Таблица 6.2
в рассчитываемых зонах ТВС
7.1.1 На основе анализа условий ввода в эксплуатацию реактора и эксплуатации ТВС должна быть установлена проектная последовательность во времени режимов нагружения ТВС, включая режимы нарушения нормальной эксплуатации.
7.1.2 Для принятой последовательности режимов нагружения расчетами в предположении упругого поведения материала определяют напряженно-деформированное состояние в опасных сечениях компонентов ТВС.
7.1.3 Должно быть определено анализируемое расчетное сечение напряжений СП. Следует проводить СП через зону, где ожидается первое появление пластических деформаций. В случае если компонент представляет собой цилиндрическую оболочку, то сечение следует проводить перпендикулярно к срединной поверхности оболочки. В ином случае СП следует выбирать перпендикулярно к одной из внешних поверхностей.
7.1.4 Напряженное состояние в каждой точке СП характеризуется тензором напряжений
7.1.5 Деформированное состояние в каждой точке СП характеризуется тензором деформаций
7.1.6 В случае если СП плоское, то напряженное состояние в каждой точке сечения следует представить как сумму тензоров средних, изгибных и нелинейных составляющих напряжений
. При этом величины a и b, характеризующие мембранную и изгибную составляющие напряжений, являются постоянными для всех точек СП: , (7.1)где a и b - коэффициенты, характеризующие изгибную и мембранную составляющие;
x - расстояние от центральной оси, относительно которой происходит общий изгиб СП;
Тензор средних напряжений
, (7.2)где A - площадь СП.
Тензор изгибных напряжений
, (7.3)где
- момент инерции СП относительно центральной оси.Тензор нелинейных напряжений
.7.1.7 В случае если СП произвольного вида, то в сечении должен быть определен набор ЛП. ЛП следует проводить через стенку компонента перпендикулярно к внутренней, внешней или срединной поверхности компонента. Выбор ЛП приведен на рисунке 7.1.
![]() Напряженное состояние
. При этом мембранная и изгибная составляющие напряжений постоянны для всех точек ЛП: , (7.4)где a и b - коэффициенты, характеризующие изгибную и мембранную составляющие;
x - расстояние от срединной поверхности до рассматриваемой точки на ЛП.
![]() 1 - компонент тензора напряжений; 2 - изгибная составляющая
компонента тензора напряжений; 3 - мембранная составляющая
компонента тензора напряжений; 4 - линия приведения
и нелинейную составляющие
Тензор средних напряжений
, (7.5)где s - толщина стенки в месте проведения ЛП.
Тензор изгибных напряжений
, (7.6)где x - расстояние от точки на ЛП до срединной поверхности.
На внутренней и наружной поверхности стенок изгибные напряжения принимают значения
. (7.7)Составляющие тензора
. (7.8)Деформированное состояние
. При этом величины, характеризующие мембранную и изгибную составляющие деформаций, постоянны для всех точек ЛП , (7.9)где a и b - коэффициенты, характеризующие изгибную и мембранную составляющие;
x - расстояние от срединной поверхности до рассматриваемой точки, лежащей на ЛП.
Средние (мембранные) составляющие деформаций постоянны для всех точек ЛП и равны
, (7.10)где s - длина ЛП.
На концах ЛП изгибные деформации принимают значения
. (7.11)Компоненты тензоров напряжений следует алгебраически суммировать с последующим определением средних, средних плюс изгибных, суммарных (в том числе с учетом концентрации) приведенных напряжений в соответствующие моменты времени в соответствии с определяемой категорией или группой категорий напряжений для последующей проверки прочности по соответствующим допускаемым напряжениям.
7.2 Расчет приведенных напряжений с использованием теории максимальных касательных напряжений Треска
7.2.1 Значения главных напряжений определяют по шести составляющим тензора напряжений
. Наибольшему за всю историю нагружения главному напряжению присваивают индекс i, двум другим при том же моменте времени - индексы j и k . Соответствующие данному моменту времени площадки следует считать зафиксированными для всей истории нагружения. Для всех других моментов времени главные напряжения условно следует относить к зафиксированным площадкам i, j и k следующим образом - значения главных напряжений должны быть соответственно отнесены к тем площадкам i, j и k, которые наклонены к реальным главным площадкам под наименьшим углом.7.2.2 На выбранных зафиксированных главных площадках для всей принятой последовательности режимов нагружения определяют зависимости изменения главных напряжений
и .Наряду с прямым методом расчета с учетом концентрации напряжений, должны быть рассчитаны значения компонент тензора напряжений
на основании компонент тензора напряжений и коэффициентов концентрации напряжений.7.2.3 Значения приведенных напряжений
- местные приведенные напряжения без учета концентрации для момента времени tl, МПа
; (7.12) ; (7.13) , (7.14)где
для момента времени tl, МПа;- местные приведенные напряжения по упругому расчету с учетом концентрации напряжений для момента времени tl, Мпа
; (7.15) ; (7.16) , (7.17)где
для момента времени tl, МПа.Для начального t1 и конечного tm моментов времени
или равны постоянным напряжениям, в том числе от веса или монтажного натяга.7.2.4 Значение приведенного напряжения для определения
, (7.18)где
, , - алгебраически максимальные приведенные напряжения для всей истории изменения приведенных напряжений для рассматриваемого режима нагружения, МПа.Для определения
.7.2.5 Размах напряжений
, (7.19)где
, , - алгебраически минимальные приведенные напряжения для всей истории изменения приведенных напряжений, МПа.7.3.1 Значение приведенного напряжения для определения
. (7.20)Для определения
.7.3.2 Для определения значений размаха местных условных упругих приведенных напряжений следует определять приращения компонент тензоров напряжений
и от начального состояния t1 до момента времени t по формулам: (7.21) (7.22) (7.23)7.3.4 После расчета
, которому следует придавать знак "плюс", если выполняется условие , (7.24)или "минус" в ином случае, и фиксируются значения составляющих напряжений в этот момент времени
Приведенные напряжения в момент времени t1 принимаются равными
.7.3.5 Расчет по 7.3.2, 7.3.3 проводят для последующего изменения нагрузок (t > t1) и определяют момент времени t2, при котором достигается максимум приращения приведенных напряжений
. Вновь следует фиксировать значения (Приведенное напряжение в момент времени t2 должно быть равно
.Аналогичным образом по 7.3.2, 7.3.3 проводят расчет для всей истории нагружения компонента, и в результате должна быть получена зависимость приведенных напряжений
7.3.6 Размах напряжений
, (7.25)где
7.3.7 По рассчитанным значениям приведенных напряжений
7.4 Определение местных условных упругих приведенных напряжений упрощенным упругопластическим расчетом
7.4.1 Значения местных условных упругих приведенных напряжений
7.4.2 Упрощенный упругопластический расчет следует проводить в соответствии с требованиями настоящего пункта.
