Delist.ru

Характерные особенности расчетного обоснования прочности (05.09.2007)

Автор: Сергеева Людмила Васильевна

Рис. 24. Второй тип конструкции блока графитового отражателя

Рис. 25. Третий тип конструкции блока графитового отражателя

Вторым возможным направлением развития трещин может стать направление, соединяющее центры отверстий малого диаметра, так как это направление проходит через ослабленное сечение. Наконец, в зависимости от варианта нагружения трещина может распространяться под некоторым тупым углом к положительному направлению оси X. Значение этого угла определяется исходя из результатов предварительного расчета напряженно-деформированного состояния в конструкции без трещины.

Рис.26. Характер распределения температур в Рис.27. Характер распределения плотностей потока

блоке графитового отражателя нейтронов (Е>0,1 МэВ) по блоку

Таким образом, предполагалось, что графитовый блок может распасться после прорастания трещин насквозь на три фрагмента. Выбор местоположения точек зарождения трещин обусловлен существенно большей их напряженностью по сравнению с другими точками в связи с высоким градиентом температуры вблизи этих точек и большим перепадом плотности потока нейтронов.

Так как распределение напряжений по блоку не является равномерным, и фронт трещины может переходить из областей высоких напряжений в области существенно более низких, а также встречать на своем пути области сжатия, рост трещины не обязательно будет лавинообразным. Коэффициент интенсивности напряжений вычисляется энергетическим методом.

При расчете симметричных вариантов конструкций блоков графитового отражателя рассматривается симметричная часть графитового блока.

Рис. 28. Зависимость глубин трещин от времени для первого варианта конструкции

Аналогичные зависимости были получены и для других вариантов конструкции

Рис.29. Распределение интенсивности напряжений по сечению конструкции первого типа графитового блока, соответствующее 22,2 года эксплуатации

Рис.30. Распределение интенсивности напряжений по сечению конструкции графитового блока второго типа, соответствующее 28,6 года эксплуатации

Основные выводы по диссертации

1. Получены определяющие уравнения для расчета напряженно-деформированного состояния реакторных конструкций, учитывающие пластичность, ползучесть, анизотропию материалов и другие характерные особенности.

Для совершенствования математической модели поведения анизотропного материала с участием автора выведены уравнения, учитывающие смещение поверхности текучести и потенциала ползучести наряду с их расширением.

2. Разработаны двух- и трехмерные методики и программы расчета напряженно-деформированного состояния реакторных конструкций.

3. При оценке опасности, которую представляет напряженно-деформированное состояние для целостности конструктивного элемента, и предсказания возможного развития трещин были использованы различные критерии разрушения, начиная от самых распространенных, о которых подробнее написано в каждой из методик, до сравнительно новых, основывающихся на вычислении функции повреждаемости и J-интеграла.

3.1. Для определения J-интеграла был использован новый эффективный метод эквивалентного объемного интегрирования.

3.2. Была разработана и протестирована программа, которая в качестве критерия использует предельное раскрытие трещины в вершине. С помощью этой программы получен широкий спектр данных для анализа напряженно-деформированного состояния трубопровода Ду-850 реактора ВВЭР-1000 при наличии в его стенке трещиноподобного дефекта.

4. Для тонкостенных оболочечных и коробчатых конструкций, к которым могут быть отнесены твэлы, трубопроводы, сосуды давления, патрубки и т.д., у которых большой коэффициент жесткости для перемещений по толщине оболочки может явиться причиной плохой обусловленности системы уравнений, был использован алгоритм, основанный на теории оболочек и реализованный в трехмерной конечно-элементной программе. Были выполнены расчеты напряженно-деформированного состояния зоны патрубков в трехмерной постановке.

4.1. Разработанная программа позволяет с высокой степенью точности исследовать последствия эрозионно-коррозионного износа трубопроводов второго контура.

4.1.1. Как подтвердили расчеты, возрастание напряжений, связанное с наличием локальных утонений, в существенной степени зависят от характера убывания толщины.

Приведено отношение максимальных напряжений, вызванных утонениями, к номинальным.

4.2. Рассчитаны коэффициенты интенсивности напряжений для трещинообразных дефектов, возникающих в околошовных зонах опускных трубопроводов РБМК-1000. Определено время прохождения указанных дефектов насквозь.

