基于有限元模擬的聚乙烯高整體容器的完整性評價.pdf

1、中國的核電發(fā)展迅猛，未來將產生大量的放射性廢料。放射性核廢料的包裝容器，其結構完整性，密閉性等性能，是貯藏和運輸?shù)那疤釛l件。對于其中的中、低放射性廢料的貯藏，運輸處置過程，交聯(lián)聚乙烯高整體性容器有著簡便，高效，廢物最小化程度高等明顯優(yōu)勢，在當前國際上得到廣泛應用。
　　本文依據(jù)GB11806等標準，以一種A型貨包交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器為研究對象，借助ANSYS LS-DYNA，ANSYS Workbench等仿真分析軟件，針對

2、其在正常運輸工況進行數(shù)值模擬，對交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器進行在跌落沖擊，貫穿沖擊以及堆積的力學性能分析。
　　仿真試驗主要內容為：
　?。?）利用有限元方法，建立簡化的交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器全尺寸的三維有限元模型；
　?。?）利用材料實驗結果，確定LS-DYNA中交聯(lián)高密度聚乙烯的分段線性塑性材料模型所采用的材料應力-應變本構關系曲線，與塑性形變的極限值；對于動載荷試驗（即跌落，貫穿），以光滑粒子動力學方法（SP

3、H）對其填充物進行模擬；對靜載荷試驗（即堆積）以靜水壓力代替沙子進行模擬。
　?。?）依照GB11806等標準，確定交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器跌落、貫穿、堆碼三類仿真試驗的荷載并進行仿真試驗。
　　仿真試驗主要結果為:
　?。?）1.2m自由跌落情況下：傾角45°吊籃角點著地姿態(tài)與傾角45°容器角點著地姿態(tài)的貨包變形量最大。局部應力，應變峰值出現(xiàn)在吊籃角點著地的情況。容器底部沖擊點周圍達到屈服極限，發(fā)生塑性形變，但容器

4、材料仍處于塑性形變極限范圍。未發(fā)生破壞，結構完整。
　?。?）1m鋼棒跌落貫穿試驗中：沖擊側壁工況下，容器最大應力為18.66MPa，容器材料處于彈性階段；未發(fā)生破壞，容器結構完整。沖擊頂蓋工況下，容器最大應力為最大應力為22.72MPa，最大等效應變?yōu)?.8％，發(fā)生塑性形變，但容器材料仍處于塑性形變極限范圍。未發(fā)生破壞，結構完整。
　　（3）25噸堆積試驗中：頂板局部應力的最大應力為445.51MPa，未超過極限強度460

5、MPa；容器材料最大等效應力為7.72MPa，低于屈服極限。未發(fā)生破壞，容器結構完整。
　　經過試驗得出：對交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器而言最為危險的是傾角下落的姿態(tài)，但是仍然能夠保證交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器的結構完整性和密閉性。
　　以上得到的有限元計算結果，證明了交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器在力學的防護作用上滿足設計要求。交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器在正常貯運過程的工況下仍然保持結構完整，無泄露風險。本文也為此類高整體容器的