Поправку на пластическое течение материала проводят с использованием параметров степенной аппроксимации диаграммы растяжения материала. Диаграмма растяжения материала должна быть аппроксимирована в виде
, (7.26)где
- деформация, соответствующая пределу пропорциональности.Показатель упрочнения
(7.27) . (7.28)В случае если в рассматриваемой зоне расположен сварной шов, то значения
При переменной в течение полуцикла температуре вычисление значений
При температуре, равной или выше температуры Tt, значение
Длительность полуцикла равна времени изменения напряжений от минимального (максимального) до максимального (минимального) значения. При расчете напряжений в процессе пуска, выхода на режим после какого-либо переходного режима и работы на стационарном режиме до следующего переходного режима при температурах выше температуры Tt необходимо учитывать среднее время работы на стационарном режиме между соответствующими переходными режимами.
При температуре, превышающей температуру Tt, показатель упрочнения вычисляют по формуле
, (7.29)где
eT - деформация, соответствующая
Длительность полуцикла должна быть равна времени изменения напряжений от минимального/максимального до максимального/минимального значения. При расчете напряжений в процессе пуска, выхода на режим после какого-либо переходного режима и работы на стационарном режиме до следующего переходного режима при температурах, равных и выше Tt, следует учитывать среднее время работы на стационарном режиме между соответствующими переходными режимами.
Графики изменения напряжений
а) в начале расчета полагают: th = tb = t1, t1 = t2,
; ;б) в случае если величина
не выходит за границы отрезка , что соответствует упругому деформированию в полуцикле нагружения, принимают . (7.30)При выходе величины
за границы отрезка происходит упругопластическое деформирование, для которого напряжение При этом в случае, если выход произошел со стороны граничного значения
, а в предыдущие моменты времени уже возникало упругопластическое деформирование, то следует принимать Расчет по формуле (7.31) допускается применять только для зоны концентратора напряжений при выполнении следующего условия:
. (7.32)Для прочих случаев при определении
в) после определения
; (7.33)если tl < tm, то следует перейти к рассмотрению следующего момента времени tl+1 в соответствии с порядком, изложенным в перечислениях б), в) 7.4.2.
При tl = tm расчет напряжений
Допускается разбиение на блоки графиков изменения напряжений
![]() --------------------------------
<*> - полуциклы между наибольшими значениями
напряжений
Если при расчете
График, иллюстрирующий изменение одного из местных приведенных напряжений, приведен на рисунке 7.3.
7.5 Определение местных условных упругих приведенных напряжений с использованием эффективного коэффициента концентрации
Местные условные упругие приведенные напряжения
(7.34)или по формуле
. (7.35)Эффективный коэффициент концентрации Kef местных приведенных напряжений определяют на основе экспериментальных данных.
Геометрия, состояние поверхности, номинальные напряжения и градиенты местных напряжений в зоне концентрации испытываемого компонента, модели или образца, их материал и термообработка, условия нагружения должны соответствовать натурному компоненту конструкции.
Применение Kef при расчете местных приведенных напряжений должно быть согласовано со способом обработки экспериментальных данных при его определении.
В расчете при
эффективный коэффициент концентрации напряжений вычисляют по формуле , (7.36)где q - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений (q <= 1).
В случае если
, то коэффициент q вычисляют по формуле , (7.37)а если
, то q принимают равным q0, где q0 - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, определенный при амплитуде местных напряжений, равной пределу выносливости При промежуточном значении
значение q0 определяется путем линейной интерполяции.Таблица 7.1
7.6.1 В случае если приведенные местные условные упругие напряжения определялись с применением теории наибольших касательных напряжений Треска, то формирование расчетных циклов изменения напряжений для расчета на циклическую прочность должно проводиться в порядке, изложенном в 7.6.2.
7.6.2 По трем графикам местных приведенных напряжений должно быть определено наибольшее по абсолютному значению условное упругое напряжение
для всего процесса изменения напряжений.Формирование расчетных циклов или полуциклов напряжений выполняют на основе полной истории нагружения за период от tl до tm. При этом каждый раз при выделении очередного полуцикла из участков трех графиков изменения напряжений
Для формирования расчетных циклов (полуциклов) напряжений каждый из графиков
Эти фиктивные участки истории нагружения вносят дополнительное усталостное повреждение, что делает последующую оценку циклической прочности консервативной. Допускается вычитать величины повреждения от фиктивных участков из суммарного усталостного повреждения.
