报告人简介：
张静，博士毕业于复旦大学，现任上海电机学院航空学院特聘副研究员。近年来发表SCI论文23篇，获软件著作权9项。主要研究方向为核燃料及结构材料在辐照条件下多场耦合破坏行为研究、极端环境下复合材料关键力学性能模型研究。
报告内容：
全陶瓷微封装（Fully Ceramic Microencapsulated, FCM）燃料芯块由多层包覆TRISO颗粒弥散分布于SiC基体中形成，是一种典型的事故容错多层级复合核燃料，被公认为最具发展潜力的先进核燃料体系之一。本报告围绕FCM燃料在高温辐照条件下的气-热-力耦合破坏行为这一核心科学问题，系统介绍了核燃料裂变气体行为建模、多孔碳材料体积生长表征、耦合断裂模型与算法开发以及复合燃料整体破坏行为分析四个层面的工作。研究成果为深入认识FCM燃料的堆内多场耦合行为演化规律、指导燃料优化设计和安全评估提供了重要的理论基础与分析工具。
（1）核燃料的裂变气体肿胀-释放耦合行为多尺度建模研究
UO2核燃料在辐照过程中产生大量Xe、Kr等裂变气体，在晶粒内部及晶界处聚集成气泡，引发辐照肿胀，部分气体经晶界连通释放后显著影响燃料元件的热-力学行为。针对这一多尺度物理过程，本研究基于连续介质力学框架，建立了涵盖晶内气泡演化、晶界气泡肿胀及气体连通释放判据的多尺度耦合模型体系，实现了辐照肿胀与气体释放行为的同步预测，并通过与实验数据的对比验证了模型的合理性与准确性。
裂变气体肿胀-释放耦合行为建模思想
与实验结果对比
（2）多孔碳材料的宏观体积生长应变多尺度建模研究
Buffer层由多孔热解碳构成，在辐照下骨架发生各向异性收缩与蠕变，气孔内压随裂变气体释放持续演化，宏观体积呈现复杂的膨胀或收缩行为。本研究基于代表性体积单元方法，建立了同时考虑骨架辐照收缩、辐照蠕变及气孔内压耦合作用的多孔碳体积生长模型，实现了从细观变形到宏观体积演化的多尺度预测。研究表明，孔隙率与孔压是控制Buffer层体积变化的核心因素：高孔隙率增强了容纳kernel肿胀的能力，高孔压则导致显著的体积膨胀。
多孔碳宏观体积生长应变的建模思想
多孔碳在不同孔压下的宏观体积生长应变及现时孔隙率演化
（3）气-热-力耦合断裂模型及算法建立
在高温辐照下，Buffer层与IPyC层界面开裂后裂变气体与CO气体进入开裂区，导致复杂的气-热-力耦合效应。本研究建立了三套核心模型：（1）考虑孔隙率与孔压影响的有效内聚力模型及内聚力更新算法；（2）气体释放量-气压-温度-体积与间隙换热耦合模型，实现开裂区气体状态与温度场的双向计算；（3）FCM燃料各层材料的三维辐照热-力学本构模型及应力更新算法。基于上述模型编制UMAT用户子程序，借助ABAQUS实现了FCM燃料气-热-力耦合破坏行为的数值模拟，并系统研究了不同界面开裂模式对燃料变形与破坏行为的影响，为FCM燃料安全评估提供了关键数值工具。
（4）复合核燃料的辐照气-热-力耦合破坏行为研究
基于上述建立的模型体系，本研究综合考虑各层辐照效应，对FCM燃料在高温辐照下的气-热-力耦合破坏行为开展了数值模拟。研究分析了Buffer界面开裂对传热与应力分布的影响，考察了不同开裂模式下的包覆层力学响应特征，并系统揭示了初始孔隙率、内聚刚度及kernel晶粒尺寸等参数的影响规律，可以为FCM燃料优化设计提供理论参考。
有限元模型示意图
