ГОСТ Р 59429-2021
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УСТРОЙСТВА ВНУТРИКОРПУСНЫЕ ВОДО-ВОДЯНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА
Расчет на прочность на стадии проектирования
Pressure vessel internals of water-water power reactor. Strength analysis at the design stage
ОКС 27.120.10
Дата введения 2022-01-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" им.И.В.Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 "Атомная техника"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2021 г. N 1180-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5 Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт устанавливает требования к расчетному обоснованию прочности на стадии проектирования внутрикорпусных устройств водо-водяных энергетических реакторов, на которые распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии [1], с учетом изменения свойств их материалов под действием эксплуатационных факторов.
1.2 Настоящий стандарт предназначен для применения при обосновании прочности внутрикорпусных устройств водо-водяных энергетических реакторов в соответствии с [1].
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 8.985 Государственная система обеспечения единства измерений. Служба стандартных справочных данных в области использования атомной энергии. Общие положения
ГОСТ Р 50.05.08 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Визуальный и измерительный контроль
ГОСТ Р 59115.1 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Термины и определения
ГОСТ Р 59430 Устройства внутрикорпусные водо-водяного энергетического реактора. Расчет на прочность на постпроектных стадиях
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59115.1, ГОСТ Р 50.05.08, ГОСТ Р 8.985, [1], а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 динамическое воздействие: Воздействие динамического характера, оказываемое явлениями и факторами техногенного или природного характера и передающееся на элементы внутрикорпусных устройств реактора со стороны корпуса реактора, в частности, при воздействии землетрясения, воздушной ударной волны, падении летательного аппарата, а также при совместном действии динамических нагрузок при проектной аварии и инерционных нагрузок при проектном землетрясении.
3.2 компонент внутрикорпусного устройства: Часть элемента внутрикорпусного устройства, границы которой проходят по одному или нескольким неразъемным и/или разъемным соединениям.
3.3 консервативная зависимость радиационного распухания: Расчетная функциональная зависимость свободного радиационного распухания материала от температуры облучения и повреждающей дозы нейтронного облучения, использующая консервативное значение параметра радиационного распухания материала.
3.4 критическое событие: Событие, которое может привести к снижению или нарушению прочности, либо к недопустимому изменению размеров элемента (компонента).
Примечание - Критическим событием для внутрикорпусных устройств водо-водяных энергетических реакторов является любое событие из следующего перечня: зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости, зарождение трещины по механизму коррозионного растрескивания, исчерпание деформационной способности материала, потеря несущей способности, недопустимое изменение размеров, нестабильное развитие трещины, потеря несущей способности элемента (компонента) и формирование зоны предельного охрупчивания.
3.5 критическое событие "зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости": Состояние элемента (компонента), когда в какой-либо его зоне в процессе эксплуатации происходит зарождение трещины по механизму усталости, в том числе с учетом влияния среды при зарождении трещины в его поверхностном слое.
3.6 критическое событие "зарождение трещины по механизму коррозионного растрескивания": Состояние элемента (компонента), когда в какой-либо его зоне в процессе эксплуатации происходит зарождение трещины по механизму коррозионного растрескивания.
3.7 критическое событие "исчерпание деформационной способности материала": Достижение материалом элемента (компонента) такой пластической деформации, при которой, дальнейшая эксплуатация этого элемента (компонента) допускается только после специального освидетельствования.
3.8 критическое событие "недопустимое изменение геометрических размеров": Достижение элементом (компонентом) в процессе эксплуатации такого изменения его размеров, при котором нарушается нормальное функционирование этого и (или) соседних элементов (компонентов) реакторной установки.
3.9 критическое событие "нестабильное развитие трещины": Состояние элемента (компонента), когда в какой-либо его зоне в процессе эксплуатации происходит нестабильное, т.е. не требующее увеличения нагрузки, развитие имеющейся в этой зоне трещины.
3.10 критическое событие "потеря несущей способности элемента [компонента]": Состояние элемента [компонента], при котором его дальнейшее деформирование происходит без дополнительного нагружения.
3.11 критическое событие "формирование зоны предельного охрупчивания": Состояние элемента (компонента), когда в нем формируется зона максимальной протяженностью 2 мм, в которой радиационное распухание материала в процессе эксплуатации достигает или превышает критическое значение, соответствующее предельному охрупчиванию материала.
3.12 медианная зависимость радиационного распухания: Расчетная функциональная зависимость свободного радиационного распухания материала от температуры облучения и повреждающей дозы нейтронного облучения, использующая медианное значение параметра радиационного распухания материала.
3.13 метод весовых функций: Численный метод, основанный на принципе суперпозиции решений, соответствующих различным, априорно заданным, распределениям некоторой функции; при расчете коэффициента интенсивности напряжений для заданного распределения напряжений в элементе (компоненте) с трещиной используется суперпозиция решений, соответствующих различным распределениям напряжений.
3.14 охрупчивание материала: Снижение пластических свойств (деформации разрушения) и статической трещиностойкости материала под воздействием нейтронного облучения.
3.15 первичная нагрузка: Нагрузка на элемент (компонент), обусловленная давлением, весом, внешними силами и динамическими воздействиями.
3.16 повреждающая доза: Интегральная характеристика, отражающая степень радиационного повреждения металла, определяемая как накопленное за определенное время число смещений одного атома из узла кристаллической решетки под действием нейтронного и гамма-излучения; единицей повреждающей дозы является безразмерная величина "сна" - смещение на атом.
3.17 подрост трещины: Увеличение длины трещины.
3.18 проектная модель эксплуатации внутрикорпусных устройств: Перечень, количество и параметры предусмотренных проектом режимов нагружения элементов (компонентов) внутрикорпусных устройств.
3.19 простое нагружение: Нагружение, при котором все компоненты девиатора напряжения возрастают пропорционально одному общему параметру.
3.20 расчет в упруго-вязкопластической постановке: Расчет по определению напряженно-деформированного состояния элемента (компонента) в предположении упруго-вязкопластического поведения материала на основе теории упругости, теории пластического течения и теории ползучести.
3.21 расчет в упругой постановке: Расчет по определению напряженно-деформированного состояния элемента (компонента) в предположении упругого поведения материала на основе теории упругости.
3.22 расчет в упругопластической постановке: Расчет по определению напряженно-деформированного состояния элемента (компонента) в предположении упругопластического поведения материала на основе теории упругости и теории пластического течения.
3.23 расчетный дефект: Дефект в виде трещины заданной формы (эллиптической, полуэллиптической или четвертьэллиптической) с заданными размерами полуосей, расположением и ориентацией, постулируемый в рассматриваемом элементе (компоненте) с целью расчета на нестабильное развитие трещины и потерю несущей способности, в том числе с учетом стабильного подроста трещины.
3.24 референсное напряжение: Эффективное напряжение, действующее в элементе (компоненте) с трещиной и отражающее степень нагруженности элемента вплоть до потери его несущей способности.
3.25 свободное радиационное распухание: Увеличение объема материала в результате нейтронного облучения, когда расширение материала не ограничено кинематическими или силовыми условиями.
3.26 сложное нагружение: Нагружение, в процессе которого изменяется соотношение между компонентами девиатора напряжений.
_______________
4 Обозначения и сокращения
4.1 Сокращения
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор;
ВКУ - внутрикорпусные устройства реактора;
ДВ - динамические воздействия;
ЗПО - зона предельного охрупчивания;
КИН - коэффициент интенсивности напряжений;
МВФ - метод весовых функций;
МКЭ - метод конечных элементов;
НДС - напряженно-деформированное состояние;
ННЭ - нарушение нормальной эксплуатации ВКУ;
НЭ - нормальная эксплуатация ВКУ;
НЭК - неразрушающий эксплуатационный контроль;
ПА - проектная авария;
ПЗ - проектное землетрясение;
РУ - реакторная установка.
4.2 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие условные обозначения.
4.2.1 Обозначения геометрических параметров:
a, c - длина малой и большой полуоси расчетного дефекта, мм;
W - расстояние между элементами (компонентами) ВКУ или между элементом (компонентом) ВКУ и иными элементами (компонентами) РУ, мм;
[W] - допускаемое расстояние между элементами (компонентами) ВКУ или между элементом (компонентом) ВКУ и иными элементами (компонентами) РУ, мм.