Для формирования расчетных циклов требуется предположить, что каждый из трех графиков многократно освещают потоком света, лучи которого направлены вдоль горизонтальной оси времени. Освещения являются парными. При первом освещении из каждой пары рассматривают только возрастающие, а при втором - только убывающие участки, соединяющие соседние локальные максимумы и минимумы. Необходимо учесть, что свет не проходит сквозь рассматриваемые участки графиков (возрастающие либо убывающие), вследствие чего на каждом графике при каждом освещении образуется вертикальное пятно тени.
Порядок формирования расчетных циклов следующий:
а) выполняют первый этап основного парного освещения: на всех трех графиках должны быть освещены возрастающие участки. Образовавшиеся на трех графиках пятна тени сравнивают по величине. В случае если при одном освещении на каком-либо графике образовалось два или больше пятен, то в сравнении каждое пятно должно участвовать независимо. Из всех пятен тени, образовавшихся на трех графиках, следует выбирать пятно максимального размера. В случае если несколько пятен имеют одинаковый размер, то следует выбирать то, у которого верхняя граница расположена выше;
б) по выбранному пятну тени формируют расчетный возрастающий полуцикл напряжений следующим образом: его минимальное и максимальное значения должны быть приняты равными, соответственно, нижней и верхней границам выбранного пятна;
в) на графике, на котором был сформирован этот возрастающий полуцикл, выполняют второй этап основного парного освещения: освещают убывающие участки. Образовавшееся при этом пятно тени должно совпадать с пятном от возрастающих участков, и на тех же принципах формируют расчетный убывающий полуцикл.
Сформированные таким образом расчетные возрастающий и убывающий полуциклы имеют одинаковые минимальные и максимальные значения. Такие полуциклы следует называть парными расчетными полуциклами. Парные расчетные полуциклы могут быть объединены в один расчетный цикл;
г) после того, как выполнено основное парное освещение и сформированы парные расчетные полуциклы напряжений, графики
- на графике
- на двух остальных графиках
д) процесс формирования циклов (полуциклов) повторяют по перечислениям а) - г) 7.6.2 до тех пор, пока не окажутся удаленными все участки рассматриваемых графиков.
7.6.3 Формирование расчетных циклов напряжений по результатам расчета с применением энергетической теории Мизеса проводят по одному графику изменения
Каждый из сформированных расчетных циклов (полуциклов) напряжений для выполнения последующего расчета на циклическую прочность сопровождают информацией об эксплуатационных условиях (температуре, параметрах среды и флюенсе нейтронов, длительности реализации), соответствующих всем тем частям графиков напряжений, из которых он был составлен.
8.1.1 Расчет на статическую прочность выполняется по номинальным допускаемым напряжениям, определенным без учета увеличения предела текучести и временного сопротивления под действием облучения.
8.1.2 При расчете на статическую прочность следует проверять выполнение условий прочности применительно к расчетным нагрузкам и ко всем расчетным режимам, за исключением вибрационных и динамических нагрузок (включая сейсмические).
8.1.3 Значения приведенных напряжений расчетных групп категорий напряжений, определенные при расчете на статическую прочность компонента, не должны превышать значений, указанных в таблицах 8.1 и 8.2. Значения номинальных допускаемых напряжений
Таблица 8.1
болтов и шпилек
Таблица 8.2
8.1.4 Средние напряжения смятия не должны превышать
. В случае если расстояние от края зоны приложения нагрузки до свободной кромки превышает размеры зоны, на которой действует нагрузка, допускаемые напряжения следует увеличить на 25%.8.1.5 Средние касательные напряжения, вызванные действием механических нагрузок на компонент ТВС за исключением резьбы, не должны превышать
, при ННУЭ , при УПА ).8.1.6 При гидравлических испытаниях приведенные общие мембранные напряжения в компонентах не должны превышать
, а приведенные напряжения, определенные по суммам составляющих общих или местных мембранных и общих изгибных напряжений, - . Напряжения .8.1.7 При оценке статической прочности по размахам напряжений
8.1.8 Выполнение требований таблицы 8.1 по группе категорий напряжений
8.2.1 Расчет на длительную статическую прочность следует проводить для компонентов в зонах с температурой Tt и выше. При поверочном расчете на длительную статическую прочность следует рассматривать все эксплуатационные режимы, проходящие при температурах, равных или выше Tt, включая ННУЭ. Условия прочности компонентов приведены в таблице 8.3.
Таблица 8.3
статическую прочность
8.2.2 Компонент ТВС, рассчитываемый на длительную статическую прочность, должен удовлетворять условиям, принимаемым при расчете на статическую прочность во всем диапазоне температур ниже и выше Tt.
8.2.3 Приведенные напряжения групп категорий
; (8.1) , (8.2)где
; (8.3)Kt - коэффициент приведения напряжения
или (8.4) ; (8.5)K't - коэффициент приведения напряжения
или (8.6) . (8.7)Предел длительной прочности
При расчете на длительную статическую прочность ТВС должны быть использованы значения механических свойств конструкционных материалов, которые следует принимать с учетом влияния облучения и теплоносителя.
