曹力文 易柏全 郝祖龙

（华北电力大学 核科学与工程学院 北京 102206）

福岛事故后，耐事故燃料（Accident Tolerant Fuel，ATF）成为核燃料行业的研发重点［1-2］。作为ATF包壳候选材料之一，碳化硅（SiC）及其复合材料在堆内的热-力耦合行为与断裂失效机理受到关注，现有研究主要集中在正常运行工况下SiC包壳的应力分析与失效概率计算［3-5］。但从安全角度出发，研究失水事故（Loss of Coolant Accident，LOCA）下的SiC包壳瞬态失效行为更具有意义。

LOCA 事故发生后，随着应急冷却水的快速注入，燃料包壳表面温度开始迅速下降发生骤冷，从而对燃料包壳形成较大热冲击。相较于锆合金包壳，SiC包壳在热冲击作用下更易引发断裂失效。文献［6-7］分别利用实验和模拟计算方法研究了单质SiC 和SiC 复合包壳在LOCA 事故下的抗热冲击行为，讨论了材料热导率、尺寸结构、热冲击温度以及端塞等因素对热冲击行为的影响，但未涉及失效概率计算。Rho 等［8］在前期开发的多层SiC 包壳力学模型基础上，结合热工水力计算程序分析了LOCA下双层SiC 包壳的瞬态失效行为，计算时先模拟事故下包壳温度和内外压强，再将计算结果作为输入条件计算包壳应力和失效概率。

Rho等的研究需要分两步模拟事故下的失效概率，采用的是间接耦合方法，而本文采用了直接耦合方法。以双层SiC 复合材料包壳为研究对象，基于原有的稳态失效概率计算程序，结合LOCA 事故下包壳表面温度和内外部压力的变化趋势，计算事故瞬态SiC 复合包壳在不同时刻的失效概率，并分析不同层厚比和不同威布尔参数对SiC复合材料包壳失效概率的影响。……