本發(fā)明涉及一種復(fù)合燃料等效性能的預(yù)測(cè)分析方法，具體涉及一種cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界系統(tǒng)即ads系統(tǒng)是一種核裂變系統(tǒng)，因其具有高效產(chǎn)生核能、有效處理高放核廢料等優(yōu)點(diǎn)，而被視為一種先進(jìn)的核能技術(shù)。棒狀燃料元件是ads系統(tǒng)的一種基礎(chǔ)構(gòu)件，由復(fù)合燃料芯塊和包殼構(gòu)成。其中，cercer燃料芯塊是由uo2陶瓷燃料顆粒彌散地分布在mgo陶瓷基體中，構(gòu)成的一種非均質(zhì)的復(fù)合燃料芯塊，結(jié)構(gòu)上類似于顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，因其具有更高的使用燃耗、更好的可設(shè)計(jì)性而在ads系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。在高溫、高壓、強(qiáng)輻射服役環(huán)境下，燃料顆粒產(chǎn)生裂變氣體和固體，繼而發(fā)生輻照腫脹變形，基體包裹燃料顆粒，限制其輻照腫脹變形，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱力學(xué)相互作用。在輻照和應(yīng)力作用下，燃料顆粒和基體產(chǎn)生輻照蠕變和塑性變形行為。輻照腫脹、輻照蠕變和塑性變形相互耦合，使得復(fù)合燃料芯塊宏觀上產(chǎn)生體積生長(zhǎng)變形。這種宏觀體積生長(zhǎng)會(huì)進(jìn)一步引發(fā)芯塊與包殼之間的接觸與強(qiáng)烈相互作用，從而嚴(yán)重影響ads系統(tǒng)的效率與安全性。

2、目前針對(duì)非均質(zhì)核燃料等效力學(xué)模型方法包括理論模型方法、數(shù)值計(jì)算方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法。理論模型對(duì)于簡(jiǎn)單的等效剪切模量和等效導(dǎo)熱系數(shù)表現(xiàn)出良好的精度。近年來，考慮到核燃料服役環(huán)境下的多尺度和多物理場(chǎng)耦合特征，研究人員擬合出多項(xiàng)式形式的等效輻照腫脹預(yù)測(cè)模型及等效蠕變應(yīng)變預(yù)測(cè)模型。此方法能夠在力學(xué)模型中更加完善考慮夾雜項(xiàng)和基體項(xiàng)多尺度力學(xué)行為，所獲得的模型多基于多項(xiàng)式表達(dá)，精度和適用范圍得到進(jìn)一步拓展。但該方法依賴于大量計(jì)算仿真，擬合模型繁瑣且模型的適用范圍強(qiáng)烈依賴于仿真計(jì)算設(shè)置，無法有效合理外推。

3、目前，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法能夠?qū)W習(xí)大數(shù)據(jù)中隱含的規(guī)律，具有較好的外推預(yù)測(cè)能力。然而，ads用cercer復(fù)合燃料芯塊等效體積生長(zhǎng)變形影響特征眾多，導(dǎo)致現(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)還存在預(yù)測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確的問題。

4、總之，現(xiàn)有的預(yù)測(cè)方法還具有很大的提升空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述問題而設(shè)計(jì)的，目的在于提供一種cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法。

2、本發(fā)明提供了一種cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法，用于根據(jù)歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)和特征參數(shù)，得到由uo2燃料顆粒和mgo基體構(gòu)成的cercer復(fù)合燃料的預(yù)測(cè)等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)，具有這樣的特征，包括以下步驟：步驟s1，根據(jù)cercer復(fù)合燃料的結(jié)構(gòu)和輻照條件，構(gòu)建復(fù)合燃料三維rve幾何模型以及多個(gè)算例樣本；步驟s2，根據(jù)uo2燃料顆粒和mgo基體的應(yīng)力更新算法，基于復(fù)合燃料三維rve幾何模型，通過有限元計(jì)算模擬得到各個(gè)算例樣本在輻照條件下預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的模擬等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)；步驟s3，根據(jù)所有模擬等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；步驟s4，構(gòu)建lstm預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)lstm預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的lstm預(yù)測(cè)模型；步驟s5，將cercer復(fù)合燃料的特征參數(shù)和歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)輸入lstm預(yù)測(cè)模型，得到該歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的后續(xù)一段時(shí)間內(nèi)的預(yù)測(cè)等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)，其中，特征參數(shù)包括燃料顆粒體積分?jǐn)?shù)、燃料顆粒裂變率、溫度邊界條件和外界靜水壓強(qiáng)。

