从反应堆堆芯取出的使用过后的燃料组件(即乏燃料)暂时存放于乏燃料水池(乏池)中的乏燃料贮存格架(以下简称格架)里。地震条件下格架结构的完整性分析对于保障核燃料的安全具有重要意义。由于存在流固耦合、摩擦和碰撞这些非线性行为,格架的抗震研究在国内外属于热点研究课题。研究表明,反映格架流固耦合特性的参数(如附加质量和附加阻尼)存在很大的不确定性,工程上格架抗震计算常常使用保守的附加质量并忽略附加阻尼,这样加大了格架的设计难度,降低了格架的利用效率。为了降低格架设计过大的保守余量,获得较为精确的流固耦合参数,本文展开地震条件下乏燃料贮存格架流固耦合特性研究,研究结果可以为我国自主研发的CAP1400系列乏燃料贮存格架提供设计和分析依据。作为研究的第一步,为了获得CAP1400乏燃料贮存格架流固耦合参数,搭建了流固耦合单项实验台架,测得了格架-池壁、格架-格架的流固耦合参数,研究了流固耦合参数的影响因素。然后提出了格架流固耦合参数的CFD数值模拟方法,开展了流固耦合参数的CFD数值模拟,并与实验结果进行比对,验证了数值模拟方法的可靠性。再利用CFD方法获得的完整的流固耦合参数,构成附加质量矩阵与阻尼比矩阵,为后续的格架综合抗震计算提供输入。作为研究的第二步,为了研究流固耦合、摩擦和碰撞综合作用下格架的地震响应,验证流固耦合参数的适用性,开展了小比例尺单格架模型和大比例尺双格架模型的综合抗震实验,该实验可以作为基准实验,用于后续格架综合抗震计算方法的验证。最后,本文建立格架有限元(FEM)模型,利用前面CFD方法获得的附加质量矩阵与阻尼作为输入,进行瞬态非线性综合抗震计算,并与抗震实验结果进行比对。流固耦合单项实验结果表明,格架的无量纲附加质量参数主要受无量纲间隙影响,几何尺度、运动雷诺(运动Re)数和Keulegan-Carpenter(KC)数影响比较有限;而格架的阻尼比由无量纲间隙、KC数、运动Re数共同决定。不同工况下,附加质量的范围是1.5～3.0倍的格架排开水质量,实验与数值模拟的最大误差是15%;阻尼比的范围是2%～10%,实验与数值模拟的最大误差是35%。综合抗震实验结果表明,地震条件下格架发生了滑移和轻微的晃动现象,但是没有发生碰撞现象,格架滑移存在较大的随机性,格架底部最大滑移量的相对不确定度为15%。FEM抗震计算的相对滑移曲线与抗震实验滑移曲线趋势基本一致,抗震计算的最大滑移量比实验值大30%,这表明CFD方法获得的附加质量矩阵和阻尼比可以作为格架抗震分析的输入,能够满足工程需求。本文对CAP1400格架的流固耦合特性展开深入的实验和数值模拟研究,提出了附加质量和附加阻尼的计算方法,开发了一套计算复杂结构多体耦合的附加质量矩阵和附加阻尼比矩阵的计算流程。这些成果可以为CAP1400系列格架的设计、分析提供流固耦合参数输入。同时,给出了乏燃料贮存格架抗震实验比例分析方法,获得了单、双格架的抗震实验数据,这些数据可以作为格架抗震计算的基准数据。