真空環境下燃料組件壓緊彈簧疲勞應力松弛研究

徐 杰，陳建偉，林 峰，金 鳴，吳慶生，宋 勇

(1.中國科學院核能安全技術研究所，中子輸運理論與輻射安全重點實驗室，安徽 合肥 230031；2.中國科學技術大學，安徽 合肥 230027)

鉛及鉛基合金作為裂變反應堆冷卻劑具有諸多優點，例如良好的中子學和熱力學性能，同時與空氣和水呈惰性，大大降低了反應堆因冷卻劑泄露造成的安全風險[1,2]。燃料組件壓緊彈簧是鉛基反應堆中重要的結構部件，提供適當的壓緊力以保持燃料組件在反應堆運行中始終被壓緊，防止液態金屬沖刷引起組件移位。壓緊彈簧實際工況復雜，承受來自反應堆運行中堆功率變化形成的冷熱循環、驅動泵運行造成的機械振動以及冷卻劑循環導致的流致振動等交變載荷[3, 4]，這些交變載荷容易導致其發生疲勞破壞。同時壓緊彈簧長期處于高溫壓應力的工作環境下，可能造成彈簧較大的應力衰減甚至斷裂，使其失去結構功能，造成燃料組件松動問題[5, 6]。

國內外關于燃料組件壓緊彈簧疲勞的研究較少，針對反應堆特殊工況下彈簧的疲勞研究更鮮有報道。李騰[7]開展了Cr18Ni9不銹鋼螺旋拉伸彈簧蠕變和應力松弛研究，得出該類型彈簧在室溫下的蠕變應變極限、穩態蠕變速率和應力松弛負荷損失率。J.Vinys[8]研究了不同碳含量彈簧鋼在大塑性變形后回火期間出現的應力松弛現象，探討了材料的可塑性轉變的應用問題。董社霞[9]采用數值模擬與理論分析相結合的方法研究壓縮彈簧在特定工況下的應力松弛行為，建立了壓縮彈簧數值模型，求得了壓縮彈簧應力松弛后的殘余切應力。……