混杂纤维混凝土核废料容器整体性能研究

论文摘要

随着核电工业的高速发展,核废物安全处置成为核电工业可持续发展的全球性瓶颈问题。目前,世界上还没有任何一个国家拥有绝对安全的核废料贮存技术。但选择合适的包装容器能有效减少辐射,混凝土核废料容器因其制作搬运方便、屏蔽辐射好、耐腐蚀、成本低廉而被世界各国广泛采用,用来对核废料进行运输和贮存。混杂纤维混凝土作为一种新型的材料,在提高混凝土性能方面都表现出了很好的应用前景。将混杂纤维混凝土用于核废料容器能否改变普通混凝土核废料容器的缺点,以及能否实现其对300年耐久寿命的要求是一个值得研究的问题。本文通过对混杂纤维混凝土各性能的试验研究,量化杜拉纤维及长、短玄武岩纤维对于混凝土部分力学性能和耐久性能的影响水平,给出最优配比；然后制作混杂纤维混凝土核废料容器,进行质量检验,水化热测试等,并利用ANSYS对其浇筑成型及后期使用过程进行数值模拟,分析其受力状况。最后,以强度和荷载作用为基本变量,建立混杂纤维混凝土核废料容器全随机功能函数,计算可靠性指标,对其进行动态评估。研究结果表明,选用科学的制作方法,可以使混杂纤维混凝土核废料容器达到其质量要求。在使用过程中,其所贮存的固体核废物衰变放热是引起结构应力的主导因素。通过动态可靠性分析可知,在优化混杂纤维混凝土核废料容器材料组分及改善使用环境的情况下,实现300年耐久寿命是有可能的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出背景及研究的目的
• 1.1.1 提出背景
• 1.1.2 研究的目的及意义
• 1.2 纤维混凝土性能的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 混杂纤维混凝土性能的研究现状
• 1.2.2 混杂纤维混凝土发展趋势
• 1.3 混杂纤维混凝土水化热研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 混凝土温度应力研究现状
• 1.4 固体核废物处置及核废料容器的研究现状
• 1.4.1 固体废物处置方面的发展情况
• 1.4.2 混凝土核废料容器的研究现状
• 1.5 结构可靠度设计方法的发展概况
• 1.5.1 可靠度设计标准概述
• 1.5.2 混杂纤维混凝土核废料容器可靠度分析
• 1.6 本文主要的研究内容
• 1.6.1 构思与思路
• 1.6.2 主要研究内容
• 第2章 混杂纤维混凝土核废料容器整体性能特征
• 2.1 引言
• 2.2 核废料容器的工作性能规定
• 2.2.1 原材料要求
• 2.2.2 混凝土性能要求
• 2.2.3 容器外观质量
• 2.2.4 其它质量规定
• 2.3 混杂纤维对核废料容器整体性的影响
• 2.3.1 纤维混凝土
• 2.3.2 常用纤维分类
• 2.3.3 纤维混杂类型分类
• 2.3.4 混杂纤维混凝土增强机理分析
• 2.3.5 混杂纤维混凝土对结构整体性能影响
• 2.4 混杂纤维混凝土的不均匀性及改进措施
• 2.5 本章小结
• 第3章 核废料容器材料试验
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.2.1 纤维混凝土配合比设计
• 3.2.2 试验原材料
• 3.2.3 混杂纤维混凝土试验设计
• 3.3 混杂纤维混凝土性能试验及分析
• 3.3.1 坍落度的测试分析
• 3.3.2 抗压试验及分析
• 3.3.3 抗裂试验及分析
• 3.3.4 抗渗试验及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 混杂纤维混凝土核废料容器试验分析
• 4.1 引言
• 4.2 核废料容器的试验过程
• 4.2.1 模板的设计制作
• 4.2.2 钢筋网架及测温探头的布置
• 4.2.4 核废料容器的浇筑成型
• 4.2.5 水化热的测试
• 4.2.6 试模的拆除及试件的养护
• 4.2.7 表面平整度及密实性检测
• 4.3 核废料容器的水化热模拟
• 4.3.1 单元的选取
• 4.3.2 热传导的基本假定
• 4.3.3 热力学参数的选取
• 4.3.4 温度荷载参数的处理和边界条件的选取
• 4.3.5 模型的建立与加载方式的选择
• 4.3.6 核废料容器的温度场数值模拟
• 4.3.7 温度数值模拟分析
• 4.3.8 核废料容器的水化热应力模拟
• 4.4 本章小结
• 第5章 核废料容器工作状态数值模拟分析
• 5.1 引言
• 5.2 核废料容器工作状态分析
• 5.2.1 有限单元及材料参数的选取
• 5.2.2 荷载状态和边界条件的选取
• 5.2.3 核废料容器使用过程中的温度场模拟
• 5.2.4 核废料容器使用过程中的温差应力
• 5.3 本章小结
• 第6章 核废料容器整体性能的可靠性分析
• 6.1 引言
• 6.2 结构可靠度基本概念
• 6.2.1 结构可靠性与可靠度
• 6.2.2 结构功能函数与极限状态
• 6.2.3 结构的失效概率与可靠指标
• 6.3 结构可靠性常用计算方法
• 6.3.1 均值一次二阶矩法
• 6.3.2 改进一次二阶矩法
• 6.3.3 JC法（验算点法）
• 6.4 纤维混凝土核废料容器动态可靠度功能函数的建立
• 6.4.1 核废料容器荷载作用
• 6.4.2 纤维核混凝土废料容器抗力及抗力分析
• 6.4.3 纤维混凝土核废料容器整体性特征
• 6.4.4 纤维混凝土核废料容器功能函数
• 6.4.5 失效模式分析
• 6.4.6 动态可靠指标
• 6.5 混杂纤维混凝土核废料容器可靠指标计算
• 6.5.1 混杂纤维混凝土核废料容器时变抗力的计算
• 6.5.2 混杂纤维混凝土核废料容器荷载作用
• 6.5.3 混杂纤维混凝土核废料容器可靠性指标
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 建议
• 主要参考文献
• 致谢
• 作者简介