间：

作者：黄永忠, 曹俊贤, 李垣明, 陈平, 王浩煜, 肖忠

单位：1.中国核动力研究设计院核反应堆技术全国重点实验室，成都，610213；2.清华大学材料学院，北京，100084；

摘要：微动磨蚀是核反应堆燃料棒破损失效的重要原因之一。本文针对绕丝燃料棒，首先基于赫兹接触理论建立了包壳与相邻绕丝的接触压力分布计算方法，并通过有限元模型和增广拉格朗日接触算法完成了包壳与相邻绕丝的接触有限元分析，有限元分析结果与理论计算结果符合较好。之后，对振动过程中包壳与相邻绕丝的接触位置变化分析，揭示了包壳与相邻绕丝之间磨蚀区域不断变化的磨蚀特性，确定了椭圆接触面扫掠形成的磨蚀区域。基于ARCHARD磨蚀模型，通过对磨痕内各个点在振动过程中的磨蚀量积分计算，实现了对磨痕形貌的模拟预测。最后，通过不同振幅的磨痕模拟分析发现，当振幅超过一定值后，最大磨蚀深度达到最大而不再增加。

关键词：燃料棒, 绕丝, 赫兹接触, 微动磨蚀