乏燃料运输容器通常是一种带有屏蔽夹层的双层圆筒形容器,筒体材料一般为铸铁或钢,屏蔽层的材料一般为铅。屏蔽夹层通常是用铸造的方式,让液态金属铅填充到双层圆筒之间,经凝固冷却形成。其中屏蔽夹层与内外两筒间的贴合情况是非常重要的安全指标。我国目前存在贴合度不良的问题还没有大的突破,乏燃料运输容器的研究陷入瓶颈,而且国内对于夹铅浇铸凝固的文献很少,目前应用的挂锡-搪铅方法又操作复杂,因此对双层圆筒的夹层灌铅凝固方法的研究是非常有意义的。本文中采用铸造有限元数值模拟的方式,研究了双层圆筒夹层灌铅浇铸的夹层间隙与铸造缺陷产生规律与控制方法。本文建立铅和XM-19铸造有限元模型,并利用Pro CAST和UG构建了双层圆筒CAD模型和双层圆筒有限元数值模拟模型。探讨了夹层间隙与铸造缺陷的产生原因,提出解决方案进行有限元模拟实验尝试。本文分别从改变的双层筒形态、控制凝固温度场、分解浇铸过程的三种思路进行分析,设计了筒型浇铸对比实验、梯度降温凝固实验、分解浇铸实验、进行有限元模拟计算来研究了夹层间隙与铸造缺陷在不同的双层圆筒形状、控制不同凝固温度场、分解浇铸过程的情况。实验结果表明:平直筒壁结构在双层筒的夹铅浇铸过程中对夹层间隙的有抑制效果;采用不同的冷却温度、冷却区域、保温温度来调整不同的温度场,不能对间隙的减小起到有效的作用;分次浇铸和楔形环辅助浇铸方法分别可以将浇铸过程竖直方向分解和水平方向分解:分次浇铸会在外筒壁最上方产生间隙极小的尖端,对液态金属补缩不利,间隙和铸造缺陷没有很好的控制;而楔形环辅助浇铸通过在水平方向分解浇铸过程,该方法对夹层间隙的控制效果远优于前几种控制方法。进一步研究楔形环辅助浇铸方法中楔形环形状,浇铸时间(浇铸速度),浇铸温度,浇铸前的环境温度和浇口位置对夹层间隙情况,温度场特征和两次浇铸的分界面处的铸造缺陷的影响。结果表明,该方法可以将间隙值控制在1 mm以下,当采用直角梯形截面的楔形环,单次浇铸高度30 mm,浇铸温度为450℃,浇铸前环境温度为100℃,2 s内完成浇铸,浇口位置靠近中间区域时,间隙值可以控制在0.2～0.3 mm之间,并且这样的工艺可以有效的避免内部孔隙的产生。在此基础上定性分析认为,楔形环的压力作用与外壳材料的收缩,会使间隙值进一步减小,该方法理论上有效。本文最终提出的楔形环辅助浇铸方法新思路,相比于目前国内研究的挂锡-搪铅后进行浇铸的方法,减少了挂锡搪铅过程,也提供了单纯使用浇铸的方法进行夹层凝固的新思路。