توسعه مدل عددی میله سوخت مجازی تحت شبکه‌های نگهدارنده‌ جدید و قیدهای انتهایی به کمک تحلیل تجربی مودال

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 6، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 30، دی 1401، صفحه 89-104   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2022.75471.1103

نویسندگان

رضا امیریان¹؛ غلامرضا زارع پور¹؛ منصور طالبی^{* 2}

¹دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.

²پژوهشکده راکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران.

چکیده

یکی از مهم‌ترین پارامترها در تحلیل رفتار ارتعاشی میله سوخت خصوصیات الاستیک شبکه‌های نگهدارنده است. در این پژوهش برای تعیین ضرایب فنریت این نگهدارندهها که مربوط به یک مجتمع سوخت با طرح دایره‌ای است از ترکیب تست‌های آزمایشگاهی و فرمول تئوری بهره گرفته شده است. به منظور صحه‌گذاری مدل عددی یک سامانه تست مودال ویژه این پژوهش طراحی، ساخته و راه‌اندازی شده است. نتایج تست مودال بیانگر آن است که چگالی معادل میله سوخت مجازی به شکل مود طبیعی میله وابسته است. سپس ضریب‌های فنریت نگهدارنده‌های میانی و قیدهای انتهایی به کمک مقایسه نتایج شبیه‌سازی عددی با نتایج تست‌های مودال تعریف شده در حالت‌های مختلف قیدگذاری میله توخالی، اصلاح شده است. نتایج شبیه‌سازی بیانگر این موضوع است که علاوه بر نگهدارنده‌های میانی، قیدهای انتهایی نیز تأثیر بسزایی بر فرکانس‌های طبیعی میله دارد. نتایج تحلیل حساسیت نشان می‌دهد که این ضرایب به شکل مود طبیعی میله وابسته است. همچنین نتایج نشان می‌دهد که با بروزرسانی ضرایب فنریت نگهدارنده‌های میانی و انتهایی به مقدار قابل ملاحظه‌ای خطای تخمین فرکانس‌های طبیعی کاهش و تخمین شکل مودهای طبیعی بر اساس معیار اطمینان مودال بهبود یافته است.

کلیدواژه‌ها

تحلیل عددی و تجربی مودال؛ میله سوخت؛ شبکه نگهدارنده؛ فرکانس و شکل مود طبیعی؛ تحلیل حساسیت