4.2.2 Обозначения параметров нагружения, механики разрушения и повреждения:
dF/dt - скорость набора повреждающей дозы, сна/час;
dl/dt - скорость роста трещины по механизму радиационной ползучести, мм/час;
F - повреждающая доза нейтронного облучения, сна;
J - J-интеграл, Н/мм;
N - количество циклов, шт.;
R - коэффициент асимметрии цикла напряжений, отн. ед.;
S - радиационное распухание материала с учетом напряжений, отн. ед.;
t - время, час;
T - температура эксплуатации, °С;
4.2.3 Обозначения механических свойств материала:
E - модуль упругости материала, МПа;
G - модуль сдвига, МПа;
K - коэффициент объемного сжатия;
4.2.4 Обозначения параметров НДС:
4.2.5 Обозначения коэффициентов запаса:
5 Общие положения
5.1 Прочность и допустимость изменения размеров элемента ВКУ оценивают на основании анализа предельных состояний элементов (компонентов) ВКУ согласно [1].
5.2 При оценке прочности элемента (компонента) ВКУ принимают, что зарождение в нем дефекта может происходить по механизмам усталости, коррозионного растрескивания при контакте со средой теплоносителя первого контура ВВЭР, а также за счет формирования зоны предельного охрупчивания материала.
5.3 При оценке прочности элемента (компонента) ВКУ принимают, что стабильный рост дефекта в нем может происходить по механизмам усталости, радиационной ползучести и за счет развития зоны предельного охрупчивания материала.
5.4 При оценке допустимости изменения размеров элемента (компонента) ВКУ принимают, что изменение его размеров может происходить за счет радиационного распухания и радиационной ползучести материала, а также за счет ДВ.
5.5 Предельные состояния элемента ВКУ (см. таблицу 5.1) могут быть достигнуты при реализации следующих критических событий.
5.5.1 Зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости.
5.5.2 Зарождение трещины по механизму коррозионного растрескивания.
5.5.3 Формирование зоны с предельным охрупчиванием материала.
5.5.4 Нестабильное развитие трещины.
5.5.5 Потеря несущей способности.
5.5.6 Недопустимое изменение геометрических размеров.
5.5.7 Исчерпание деформационной способности материала.
Таблица 5.1 - Предельные состояния элемента ВКУ и приводящие к ним критические события
|
|
Предельное состояние | Критическое событие |
Зарождение трещины | 5.5.1 или 5.5.2 |
Нестабильное развитие трещины | 5.5.3 + 5.5.4**, 5.5.4* |
Охват пластической деформацией всей площади любого сечения элемента ВКУ | 5.5.5 |
Недопустимое изменение геометрических размеров | 5.5.6 |
Предельная величина пластической деформации, при достижении которой может произойти разрушение | 5.5.7 |
* Для расчетного дефекта.
** Рассматривают сочетание критических событий. | |
5.6 Оценку прочности и допустимости изменения размеров элемента (компонента) ВКУ проводят наряду с расчетом на статическую прочность и устойчивость, в котором допускаемые напряжения определяются согласно [1].
5.7 При оценке прочности элемента (компонента) ВКУ учитывают все нагрузки в соответствии с [1], в том числе:
- механические нагрузки от веса активной зоны, собственного веса ВКУ, усилий поджатия прижимных устройств и тепловыделяющих сборок;
- гидравлические нагрузки;
- перепад давления теплоносителя;
- архимедовы (выталкивающие) силы;
- динамические нагрузки от падения рабочих органов системы управления и защиты реактора при аварийном останове;
- динамические нагрузки от внешних динамических воздействий;
- силы взаимодействия между элементами ВКУ и элементами активной зоны (при наличии контакта);
- силы взаимодействия между элементами ВКУ и другими элементами реактора.
5.8 Анализ реализации критических событий 5.5.1-5.5.7 проводят по процедурам разделов 10-17 с использованием представленных в соответствующих приложениях определяющих уравнений деформирования и зависимостей для определения расчетных значений физико-механических свойств материалов ВКУ.
5.9 Прочность и допустимость изменения размеров элемента (компонента) ВКУ должны быть обоснованы для всего назначенного срока службы на основе расчетов с использованием медианной зависимости радиационного распухания материалов ВКУ, параметры которой принимают в соответствии с приложением А.
5.10 Для элемента (компонента) ВКУ или его части для режимов НЭ и ННЭ допускается не проводить анализ реализации критических событий 5.5.2-5.5.6, если одновременно выполняются следующие условия:
- повреждающая доза нейтронного облучения материала этого элемента (компонента) за назначенный срок службы не превышает 3 сна;
- максимальные напряжения без учета их концентрации не превышают половину передела текучести материала в исходном состоянии;
- повреждение по механизму усталости при циклическом нагружении не превышает 0,01.
5.11 Необходимость проведения периодического контроля изменения геометрических размеров элемента (компонента) ВКУ в процессе эксплуатации определяют по результатам анализа его прочности и допустимости изменения размеров с использованием консервативной зависимости радиационного распухания материалов ВКУ. Если прочность и допустимость изменения размеров элемента (компонента) ВКУ не обосновывают для всего назначенного срока службы на основе расчетов с использованием консервативной зависимости радиационного распухания материалов ВКУ, то в конструкторской документации ВКУ должны быть предусмотрены:
- включение в требования к эксплуатационному контролю ВКУ проведение периодического контроля изменения геометрических размеров рассматриваемого элемента (компонента); время начала проведения и периодичность проведения контроля определяют в соответствии с приложением Б;
- возможность проведения для рассматриваемого элемента (компонента) компенсирующих мероприятий с целью обеспечения назначенного срока службы.
6 Условие обоснования прочности при анализе реализации критических событий при нормальной эксплуатации и нарушении нормальной эксплуатации
6.1 Обоснование прочности элемента (компонента) ВКУ проводят согласно проектной модели эксплуатации ВКУ.
6.2 Обоснование прочности элемента (компонента) ВКУ проводят как для основного металла, так и для сварных швов этого элемента (компонента).
Примечание - Для всех однотипных сварных швов (выполненных по одинаковой схеме разделки) допускается проводить анализ прочности только для самого нагруженного шва. Если среди анализируемых однотипных сварных швов есть как швы, которые подвергаются периодическому НЭК, так и швы, которые ему не подвергаются, анализ прочности проводят как для самого нагруженного контролируемого шва, так и для самого нагруженного неконтролируемого шва.
6.3 При обосновании прочности элементов (компонентов) ВКУ принимают, что на момент начала эксплуатации расчетный дефект отсутствует во всех элементах (компонентах), кроме сварных швов, которые при эксплуатации не будут подвергать периодическому НЭК.
6.4 В элементе (компоненте) ВКУ (как в основном металле, так и в сварных швах) проводят анализ зарождения трещины при реализации критических событий 5.5.1 и 5.5.2.
6.4.1 Анализ реализации критического события 5.5.1 проводят в соответствии с разделом 10. Для областей элемента (компонента) ВКУ, контактирующих со средой теплоносителя первого контура ВВЭР, анализ проводят с учетом влияния среды теплоносителя первого контура.
6.4.2 Анализ реализации критического события 5.5.2 проводят в соответствии с разделом 11. Анализ проводят только для областей элемента (компонента) ВКУ контактирующих со средой теплоносителя первого контура ВВЭР, не принадлежащих ЗПО и имеющих повреждающую дозу более 3 сна на момент окончания назначенного срока службы.
6.5 В неконтролируемых сварных швах элемента (компонента) ВКУ проводят анализ возможного стабильного подроста постулируемых дефектов.
6.5.1 На момент начала эксплуатации в самых нагруженных неконтролируемых сварных швах каждого типа (выполненных по различным схемам разделки) постулируют расчетные дефекты, вид, размеры и ориентацию которых определяют согласно 9.2.
6.5.2 Для каждого постулированного по 6.5.1 дефекта проводят анализ его возможного стабильного подроста по механизмам усталости и радиационной ползучести в соответствии с разделом 13 от начала эксплуатации до момента окончания назначенного срока службы элемента ВКУ или до момента нестабильного развития дефекта (до момента реализации критического события 5.5.4).
6.6 В элементе (компоненте) ВКУ (как в основном металле, так и в сварных швах) проводят анализ образования дефекта при реализации критического события 5.5.3 и возможного стабильного развития этого дефекта.
6.6.1 Анализ реализации критического события 5.5.3 проводят в соответствии с разделом 12.