В случае если срок службы компонента ТВС включает два или более режимов нагружения, отличающихся по приведенному напряжению, повреждающей дозе или расчетной температуре, то должно выполняться условие по накопленному длительному статическому повреждению
, (8.8)где ti - время нагружения рассматриваемым приведенным напряжением в течение i-го режима при температуре Ti за весь период эксплуатации (следует учитывать только время нагружения при температурах металла, равных и выше Tt;
[t]i - допускаемое время нагружения, вычисляемое по формулам для значений длительной прочности, соответствующее температуре Ti, повреждающей дозе и приведенному напряжению на i-м режиме, умноженному:
- для напряжений категории
- для напряжений
i - число режимов нагружения, отличающихся температурой Ti, повреждающей дозой или приведенным напряжением.
В случае если срок службы ТВС включает два или более режимов нагружения, отличающихся по напряжению, повреждающей дозе или расчетной температуре, то должно выполняться условие прочности по накопленному длительному статическому повреждению, приведенное в 8.2.3.
9.1.1 Расчет на устойчивость ТВС допускается выполнять аналитическими, либо численными методами (в том числе МКЭ) с целью определения возможности потери устойчивости ТВС в целом, либо потери устойчивости отдельных компонентов ТВС.
9.1.2 При проведении расчета компонентов на устойчивость определяют критические значения нагрузки в соответствии со следующими положениями:
- толщины стенок компонента при расчете следует принимать равными (s - c);
- НДС в компоненте должно быть определено при действии всех расчетных нагрузок;
- решением линейной задачи устойчивости (buckling) численным методом должно быть определено критическое значение нагрузки Fkr, вызывающее потерю устойчивости.
Устойчивость компонента обеспечена, если выполнено условие
, (9.1)где F - расчетная нагрузка;
Fkr - критическая нагрузка;
- коэффициент запаса устойчивости;9.2.1 Расчет на устойчивость в условиях ползучести следует проводить для компонентов ТВС, температура которых равна или превышает Tt, и (или) работающих в условиях радиационной ползучести.
9.2.2 При расчете на устойчивость в условиях ползучести необходимо учитывать возможное изменение размеров и формы компонентов [в том числе связанное с радиационным распуханием или радиационным ростом (для циркониевых сплавов), накоплением пластических деформаций, ползучестью].
9.2.3 Формулы для расчета значений скорости радиационной ползучести приведены в приложении А.
9.2.4 Расчет на устойчивость в условиях ползучести заключается в определении допускаемого срока службы при действии на рассчитываемый компонент заданных наружного давления и сжимающих нагрузок или в определении допускаемых нагрузок для заданного срока службы ТВС.
, (9.2)где e - деформация;
ET - модуль упругости при температуре T, МПа;
A - коэффициент температурной ползучести, МПа-n·с-1;
B - коэффициент радиационной ползучести, МПа-1·с-1;
n - показатель ползучести;
k - скорость набора повреждающей дозы, сна/с;
t - время, с.
9.2.6 На основе указанной зависимости между e и
9.2.7 Расчет применим при
.9.3.1.1 Формулы применимы для расчета гладких цилиндрических оболочек без продольных ребер жесткости.
Спиральные ребра жесткости под углом более 60° к образующей не следует рассматривать как укрепление от действия осевой силы.
9.3.1.2 Формулы следует применять при выполнении следующего условия:
. (9.3)9.3.1.3 Расчетное осевое напряжение сжатия
. (9.4)9.3.1.4 Для определения значения допускаемого напряжения следует найти два значения критического напряжения:
- напряжение первого рода - из условия общей потери устойчивости цилиндрического элемента как длинного стержня;
- напряжение второго рода - из условия местной потери устойчивости цилиндрической тонкостенной оболочки.
9.3.1.5 Критическое напряжение первого рода
, (9.5)где
- если оба конца оболочки жестко заделаны; - если один конец оболочки шарнирно оперт, а другой жестко заделан.9.3.1.6 Критическое напряжение второго рода
. (9.6)9.3.1.7 Допускаемое осевое напряжение сжатия следует вычислять по формуле
, (9.7)где
; ; ; (9.8) . (9.9)9.3.1.8 Устойчивость цилиндрической оболочки следует считать обеспеченной, если выполняется условие
. (9.10)9.3.2 Расчет на устойчивость конического перехода под действием осевой силы
9.3.2.1 Формулы применимы для расчета гладких конических переходов, находящихся под действием осевой силы, удовлетворяющих условиям:
; (9.11) ; (9.12) . (9.13)9.3.2.2 При
конический переход следует считать цилиндрической оболочкой, длина которой равна высоте конуса, а средний диаметр равен диаметру большего основания. Толщину стенки цилиндрической оболочки следует принимать равной толщине стенки конического перехода.9.3.2.3 Расчетное осевое напряжение сжатия следует вычислять по формуле
. (9.14)9.3.2.4 Критическое напряжение следует вычислять по формуле
. (9.15)9.3.2.5 Допускаемое напряжение сжатия
, (9.16)где
. (9.17)9.3.2.6 Устойчивость конического перехода следует считать обеспеченной, если выполняется условие
. (9.18)9.3.3 Расчет на устойчивость гладких цилиндрических оболочек, нагруженных осевым сжатием, в условиях ползучести
9.3.3.1 Формулы применимы при выполнении следующего условия:
. (9.19)9.3.3.2 Расчетное осевое напряжение следует вычислять по формуле
. (9.20)9.3.3.3 Расчетный срок службы следует определять как наименьшее из двух значений:
и (9.21) , (9.22)где
; (9.23) ; (9.24) - если оба конца оболочки жестко заделаны; - если один конец оболочки шарнирно оперт, а другой жестко заделан; ; (9.25) ; (9.26)An - коэффициент, вычисляемый по формуле
; (9.27)Bn - коэффициент, вычисляемый по формуле
; (9.28)l0 - коэффициент, вычисляемый по формуле
; (9.29)B - коэффициент ползучести, см. 9.2.5, (1/МПа)n·с-1;
n - показатель ползучести, см. 9.2.5;
An3 - следует определять по графику на рисунке 9.1 в зависимости от n.
