Введение к работе
Актуальность работы
В связи с повышенными требованиями к безопасности ЯЭУ, обусловленными аварийными ситуациями на реакторах и вызванными ими экологическими последствиями, возросла роль экспериментальных исследований напряжений и деформаций ответственных элементов конструкций ЯЭУ.
В настоящее время прогресс в экспериментальной механике определяется новыми оптическими методами изучения деформаций, использующих когерентное лазерное излучение. Наибольшее распространение получила голографическая интерферометрия - высокочувствительный бесконтактный метод определения полей перемещений тел с диффузной поверхностью. Она применяется как на моделях элементов конструкций (пластмассовых и металлических), так и на натурных объектах. Практический интерес представляет разработка голограф-ических интерферометров, построенных на основе отражательных голограмм.
Для широкого используемых в атомном машиностроении оболочечных элементов конструкций (корпуса, технологические каналы, трубопроводы и т.п.) актуальными являются экспериментальные исследования НДС с зонах конструктивной неоднородности и при наличии поверхностных трещин. Полученные поля перемещений могут быть использованы различными способами: во-первых, для непосредственной оценки жесткости оболочечной конструкции; во-вторых, в качестве исходных данных для верификации пакетов программ численного расчета НДС; в-третьих, для построения инженерных расчетных моделей механики оболочек, связывающих перемещения с деформациями И напряжениями.
Цель работы состоит в создании методик определения параметров НДС оболочечных элементов конструкций ЯЭУ с конструктивными неоднородностями типа вырезов и поверхностными трещинами на основе
разработки экспериментальных методов измерения полей трех компонент векторов перемещений с помощью отражательных голограмм. Исследования проводились по следующим направлениям:
сравнительный анализ и обоснование выбора оптимальных '., параметров оптической схеїиьі голографического интерферометра для количественной интерпретации отражательных голограмм, обеспечивающих минимальные погрешности определения трех компонент вектора перемещения; . - ,
создание математической модели для определения деформаций и напряжений на контуре выреза в цилиндрической оболочке по измеренному на внешней поверхности полю трех компонент перемещеі::.':;
создание математической модели для определения коэффициента интенсивности напряжений Kj по фронту .. поверхностной трещины нормального отрыва в оболочке по измеренному полю компонент перемещений ее берегов на внешней поверхности; .
-разработка прикладных программ для расчетов полей трех компонент перемещений на поверхности деформируемых тел различной геометрии при интерпретации топографических интерферограмм по абсолютным порядкам полос;
- разработка прикладных программ, для аппроксимации дискретных
экспериментальных полей перемещений и дальнейшего расчета параметров
НДС с помощью предложенных математических моделей;
применение разработанных экспериментально-расчетных методов для изучения НДС оболочечных элементов конструкций ЯЭУ. Научная новизна Разработана методика выбора оптимальных параметров оптической схемы голографического интерферометра с отражательной голограммой, обеспечивающих минимальные, погрешности определения трех компонент вектора перемещения. Разработана методика получения отражательных голограмм с визуализированной полосой нулевого порядка.
.'-:' ; : ;"'/;,:'.:, ;"_.;.'. ; ../ ''-5-у ...,' ' _:,... ''
Определены поля перемещений на поверхности металлической модели корпуса ГЦН реактора ВВЭР-440 при нагружении внутренним давлением и изгибающими моментами на патрубках. С. их помощью осуществлена *. верификация вычислительного комплекса МКЭ "SHELF".
Получены соотношения для определения компонент., тензоров
деформаций и напряжений на ' контуре кругового выреза в
цилиндрической .оболочке по известному на внешней поверхности
распределению компонент перемещений. Исследовано НДС
цилиндрических оболочек с круговыми вырезами при различных видах
статического нагружения, размерах вырезов, влиянии жесткой заделки,
взаимовлияния соосных вырезов. Исследовано НДС трубы верхнего
тракта технологического канала РБМ-К5.25-34 в окрестности вырезов
при нагружении внешним давлением. .
Разработана методика определения К, по фронту поверхностной трещины в оболочке, основанная на экспериментальном получении перемещений берегов трещины с помощью отражательной голограммы и приближенных соотношениях стержневой модели поверхностной трещины. Исследовано деформирование и определены K'j для поверхностных трещин, расположенных в зонах концентрации напряжений на моделях корпусных конструкций РУ АСТ-500.и РУ ВПБЭР-600. Практическая значимость
Разработанные в диссертации методики экспериментального оп
ределения полей перемещений с помощью отражательных голограмм и
расчета параметров НДС для цилиндрических оболочек с вырезами и
поверхностными трещинами, пакет прикладных программ, устройства и
оборудование, а также результаты исследований, полученные при вы
полнении ряда хоздоговорных гем, внедрены и использованы при раз
работке нормативной технической документации по прочности обору
дования ЯЭУ в организациях: ОКБ Гидропресс, ОКБ Машиностроения
НИКИЭТ, РНЦ "Курчатовский институт". - - ._
На защиту выносятся следуїсідие положения:
способ выбора оптимальных параметров оптической схемы го-лографического интерферометра на основе отражательной голограммы, минимизирующих погрешности определения трех компонент вектора перемещения при интерпретации картин полос по абсолютным порядкам, устройства и прикладные программы для. ее практической реализации; -
способ визуализации полосы' нулевого порядка при комбинированной регистрации отражательной голограммы методами двух экспозиций и усреднения'по времени;
результаты определения полей трех компонент перемещений на поверхности модели корпуса ГЦН реактора ВВЭР-440;
методику определения деформаций и напряжений на контуре кругового выреза в цилиндрической оболочке по данным измерений трех компонент перемещений на внешней поверхности и результаты исследования НДС оболочек с вырезами;
результаты исследования НДС трубы верхнего тракта технологического канала РБМ-К5.25-34 в окрестностях вырезов;
методику определения Kj по фронту поверхностной трещины в оболочке по данным измерений поля перемещений ее берегов на внешней поверхности с помощью отражательной голограммы;
результаты исследования оболочечных корпусных конструкций РУ АСТ-500 и РУ ВПБЭР-600 с поверхностными трещинами.
Апробация работы Результаты диссертации докладывались и обсуждались на зональном научно-техническом семинаре "Применение лазеров в промышленности и научных исследованиях" (Челябинск, 1988); на III Всесоюзном семинаре молодых ученых "Актуальные проблемы механики оболочек" (Казань, 198В); на Республиканском научно-техническом семинаре "Голография в промышленности и научных исследованиях" (Гродно, 1989)., на научно-техническом семинаре "Метрология в прецизионном машиностроении"
(Саратов, 1990); на Всесоюзном семинаре "Методы и применение голографической интерферометрии" (Куйбышев, 1990); на III Всесоюзном семинаре по механике разрушения (Киев, 1990); on the 2nd International Workshop of Automatic Processing of Fringe Patterns (Bremen, 1993). Публикации
По результатам диссертации опубликовано. 10 научных статей в 'центральных научных журналах и сборниках, 8 тезисов докладов на научных конференциях и семинарах.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка
литературы. Общий объем работы .- /'Ро страниц, в том числе страниц /?S>
основного текста, рисунков, о таблиц. Список литературы
включает Jcr&. наименований.
