Численное моделирование упруговязкопластического деформирования конструкций из нержавеющих сталей и графитов при квазистатических терморадиационных нагружениях

• Автор: Горохов, Василий Андреевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 113 с. : ил.

1. ПРОБЛЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ТЕРМОРАДИАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
1.1. Влияние нейтронного облучения на деформационные свойства нержавеющих сталей
1.2. Механические свойства конструкционных графитов в условиях термических и радиационных воздействий
1.3. Моделирование упруговязкопластического поведения материалов
и конструкций при терморадиационных нагружениях
1.4. Выводы. Цели диссертационной работы
2. МОДЕЛИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ И ГРАФИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ТЕРМОРАДИАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
2.1. Формулировка математической модели деформирования материалов, находящихся под воздействием термических и радиационных полей
2.2. Базовая модель деформирования графита при
терморадиационных воздействиях
2.3. Модель деформирования нержавеющих сталей при терморадиационных воздействиях
2.4. Математическая модель деформирования трансверсально-изотропных материалов в условиях квазистатических силовых и терморадиационных воздействий

3. МЕТОДИКА ЧИСЛЕНОГО РЕШЕНИЯ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАДАЧ УПРУГОВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ТЕРМОСИЛОВЫХ И РАДИАЦИОННЫХ НАГРУЖЕНИЯХ
3.1. Описание процессов деформирования элементов конструкций
при квазистатических термосиловых и радиационных нагружениях
3.2. Численное решение задач методом конечных элементов
3.3. Комбинированная шаговая схема решения задач упруговязкопластического деформирования конструкций при квазистатических термосиловых и радиационных воздействиях
3.4. Алгоритм вычисления необратимых деформаций на подэтапе нагружения
3.5. Принципиальная схема организации вычислительного процесса
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ТЕРМОРАДИАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
4.1. Численное моделирование процессов деформирования графитовых конструкций при терморадиационных воздействиях
4.2. Численное моделирование поведения конструкций из нержавеющих сталей при действии термических и
радиационных полей
4.3. Численное моделирование кинетики НДС обечайки отражателя нейтронов в условиях термического и радиационного воздействия
4.4. Численное моделирование на основе структурнофеноменологической модели процессов деформирования конструкций, выполненных из трансверсально-изотропных материалов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Многие конструктивные элементы современной техники, в частности ядерных энергетических установок, работают продолжительное время в условиях механических и физических воздействий, что приводит к необходимости исследования поведения в процессе эксплуатации наиболее ответственных узлов. Характерной особенностью, отличающей условия эксплуатации ряда ответственных узлов ядерных энергетических установок (ЯЭУ), является работа в течение длительного срока в условиях повышенных температур и интенсивного радиационного облучения. Эксплуатация конструкции в условиях радиационного воздействия приводит к значительным изменениям механических свойств и дополнительным эффектам поведения облучаемого материала, оказывающим существенное влияние на процессы деформирования конструкции в целом.
Материалами, наиболее широко используемыми в ядерных энергетических установках, являются нержавеющие стали и искусственные конструкционные графиты. Нейтронное облучение вызывает радиационное формоизменение и радиационную ползучесть нержавеющих сталей, значительно влияет на протекание процессов термической ползучести и пластичности. В конструкционных графитах, наряду с перечисленными эффектами в процессе облучения проявляется также анизотропия свойств, оказывающая существенное влияние на поведение этих материалов в условиях терморадиационных воздействий. Для адекватного отражения процессов деформирования элементов конструкций, работающих в условиях термических и радиационных воздействий, должны быть созданы математические модели, описывающие упруговязкопластическое поведение конструкционных материалов с учетом основных эффектов возникающих при нейтронном облучении. Кроме того, необходимо разработать алгоритмы и численные методики, реализующие созданные модели в виде программных средств численного исследования упруговязкопластического деформирования конструкций при терморадиационных воздействиях.

При выполнении условий (3.1), (3.2) и (3.11) условие стационарности функционала:
8П = 0 (3.13)
эквивалентно выполнению уравнений равновесия в объеме конструкции V (3.3), (3.9) и на части поверхности 2^ (3.5), (3.10).
Условию стационарности функционала (3.13) соответствует система разрешающих уравнений, описывающих поведение конструкции на шаге нагружения, которую можно представить в следующем виде [81]:
ЯДС/- АЛ = 0, (3.14)
где Я = Я(/) - линейный оператор, определяемый модулями упругости материала при температуре и флюенсе нейтронов, соответствующими текущему значению параметра г = АС/ - функция изменения перемещений точек конструкции для текущего шага нагружения; АЛ - функция нагрузки, включающая в себя постоянную на шаге составляющую АЛ' и переменную АЛ':
ДЛ = ДЛ' + ДЛ". (3.15)
Постоянная составляющая АЛ' = АЛ'(г) определяется совокупностью внешних воздействий на конструкцию в виде объемных и поверхностных сил, температур, уровней нейтронного облучения, граничных смещений и их изменений на шаге нагружения. Переменная часть АЛ" = АЛ"(С/, () включает в себя нелинейные члены, зависящие от решения задачи, и определяется текущими значениями дополнительных деформаций АА^.
В дискретной формулировке на основе метода конечных элементов операторному уравнению (3.14) соответствует система алгебраических уравнений, в которой роль оператора Я играет матрица жесткости конструкции.
При решении задач на шаге нагружения оператор Я и вектор АЛ' формируются в начале шага и не меняются в процессе последовательных приближений. При этом решение задачи (3.16) представляется в виде:
А11 = Аи' + Аи, (3.16)