![]() 9.3.3.4 Устойчивость элементов конструкций следует считать обеспеченной, если выполняется условие
t <= [t]. (9.30)
10.1.1 Расчет на циклическую прочность при отсутствии ползучести проводят для компонентов, температура металла которых не превышает Tt.
10.1.2 При расчете на циклическую прочность следует использовать минимальные значения кратковременных механических характеристик материала с учетом воздействия эксплуатационных факторов.
10.1.3 Определение допускаемого числа циклов по заданным амплитудам условных упругих напряжений или допускаемых амплитуд условных упругих напряжений для заданного числа циклов должно быть проведено по формулам, связывающим допускаемые амплитуды условных упругих напряжений и допускаемые числа циклов.
10.1.4 Амплитуда эксплуатационного условного упругого напряжения не должна превышать допускаемую амплитуду напряжения
, получаемую для заданного числа циклов N. В случае если задана амплитуда условного упругого напряжения, то эксплуатационное число циклов N не должно превышать допускаемого числа циклов [N0].В случае если процесс нагружения состоит из ряда циклов, характеризуемых амплитудами напряжений
10.1.5 Допускаемая амплитуда условного упругого напряжения
или допускаемое число циклов [N0] для сталей при [N0] <= 1012 равны минимальному значению из двух, вычисляемых по формулам (10.1) и (10.2):
где
r - коэффициент асимметрии цикла напряжений;
m, me - показатели степени, определяемые по таблице 10.1;
; (10.3)При использовании минимальных значений относительного поперечного сужения ZT, при ZT <= 50% следует принимать
. При ZT > 50% следует принимать .Показатели степени m и me и предел выносливости
Таблица 10.1
степени m и me
10.1.6 Значения характеристик ET, ZT,
При расчете резьбовых участков шпилек и болтов с использованием упрощенного упругопластического расчета по методике, приведенной в 7.4, следует принимать коэффициенты запаса
и nN = 3. При использовании коэффициентов Kef, определенных по методике 7.6, следует принимать и nN = 5. , (10.5)где
.Значения
10.1.8 В тех случаях, когда низкочастотные циклические напряжения, связанные с пуском, остановом, изменением мощности, срабатыванием аварийной защиты или другими защитами, сопровождаются наложением высокочастотных напряжений, например, вызванных вибрацией, пульсацией температур при перемешивании потоков теплоносителя с различной температурой, расчет на циклическую прочность проводят с учетом высокочастотного напряжения.
10.1.9 Исходные данные о высокочастотном нагружении [амплитуда
10.1.10 Сочетания низкочастотного циклического напряжения с амплитудой
, (10.6)где
Для цикла низкочастотного напряжения i-го типа повреждение a3* следует вычислять по формуле
. (10.7)Коэффициент
(10.8)где f0 = 1/(t1 + t2) - частота цикла низкочастотных напряжений, определяемая без учета периода времени, в течение которого происходит наложение высокочастотных напряжений на постоянные напряжения (см. рисунок 10.2);
![]() хромоникелевых сталей аустенитного класса и их сварных
соединений
![]() Таблица 10.2
соединений
![]() Таблица 10.3
При отсутствии экспериментальных данных для предварительных оценок используют значение
10.1.11 Метод расчета при двухчастотном циклическом нагружении следует применять при выполнении всех следующих условий:
- отношение амплитуды высокочастотных напряжений
; (10.9)- абсолютное значение максимального и минимального низкочастотных напряжений при двухчастотном нагружении не превышает значения
при рассматриваемой температуре;- отношение f/f0 не превышает 5·106;
- число высокочастотных циклов с амплитудой
10.1.12 В случае если при расчете на циклическую прочность ТВС не обеспечиваются требуемые коэффициенты запаса прочности, то оценку циклической прочности проводят на основе экспериментальных кривых усталости, полученных для рассматриваемых условий нагружения, контакта с теплоносителем, состояния металла ТВС с учетом соответствующих коэффициентов запаса прочности
где Ni - число циклов i-го типа за время эксплуатации;
k - общее число типов циклов;
[N]i - допускаемое число циклов i-го типа;
aN - накопленное усталостное повреждение, предельное значение которого [aN] = 1.
В общем случае накопленное усталостное повреждение должно удовлетворять условию
, (10.11)где a1 - повреждение от низкочастотных циклов напряжения, на которые не наложены высокочастотные напряжения;
a2 - повреждения от высокочастотных напряжений при постоянных эксплуатационных напряжениях (стационарные режимы);
a3 - повреждения от высокочастотных напряжений в течение циклов низкочастотных напряжений на переходных эксплуатационных режимах a3* и при прохождении резонансных частот a3** в тех же циклах.
В этом случае повреждения от высокочастотных напряжений в течение циклов низкочастотных напряжений следует вычислять по формуле
a3 = a3* + a3**. (10.12)
Накопленные повреждения a1 и a2 вычисляют по формуле (10.10).
10.2.1 Расчет на длительную циклическую прочность следует проводить для компонентов ТВС, температура которых равна или превышает Tt.