6.7 Если в элементе (компоненте) ВКУ критические события 5.5.1-5.5.3 не реализуются за весь назначенный срок службы, а повреждающая доза нейтронного облучения материала превышает 3 сна, то на момент окончания назначенного срока службы в элементе (компоненте) ВКУ постулируют расчетный дефект, вид, размеры и ориентацию которого определяют согласно 9.4.
6.8 Прочность элемента (компонента) ВКУ считается обоснованной при НЭ и ННЭ, если за назначенный срок службы для него выполнены все следующие условия.
6.8.1 Не реализуются критические события 5.5.1 и 5.5.2 (в том числе для сварных швов, которые при эксплуатации не будут подвергать периодическому НЭК).
6.8.2 Расчетный дефект, постулируемый по 6.6.2, с учетом его возможного стабильного развития не достигает поверхности рассматриваемого элемента (компонента), контактирующей со средой теплоносителя первого контура ВВЭР.
6.8.3 Не реализуются критические события 5.5.4 и 5.5.5:
- для каждого дефекта, который постулируют по 6.5.1, с учетом его возможного стабильного подроста;
- при наличии дефекта, который постулируют по 6.6.2, с учетом его возможного стабильного развития;
- при наличии дефекта, который постулируют по 6.7.
Анализ реализации критического события 5.5.4 проводят в соответствии с разделом 14, критического события 5.5.5 - в соответствии с разделом 15.
7 Условия обоснования прочности при анализе реализации критических событий при динамических воздействиях
7.1 Обоснование прочности при ДВ выполняют для сочетания нагрузок в соответствии с требованиями [1]. Допускается выполнять анализ прочности при ДВ в соответствии с 7.3.
7.2 При анализе прочности при ДВ согласно [1] используют следующие положения.
7.2.1 Расчетный дефект в элементе (компоненте) ВКУ отсутствует.
7.2.2 Допускаемые напряжения определяют с учетом коэффициентов запаса согласно [1].
7.2.3 Прочность элемента (компонента) ВКУ для сочетания нагрузок в соответствии с [1] считается обоснованной, если приведенные напряжения не превышают допускаемых напряжений, значения которых устанавливают согласно [1] (приложение 5).
7.3 При анализе прочности при ДВ по настоящему разделу используют следующие положения.
7.3.1 Если в качестве ДВ рассматривают ПА, то из всего спектра ПА, рассматриваемых в проекте РУ, при анализе прочности допускается рассматривать только те ПА, которые оказывают наибольшее воздействие на элементы (компоненты) ВКУ (приводят к наибольшим напряжениям или перемещениям).
7.3.2 Прочность элемента (компонента) ВКУ при ДВ считается обоснованной, если для него не реализуются критические события 5.5.4, 5.5.5 и 5.5.7. Анализ реализации критического события 5.5.4 проводят в соответствии с разделом 14, критического события 5.5.5 - в соответствии с разделом 15, критического события 5.5.7 - в соответствии с разделом 17.
Примечания
1 При анализе реализации критических событий 5.5.4 и 5.5.5 для элемента (компонента) с постулированным по 6.5.1 расчетным дефектом учитывают возможный стабильный подрост этого дефекта по механизмам усталости и радиационной ползучести при НЭ и ННЭ за время от начала эксплуатации рассматриваемого элемента (компонента) до момента наступления анализируемого ДВ.
2 При анализе реализации критических событий 5.5.4 и 5.5.5 для элемента (компонента) с постулированным по 6.6.2 расчетным дефектом учитывают возможное развитие этого дефекта при распространении ЗПО и его подрост по механизмам усталости и радиационной ползучести при НЭ и ННЭ за время от момента зарождения дефекта до момента наступления анализируемого ДВ.
3 При анализе реализации критического события 5.5.7 принимают, что расчетный дефект в рассматриваемом элементе (компоненте) отсутствует.
8 Условия обоснования допустимости изменения размеров
8.1 При НЭ и ННЭ допустимость изменения размеров элемента (компонента) ВКУ считается обоснованной, если за назначенный срок службы обоснована его прочность согласно 5.6 и 6.8 и не реализуется критическое событие 5.5.6.
8.2 При ДВ допустимость изменения размеров элемента (компонента) ВКУ считается обоснованной, если обоснована его прочность согласно разделу 7 и не реализуется критическое событие 5.5.6, препятствующее выполнению следующих условий безопасности:
- возможность беспрепятственного падения поглощающих стержней системы управления и защиты для останова реактора при срабатывании аварийной защиты;
- обеспечение возможности охлаждения активной зоны за счет подачи воды от системы аварийного охлаждения зоны;
- обеспечение возможности выгрузки ВКУ и активной зоны после аварии.
Если в качестве ДВ рассматривают ПА, то из всего спектра ПА, рассматриваемых в проекте РУ, допускается рассматривать только ПА, которые оказывают наибольшее воздействие на элементы (компоненты) ВКУ (приводят к наибольшим напряжениям или перемещениям).
Примечание - При анализе реализации критического события 5.5.6 учитывают изменение геометрических размеров рассматриваемого элемента (компонента) при НЭ и ННЭ за время от момента начала его эксплуатации до момента наступления анализируемого ДВ, а также собственно при анализируем ДВ.
9 Расчетный дефект
9.1 В зависимости от условий постулирования расчетного дефекта и геометрии элемента (компонента) ВКУ допускают следующие виды расчетного дефекта:
- внутренняя эллиптическая трещина [см. рисунок 9.1а)];
- поверхностная полуэллиптическая трещина [см. рисунок 9.1б)];
- поверхностная четвертьэллиптическая трещина [см. рисунок 9.1в)].
Расчетный дефект характеризуют длиной большой полуоси c и длиной малой полуоси a.
|
 |
1 - фронт трещины
Рисунок 9.1 - Виды расчетного дефекта в элементах ВКУ
9.2 При постулировании согласно 6.5.1 расчетный дефект в виде внутренней эллиптической трещины располагают в сварном шве.
Таблица 9.1 - Максимально возможный размер технологического дефекта
|
|
Толщина свариваемых элементов (компонентов), мм | , мм |
До 4 включ. | 1 |
Св. 4 до 10 включ. | 2 |
Св. 10 до 20 включ. | 3 |
Св. 20 до 30 включ. | 4 |
Св. 30 | 5 |
9.2.3 Конечные размеры расчетного дефекта определяют с учетом его стабильного подроста по механизмам усталости и радиационной ползучести в соответствии с разделом 13.
9.3 При реализации критического события 5.5.3 расчетный дефект постулируют в виде внутренней эллиптической трещины.
9.3.3 Конечные размеры расчетного дефекта определяют с учетом его развития при распространении ЗПО в соответствии с разделом 12 и подроста по механизмам усталости и радиационной ползучести в соответствии с разделом 13.
9.4 При постулировании согласно 6.7 расчетный дефект постулируют в основном металле или сварном шве в виде поверхностной трещины.
9.4.1 Вид расчетного дефекта (полуэллиптическая или четвертьэллиптическая трещина) выбирают в зависимости от геометрии элемента (компонента) ВКУ, в котором постулируют этот дефект.
9.4.4 Для расчетного дефекта, постулированного по 6.7, расчет стабильного подроста не проводят.
10 Анализ реализации критического события "Зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости"
10.1 Анализ реализации критического события "Зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости" проводят с учетом влияния среды теплоносителя первого контура ВВЭР для областей элемента (компонента) ВКУ, контактирующих со средой теплоносителя первого контура ВВЭР и с учетом радиационного распухания для внутренних областей элемента (компонента) ВКУ, не имеющих контакта с теплоносителем первого контура ВВЭР.
10.2 Анализ реализации критического события "Зарождение трещины при циклическом нагружении по механизму усталости" не проводят для областей элемента (компонента) ВКУ, принадлежащих ЗПО.
Примечание - При проведении расчета НДС элемента (компонента) допускается не учитывать влияние радиационного распухания, если величина свободного радиационного распухания, рассчитанного по консервативной зависимости согласно приложению А, на момент окончания назначенного срока службы составляет менее 0,1%. При расчете свободного радиационного распухания используют наибольшие за назначенный срок службы повреждающую дозу и температуру нейтронного облучения в элементе (компоненте) при НЭ.
10.11 Формирование циклов нагружения при сложном нагружении (определение числа циклов и соответствующих каждому циклу размахов деформаций) проводят в соответствии с процедурой, приведенной в приложении Е.
