核级石墨复杂微观结构的大规模精确仿真方法研究

高温气冷型核电站大量应用石墨作为慢化剂和堆内结构材料，石墨的机械性能对反应堆的安全至关重要。为避免核级石墨在反应堆运行期间失效，必须研究石墨结构在微缺陷和裂纹影响下的机械性能和断裂特性。由于缺陷和裂纹数量大，形状复杂，理论和常规数值仿真难以精确描述。而边界元法的引入，使石墨微观结构的大规模精确仿真成为可能。本项目以边界元法为基础，针对核级石墨的微结构特点，建立含大量缺陷和裂纹的石墨理论模型和相应的高性能计算方法；重点实现可统一模拟缺陷和裂纹的三维耦合快速多极边界元算法，可快速精确模拟上千个不同形貌特征的复杂微观结构，为核级石墨的微结构大规模分析提供有效的数值工具；使用该方法研究微结构参数演变对核级石墨的传热、刚度等机械性能的影响，并与相关实验比较，为实验提供数值依据并节约成本；研究裂纹形状、分布等因素对核级石墨的平均强度和强度分布的影响，为基于断裂力学的石墨结构完整性评估做数值预测。