10.2.2 Компонент ТВС, рассчитываемый на длительную циклическую прочность, должен удовлетворять:
- условиям статической прочности;
- условиям длительной статической прочности.
При расчете на длительную циклическую прочность следует использовать средние значения длительных механических характеристик материала с учетом воздействия эксплуатационных факторов. Допускается проводить расчет по минимальным значениям длительных механических характеристик. При расчете на длительную циклическую прочность следует применять положения 10.1.3, 10.1.4, 10.1.7, 10.1.10 - 10.1.13.
10.2.3 Допускаемая амплитуда условного упругого напряжения
или допускаемое число циклов [N0] для сталей при [N0] <= 107 равны минимальному значению из двух, вычисляемых по формулам (10.1) и (10.2). При этом следует принимать ; (10.13) ; m = 0,5; (10.14) , (10.15)где t - время эксплуатации компонента при температурах, вызывающих ползучесть;
- характеристика длительной пластичности, определяемая равномерным относительным сужением поперечного сечения ZTmt при длительном статическом разрушении;В случае если экспериментально обосновано, что
, то показатель степени вычисляют по формуле . (10.16)Значения
, (10.17)где
10.2.4 В случае если температура цикла находится в интервале от Tt до Tt + 50 K, то значения
10.2.5 Коэффициент запаса прочности по напряжениям
10.2.6 Допускаемую амплитуду напряжений для сварных соединений
вычисляют по формуле , (10.18)где
- амплитуда допускаемых условных упругих напряжений, определяемая для основного материала при заданном числе циклов.10.2.7 В случае если рассматриваемый компонент нагружают циклическими нагрузками при температурах T < Tt и T >= Tt, то следует учитывать повреждения от всех циклов независимо от температуры и условие (10.10) должно выполняться для суммы усталостных повреждений независимо от температуры цикла.
Допускается время эксплуатации разбивать на временные интервалы. Число ожидаемых циклов различного типа Ni следует распределять по интервалам пропорционально их протяженности. Допускаемое число циклов для каждого интервала времени определяют согласно 10.2.5. Значения
10.2.8 При расчете длительной циклической прочности компонентов ТВС, работающих в условиях нейтронного облучения, за допускаемое число циклов данного типа принимают минимальное из двух значений:
- число циклов
, где [N0] - число циклов для амплитуды напряжений по формулам (10.1) - (10.4) (при расчетах для условий, не вызывающих ползучесть);- число циклов по расчетной кривой усталости или соответствующим уравнениям для амплитуды напряжений, определенной по формулам (10.1) - (10.4) и поделенной на коэффициент
Значения коэффициентов
11.1.1 Расчет на сопротивление разрушению допускается не проводить для компонентов ТВС из сталей аустенитного класса или цветных сплавов, не подвергающихся нейтронному облучению или подвергающихся облучению до флюенса не более 1,5·1025 нейтр./м2 при энергии облучения E >= 0,1 МэВ.
11.1.2 Расчет на сопротивление разрушению проводят для всех режимов эксплуатации, включая НУЭ, ННУЭ, УПА, УИ.
11.1.3 Расчет проводят для зон компонента, в которых возможен нестабильный рост трещины, таких как сварные соединения (швы), области с наибольшими значениями коэффициентов интенсивности напряжений, с наименьшими допускаемыми значениями характеристик трещиностойкости, а также с наименьшими отношениями допускаемых значений характеристик трещиностойкости к расчетным.
11.1.4 Для компонентов ТВС, изготовленных из сплавов на основе циркония, необходимо учитывать значение толщины окисной пленки на поверхности тонкостенных компонентов ТВС и содержания водорода в металле, при котором может произойти охрупчивание металла.
11.1.5 Расчет состоит из выбора расчетных зон компонента, принятия (постулирования) расчетного дефекта, определения для него расчетных характеристик трещиностойкости и оценки сопротивления разрушению путем их сравнения с допускаемыми значениями.
11.1.6 Расчетный дефект для основного металла и сварного швов цилиндрических, сферических, конических, эллиптических, плоских компонентов ТВС следует принимать в виде поверхностной полуэллиптической трещины (рисунок 11.1), а в окрестности отверстий - в виде поверхностной четвертьэллиптической трещины (рисунок 11.2) глубиной a = 0,25s с соотношением полуосей 1/3.
![]() ![]() Расчетный дефект следует располагать параллельно площадкам действия максимальных нормальных напряжений.
11.1.7 Коэффициент запаса прочности при расчете на сопротивление разрушению nK принимают в зависимости от категории расчетного режима равным:
- для НУЭ nK = 2;
- при ННУЭ, УИ nK = 1,5;
- для УПА nK = 1.
11.2.1 Сопротивление разрушению считается обеспеченным, если в каждый рассматриваемый момент времени для компонента с постулированным расчетным дефектом в виде трещины для всех режимов эксплуатации выполняется условие
KJ <= [KJ]i (11.1)
или
KI <= [KI]i, (11.2)
где KI, KJ - коэффициенты интенсивности напряжений, рассчитываемые в линейной или нелинейной постановке;
[KI], [KJ]i - допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений, определяемые согласно 11.3;
i - индекс, указывающий на то, что допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений различаются в зависимости от расчетного режима: i = 1 для НУЭ; i = 2 для УИ и ННУЭ; i = 3 для УПА.