10.15 Критическое событие 5.5.1 за назначенный срок службы не реализуется, если выполняется условие
Примечание - Если в результате анализа показано, что реализуется одно из критических событий 5.5.2, 5.5.4, 5.5.5 или 5.5.6, то анализ реализации критического события 5.5.1 допускается проводить только до момента времени, соответствующего более раннему из моментов реализации перечисленных критических событий.
11 Анализ реализации критического события "Зарождение трещины по механизму коррозионного растрескивания"
11.1 Анализ реализации критического события "Зарождение трещины по механизму коррозионного растрескивания" проводят только для областей элемента (компонента) ВКУ, имеющих повреждающую дозу более 3 сна на момент окончания назначенного срока службы, контактирующих со средой теплоносителя первого контура ВВЭР и не принадлежащих ЗПО.
Примечание - При проведении расчета НДС элемента (компонента) допускается не учитывать влияние радиационного распухания и радиационной ползучести, если величина свободного радиационного распухания, рассчитанного по консервативной зависимости с помощью приложения А, на момент окончания назначенного срока службы составляет менее 0,1%. При расчете свободного радиационного распухания используют наибольшие за назначенный срок службы повреждающую дозу и температуру нейтронного облучения в элементе (компоненте) при НЭ.
11.5 Упруго-вязкопластический расчет проводят МКЭ (допускается использовать другие численные методы) с учетом пошагового прослеживания истории нагружения элемента (компонента) ВКУ. Размер шага при расчете назначают таким, чтобы нагружение на этом шаге было близко к простому нагружению.
|
 |
(a)-(b) и (c)-(d) - участки зависимости F(t), на которых dF/dt равно 0
|
 |
(a)-(b) и (c)-(d) - участки, на которых выполняются условия (11.2)
|
 |
11.12 Повреждение материала по механизму коррозионного растрескивания в рассматриваемой области элемента (компонента) ВКУ за назначенный срок службы рассчитывают по формуле
11.13 Критическое событие 5.5.2 за назначенный срок службы не реализуется, если выполняется условие
Примечание - Если в результате анализа показано, что реализуется одно из критических событий 5.5.1, 5.5.4, 5.5.5 или 5.5.6, то анализ реализации критического события 5.5.2 допускается проводить только до момента времени, соответствующего более раннему из моментов реализации перечисленных критических событий.
12 Анализ реализации критического события "Формирование зоны предельного охрупчивания материала"
12.1 Анализ реализации критического события "Формирование зоны предельного охрупчивания материала" выполняют путем оценки величины радиационного распухания материала элемента (компонента) ВКУ в соответствии с приложением А посредством расчета в упруго-вязкопластической постановке. Расчет проводят в геометрически нелинейной постановке.
Примечания
1 Допускается проводить расчет только для режима НЭ.
2 Допускается принимать, что в элементе (компоненте) ВКУ нет расчетных дефектов.
12.5 Расчет в упруго-вязкопластической постановке проводят МКЭ (допускается использовать другие численные методы) с учетом пошагового прослеживания истории нагружения элемента (компонента) ВКУ. Размер шага при расчете назначают таким, чтобы нагружение на этом шаге было близко к простому нагружению.
12.6 ЗПО определяют как область материала, для каждой точки которой выполняется условие
где S - радиационное распухание материала с учетом напряжений, отн. ед.;
12.7 Критическое событие 5.5.3 за назначенный срок службы не реализуется, если максимальный линейный размер ЗПО не превышает 2 мм.
13 Расчет подроста расчетного дефекта
13.1 Общие принципы расчета подроста расчетных дефектов
13.1.2 Для расчетного дефекта, который постулируют согласно 6.5.1 или 6.6.2, расчет подроста выполняют по механизмам усталости и радиационной ползучести.
13.1.5 Расчет подроста дефекта выполняют в направлениях его большой и малой полуосей.
13.1.6 Расчет подроста дефекта выполняют в два этапа.
13.1.6.2 На втором этапе расчета в качестве исходных размеров дефекта принимают его размеры, полученные на момент окончания первого этапа расчета, и затем определяют подрост этого дефекта по механизму усталости за весь рассматриваемый период его подроста. Для этого проводят расчет в упругой постановке НДС анализируемого элемента (компонента).
Примечание - При расчете в упругой постановке используют начальные деформации, равные неупругим деформациям, получаемым из расчета в упруго-вязкопластической постановке на первом этапе. Допускается не учитывать начальные деформации, если при анализе скорости роста усталостной трещины коэффициент асимметрии напряжений принимают равным 0,95.
13.2 Расчет подроста расчетного дефекта по механизму радиационной ползучести
13.2.4 Расчет в упруго-вязкопластической постановке проводят МКЭ (допускается использовать другие численные методы) с учетом пошагового прослеживания истории нагружения элемента (компонента) ВКУ. Размер шага при расчете назначают таким, чтобы нагружение на этом шаге было близко к простому нагружению.
dF/dt - скорость набора повреждающей дозы нейтронного облучения, сна/час;
13.2.9 Текущие размеры расчетного внутреннего дефекта определяют по формулам:
13.3 Расчет подроста расчетного дефекта по механизму усталости
Примечание - При проведении расчета НДС элемента (компонента) допускается не учитывать влияние радиационного распухания, если консервативная оценка величины свободного радиационного распухания на момент окончания назначенного срока службы не превышает 0,1%. При расчете свободного радиационного распухания используют наибольшие за назначенный срок службы повреждающую дозу и температуру нейтронного облучения в элементе (компоненте) при НЭ.
Примечания
13.3.6 На основании зависимостей, приведенных в приложении М, определяют величины подроста расчетного дефекта по механизму усталости за i-й цикл (полуцикл) нагружения:
13.3.7 Текущие размеры расчетного дефекта определяют по формулам:
14 Анализ реализации критического события "Нестабильное развитие трещины"
14.1 Анализ реализации критического события 5.5.4 проводят для элемента (компонента) ВКУ с расчетным дефектом.
14.2 Последовательность режимов нагружения определяют согласно проектной модели эксплуатации ВКУ.
14.3 При анализе реализации критического события 5.5.4 используют упругую компоненту J-интеграла.
14.4 Значение J-интеграла в области упругости рассчитывают по формуле
где J - J-интеграл, Н/мм;
E - модуль упругости материала, МПа.
14.5 Расчет J-интеграла допускается выполнять на основании расчета в упругой постановке МКЭ (допускается использовать другие численные методы). При этом качестве входной информации задают механические нагрузки и начальные деформации, которые рассчитывают по формуле
S - радиационное распухание материала, отн. ед.
Величину радиационного распухания S рассчитывают в соответствии с приложением А.
14.6 Критическое событие 5.5.4 не реализуется, если для всех режимов эксплуатации ВКУ выполняется условие
В качестве длин малой и большой полуосей расчетного дефекта a и c при проверке условия (14.3) принимают:
Примечание - Если в результате анализа показано, что реализуется одно из критических событий 5.5.1, 5.5.2, 5.5.5 и 5.5.6, то допускается показать, что критическое событие 5.5.4 не реализуется только до момента времени, соответствующего более раннему из моментов реализации перечисленных критических событий.
15 Анализ реализации критического события "Потеря несущей способности элемента конструкции"
15.1 Анализ реализации критического события 5.5.5 проводят для элемента (компонента) ВКУ с расчетным дефектом.
15.2 Последовательность режимов нагружения определяют согласно проектной модели эксплуатации ВКУ.
15.3 Критическое событие 5.5.5 не реализуется, если при всех условиях эксплуатации для элемента (компонента) ВКУ с дефектом выполняется следующее условие обоснования несущей способности
В качестве длин малой и большой полуосей расчетного дефекта a и c при проверке условия (15.1) принимают:
15.4 Для постулируемого по 6.5.1 расчетного дефекта допускается проверять реализацию критического события 5.5.5 по условию
15.5 Если расчеты, выполненные с использованием консервативной зависимости радиационного распухания материалов ВКУ, показывают, что условие (15.2) не выполняется на момент окончания назначенного срока службы, то для расчетного дефекта, который постулируют по 6.5.1, выполняют проверку по условию (15.1).
Примечание - Если в результате анализа показано, что реализуется одно из критических событий 5.5.1, 5.5.2, 5.5.4 или 5.5.6, то допускается показать, что критическое событие 5.5.5 не реализуется только до момента времени, соответствующего более раннему из моментов реализации перечисленных критических событий.
