Прочность трубопроводов АЭС, ослабленных трехмерными дефектами стенки

• Автор: Ван Хайжун
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. РАСЧЕТЫ II ПРОЧНОСТЬ ДЕФЕКТНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ОБЗОР.

1.1. Численные расчеты методом конечных элементов

1.2. Методика В

1.3. Российская методика

1.4. Методика 0

1.4.1. Локальное утонение, случай 1.

1.4.2. Локальное утонение, случай 2.

1.4.3. Локальное утонение, случай 3.
1.5. Бельгийская методика.
1.5.1. Расчет допустимой толщины, средней по оси трубы
1.5.2. Расчет средней допустимой толщины по окружности трубы
1.5.3. Расчет допустимого осевого и окружного размеров локального утонения.
1.6. Чешская методика.
1.7. Двухкритсриальный подход.
1.8. Концепция накопления повреждений.
1.9. Экспериментальнорасчетная методика оценки опасности
повреждений.
1 Метод реальных элементов.
Выводы по главе 1
ГЛАВА 2. МЕТОД РЕАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МеРеЭл.
2.1. Применение МеРеЭл для упру го пластического расчета предельного
состояния балки.
2.2. Стержневые МеРеЭл модели для расчетов дефектных
трубопроводов.
2.2.1. Стержневая модель для расчетов окружной прочности трубопровода.
2.2.2. Стержневая модель для расчетов осевой прочности трубопровода.
2.2.3. Особенности стержневых моделей гибов трубопроводов
2.2.4. Концепция равнопрочного гиба
2.2.5. Аппроксимация поверхности ЗЭ дефектов.
2.3. Выбор размеров модели
2.4. Учет изменения значений коэффициента Пуассона
Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ГИБОВ ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ НАЛИЧИИ ТРЕХМЕРНЫХ ДЕФЕКТОВ СТЕНКИ
3.1. Особенности расчетов трубопроводов при нагружении внутренним
давлением и изгибающим момешгом.
3.2. Предельное состояние поврежденного гиба при нагружении внутренним давлением
3.3. Предельное состояние поврежденного гиба при нагружении внутренним давлением и изгибающим моментом .
3.4. Анализ результатов расчетов предельного состояния
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ВЕРИФИКАЦИЯ МЕТОДА ОЦЕНКИПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПОВРЕЖДЕННОГО ТРУБОПРОВОДА
4.1. Сопоставление результатов расчетов по МКЭ и по МеРеЭл.
4.2. Сопоставление результатов расчетов по МеРеЭл с данными натурных экспериментов
Выводы по главе 4
ГЛАВА 5. ПОСТРОЕНИЕ ОБЪЕДИНЕННЫХ КРИТЕРИЕВ ПРОЧНОСТИ
5.1. Проблема и пути ее решения
5.2. Математическая база построения объединенных критериев.
5.3. Механика разрушения.
5.4. Прочность трубопроводов при наличии коррозионноэрозионных повреждений.
Выводы по главе 5
ГЛАВА 6. МЕСТО МеРеЭл В СИСТЕМЕ МЕТОДОВ ПРОЧНОСТНЫХ
РАСЧЕТОВ.
Выводы по главе 6
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Методы расчетов на прочность элементов трубопроводных систем, имеющих локальные дефекты типа «потеря металла», можно условно разделить на несколько групп в зависимости от математического аппарата и используемых критериев прочности. К этой группе относятся расчеты, базирующиеся на анализе полей напряжений в области дефекта и применении одной из классических теорий прочности. Для этого, как правило, требуется решение задачи механики деформируемого твердого тела с соответствующими граничными условиями, что сейчас обычно достигается с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Несмотря на существование большого числа стандартных пакетов, реализующих МКЭ [-], эти численные расчеты нельзя отнести к тривиальным и широко применимым в инженерной практике. Трудности использования МКЭ для решения упругопластических задач связаны с адаптацией объекта анализа к алгоритму МКЭ, записью аппроксимирующей функции элемента, с выбором частоты разбиения объекта на конечные элементы и шага приращения нагрузки [2, ]. И хотя степень распространения МКЭ в инженерной среде растет, он еще не получил своего отражения в Нормах прочности оборудования и трубопроводов АЭС []. МКЭ часто используется для моделирования напряженного состояния элементов трубопроводных систем. В работах [-] этим методом исследовано напряженно-деформированное состояние тора под внутренним давлением. В статье [] МКЭ использован для получения информации, на основе которой построены аналитические выражения для прочностных расчетов труб при нагружении внутренним давлением и изгибающим моментом. Особо следует отметить применение МКЭ в создании экспертных прочностных систем (ЭПС), базирующихся на базах знаний о механическом поведении конструкционных материалов [-]. Создание экспертных систем в области обеспечения прочности и надежности сложных технических систем, к которым, несомненно, относятся и АЭС - одна из основных задач, стоящих перед прочностной наукой. Решению этой задачи может способствовать развитие ЭПС для оперативной оценки опасности повреждений трубопроводов АЭС, оперирующих с достоверной базой знаний о трещиностойкости конструкционных материалов и элементов трубопроводных систем. Экспертным системам в области механики разрушения целиком посвящен выпуск журнала Engineering Fracture Mechanics, , Vol. Методика относится к группе методов, базирующихся на критериях механики разрушения [-]. Сравнительно пологий трехмерный дефект глубиной а заменяют сквозной трещиной, имеющей аналогичные размеры дефекта Цп по осевому сечению, как показано на рис. При этом переход от плоского образца (для соответствующих испытаний поврежденного конструкционного материала на трещиностойкость) к трубопроводу осуществляют с использованием поправки Фолиаса [-]. На этих принципах основана полуэмпириче-ская методика оценки допустимого давления в трубопроводе с локальным трехмерным дефектом стенки коррозионного происхождения В G ASME [], разработанной для трубопроводного транспорта нефти и газа, в которой окружной размер Lt дефекта в явном виде не учитывается. V . Л: * - }? Рис. Г/ ¦ А > (1. А - площадь соответствующей поверхностной трещины, - протяженность дефекта вдоль оси трубы, ас - номинальное разрушающее окружное напряжение дефектной трубы и су- напряжение полномасштабной текучести, являющееся функцией механических свойств конструкционного материала трубы. Для создания норм прочности поврежденных трубопроводов необходимо конкретизировать выражение для оу*. Ч2. Уравнение (1. СТ0. Ос и Ср - соответственно конструкционный и температурный коэффициенты по документации А5МЕ, п - запас прочности. Формула (1. Это есть следствие применения разных критериев при конструировании трубопровода и при оценке его эксплуатационной прочности при наличии повреждений. На практике это обусловлено наличием запаса прочности и» 1,5, а также тем обстоятельством, что при выборе трубы по сортаменту конструктор невольно завышает толщину трубы. Другими словами, уравнение (1. И этим формально устраняется указанное противоречие. Для прямоугольной трещины условие (1. Однако, если уравнение (1. Г ?