11.2.2 Расчетом должно быть определено максимальное значение коэффициента интенсивности KJ или KI в точках A и C расчетного дефекта в каждый рассматриваемый момент времени в каждом расчетном режиме с учетом переменного во времени распределения температур и напряжений по толщине стенки компонента ТВС в анализируемой зоне, включая остаточные напряжения в основном металле и сварном шве. Допускается принимать остаточное напряжение равным пределу текучести при температуре 293 К (20 °C).
Коэффициенты интенсивности напряжений KI допускается определять согласно 11.4.
11.3.1 Допускаемые значения [KJ]
Допускаемое значение коэффициента интенсивности напряжений KJ следует вычислять по формуле
, (11.3)где KJc - критическое значение коэффициента интенсивности напряжений;
nK - коэффициент запаса, принимаемый по следующим правилам:
- для сплавов на основе циркония и высокохромистых сталей при температуре T, не превышающей Tt, nK определяется по 11.1.7;
- при температуре T, превышающей Tt, nK = 1,1;
- для сталей аустенитного класса nK = 1,1.
11.3.2 Допускаемые значения [KI]
11.3.2.1 Допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений [KI]i рассчитывают на основе температурных зависимостей KIc или KJc материалов в исходном состоянии.
11.3.2.2 Допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений для углеродистых, легированных (в т.ч. кремнемарганцовистых и хромомолибденванадиевых) и высокохромистых сталей зависят от приведенной температуры (T - Tк) и расчетного случая. Изменение свойств материалов в процессе эксплуатации учитывается введением в расчет сдвигов критической температуры хрупкости Tк вследствие различных воздействий в процессе эксплуатации. Зависимость [KI]i от [T - Tк] получается как огибающая двух кривых, определяемых по исходной температурной зависимости KIc или KJc. Одна из этих кривых должна быть получена делением ординат исходной кривой на коэффициент запаса прочности nK, другая - смещением исходной кривой вдоль оси абсцисс на значение температурного запаса
Коэффициенты запаса nK принимаются согласно 11.1.7.
Температурный запас
- для НУЭ (i = 1)
;- при ННУЭ, УИ (i = 2)
;- для УПА (i = 3)
.Значение критической температуры хрупкости Tк принимается согласно 11.3.3.
11.3.2.3 При определении [KI]i значения флюенса Fn и температуры T принимаются равными их значениям в расчетной точке фронта трещины.
Критическую температуру хрупкости материала следует вычислять по формуле
, (11.4)где Tк0 - критическая температура хрупкости материала в исходном состоянии;
11.4.1 Расчет с использованием KI допускается проводить, если выполняется условие
где
Значение
(11.6)где
Эффективные брутто-напряжения
, (11.7)где
- зависимость коэффициента интенсивности напряжений в точке A от напряжений Коэффициенты интенсивности напряжений KI в точке A допускается определять согласно положениям настоящего подраздела.
11.4.2 В случае невыполнения условия (11.5) расчет должен проводиться методами нелинейной механики разрушения с использованием KJ (вычислением J-интеграла) на основе НДС в компоненте, рассчитанного в упругопластической постановке.
11.4.3 Допускается в случае невыполнения условия (11.5) проводить расчет методами линейной механики разрушения с использованием следующей процедуры коррекции коэффициента интенсивности напряжений KI с учетом пластической зоны перед фронтом расчетного дефекта.
Радиус r, мм, пластической зоны в вершине трещины следует вычислять по формуле
, (11.8)где
KI - значение коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины.
Скорректированное значение коэффициента интенсивности напряжений KIp следует вычислять по формуле
, (11.9)где коэффициент
-
-
при 0,05(s - a) < r <= 0,12(s - a);-
11.4.4 Коэффициент интенсивности напряжений KI для выбранных расчетных трещин определяют аналитически, численно или экспериментально.
11.4.5 Коэффициент интенсивности напряжений KI (МПа·м1/2) для цилиндрических, сферических, конических, эллиптических, плоских компонентов, нагружаемых механическими нагрузками и температурными воздействиями, допускается вычислять по формуле
(11.10)
где
Mp = 1 + 0,12·(1 - a/c);
Mq = 1 - 0,64·a/h;
a - глубина трещины, мм;
c - полудлина трещины, мм;
h - длина зоны, в пределах которой составляющая изгибных напряжений сохраняет положительное значение, мм. При расчетах для режимов НУЭ и УИ допускается принимать h = 0,5s;
Q = [1 + 4,6·(a/2c)1,65]1/2.
При расчете зон, где отсутствует концентрация напряжений, принимается
11.4.6 Составляющую напряжений растяжения (кольцевых или осевых) вычисляют по формуле
, (11.11)где j - координата
z - осевое направление;
s - толщина стенки в расчетном сечении.
11.4.7 Значение составляющей напряжений изгиба вычисляют по формуле
, (11.12)где
Точку n следует располагать на наружной или внутренней поверхности компонента в зоне действия максимальных растягивающих напряжений. Допускается определять KI по формуле
. (11.13) при 0 < s/R2 <= 5; (11.14) при s/R2 > 5, (11.15)где R2 - радиус кривизны концентратора напряжения (галтели) в рассчитываемом сечении;
При
Допускается определять
![]() а) 2 < s/R2 <= 5
![]() б) s/R2 > 5
для зон перехода жесткостей
Значения накопленной вязкопластической деформации растяжения, которые не должны превышать предельного допустимого значения, следует вычислять по формуле
, (12.1)где
;13.1 Расчет на прогрессирующее изменение формы и размеров ТВС (формоизменение) проводят применительно к компонентам ТВС, для которых остаточные изменения формы и размеров в работе недопустимы или ограничены заданными пределами по условиям нормальной эксплуатации ТВС.