16 Анализ реализации критического события "Недопустимое изменение геометрических размеров"
16.1 Анализ реализации критического события "Недопустимое изменение геометрических размеров" для режимов НЭ и ННЭ выполняют путем оценки изменения геометрических размеров элемента (компонента) ВКУ за счет радиационного распухания и радиационной ползучести материала посредством расчета в упруго-вязкопластической постановке.
Примечания
1 Допускается проводить расчет только для режима НЭ.
2 Допускается не проводить расчет для элемента (компонента) ВКУ, если консервативная оценка величины свободного радиационного распухания на момент окончания назначенного срока службы не превышает 0,1%. При расчете свободного радиационного распухания используют наибольшие за назначенный срок службы повреждающую дозу и температуру нейтронного облучения в элементе (компоненте) при НЭ.
3 Допускается принимать, что в элементе (компоненте) ВКУ отсутствуют расчетные дефекты.
16.5 Расчет в упруго-вязкопластической постановке проводят МКЭ (допускается использовать другие численные методы) с учетом пошагового прослеживания истории нагружения элемента (компонента) ВКУ. Размер шага при расчете назначают таким, чтобы нагружение на этом шаге было близко к простому нагружению.
16.6 При ДВ изменение геометрических размеров элементов ВКУ за счет их упругопластического деформирования оценивают посредством расчета в упругопластической динамической постановке.
Если в качестве ДВ рассматривают ПА, то из всего спектра ПА, рассматриваемых в проекте РУ, учитывают только те ПА, которые оказывают наибольшее воздействие на элементы (компоненты) ВКУ.
16.7 Критическое событие 5.5.6 за назначенный срок службы не реализуется, если выполняется условие
16.8 В случае, если вводят ограничение на минимальное расстояние между элементами (компонентами) ВКУ, либо между элементом (компонентом) ВКУ и иными элементами (компонентами) РУ, критическое событие 5.5.6 не реализуется, если выполняется условие
Примечание - Если в результате анализа показано, что реализуется одно из критических событий 5.5.1, 5.5.2, 5.5.4 или 5.5.5, то допускается показать, что критическое событие 5.5.6 не реализуется только до момента времени, соответствующего более раннему из моментов реализации перечисленных критических событий.
17 Анализ реализации критического события "Исчерпание деформационной способности материала элемента (компонента)"
17.1 При анализе реализации критического события "Исчерпание деформационной способности материала элемента (компонента) ВКУ" принимают, что расчетный дефект в элементе (компоненте) ВКУ отсутствует. Анализ реализации критического события "Исчерпание деформационной способности материала элемента (компонента) ВКУ" не проводят, если сумма общих мембранных и изгибных напряжений в нем не превышает допускаемых в соответствии с требованиями [1].
17.2 Расчет проводят посредством решения упругопластической задачи в динамической постановке.
17.3 Критическое событие 5.5.7 не реализуется, если выполняется условие
Для сочетания нагрузок НЭ + ПЗ и ННЭ + ПЗ критическое событие 5.5.7 не реализуется, если выполняется условие
Приложение А
(обязательное)
Расчет радиационного распухания
А.1 Область применения приложения
А.2 Расчет свободного радиационного распухания
А.2.1 Свободное радиационное распухание материалов ВКУ (распухание материала без учета напряжений) рассчитывают по формуле
F - повреждающая доза нейтронного облучения, сна;
А.2.4 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т или 10Х16Н25МТ), а также для сварных швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) значения параметров и констант в формуле (А.1) принимают по таблице А.1.
Таблица А.1 - Значения параметров и констант в формуле (А.1)
|
|
|
|
|
|
Материал ВКУ | , °С | r , 1/°C | | | |
Сталь марки 08Х18Н10Т | 470 | 1,825·10  | 1,88 | 1,035·10 | 2,588·10 |
Сталь марки 10Х16Н25МТ | 470 | 1,825·10 | 1,88 | 5,175·10  | 1,294·10 |
Сварной шов | 470 | 1,825·10 | 1,88 | 1,035·10 | 2,588·10 |
А.3 Расчет радиационного распухания под напряжением
А.3.1 Радиационное распухание материала при заданном уровне напряжений рассчитывают по формуле
где S - радиационное распухание материала, отн. ед.;
А.3.2 Эффективное напряжение рассчитывают по формуле
А.3.3 Функция учета влияния напряжений имеет вид
А.4 Расчет скорости радиационного распухания
А.4.1 Скорость свободного радиационного распухания материала (без учета напряжений) рассчитывают по формуле
dF/dt - скорость набора повреждающей дозы нейтронного облучения, сна/час;
t - время, час.
А.4.2 Скорость радиационного распухания материала с учетом напряжений рассчитывают по формуле
Приложение Б
(обязательное)
Процедура назначения периодического контроля изменения геометрических размеров элементов (компонентов) внутрикорпусных устройств
Б.1 Область применения приложения
Настоящее приложение определяет требования к срокам начала и периодичности контроля изменения геометрических размеров в процессе эксплуатации элементов (компонентов) ВКУ, рассматриваемых в соответствии с 5.11.
Б.2 Сведения о фактической геометрии в исходном состоянии
Для элементов (компонентов) ВКУ, рассматриваемых в настоящем приложении, необходимо определять их фактические геометрические размеры в исходном состоянии.
Примечание - Если контролируемым элементом (компонентом) ВКУ является выгородка внутрикорпусная РУ ВВЭР-1000, ВВЭР-1200, ВВЭР-ТОИ, то в качестве фактических геометрических размеров в исходном состоянии используют расстояния от оси выгородки до всех ее ребер в каждом кольце выгородки на момент начала эксплуатации (допускается использовать результаты измерения геометрических размеров при сроке эксплуатации не более пяти лет от начала эксплуатации).
Б.3 Определение времени начала проведения контроля
Примечание - Допускается определять только один из перечисленных моментов времени и показать, что за время от начала эксплуатации до этого момента времени не реализуются критические события, соответствующие другим перечисленным моментам времени.
Б.4 Периодичность проведения контроля
Б.5 Применение результатов проведения контроля
Приложение В
(обязательное)
Расчет механических свойств и деформационного упрочнения
В.1 Область применения приложения
В.2 Расчет механических свойств в исходном состоянии
В.2.1 Температурная зависимость предела текучести
В.2.1.1 Температурную зависимость предела текучести материалов ВКУ в исходном состоянии рассчитывают по формуле
T - температура эксплуатации, °C;
h - константа материала, 1/°C.
Таблица В.1 - Значения констант для формул (В.1) и (В.2)
|
|
|
|
|
|
|
Материал ВКУ | , МПа |  , МПа | h, 1/°С |  , МПа |  , МПа |  , 1/°С |
Сталь марки 08Х18Н10Т | 155 | 239 | 2,22·10 | 350 | 247 | 6,60·10 |
Сталь марки 08Х16Н11М3 | 125 | 239 | 2,20·10 | 463 | 153 | 9,90·10 |
Сталь марки 10Х16Н25МТ | 155 | 239 | 2,22·10 | 350 | 247 | 6,60·10 |
Сварной шов | 255 | 420 | 2,22·10 | 439 | 222 | 9,74·10 |
В.2.2 Температурная зависимость предела прочности
В.2.2.1 Температурную зависимость предела прочности материалов ВКУ в исходном состоянии рассчитывают по формуле
В.2.3 Критическая деформация разрушения
В.3 Расчет механических свойств в облученном состоянии
В.3.1 Температурно-дозовая зависимость предела текучести основного металла
В.3.1.1 При использовании в качестве основного металла ВКУ стали марок 08Х18Н10Т или 10Х16Н25МТ температурно-дозовую зависимость эффективного предела текучести материала (предела текучести материала без учета радиационного распухания) рассчитывают в соответствии с В.3.1.2-В.3.1.7.
F - повреждающая доза нейтронного облучения, сна;
В.3.1.7 Рассчитывают температурно-дозовую зависимость эффективного предела текучести материала по формуле
В.3.1.8 При использовании в качестве основного металла ВКУ стали марки 08Х16Н11М3 температурно-дозовую зависимость эффективного предела текучести материала (предела текучести материала без учета радиационного распухания) рассчитывают по формуле
В.3.1.10 Температурно-дозовую зависимость предела текучести материала с учетом радиационного распухания рассчитывают по формуле
где S - радиационное распухание материала, отн. ед.
