Multiscale Modeling of SiCf/SiC Nuclear Fuel Cladding Based on FE-Simulation of Braiding Process

材料科学 编织 复合材料 陶瓷基复合材料 陶瓷 脆性 有限元法 包层(金属加工) 结构工程 工程类
作者
Yajie Feng,Jun Wang,Nianwei Shang,Gang Zhao,Chao Zhang,Jianbo Tang,Shiqing Xin,Andreas Hornig,Μaik Gude,Qing Huang,Xigao Jian,Jian Xu
出处
期刊:Frontiers in Materials [Frontiers Media SA]
卷期号:7 被引量:8
标识
DOI:10.3389/fmats.2020.634112
摘要

A generalized multiscale (micro-macro) finite element (FE) model for SiC-fiber reinforced SiC-matrix ceramic (SiC f /SiC) nuclear fuel claddings is established. In the macro level, the solid mesh of braided preform, which can be tailored by machine settings (braid angle, yarn width, and so on), is generated based on the braiding process simulation using the dynamic FE-solver, hiring the contact constraints. The matrix mesh and the yarn mesh are integrated by the embedded region constraint, with which the meshing difficulties can be avoided. In the micro-UD model, the progressive damage of the ceramic matrix is modeled using the phase field method (PFM) and the fracture is captured by Mohr–Coulombs criterion, which are stable and efficient in the description of the brittle crack initiation, coalition, and branching. Based on this multiscale model, the mechanical behavior of the braided SiC f /SiC nuclear fuel cladding tube is studied in detail. The superiorities over the homogenized tube model are demonstrated, too.

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