Разработка и верификация математических моделей, методов расчета и программных кодов обеспечения прочности и безопасности перспективных контейнеров для авиационной транспортировки радиоактивных материалов

Неотъемлемой частью обращения с радиоактивными материалами является их транспортирование. Перевозка радиоактивных материалов должна производиться в специальных контейнерах (транспортных упаковочных комплектах). В ближайшие годы планируется значительное наращивание количества строящихся и вводимых в действие блоков атомных электростанций в Российской Федерации и за рубежом. Обширная география стран, имеющих или приобретающих реакторы российского производства, обусловливает использование воздушного транспорта как основного средства для перевозки радиоактивных материалов. Это позволяет снять сразу несколько проблем, связанных с транзитными странами: упростить логистику и таможенные процедуры. Все радиоактивные материалы являются потенциально опасными грузами. В связи с этим объективно возникает необходимость дальнейшего развития и совершенствования существующей системы безопасности их транспортирования. В соответствии с правилами МАГАТЭ и отечественными нормативными документами проектируемые контейнеры должны сохранять прочность и обеспечивать приемлемый уровень перегрузок при ударных воздействиях (падение на плиту, штырь с определенной высоты). Следует отметить, что для авиаконтейнеров предъявляются наиболее жесткие требования обеспечения безопасности по сравнению с контейнерами для других видов транспортировки (автомобильной, железнодорожной и т.д.). Математическое описание деформирования контейнеров в этих условиях требует решения существенно нелинейных задач динамики конструкций с учетом больших деформаций, неоднородного напряженно-деформированного состояния, скорости нагружения, накопления повреждений и их взаимного влияния. В настоящее время такие задачи изучены недостаточно. В ходе выполнения проекта будут созданы и экспериментально обоснованы оригинальные математические модели, численные методы, алгоритмы и программный инструментарий, позволяющие применять современные компьютерные технологии. Для численной реализации разработанных алгоритмов будет использоваться сертифицированный программный комплекс «Динамика-3» конечно-элементного моделирования процессов нестационарного деформирования и разрушения образцов и элементов конструкций (сертификат соответствия №РОСС RU.ME20.HOO338 Госстандарта России), аттестованный в научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности (регистрационный паспорт аттестации ПС № 325 от 18.04.2013). Для экспериментального изучения процессов нестационарного деформирования и разрушения материалов будет использован комплекс экспериментального оборудования, имеющегося в НИИ механики ННГУ, включающий в себя вертикальную пневматическую копровую установку динамического нагружения в интервале скоростей деформаций 10-10000 обратных секунд, позволяющую осуществлять динамическое сжатие и растяжение компактных образцов вплоть до разрушения, и новый универсальный испытательный комплекс Z100 фирмы ZWICK/ROEL (приобретен НИИМ в 2012 г.), позволяющий проводить эксперименты на металлических трубчатых образцах при пропорциональном и непропорциональном нагружениях при растяжении-сжатии (P max = ± 100МПа), знакопеременном кручении (M max = ± 1000Нм) и внутренним давлением (q = 480 бар). На основе теоретических и экспериментальных исследований будут получены новые результаты фундаментального и прикладного характера для оценки прочности и безопасности проектируемых противоударных упаковочных комплектов нового поколения для авиационной транспортировки радиоактивных материалов в аварийных условиях, предусмотренных нормативными документами.