Độ bền kéo là một chỉ số chất lượng cơ bản trong quá trình sản xuất nhiên liệu hạt nhân từ bột Uranium dioxide (UO2). Chỉ số này thường được xác định bằng cách thử nghiệm các mẫu lớn gấp 10 lần so với viên nhiên liệu hạt nhân, mà đường kính và chiều dài của chúng không vượt quá 6-8 mm.
Nếu sử dụng các phương pháp truyền thống thì không thể xác định giới hạn độ bền của một mẫu nhỏ như vậy. Do đó, các chuyên gia của đại học MEPhI đã đề xuất một phương pháp khác thường — thử nghiệm viên nhiên liệu theo phương pháp "stress-test Brazil".
"Stress-test Brazil" là phương pháp thử nghiệm nén ống hình trụ ngắn đặt mặt bên. Ví dụ, đã từ lâu các chuyên gia sử dụng phương pháp này để thử nghiệm các mẫu đá có đường kính ít nhất là 50 mm và độ dày đường kính 0,2-0,75. Tuy nhiên, khác với viên nhiên liệu, các mẫu được thử nghiệm theo phương pháp này không có lỗ dọc ở giữa, đây là đặc điểm của các viên nhiên liệu.
"Chúng tôi đã xác định trạng thái ứng suất tại các điểm khác nhau của mẫu dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn trên hệ thống gói phần mềm ANSYS. Sau khi phân tích kết quả chúng tôi đã thấy cách phân bố ứng suất trên hai mặt đáy và mặt cắt ngang của hình trụ có liên quan đến mặt phẳng đối xứng và sự đặt tải", — Phó Giáo sư Khoa Vật lý Độ bền của Đại học MEPhI Vladimir Goltsev cho biết.
Theo ông, kết quả phân tích đã được xác nhận bằng các cuộc thử nghiệm trên các mẫu bằng vật liệu mô hình (sắt và than chì) và nhiên liệu hạt nhân. Trong quá trình nghiên cứu các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp tương quan hình ảnh kỹ thuật số kết hợp với thiết bị VIC của Mỹ để phân tích chuyển động và biến dạng bề mặt tải trọng trên mẫu.
Ông Vladimir Goltsev cho biết:
"Kết quả nghiên cứu đã giúp chúng tôi rút ra kết luận rằng, "stress-test của Brazil" có thể được sử dụng thành công để thử nghiệm các mẫu vật liệu mỏng có kích thước nhỏ, ngoài ra chúng tôi đã đề xuất một công thức mới để tính toán độ bền của nhiên liệu hạt nhân".
Kết quả nghiên cứu này đã được giới thiệu tại Hội thảo quốc tế lần thứ 16 "Vật liệu mới: Nhiên liệu hạt nhân có mức độ chịu đựng cao", được tổ chức tại trường đại học MEPhI theo sáng kiến của trường khoa học về xử lý vật liệu chùm tia từ Khoa Vật lý của Khoa học Vật liệu.
