Mô hình cơ học FRACAS-I được lựa chọn sử dụng trong các tính toán về biến dạng thanh nhiên liệu trong trạng thái dừng (ứng suất, biến dạng dẻo). Trong đó, mô
60
hình FRACAS-I gồm mô hình biến dạng lớp vỏ bọc và mô hình biến dạng nhiên liệu.
Mô hình biến dạng lớp vỏ bọc trong FRACAS-I dựa trên giả thiết: - Lý thuyết tăng độ dẻo;
- Quy luật dòng Prandtl-Reuss; - Sự hóa bền cơ học đẳng hướng;
- Lớp vỏ bọc mỏng (ứng suất, sức căng và phân bố nhiệt độ qua độ dày vỏ bọc);
- Nếu nhiên liệu tiếp xúc vỏ bọc thì không xảy ra hiện tượng trượt theo trục ở bề mặt nhiên liệu - lớp vỏ bọc;
- Ứng suất và biến dạng uốn lớp vỏ bọc không đáng kể; - Tải trọng và biến dạng của lớp vỏ bọc đối xứng trục;
Mô hình biến dạng nhiên liệu trong FRACAS-I dựa trên giả thiết:
- Chỉ có giãn nở nhiệt, phồng nở và sự nén ép là nguyên nhân biến dạng nhiên liệu;
- Không có sự cản trở giãn nở nhiên liệu; - Không có sự biến dạng rão của nhiên liệu; - Các tính chất của nhiên liệu là đẳng hướng.
Mô hình phân tích biến dạng thanh nhiên liệu được xây dựng theo 2 cơ chế vật lý xảy ra trong quá trình vận hành. Trường hợp đầu tiên xảy ra khi nhiên liệu - lớp vỏ bọc không tiếp xúc. Trong trường hợp này, cần phải quan tâm đến các thông số áp suất bên trong, bên ngoài và phân bố nhiệt độ cụ thể của lớp vỏ thanh. Trường hợp này được gọi là cơ chế “khe trống mở”. Trường hợp thứ hai là khi nhiên liệu - lớp vỏ bọc tiếp xúc (nhiên liệu có nhiệt độ lớn hơn lớp vỏ bọc dẫn đến giãn nở và tiếp xúc với lớp vỏ bọc). Nhiệt độ nhiên liệu có xu hướng gia tăng dẫn đến sự giãn
61
nở nhiệt làm phình lớp vỏ bọc. Trường hợp này được gọi là cơ chế “khe trống đóng”. Ngoài ra, khe trống đóng có thể xảy ra do sự phồng nở, tái định vị và rão của lớp vỏ bọc lên nhiên liệu do áp suất cao của dòng chất làm mát.
Các phương trình 3.7 - 3.12 là phương trình chính trong mô hình FRACAS-I:
Trước tiên, các số gia biến dạng dẻo ban đầu d p ij
được xác định. Dựa trên những giá trị này và ứng suất lệch thu được từ kết quả ứng suất, các phương trình cân bằng, định luật Hooke và biến dạng được tính toán đối với các liên quan đến sự đàn hồi bao gồm biến dạng dẻo đàn hồi hiệu dụng và ứng suất hiệu dụng ζe (Hình 3.6). Cuối cùng, các số gia biến dạng dẻo tiếp theo d p
ij
được tính toán từ quy luật dòng Prandtl-Reuss. Quá trình này được thực hiện lặp lại cho đến khi dp hội tụ (Hình 3.6).
62
Hình 3. 6. Lưu đồ tính toán biến dạng đàn hồi [3]