Разработка методов прогнозирования длительной и циклической прочности аустенитных сталей в условиях нейтронного облучения на основе физико-механического моделирования процессов разрушения

• Автор: Бучатский, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 237 с. : ил.

Введение
1. Существующие методы прогнозировании свойств материала дли расчета на прочность элементов реакторов на быстрых нейтронах.

1.1. Условия работы и прочность элементов реактора на быстрых нейтронах

1.1.1. Условия эксплуатации, характерные типы нагружения и предельные

состояния элементов реактора

1.2. Мегоды прогнозирования длительной прочности материалов в исходном и облученном состояниях

1.2.1. Эмпирические подходы.

1.2.2. Использование теории КачановаРаботнова

1.2.3. Учет влияния нейтронного облучения.

1.3. Методы прогнозирования циклической прочности.

1.3.1. Методы прогнозирования циклической прочности без учета ползучести

1.3.2. Методы, прогнозирования циклической прочности при наличии ползучести
1.4. Обзор методов, описывающих кинетику роста трещины при длительном статическом нагружении
1.4.1. Анализ зависимостей, описывающих кинетику роста трещины при ползучести
1.4.2. Расчетные методы определения Сиптсграла
1.5. Анализ существующих методов, их ограничений и постановка задачи исследования. ,
1.5.1. Анализ методов прогнозирования длительной прочности
1.5.2. Анализ методов прогнозирования циклической долговечности.
1.5.3. Анализ методов прогнозирования скорости роста трещины в условиях ползучести
1.5.4. Постановка задач исследования
2. Прогнозирование длительной прочности и пластичности аустенигных материалов в условиях ползучести и нейтронного облучения
2.1. Физикомеханическая модель межзеренного разрушения
2.1.1. Критерий разрушения.
2.1.2. Уравнение зарождения пор по границам зерен
2.1.3. Уравнение роста пор.
2.1.4. Определяющие уравнения
2.2. Определение параметров, необходимых для расчетов по модели
2.2.1. Механические свойства в исходном и облученном состояниях
2.2.2. Распухание при нейтронном облучении.
2.2.3. Ползучесть при нейтронном облучении.
2.2.4. Определение калибровочных параметров модели.
2.3. Прогнозирование длительной прочности и пластичности аустенигных материалов при различных температурах и условиях облучения.
2.3.1. Верификация модели
2.3.2. Построение расчетных кривых длительной прочности для стали типа
2.4. Методы расчета долговечности элементов конструкций
2.4.1. Расчет повреждений с помощью силового и деформационного критериев
2.4.2. Определение критерия начала второй стадии ползучести
2.4.3. Выбор консервативного подхода для оценки повреждений
2.5 Выводы по главе 2
3. Прогнозирование сопротивления малоцикловому и многоцикловому усталостному разрушению при нейтронном облучении стали тина ХН9.
3.1. Основные положения процедуры построения кривых усталости.
3.2. Процедура построения кривых усталости при отсутствии эффектов ползучести Т0С
3.2.1. Учет асимметрии цикла нагружения.
3.2.2. Определение параметров в уравнении КоффинаМэнсона.
3.2.3. Описание температурных зависимостей параметров сто,2, ст и Г уравнения КоффинаМэнсона аустенитных сталей в условиях нейтронного облучении.
3.2.4. Расчетные кривые сопротивления усталостному разрушению при
Т 0 С.
3.3. Процедура построения кривых усталости при наличии эффектов ползучести Т0С
3.4.Верификация метода прогнозирования циклической прочности
3.4.1. Сопоставление расчетных и экспериментальных результатов для материала в исходном состоянии.
3.4.2. Сопоставление расчетных и экспериментальных результатов для материала в облученном состоянии.
3.5. Построение нормативных кривых сопротивления усталостному разрушению
3.6. Процедура формирования циклов при сложном нагружении и объемном напряженном состоянии.
3.6.1 Процедура определения профиля нагружения и размаха деформаций
при нестационарном нагружении.
3.6.2 Формирование циклов нагружения
3.7. Расчет повреждений при взаимодействии усталости и ползучести
3.8 Выводы по главе 3.
4. Прогнозирование кинетики трещим в условиях ползучести и нейтронного облучения.
4.1. Обобщение имеющихся данных по скорости роста трещин при ползучести для аустенитных сталей в исходном состоянии
4.2. Процедура учета влияния нейтронного облучения на скорость роста трещины в условиях ползучести.
4.3. Определение коэффициентов зависимости скорости роста трещины в условиях нейтронного облучения
4.3.1. Влияние флакса нейтронов и температуры па скорость роста трещины
при ползучести.
4.3.2. Влияние предварительного флюенса нейтронов на скорость роста трещины при ползучести.
4.3.3. Нормативные кривые скорости роста трещины аустснитных сталей в условиях ползучести и нейтронного облучения
4.3.4. Оценка сходимости результатов прогноза процесса роста трещины ползучести.
4.4. Расчет рост трещины в элементе конструкции по механизму усталости
и ползучести.
4.6. Выводы по главе 4
Выводы но работе.
Приложение.
Литература


