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(chǎn)生大量的放射性廢料。放射性核廢料的包裝容器，其結(jié)構(gòu)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(dāng)前國際上得到廣泛應(yīng)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(xué)性能分析。
　　仿真試驗主要內(nèi)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(jié)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(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)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(xué)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(jié)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(yīng)力，應(yīng)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(jié)構(gòu)完整。
　?。?）1m鋼棒跌落貫穿試驗中：沖擊側(cè)壁工況下，容器最大應(yīng)力為18.66MPa，容器材料處于彈性階段；未發(fā)生破壞，容器結(jié)構(gòu)完整。沖擊頂蓋工況下，容器最大應(yīng)力為最大應(yīng)力為22.72MPa，最大等效應(yīng)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(jié)構(gòu)完整。
　?。?）25噸堆積試驗中：頂板局部應(yīng)力的最大應(yīng)力為445.51MPa，未超過極限強度460

5、MPa；容器材料最大等效應(yīng)力為7.72MPa，低于屈服極限。未發(fā)生破壞，容器結(jié)構(gòu)完整。
　　經(jīng)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(jié)構(gòu)完整性和密閉性。
　　以上得到的有限元計算結(jié)果，證明了交聯(lián)高密度聚乙烯高整體容器在力學(xué)的防護作用上滿足設(shè)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(jié)構(gòu)完整，無泄露風(fēng)險。本文也為此類高整體容器的