Введение к работе
А ктуальность проблем ы. В процессах производства и эксплуатации атом ных энергетических установок (АЭУ \ разработке для них новых материалов, анализе аварийных ситуаций, часто возникает необходим ость оценки сопротивления м ате-риалов хрупкому разрушению.
В настоящее время в качестве критериев хрупкого разрушения объектов с тре-щинамив атомнойэнергетике в основном используется величина критического ко-эф ф ициента интенсивности напряжений при плоской деф орм ации- К іс и величина критического J-интеграла- JC(FOCT25.506-85).B России расчет на хрупкую прочность АЭУ проводят на основании документа -"Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомныхэнергетическихустановок"(ПНАЭ Г-7-002-86).
В последнее время за рубежом ив России появились новые подходы красчету АЭУ на хрупкую прочность. В частности, в США, вышел стандарт ASTM Е1921-02, использующий концепцию "Мастер-кривая".В России,ЦНИИ КМ "Прометей",на основании концепции "М астер-кривая" бы л предложен подход, получивший название "Базовая кривая". В основе этих подходов лежит представление В ейбулла о вероятностной природе хрупкого разрушения. Кром е этих подходов для расчета на хрупкую прочность используются локальные критерии, которые, в частности"Про-м етей"-м одель, позволяют прогнозировать тем пературные зависим остиК ic(T)для облученных м атериалов, когда концепция гориз онтального сдвига крив ой К і с(Т) не прим еним а т.е. ф орм а этой кривой для облученного м атериала не совпадает с ф ор-мой кривой для необлученного материала.
Д о настоящего м ом ента в России з ависим ости К іс(Г)для м атериалов АЭ У получали по результатам аттестационных испытаний. Такие испытания проводят по аттестационной программе на большом количестве образцов раз личной толщины, в том числе и натурной. Подходы "Мастер-кривая", "Базовая кривая" и"Прометей"-м одель привлекательны тем, что получать зависим ость К іс(Г)на их основе м ожно на ограниченном количестве м аломасштабных образцов. Таким образом, удается
РОС. КМІИ.'.НчЛЬііЛЯ 3
(. j'.gTppftyjw
гсаук
значительно сократить объем испытаний.В связисэтим актуальным является апробация новых подходов прим енительно к м атериалам корпуса и трубопроводов реактора ВВЭР-1000 для прогнозирования кривых Kic(T).
Цель работы -Экспериментальное итеоретическое исследование возможности прим енения концепций "М астер-кривая", "Базовая кривая"и "Пром етей"-м одели для прогнозирования температурной зависим ости вяз кости разрушения К іс(Г) для материалов и их сварных соединений корпуса и трубопроводов атом ного реактора ВВЭР-1000.
Научную новиз ну работы составляют следующие основные результаты, защищаем ые автором:
-
Для сталей 15Х2НМФА, 15Х2НМФАА,ихсварныхшвов(втом числеспо-ниженным содержанием никеля)и 10ГН2МФА определены параметры температур-нойзависимостиКіс(Т)для заданного уровня вероятности разрушения (в форме уравнения "Мастер-кривой" и "Базовой кривой")и получено соотношение, связывающее эти параметры с критической температурой хрупкости;
-
Установлено, что концепции "Мастер-кривая" и "Базовая кривая" не учитывают прочностных и вяз костных особенностей корпусных сталей для реактора В В Э Р-1000 и определяют величину з начений нижнего шельф а кривой К іс(Т) на уровне в 2,5 раза ниже фактических экспериментальных данных;
-
Прим енительно к конструкциям с неоднородным распределением коэффициента интенсивности напряженийКі по фронту трещины эксперим ентально обосновано использование в качестве критерия хрупкого разрушения эффективного ко-эф ф ициента интенсивности напряжений К ief, определяем ого по теории наиболее слабого звена Вейбулла.
Практическое значение работы состоит втом, что на основании вы полненных исследований для материалов корпуса реактора ВВЭР-1000 уточнено используемое в расчетах на хрупкую прочность уравнение нижней огибающей эксперим витальных данных по вязкости разрушения. Показано, что подходы "М астер-кривая" и "Базовая кривая" целесообраз но использовать при расчетах на хрупкую прочность при отсутствии результатов испытаний полномасштабных образцов.
Показано, что применение "Прометей"-м одели для сталей 15Х2НМФА и 15Х2НМФАА обосновано только в случае больших степеней охрупчивания. В рамках проектного ресурса достаточно достоверную оценку тем пературной з ависим о-сти вяз кости разрушения дает концепция горизонтального сдвига кривой К іс(Г).
Установлено, что использование при испытании на вязкость разрушения компактных образцов с боковыминадрезами(рекомендуемыхстандартом ASTM Е 1921-02 и др.) приводит к заниженной оценке характеристик материала в области хрупких разрушений.
В не прение результатов работы. Результаты работы переданы в ОКБГИДРО-ПРБС С при вы полнении научно-исследовательских работ, в соответствии с договорам и по следующим темам:
-
Э ксперим ентальное обоснование "Базовой кривой" испытаниям и ком пакт-ных образцовСТ-1/2Т,СТ-1Т,СТ-2Тиз корпусной стали 15Х2НМФАА. 2001г.;
-
Определение механическихсвойствивязкостиразрушения, натурного сварного соединения корпусов реакторов типа ВВЭР, выполненного АС проволокойСв-12Х2Н2МАА с содержанием никеля не более 1,3%. 2002г.;
-
Определение тем пературы нулевой пластичности RTndt, коэффициентов интенсивности напряжений при остановке трещины Киидинамическом нагружении К id для материалов оборудования АЭС в сопоставлении с Ть, Kic, nRpo,2.2004г.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:
-
На Международном симпозиуме "Современные проблемы прочности"(г. Старая Русса, 2001, 2003гг.);
-
На М еждународной конф еренции "Проблем ы м атериаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС "(г. С-Петербург, 2002г.);
-
На М еждународной конф еренции "Конструкционная прочность м атериалов и ресурс оборудования АЭС" (г. Киев, 2003г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и списка использованных источников. Объем диссертации: 157
страниц м ашинописного текста, 76 рисунков, 43 таблицы, списка литературы из 107 зарубежных и отечественных источников. На зашиту выносятся:
-
Результатыэкспериментальныхисследованийтемпературныхзависимостей статическойтрещиностойкости сталей 15Х2НМФА, 15Х2НМФАА,ихсварных швов (в том числе с пониженным содержанием никеля) и 10ГН2МФА;
-
Аналитическая интерпретация полученных характеристик вяз кости раз рушения в ф орм е "М астер-кривой", "Базовой кривой", а также уточненного уравнения нижней огибающей экспериментальных данных (гарантированной с 95%вероятно-стью).
-
Результаты прогнозирования зависим ости К іс(Г) для материалов корпуса реактора В В ЭР-1000 в облученном состоянии на основе локального критерия разрушения ("Пром етей"-м одели) и концепции горизонтального сдвига кривой К іс(Г);
-
Данные экспериментально-расчетного (методом конечного элемента в Замерной постановке) исследования влияния боковых надрезов и непостоянства длины трещины на вязкость разрушения компактных образцов.