5. Разработана вычислительная программа расчета напряженно-деформированного состояния элементов графитовой кладки, учитывающая анизотропию свойств графита, его радиационный рост, усадку и распухание, радиационную ползучесть, возможное растрескивание, а также вероятное его взаимодействие с канальной трубой. Было получено изменение диаметра внутреннего отверстия графитового блока и усадка наружных граней графитовых блоков в зависимости от флюенса нейтронов.

5.1. Методика и программы исследования прочности графитовых втулок сложного профиля вошли в «Нормы расчета на прочность типовых узлов и деталей из реакторного графита уран-графитовых реакторов», а графитовых блоков РБМК – в одну из редакций «Норм».

6. Было исследовано влияние такого технологического дефекта как овальность на процесс потери устойчивости оболочек твэлов.

7. Важной составной частью исследования прочности оболочек твэлов, технологических каналов, трубопроводов, коллекторов парогенераторов и других элементов конструкций является изучение влияния окружающей среды на процессы зарождения и роста трещин. Разработана методика расчета растрескивания оболочечных конструкций с учетом влияния на рост трещин коррозии под напряжением, электрохимической коррозии, наводороживания, накопления квазистатических деформационных повреждений. Предполагалось, что эти процессы могут конкурировать друг с другом. 8.Внешняя среда в инкубационный период ускоряет процессы, протекание которых возможно и без контакта материала с коррозионно-активной средой. Степень опасности напряженно-деформированного состояния с точки зрения возможности растрескивания для этого периода определяется с помощью функции повреждений, отражающей степень накопления в материале субмикротрещин деформационного и усталостного характера, так и физико-химическими процессами, протекающими в устье трещины (коррозия, наводороживание, адсорбция, радиационное изменение объема включений инородной фазы). Для оболочек твэлов получен вид функции повреждаемости (в соавторстве).

9. Вариантными расчетами были выявлены соотношения между размерами нодуля и расстоянием от его центра до поверхности трубы, при которых происходит разрушение перемычки между включением и поверхностью. Из расчетного графика видно, какая глубина залегания для включения заданного диаметра необходима для того, чтобы нодульная коррозия не проявилась.

10. Была разработана методика расчета кинетики роста трещин в трубопроводах по механизму водородного охрупчивания. Поведение материала трубы было исследовано в вязко-упруго-пластической постановке, при этом учитывалось поле остаточных напряжений

11. Разработана методика и программа расчета площади проходного сечения сквозных трещин, как кольцевых, так и продольных, в стенке корпуса реактора, типа ВВЭР.

11.1. Для удобства использования результатов расчетов, полученных в данной работе, в других программах, результаты расчетов были обобщены в виде аппроксимирующей формулы.

11.2. Программа в составе вероятностной модели внедрена в ОКБ «Гидропресс»

12. Разработаны методика и программа, позволившие осуществить вариантные расчеты влияния начальной глубины и других параметров технологических трещинообразных дефектов на работоспособность элементов конструкций ядерных реакторов (твэлов, трубопроводов, канальных труб), что позволило выработать и научно обосновать браковочные признаки.

13. Методика и результаты расчета кинетики изменения напряженно-деформированного состояния и раскрытия трещин в элементах металлоконструкций вошли в комплекс работ, выполненных для оценки и обоснования остаточного ресурса металлоконструкций промышленных уран-графитовых реакторов, а также были использованы для прогнозирования процесса разрушения основных элементов металлоконструкций ПУГР и постепенного вывода их из эксплуатации.

14. Проведен сравнительный анализ прочности трех типов блоков графитового отражателя проектируемого реактора ВГ-400.

14.1. Программа передана в отдел высокотемпературной энергетики.

15. Таким образом, выполненная работа позволяет научно обосновать, повысить достоверность и точность расчетов на прочность, учесть многообразие условий эксплуатации и внешних воздействий, впервые рассмотреть с точки зрения механики разрушения ряд явлений и характерных особенностей эксплуатации элементов конструкций ядерных реакторов.

Список опубликованных работ по материалам диссертации

1. Исследование растрескивания графитовых втулок сложного профиля, Сергеева Л.В. статья в сб. "Вопросы атомной науки и техники", серия "Атомное материаловедение", вып.2 (8), Москва, 1980 г., с.64-82.

загрузка...