13.2 Расчет проводят для нормальных и при нарушении нормальных условий эксплуатации с учетом всех расчетных нагрузок, указанных в 4.18.
13.3 Расчет изменения геометрических размеров компонента проводят посредством решения вязкоупругопластической задачи (с учетом термической ползучести, радиационного распухания или радиационного роста (для циркониевых сплавов) и радиационной ползучести).
13.4 Весь рассматриваемый период эксплуатации должен быть разбит на временные интервалы
. Для каждого временного интервала .13.5 На каждом временном интервале
13.6 Найденные расчетом значения перемещений, определяющих изменение формы и размеров, накопленных в компоненте в течение заданного срока службы с учетом числа повторений эксплуатационных режимов, не должны превышать допускаемых, установленных на основании эксплуатационных требований.
13.7 Расчет формоизменения ТВС необходимо выполнять с учетом анализа исходных данных, включающих в себя возможные отклонения толщин компонентов, разброс физико-механических свойств для обоснования наиболее консервативного состояния ТВС.
13.8 При расчете формоизменения рекомендуется учитывать возможные обратные связи в активной зоне, когда вследствие изменения проходных сечений или других размеров, касания твэлов друг с другом или каркасом ТВС в непроектных положениях изменяются исходные температурные и физические зависимости.
13.9 Для учета распухания, радиационной и температурной ползучести рекомендуется использовать уравнения, приведенные в приложении А.
13.10 По результатам расчета формоизменения определяют расчетное положение компонентов ТВС, изменение проходных сечений, прогибы каналов органов управления и защиты для подтверждения допустимости деформаций с целью исключения заклинивания, перегрева и других отклонений от проектного состояния.
13.11 Расчет на прогрессирующее изменение форм и размеров проводят для всех компонентов ТВС, для которых остаточные изменения формы и размеров в работе недопустимы или ограничены заданными пределами по условиям нормальной эксплуатации ТВС (по условиям работоспособности подвижных соединений, разбираемости разъемных соединений, стабильности зазоров, обеспечивающих гидравлические характеристики).
13.12 Прогрессирующее изменение формы и размеров в компоненте отсутствует, если максимальное значение размаха приведенных напряжений
. (13.1)В случае невыполнения данного условия допускается проведение уточненной оценки приспособляемости.
13.13 Уточненная оценка приспособляемости проводится для НУЭ и ННУЭ для всех расчетных нагрузок согласно 13.13.1 и 13.13.2, кроме внешних динамических и вибрационных. Должно быть выполнено любое из условий приспособляемости согласно 13.13.1 и 13.13.2.
13.13.1 Для осесимметричных компонентов с циклически изменяющейся температурой стенки, нагруженных давлением, приспособляемость обеспечена, если выполнены следующие условия:
- в случае линейного распределения температуры по толщине стенки компонента
(13.2)- в случае параболического распределения температуры по толщине стенки компонента
y <= 5,2(1 - x) при 0,615 < x < 1,0;
y <= 4,65 при 0,5 < x < 1,0;
y <= 3,55 в случае x = 0,4;
y <= 2,7 в случае x = 0,5, (13.3)
где
- отношение общих мембранных напряжений к пределу текучести при температуре T; - отношение размаха местных температурных напряжений без учета концентрации к пределу текучести при температуре T.Промежуточные значения y следует вычислять линейной интерполяцией.
13.13.2 Уточненную оценку приспособляемости упругопластическим или упруговязкопластическим расчетом проводят по накопленным в компоненте деформациям и перемещениям.
Допускаемые значения накопленной деформации растяжения для сталей аустенитного класса не должны превышать:
- 1% для средней деформации по сечению компонента (по толщине стенки);
- 2% для максимального значения на поверхности компонента деформации, линеаризованной по сечению (по толщине стенки);
- 5% в любой точке компонента.
Для сварных соединений сталей аустенитного класса допускаемая деформация составляет 0,5 от допускаемой деформации основного металла.
Найденные расчетом значения перемещений, накопленных в компоненте в течение заданного срока службы с учетом всех повторений эксплуатационных режимов, не должны превышать пределов, установленных в проекте.
14.1 Условие прочности по механизму коррозионного растрескивания под напряжением обеспечено, если выполняется условие:
, (14.1)где
[KSCC] - коэффициент запаса, [KSCC] = 1,5.
Для режимов НУЭ
14.2 Значение
, (14.2)где A, B,
t - время реализации режима ННУЭ и УПА, ч.
14.3 Для компонентов ТВС, изготовленных из сталей аустенитного класса и контактирующих со средой теплоносителя первого контура, расчет допускается не проводить при повреждающей дозе в компоненте менее 3 сна.
14.4 При расчете необходимо учитывать остаточные напряжения в сварных соединениях.
(справочное)
А.1 В расчетном обосновании необходимо учитывать кривые деформирования материалов ТВС под действием нейтронного облучения и температуры.
А.2 Для описания скорости радиационной и термической ползучести следует использовать зависимость:
, (А.1)где A, B, n - коэффициенты уравнения для скорости ползучести, определяемые экспериментально;
k - скорость набора повреждающей дозы, сна/с;
А.3 Для описания скорости радиационного распухания следует использовать зависимость
, (А.2)где Asw, Bsw, T0 - коэффициенты уравнения для скорости ползучести, определяемые экспериментально;
k - скорость набора повреждающей дозы, сна/с;
T - температура, °C;
t - время, с.
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/gost-r_gosudarstvennyj-standart/20/gost_43402.html
На правах рекламы:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||