燃料组件作为压水堆核电站的核心部件，直接影响着核电站的可靠性、安全性和经济性。燃料组件的核心是燃料棒，燃料棒由二氧化铀芯块、包壳、弹簧和密封端塞组成。燃料棒包壳作为装载燃料芯块的密封外壳，具有隔离燃料芯块和冷却剂，包容裂变产物，阻止裂变产物外泄、保证核燃料结构完整性的功能，是核电站的第一道安全屏障。课题以燃料元件为研究对象，分别从包壳性能、芯块性能、元件整体性能及元件与环境相互作用四个方面开展高精度分析模型研究。采用计算材料学和有限元方面的先进数值计算方法，结合辐照实验数据，开展锆合金辐照蠕变、氢化物分布及其对性能影响的模型研究，揭示锆合金变载荷条件下的蠕变机制；建立辐照后 CZ 的蠕变、疲劳等特性模型；在微观和细观尺度上研究机理性裂变气体迁移行为，建立芯块肿胀机理模型；开发芯块-包壳间隙闭合的三维接触模型和隐式迭代算法，整合锆合金机理模型及芯块机理模型，研发三维燃料棒精细化分析软件，并基于国际实验数据项目进行软件验证，实现精确分析芯块-包壳相互作用的功能。