核燃料搬運跌落衝擊模擬與安全評估
核燃料在試運轉與除役期間的搬運與運輸過程中，一旦發生意外跌落，可能造成燃料棒護套破損、輻射釋放，並危及運輸護箱完整性，屬於安全關鍵事件。衝擊限制器與吸能裝置的設計，又須依各核設施的作業條件與設備配置量身規劃，單靠實體跌落試驗，成本高且難以掌握內部應力與損傷機制。因此，透過顯式動力學模擬，在設計階段預先評估跌落衝擊下的結構行為與安全性，已成為提升核燃料搬運安全的關鍵方法。
核燃料跌落衝擊模擬解決方案
面對核燃料搬運跌落所帶來的安全挑戰，Ansys 提供從衝擊分析到搬運機構動態的完整模擬工具。工程團隊可在實體試驗之前，先以數值模擬重現跌落過程、掌握組件的變形與損傷行為，並驗證衝擊限制器與吸能裝置的防護效能，有效降低試驗成本與設計風險。針對不同分析需求，建議搭配下列軟體使用。
- Ansys LS-DYNA：以顯式動力學求解器為核心，搭配高效能運算（HPC）擴展，能高效模擬跌落過程中的瞬態高速衝擊。可建立含銲道的詳細燃料組件模型，並結合多尺度建模，掌握銲接接頭的局部損傷與分離行為，且已有燃料組件跌落試驗與模擬的比對驗證可供參考。
- Ansys Mechanical：提供結構分析環境，評估燃料組件、運輸護箱與衝擊限制器的應力、應變與變形，協助找出高應力區域，並與衝擊分析結果整合，完成整體結構的安全評估。
- Ansys Motion：專注於多體動力學分析，可模擬吊掛機構、連鎖裝置與防跌落裝置的運動與受力行為，協助驗證搬運設備的可靠度，降低載荷意外掉落或錯位的風險。
燃料棒意外掉落期間的變形形狀
弱化接頭的部分分離焊縫
核燃料組件落下測試（左：實驗；右：模擬）
核燃料搬運過程中的意外跌落，一旦發生可能危及燃料完整性與運輸護箱安全，因此必須在設計階段預先掌握風險。透過數值模擬，工程團隊能在實體試驗之前重現跌落過程，掌握結構變形、銲道損傷與機構動態行為，並驗證衝擊限制器與吸能裝置的防護效能，有效降低試驗成本與設計風險。隨著模擬技術與高效能運算持續進步，模擬將在核燃料搬運與運輸的安全評估中扮演更重要的角色，協助提升整體作業的安全性與可靠度。
資料參考：ANSYS 簡報內容
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