В формуле (В.10) температурно-дозовую зависимость эффективного предела текучести материала для стали марок 08Х18Н10Т и 10Х16Н25МТ рассчитывают по формуле (В.7), для стали марки 08Х16Н11М3 - по формуле (В.8). Величину радиационного распухания материала S рассчитывают в соответствии с приложением А.
В.3.2 Температурно-дозовая зависимость предела текучести сварного шва
В.3.2.1 Для сварных швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) температурно-дозовую зависимость предела текучести сварного шва рассчитывают в соответствии с В.3.2.2 и В.3.2.3.
В.3.2.2 Рассчитывают температурно-дозовую зависимость эффективного предела текучести сварного шва (предела текучести без учета радиационного распухания) по формуле
В.3.2.3 Рассчитывают температурно-дозовую зависимость предела текучести сварного шва с учетом радиационного распухания по формуле (В.10), где в качестве температурно-дозовой зависимости эффективного предела текучести материала используют зависимость, рассчитанную по формуле (В.11).
В.3.3 Температурно-дозовая зависимость предела прочности основного металла
В.3.3.1 При использовании в качестве основного металла ВКУ стали марок 08Х18Н10Т или 10Х16Н25МТ температурно-дозовую зависимость эффективного предела прочности основного металла (предела прочности без учета радиационного распухания) рассчитывают по формуле
В.3.3.2 При использовании в качестве основного металла ВКУ стали марки 08Х16Н11М3 температурно-дозовую зависимость эффективного предела прочности основного металла (предела прочности без учета радиационного распухания) рассчитывают по формуле
В.3.3.3 Температурно-дозовую зависимость предела прочности основного металла ВКУ с учетом радиационного распухания рассчитывают по формуле
В формуле (В.14) температурно-дозовую зависимость эффективного предела прочности материала для стали марок 08Х18Н10Т и 10Х16Н25МТ рассчитывают по формуле (В.12), для стали марки 08Х16Н11М3 - по формуле (В.13). Величину радиационного распухания материала S рассчитывают в соответствии с приложением А.
В.3.4 Температурно-дозовая зависимость предела прочности сварного шва
В.3.4.1 Для сварных швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) температурно-дозовую зависимость предела прочности сварного шва рассчитывают в соответствии с В.3.4.2 и В.3.4.3.
В.3.4.2 Рассчитывают температурно-дозовую зависимость эффективного предела прочности сварного шва (предела прочности без учета радиационного распухания) по формуле
В.3.4.3 Рассчитывают температурно-дозовую зависимость предела прочности сварного шва с учетом радиационного распухания по формуле (В.14), где в качестве температурно-дозовой зависимости эффективного предела текучести материала используют зависимость, рассчитанную по формуле (В.15).
В.3.5 Дозовая зависимость критической деформации разрушения
В.3.5.1 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т, 08Х16Н11М3 или 10Х16Н25МТ), а также для сварных швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) принимают, что критическая деформация разрушения не зависит от температуры эксплуатации, а дозовую зависимость критической деформации разрушения рассчитывают в соответствии с В.3.5.2 и В.3.5.3.
В.3.5.2 Рассчитывают дозовую зависимость эффективной критической деформации разрушения материалов ВКУ (критической деформации разрушения материала без учета радиационного распухания) по формуле
Таблица В.2 - Значения констант для формулы (В.16)
|
|
|
Материал ВКУ | | , сна |
Сталь марки 08Х18Н10Т | 0,41 | 0,37 |
Сталь марки 08Х16Н11М3 | 0,53 | 0,117 |
Сталь марки 10Х16Н25МТ | 0,41 | 0,37 |
Сварной шов | 0,52 | 0,37 |
В.3.5.3 Рассчитывают дозовую зависимость критической деформации разрушения материалов ВКУ с учетом радиационного распухания по формуле
В формуле (В.17) величину радиационного распухания материала S рассчитывают в соответствии с приложением А.
В.4 Расчет параметров деформационного упрочнения
В.4.1 Диаграмму деформирования для материалов ВКУ при температуре эксплуатации T и повреждающей дозе нейтронного облучения F задают уравнением
А(T,F) - параметр деформационного упрочнения материала, МПа;
n(T,F) - параметр деформационного упрочнения материала;
S - радиационное распухание материала, отн. ед.
В.4.2 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т, 08Х16Н11М3 или 10Х16Н25МТ), а также сварных для швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) температурно-дозовую зависимость параметра деформационного упрочнения А(T,F) рассчитывают по формуле
Параметры материала в формуле (В.19) принимают по таблице В.3.
Таблица В.3 - Значения параметров для формулы (В.19)
|
|
|
|
|
Материал ВКУ | , °С | , МПа | , МПа/°С | |
Сталь марки 08Х18Н10Т | 290 | 982 | 1,93 | 0,16 |
Сталь марки 08Х16Н11М3 | 400 | 1482 | 1,40 | 1,60 |
Сталь марки 10Х16Н25МТ | 290 | 982 | 1,93 | 0,16 |
Сварной шов | 400 | 734 | 0,77 | 0,34 |
Температурную зависимость предела текучести для материалов ВКУ в исходном состоянии рассчитывают по формуле (В.1). Температурно-дозовую зависимость эффективного предела текучести для основного металла рассчитывают по формуле (В.7) или (В.8), для сварного шва - по формуле (В.11).
В.5 Расчет модуля упругости
В.5.1 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т, 08Х16Н11М3 или 10Х16Н25МТ), а также для сварных швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) температурную зависимость модуля упругости рассчитывают по формуле
где E - модуль упругости материала, МПа.
Приложение Г
(обязательное)
Расчет кривых усталости
Г.1 Область применения приложения
Г.2 Расчет кривых усталости для основного металла
Г.2.1 Расчет кривых усталости для основного металла ВКУ с повреждающей дозой нейтронного облучения F выполняют по следующей процедуре.
Г.2.2 Рассчитывают кривую усталости для основного металла ВКУ при температуре 350°С с учетом среды теплоносителя первого контура ВВЭР.
При известной величине коэффициента асимметрии цикла напряжений R расчет выполняют по формуле
При неизвестной величине R расчет выполняют при максимальной асимметрии цикла напряжений по следующим формулам:
В формулах (Г.1)-(Г.3):
При известной величине R расчет выполняют по формуле
При неизвестной величине R расчет выполняют при максимальной асимметрии цикла напряжений по следующим формулам:
В формулах (Г.4)-(Г.6) используют те же обозначения, что в формулах (Г.1)-(Г.3), кроме того:
Г.2.2.3 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т, 08Х16Н11М3 или 10Х16Н25МТ) значения физико-механических свойств и параметры формул (Г.1)-(Г.6) определяют следующим образом.
Критическую деформацию разрушения материала рассчитывают по формуле
Истинное напряжение в момент разрушения образца при кратковременном растяжении при температуре 350°С рассчитывают по формуле
Г.2.2.4 Кривую усталости основного металла ВКУ при температуре 350°С с учетом среды теплоносителя первого контура ВВЭР определяют как нижнюю огибающую кривых усталости, рассчитанных с учетом коэффициентов запаса по размаху деформации и по числу циклов
Г.2.3 Рассчитывают кривую усталости для основного металла ВКУ при температуре 400°С с учетом радиационного распухания.
При неизвестной величине R расчет выполняют при максимальной асимметрии цикла напряжений по следующим формулам:
В формулах (Г.12)-(Г.14) используют те же обозначения, что в формулах (Г.1)-(Г.3), кроме того:
При известной величине R расчет выполняют по формуле
При неизвестной величине R расчет выполняют при максимальной асимметрии цикла напряжений по следующим формулам:
В формулах (Г.15)-(Г.17) используют те же обозначения, что в формулах (Г.12)-(Г.14), кроме того:
Г.2.3.3 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т, 08Х16Н11М3 или 10Х16Н25МТ) значения физико-механических свойств и параметры формул (Г.12)-(Г.17) определяют следующим образом.