مراجع

1. P. Paidoussis, “Review of Flow-Induced Vibrations in Reactors and Reactor Components,” Nuclear Engineering and Design, Vol. 74, pp. 31-60, 1983.
2. Premount, “On the Vibrational Behavior of Pressurized Water Reactor Fuel Rods,” Nuclear Technology, Vol. 58, pp. 481-491, 1982.
3. S. Kang, K. N. Song, K. H. Yoon, Y. H. Jung and J. S. Yim, “A Study on the Vibrational Behavior of the Fuel Rods Continuously Supported by a Rotary and Bent Spring System,” Korea Sound and Vibration Society, pp. 454-460, 1998.
4. S. Kang, K.N. Song and Y.H. Jung, “Axial-flow-induced vibration for a rod supported by translational spring at both ends,” Nuclear Engineering and Design, Vol. 220, pp. 83-90, 2003.
5. S. Kang, H.K. Kim and Y.H. Jung, “Verification Test and Model Updating for a Nuclear Fuel Rod with the Supporting Structure,” Journal of the Korean Nuclear Society, Vol. 33, pp. 73-82, 2001.
6. S. Kang, M.H. Choi, K.H. Yoon and K.N. Song, “Vibration Analysis of a Dummy Fuel Rod Continuously Supported by Spacer Grids,” Nuclear Engineering and Design, Vol. 232, pp. 185-196, 2004.
7. I. Moon, N. G. Park, H. N. Rhee, Y. K. Jang, S. T. Lee and J. I. Kim, “Modal Testing and Model Updating of Nuclear Fuel Tube,” NURI Project, Korea, 2007.
8. T. Kim, “The effect of fuel rod supporting conditions on fuel rod vibration characteristics and grid-to-rod fretting wear,” Nuclear Engineering and Design, Vol. 240, pp.1386-1391, 2010.
9. Hussain, M. Rafique, A. Ahmad and S. W. Akhtar, “CNPP fuel rod vibration analysis using finite element method,” Technical Journal, University of Engineering and Technology Taxila, Vibration analysis issue, pp. 23-33, 2012.
10. Jiang, G. Min, Z. Fang and H. Qi, “Investigation on vibration response characteristics and influencing factors of the fuel rods of EPR,”Front. Energy Res, Vol. 10, pp. 990525, 2022.
11. Ferrari, P. Balasubramanian, S. Le Guisquet, L. Piccagli, K. Karazis, B. Painter and M. Amabili, “Non-linear vibrations of nuclear fuel rods,”Nuclear Engineering and Design, Vol. 338, pp. 269-283, 2018.
12. Ferrari, G. Franchini, P. Balasubramanian, F. Giovanniello, S. Le Guisquet, K. Karazis and M. Amabili, “Nonlinear vibrations of a nuclear fuel rod supported by spacer grids,”Nuclear Engineering and Design, Vol. 361, pp. 110503, 2020.
13. Ferrari, G. Franchini, L. Faedo, F. Giovanniello, S. Le Guisquet, P. Balasubramanian and M. Amabili, “Nonlinear vibrations of a 3×3 reduced scale PWR fuel assembly supported by spacer grids,”Nuclear Engineering and Design, Vol. 364, pp. 110674, 2020.
14. H. Yan, “A theoretical model for the vibration of fuel rod with multi spans supported by springs,” Annals of Nuclear Energy, Vol. 119, pp. 257-263, 2018.
15. Nazari, A. Rabiee and H. Kazeminejad, “Numerical investigation of the modal characteristics for a VVER-1000 fuel assembly,” Nuclear Engineering and Design, Vol. 345, pp. 1-6, 2019.
16. Zeman, Z. Hlavac, “Mathematical Modeling of Friction-Vibration Interactions of Nuclear Fuel Rods,” Applied and Computational Mechanics, Vol. 10, pp. 57-70, 2016.
17. Nazari, A. Rabiee and H. Kazeminejad, “Flow-induced vibration analysis of nuclear fuel rods using equivalent fuel element model,” Nuclear Engineering and Design, Vol. 363, pp. 110639, 2020.
18. G. PARK, H.N. Rhee, H.I. Moon, Y.K. Jang, S.Y. Jeon and J.I. Kim, “Modal Testing and Model Updating of a Real Scale Nuclear Fuel Rod,” Nuclear Engineering and Technology, Vol. 41, pp. 821-830, 2009.
19. Zargar, R.A. Medina and L. Ibarra, “Effect of pellet-cladding bonding on the vibration of surrogate fuel rods,” In Proceedings of International High-level Radioactive Waste Management (IHLRWM) Conference, Charlotte, (2017 ).
20. J. Allemang, “The modal assurance criterion–twenty years of use and abuse,”Sound and vibration, Vol. 37, pp.14-23. 2003.
21. Zargar, R.A. Medina, L. Ibarra and J. Coleman, “Numerical and Experimental Modal Analysis of Fuel Rods,” The 23th International Conference on SMiRT, Manchester, United Kingdom, 2015.
22. De Santis, A. Shams, “Numerical modeling of flow induced vibration of nuclear fuel rods,” Nuclear Engineering and Design, Vol. 320, pp. 44-56, 2017.
23. A. Peres, R.W. Bono and P. Avitabile, “Effects of shaker, stinger and transducer mounting on measured frequency response functions,” The 25th Intenational Conferenece on Noise and Vibration Engineering ISMA-USD (ISMA), Belgium, Pp.1475-1490, (2012).