При этом связь между со и параметрами напряженнодеформированного состояния НДС например, а и ес носит эмпирический характер, что также не позволяет использовать данный подход в широком температурносиловом диапазоне. Подход, предложенный Качановым и Работновым, может быть развит при использовании физикомеханических моделей накопления повреждений . В частности, в 6 были предложены зависимости, описывающие зарождение пор по границам зерен. Механизм роста пор, вызванный диффузионными процессами и ползучестью, исследовались в 7, 8, 9. В 9, разработана модель, базирующаяся на описании процесса зарождения и роста мор в элементарных ячейках, позволяющих моделировать разрушение поликристаллического материала по границам зерен. В этой модели поликристаллическое зерно и граница зерна представлены как различные материалы со специальными свойствами. В П предложена модель межзеренного разрушения при ползучести в условиях объемного напряженного состояния. На основе представленной в работе модели выполнено исследование влияния жесткости напряженного состояния на роса пор, обусловленный процессами ползучести. Гст,сс,со со фа,с,о,
1. Сразу необходимо отметить, что работ связанных с влиянием нейтронного облучения па ползучесть аустенитных сталей типа ХН9 крайне мало, но еще меньше работ но влиянию нейтронного облучения на длительную прочность таких сталей. Относительно большее количество работ по определению ползучести при нейтронном облучении связано с тем, что такие опыты провести значительно легче, чем опыты на длительную прочность при облучении. В первом случае для определения ползучести достаточно подвергнуть испытаниям газонаполненные трубки и поместить их в реактор. При определении длительной прочности дело обстоит значительно сложней, так как в реакторе нельзя допустить разрушение газонаполненной трубки. Нейтрон. Установки Нейтрон устанавливались в различные типы реакторов СМ2, ВВРМ, ИРТ, РБТ . Ф, Т функция, зависящая от флакса Ф и температуры облучения 4, аес функция, описывающая скорость ползучести материала в необлученном состоянии гес . Учет влияния нейтронного облучения на длительную прочность был предложен в работах Киселевского . Качановым и Работновым, параметр, характеризующий нейтронное облучение интенсивность потока нейтронов флакс нейтронов. Тогда уравнения 1. Га,яс,ш,Ф 1. Ь фа, дс,й, Ф, 1. Ф флакс нейтронов. То есть принимается, что облучение не влияет на критическое значение параметра о. Наиболее распространенный метод прогнозирования сопротивления циклическому нагружению предегавлен в 3. Д. ,4Мг 4 . II ш, тс константы материала. Учет влияния нейтронного облучения на циклическую долговечность в данном методе осуществляется через изменение стандартных механических свойств вследствие нейтронного облучения. Метод, описанный в разделе 1. Асразмах деформаций Е модуль Юнга, зависящий от температуры Т количество циклов до зарождения трещины при размахе деформаций деформация разрушения длительная пластичность асг длительная прочность. Учет влияния нейтронного облучения на циклическую долговечность в данном методе осуществляется через изменение длительных свойств под воздействием нейтронного облучения. В работах , , , 6 8 используется гак называемый метод разделения размаха деформации, суть которого заключается в разделении повреждений, порождаемых деформациями, зависящими и не зависящими от времени. Аес. Пррь Пср ПрСЬ Псс, 1. В уравнении 1. Нрр долговечность при размахе деформации Дерр и т. Пс повреждение, вызванное односторонне накопленными деформациями ползучести, Пс повреждение, вызванное односторонне накопленными пластическими деформациями. Пс повреждение, вызванное односторонне накопленными деформациями. В усложненных вариантах рассматриваемых методов вводятся весовые функции вклада каждой повреждаемости или же принимается, что коэффициенты Срр, сср, Срс, ссс являются функциями повреждаемости . Например, сррДПср, Прс, Псс. Два последних описанных метода , 6 и 7, 8, в отличие от метода Мэнсона , не ограничены применением только для жесткого цикла нагружения.