Истинное напряжение в момент разрушения образца при кратковременном растяжении при температуре 400°С рассчитывают по формуле
Г.2.3.4 Кривую усталости основного металла ВКУ при температуре 400°С с учетом радиационного распухания определяют как нижнюю огибающую кривых усталости, рассчитанных с учетом коэффициентов запаса по размаху деформации и по числу циклов
Г.2.4 Кривую усталости для основного металла ВКУ определяют как нижнюю огибающую кривой усталости, определенной по Г.2.2 для температуры 350°С с учетом среды теплоносителя первого контура ВВЭР и кривой усталости, определенной по Г.2.3 для температуры 400°С с учетом радиационного распухания
Г.3 Расчет кривых усталости для сварного шва
Г.3.1 Кривую усталости для сварного шва ВКУ рассчитывают по формуле
Приложение Д
(рекомендуемое)
Определяющие уравнения для расчета методом конечных элементов в упруго-вязкопластической постановке
Д.1 Общие положения приложения
Упруго-вязкопластический расчет проводят с учетом радиационного распухания и радиационной ползучести. Рекомендуется проводить расчет в геометрически нелинейной постановке, когда размеры элемента (компонента) на каждом шаге расчета корректируют в соответствии с расчетными значениями приращения перемещений.
Д.2 Напряжения и деформации
Д.2.1 Напряжения определяют по уравнению
Д.2.3 Деформации определяют по уравнению
Д.2.4 Уравнения (Д.1)-(Д.4) позволяют рассчитать НДС в конструкции с учетом упруго-вязкопластического деформирования материала при известных его свойствах и задании краевых условий и деформаций, обусловленных температурным расширением и радиационным распуханием. Температурные деформации определяют на основе полей температур, которые рассчитывают посредством решения стационарной или нестационарной задачи по стандартным программным кодам. Для описания поведения материала в области упругого, пластического, вязкого деформирования, а также деформирования, обусловленного распуханием, используют уравнения, приведенные в Д.3-Д.6 соответственно.
Д.3 Уравнения теории упругости
Д.3.1 Связь между напряжениями и упругими деформациями определяют по уравнению
где G - модуль сдвига, МПа;
K - коэффициент объемного сжатия.
Д.3.2 Модуль сдвига G определяют по уравнению
где v - коэффициент Пуассона, который принимают равным 0,3;
E - модуль упругости материала, МПа.
Д.3.3 Коэффициент объемного K сжатия определяют по уравнению
Д.3.4 Принимают, что модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент объемного сжатия зависят от температуры.
Д.4 Уравнения теории пластичности
Д.4.1 Для описания пластического деформирования материалов используют теорию течения. Компоненты тензора приращений пластических деформаций определяют по уравнению
Эквивалентное приращение пластических деформаций определяют по уравнению
Компоненты тензора активных напряжений определяют по уравнению
Интенсивность активных напряжений определяют по уравнению
Д.4.2 Для описания упругопластического деформирования материалов рекомендуется использовать уравнения на основе нелинейного кинематического упрочнения:
В уравнениях (Д.12)-(Д.14):
Т - текущая температура, °С;
S - радиационное распухание материала, отн. ед.;
F - повреждающая доза нейтронного облучения, сна;
Д.5 Уравнения теории ползучести
Компоненты тензора приращений деформаций ползучести определяют по уравнению
где
dt - приращение времени, час.
Радиационную ползучесть при различных температурах и скоростях набора повреждающей дозы нейтронного облучения рассчитывают в соответствии с приложением Ж.
Д.6 Учет радиационного распухания
Скорость радиационного распухания определяют в соответствии с приложением А.
Д.7 Определение параметров материала в уравнении пластичности с нелинейным кинематическим упрочнением
где A(T, F) - параметр деформационного упрочнения материала, МПа;
n(T, F) - параметр деформационного упрочнения материала.
Приложение Е
(рекомендуемое)
Процедура формирования циклов при сложном нагружении
Е.1 Процедура определения профиля циклического нагружения при нестационарном нагружении
Е.1.1 Определяют кинетику НДС в рассматриваемой зоне элемента (компонента) ВКУ при исследуемом режиме нагружения или группе режимов нагружения.
Примечание - При определении кинетики НДС рассматриваемого элемента (компонента) ВКУ фиксируют систему координат.
Е.1.3 Деформацию в начальный момент рассматриваемого j-го блока нагружения принимают равной нулю:
v - коэффициент Пуассона, который принимают равным 0,3.
Е.1.7 На втором шаге нагружения j-го блока нагружения для текущего момента времени t рассчитывают компоненты приращения деформации по формуле
Е.1.12 Расчет для i-ого шага нагружения j-го блока нагружения выполняют аналогично Е.7-Е.11. Для текущего момента времени t рассчитывают компоненты приращения деформации по формуле
Е.1.17 Деформацию в конечный момент рассматриваемого j-го блока нагружения принимают равной нулю
Е.2 Формирование циклов нагружения
Е.2.2 Циклы нагружения при нестационарном нагружении формируют по "методу дождя" ("методу стока") по следующему алгоритму (блок-схема алгоритма показана на рисунке Е.1).
|
 |
Рисунок Е.1 - Алгоритм формирования циклов нагружения при нестационарном нагружении по "методу дождя"
Е.2.2.3 Если определено менее трех точек, то выполняют переход на шаг Е.2.2.2, иначе формируют размахи деформаций X и Y по следующим формулам:
где X - размах деформации на текущем шаге;
Y - размах деформации на предыдущем шаге, примыкающий к размаху X.
Е.2.2.4 Сопоставляют значения размахов X и Y:
- если X меньше Y, то выполняют переход на шаг Е.2.2.2;
- если X равен или больше Y, то выполняют переход на шаг Е.2.2.5.
Е.2.2.5 Если размах Y содержит точку старта S, то выполняют переход на шаг Е.2.2.6; иначе размах Y считают как один цикл (N=1); точки максимума и минимума размаха Y (a и b) исключают из рассмотрения и выполняют переход на шаг Е.2.2.3.
Е.2.2.6 Размах Y считают как полуцикл (N=0,5); при этом исключают первую точку (точку a) размаха Y; точку старта S перемещают на вторую точку (точку b) размаха Y; затем выполняют переход на шаг Е.2.2.3.
Е.2.2.7 Каждый неучтенный размах считают как полуцикл.
Е.3 Определение скорости деформирования
Е.3.1 Скорость деформирования в сформированном в соответствии с Е.2 цикле или полуцикле при циклическом нагружении рассчитывают по формуле
Е.4 Пример расчета размахов деформаций, количества циклов и скорости деформирования
|
 |
Е.4.1.10 Конец расчета.
Е.4.2 Результаты расчета приведены в таблице Е.1.
|
|
|
|
|
Номер размаха | Размах деформации | Количество циклов  | Длительность цикла или полуцикла | Скорость деформирования |
1 |  | 0,5 |  |  |
2 |  | 1,0 |  |  |
3 |  | 1,0 |  |  |
4 |  | 0,5 |  |  |
5 |  | 0,5 |  |  |
6 |  | 0,5 |  |  |
Приложение Ж
(обязательное)
Расчет скорости радиационной ползучести
Ж.1 Область применения приложения
Ж.2 Расчет радиационной ползучести
dF/dt - скорость набора повреждающей дозы нейтронного облучения, сна/час;
F - повреждающая доза нейтронного облучения, сна;
Ж.2.2 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т, 08Х16Н11М3 или 10Х16Н25МТ), а также сварных швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) в формуле (Ж.1):
Приложение И
(обязательное)
Расчет параметров сопротивления коррозионному растрескиванию
И.1 Область применения приложения
И.2 Расчет параметров сопротивления коррозионному растрескиванию
И.2.1 Дозовую зависимость порогового напряжения коррозионного растрескивания материалов ВКУ рассчитывают по формуле
Е - модуль упругости материала, МПа;
F - повреждающая доза нейтронного облучения, сна;
И.2.3 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т, 08Х16Н11М3 или 10Х16Н25МТ), а также для сварных швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) значения параметров и коэффициентов в формулах (И.1) и (И.2) принимают по таблице Д.1.
Таблица И.1 - Значения параметров и коэффициентов для формул (И.1)-(И.2)
|
|
|
|
|
|  , МПа | | , сна | , ч |
4,1·10 | 300 | 0,45 | 3,2·10 | 3,5·10 |
Модуль упругости материала E в формулах (И.1) и (И.2) рассчитывают для температуры 350°C по формуле (В.21).