3、在本發(fā)明提供的cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟s1中，每個(gè)算例樣本包括根據(jù)特征參數(shù)構(gòu)建的模擬特征參數(shù)，模擬特征參數(shù)包括模擬燃料顆粒體積分?jǐn)?shù)、模擬燃料顆粒裂變率、模擬溫度邊界條件和模擬外界靜水壓強(qiáng)，所有算例樣本的模擬燃料顆粒體積分?jǐn)?shù)服從正態(tài)分布，所有算例樣本的模擬燃料顆粒裂變率、模擬溫度邊界條件和模擬外界靜水壓強(qiáng)均服從均勻分布，復(fù)合燃料三維rve幾何模型包含不同尺寸的燃料顆粒。

4、在本發(fā)明提供的cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟s2中，uo2燃料顆粒的應(yīng)力更新算法對(duì)應(yīng)的材料積分點(diǎn)總變形包括彈性、裂變氣體輻照腫脹和輻照蠕變變形，mgo基體的應(yīng)力更新算法對(duì)應(yīng)的材料積分點(diǎn)總變形包括彈性和輻照蠕變變形。

5、在本發(fā)明提供的cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟s2中，根據(jù)各個(gè)算例樣本對(duì)應(yīng)的模擬等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)，將所有算例樣本分為完備算例、不完備算例和劣勢(shì)算例，完備算例為在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)完成體積生長(zhǎng)變形模擬計(jì)算的算例樣本，不完備算例為在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)未完成體積生長(zhǎng)變形模擬計(jì)算而提前停止，但已開始亞晶化的算例樣本，劣勢(shì)算例為在亞晶化之前停止體積生長(zhǎng)變形模擬計(jì)算的算例樣本，在所有算例樣本中，不完備算例的占比最多。

6、在本發(fā)明提供的cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟s3中，對(duì)所有模擬等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)依次進(jìn)行均勻化采樣和歸一化處理，均勻化采樣為對(duì)各個(gè)模擬等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)，根據(jù)固定時(shí)間間隔進(jìn)行均勻采樣，得到對(duì)應(yīng)的由均勻數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的模擬等效體積生長(zhǎng)變形演化曲線。

7、在本發(fā)明提供的cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法中，還可以具有這樣的特征：其中，lstm預(yù)測(cè)模型包括：輸入層，用于將歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化為預(yù)設(shè)格式；lstm層，用于處理和學(xué)習(xí)預(yù)設(shè)格式的歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)的長(zhǎng)短期依賴關(guān)系，得到隱藏層數(shù)據(jù)；串聯(lián)層，用于將隱藏層數(shù)據(jù)和特征參數(shù)進(jìn)行拼接，得到拼接數(shù)據(jù)；全連接層，用于對(duì)拼接數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和映射，得到全連接層輸出數(shù)據(jù)；輸出層，用于對(duì)全連接層輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到該歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的預(yù)測(cè)等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)，通過將最新預(yù)測(cè)得到的預(yù)測(cè)等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)拼接在歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)的末尾，構(gòu)成長(zhǎng)度為n的時(shí)間序列數(shù)據(jù)作為新的歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)作為lstm預(yù)測(cè)模型的輸入，不斷得到后續(xù)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)。

8、在本發(fā)明提供的cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法中，還可以具有這樣的特征：其中，lstm層包括順次連接的6個(gè)lstm網(wǎng)絡(luò)層，每個(gè)lstm網(wǎng)絡(luò)層均設(shè)置有對(duì)應(yīng)的dropout層，各個(gè)lstm網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)點(diǎn)數(shù)依次為64、128、128、256、128和64，全連接層包括兩個(gè)順次連接的全連接子層，各個(gè)全連接子層的節(jié)點(diǎn)數(shù)均為64。

9、發(fā)明的作用與效果

10、根據(jù)本發(fā)明所涉及的cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法，因?yàn)椋环矫妫瑯?gòu)建復(fù)合燃料三維rve幾何模型并生成多個(gè)算例樣本進(jìn)行模擬計(jì)算，算例樣本根據(jù)對(duì)應(yīng)的模擬等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)分為完備算例、不完備算例和劣勢(shì)算例，且不完備算例占比最多并基本完成亞晶化階段，從而能夠根據(jù)所有模擬等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)構(gòu)建具有多樣性和全面性的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集用于lstm預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練；另一方面，將歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)和特征參數(shù)分別輸入訓(xùn)練好的lstm預(yù)測(cè)模型，進(jìn)而得到下一時(shí)刻的預(yù)測(cè)等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)，再根據(jù)其更新現(xiàn)有的歷史等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)，從而生成一段時(shí)間內(nèi)的預(yù)測(cè)等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)。所以，本發(fā)明的cercer復(fù)合燃料等效體積生長(zhǎng)變形預(yù)測(cè)方法能夠根據(jù)所選的特征參數(shù)與現(xiàn)有數(shù)據(jù)，生成準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)等效體積生長(zhǎng)變形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)cercer復(fù)合燃料的效體積生長(zhǎng)變形的準(zhǔn)確且持續(xù)預(yù)測(cè)。