Приложение К
(обязательное)
Критическое распухание материала, приводящее к образованию зоны предельного охрупчивания
Приложение Л
(обязательное)
Расчет скорости роста трещины при радиационной ползучести
Л.1 Область применения приложения
Л.2 Расчет скорости роста трещины при радиационной ползучести
Л.2.1 Скорость роста трещины при радиационной ползучести в материалах ВКУ рассчитывают по формуле
где dl/d - скорость роста трещины при радиационной ползучести, мм/час;
t - время, час;
dF/dt - скорость набора повреждающей дозы нейтронного облучения, сна/час;
F - повреждающая доза нейтронного облучения, сна;
Приложение М
(обязательное)
Расчет скорости роста усталостной трещины
М.1 Область применения приложения
М.2 Расчет скорости роста усталостной трещины в материалах ВКУ без учета влияния среды теплоносителя первого контура ВВЭР
М.2.1 Скорость роста усталостной трещины в материалах ВКУ для внутренних дефектов, не контактирующих с теплоносителем первого контура ВВЭР, рассчитывают по следующей процедуре.
М.2.2 Рассчитывают размах КИН по формуле
М.2.3 Рассчитывают коэффициент асимметрии цикла напряжений по формуле
М.2.4 Рассчитывают пороговый размах КИН по формуле
Таблица М.1 - Значения параметров для формулы (М.3)
|
|
|
Материал | , МПа· | |
Сталь марки 08Х18Н10Т | 6,50 | 0,70 |
Сталь марки 08Х16Н11М3 | 4,20 | 0,65 |
Сталь марки 10Х16Н25МТ | 6,50 | 0,70 |
Сварной шов | 3,85 | 0,70 |
М.2.5 Рассчитывают эффективную скорость роста усталостной трещины (скорость роста усталостной трещины без учета радиационного распухания) в материале ВКУ по формуле
- для повреждающей дозы нейтронного облучения F не более 14 сна
- для повреждающей дозы нейтронного облучения F более 14 сна
- для повреждающей дозы нейтронного облучения F не более 4 сна
- для повреждающей дозы нейтронного облучения F более 4 сна
В формулах (М.5)-(М.8) Т - температура эксплуатации, °С.
М.2.6 Рассчитывают скорость роста усталостной трещины в материале c учетом радиационного распухания по формуле
S - радиационное распухание материала, отн. ед.;
Величину радиационного распухания материала S рассчитывают в соответствии с приложением А.
Приложение Н
(обязательное)
Расчет статической трещиностойкости
Н.1 Область применения приложения
Н.2 Расчет статической трещиностойкости
Н.2.1 Температурную зависимость статической трещиностойкости материалов ВКУ в исходном состоянии рассчитывают по формуле
Т - температура эксплуатации, °C;
Н.2.2 Температурно-дозовую зависимость эффективной статической трещиностойкости (статической трещиностойкости без учета радиационного распухания) материалов ВКУ рассчитывают по формуле
F - повреждающая доза нейтронного облучения, сна;
Н.2.3 При повреждающих дозах нейтронного облучения свыше 14 сна и температурах эксплуатации ниже 80°C эффективную статическую трещиностойкость материалов ВКУ принимают равной 15 Н/мм.
Н.2.4 Температурно-дозовую зависимость статической трещиностойкости материалов ВКУ с учетом радиационного распухания рассчитывают по формуле
S - радиационное распухание материала, отн. ед.;
Величину радиационного распухания материала S рассчитывают в соответствии с приложением А.
Н.2.5 Для основного металла ВКУ (стали марок 08Х18Н10Т, 08Х16Н11М3 или 10Х16Н25МТ), а также для сварных швов ВКУ (выполненных сварочной проволокой марки Св-04Х19Н11М3 или электродами марки ЭА-400/10) механические свойства, константы и параметры в формулах (Н.1)-(Н.3) определяют следующим образом.
Н.2.5.1 Предел текучести и предел прочности материалов ВКУ в исходном состоянии рассчитывают по формулам (В.1) и (В.2).
Н.2.5.2 Температурно-дозовые зависимости эффективного предела текучести и эффективного предела прочности рассчитывают:
- по формулам (В.7) и (В.12) - для стали марок 08Х18Н10Т и 10Х16Н25МТ;
- по формулам (В.8) и (В.13) - для стали марки 08Х16Н11М3;
- по формулам (В.11) и (В.15) - для сварных швов.
Таблица Н.1 - Значения констант для формулы (Н.2)
|
|
|
|
Материал | | , сна | , мм |
Сталь марок 08Х18Н10Т и 08Х16Н11М3 | 0,9 | 0,3 | 0,27 |
Сталь марки 10Х16Н25МТ | 0,9 | 0,3 | 0,14 |
Сварной шов | 0,9 | 0,3 | 0,19 |
Приложение П
(обязательное)
Процедура расчета референсного напряжения
П.1 Общие положения приложения
где Р - текущая нагрузка, Н;
П.1.3 При расчете НДС учитывают только первичные напряжения (от первичной нагрузки). Расчет НДС проводят для элемента (компонента) без дефекта.
П.2 Внутренняя эллиптическая и поверхностная полуэллиптическая трещина в пластине
|
 |
где h - толщина пластины, мм.
a - длина малой полуоси дефекта, мм;
c - длина большой полуоси дефекта, мм;
e - расстояние от большой оси дефекта до середины толщины пластины, мм.
Примечание - Расчет по формуле (П.5) допускается проводить при изменении отношения (a/h) в диапазоне от 0 до 0,8 и отношении (e/h), большим или равным нулю.
|
 |
Рисунок П.2 - Трещина в пластине
Примечание - Расчет по формуле (П.6) допускается проводить при изменении отношения (a/h) в диапазоне от 0 до 0,8.
П.3 Четвертьэллиптическая трещина на внутренней поверхности узла, образованного двумя пластинами
П.3.1 При рассмотрении четвертьэллиптической трещины принимают, что длины малой и большой полуосей эллипса равны между собой.
П.3.3 Референсное напряжение рассчитывают по формуле (П.5) при условии, что h определяют из рисунка П.3 и что малая и большая полуось эллипса равны.
|
 |
Примечание - Схематизация расчетного параметра h: x - координата, по которой задается распределение нормальных к трещине напряжений.
Рисунок П.3 - Четвертьэллиптическая трещина на внутренней поверхности узла, образованного двумя пластинами
П.4 Полуэллиптическая трещина, расположенная на внутренней поверхности цилиндра в его в диаметральной плоскости
П.4.1 Геометрическая схема элемента (компонента) и дефекта в нем приведена на рисунке П.4.
|
 |
Рисунок П.4 - Полуэллиптическая трещина на внутренней поверхности цилиндра в его диаметральной плоскости
П.4.2 Референсное напряжение рассчитывают по формуле
N - осевое усилие, Н;
М - изгибающий момент в рассматриваемом поперечном сечении трубы, Н·мм;
П.5 Полуэллиптическая трещина на внутренней поверхности цилиндра, ориентированная вдоль его образующей
П.5.1 Геометрическая схема элемента (компонента) с дефектом приведена на рисунке П.5.
|
 |
а - глубина дефекта; 2с - длина дефекта
Рисунок П.5 - Полуэллиптическая трещина на внутренней поверхности цилиндра, ориентированная вдоль его образующей
П.5.2 Референсное напряжение рассчитывают по формуле
Примечание - Расчет по формуле (П.11) допускается проводить при изменении отношения (a/h) в диапазоне от 0 до 0,8.
П.6 Четвертьэллиптическая трещина на внутренней поверхности узла, образованного пересечением двух цилиндров
П.6.1 Геометрическая схема элемента (компонента) с дефектом приведена на рисунке П.6.
П.6.2 При рассмотрении четвертьэллиптической трещины принимают, что длины малой и большой полуосей эллипса равны.
П.6.3 Референсное напряжение рассчитывают по формуле (П.11) при условии, что h определяется из рисунка П.6.
|
 |
Примечание - Схематизация расчетного параметра h.
Рисунок П.6 - Четвертьэллиптическая трещина на внутренней поверхности узла, образованного пересечением двух цилиндров
Библиография
|
|
|
[1] | Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии НП-102-17 | Основные требования к обоснованию прочности внутрикорпусных устройств реакторов типа ВВЭР |
|
|
УДК 621.039:531:006.354 | ОКС 27.120.10 |
| |
Ключевые слова: водо-водяной энергетический реактор, прочность, внутрикорпусные устройства, проектирование | |
