Реакторные установки ВВЭР для АЭС - Современные подходы к обоснованию конструкционной прочности оборудования реакторных установок

Обоснование ресурса оборудования АЭС производится в соответствии с «Нормами расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» по характеристикам сопротивления разрушению при статическом и циклическом нагружениях с учетом технологических особенностей изготовления и условий эксплуатации. Наряду с расчетом прочности по критериям инициирования усталостного повреждения используются критерии линейной и нелинейной механики разрушения при расчете на сопротивление хрупкому разрушению и развития повреждения в виде трещины при циклическом нагружении. Если по результатам расчета обеспечиваются запасы конструкционной прочности в пределах от 1,5 до 2,5 по номинальным и местным напряжениям, от 1 до 2 по значению критического коэффициента интенсивности напряжений и от 3 до 10 по долговечности, то считается, что оборудование спроектировано в соответствии с «Нормами расчета на прочность...».
Расчет включает выбор основных размеров (толщины стенок при заданных габаритных размерах) и поверочные расчеты на статическую, циклическую и хрупкую прочности.
Поверочный расчет на статическую прочность ограничивает значения напряжений в зонах краевого эффекта, чтобы уменьшить до минимума номинальные однократные пластические деформации и исключить повторные деформации для обеспечения стабильности и формы конструкции.
Расчет на циклическую прочность ограничивает повторно действующие нагрузки и число их циклических изменений за время эксплуатации для исключения образования трещин в зонах максимальных локальных напряжений. В расчетах используют кривые усталости материалов, определяемые на основе уравнения Мэнсона- Лангера с учетом гарантированных значений физико-механических свойств σΒ, ψ, Е (предел прочности, относительное сужение поперечного сечения при статическом разрыве, модуль упругости).
Сопротивление хрупкому разрушению считается обеспеченным, если для выбранного расчетного трещиноподобного дефекта выполняется условие К1 < (К1), где K1 — коэффициент интенсивности напряжений; (К1) — допустимое значение, причем индекс показывает, что значения К1 выбирают различными в зависимости от случая расчета.
Коэффициент интенсивности напряжений рассчитывают по формулам линейно-упругой механики разрушения для расчетного дефекта, представляющего собой поверхностную полуэллиптическую трещину с соотношением полуосей а/с=2/3 и глубиной до четверти толщины стенки в рассматриваемом сечении.
Допускаемый коэффициент интенсивности напряжений К1 определяют, используя зависимости вязкости разрушения К1С от приведенной температуры Т-Тк, где Тк — критическая температура хрупкости, Т — температура в оцениваемой зоне конструкции.
Расчеты прочности, как правило, базируются на данных о напряженно-деформированном состоянии и характеристиках материалов, полученных при испытании образцов на растяжение, ударную вязкость, малоцикловую усталость, статическую и циклическую трещиностойкость.
С целью обоснования работоспособности оборудования в течение проектного ресурса и возможности его продления в работе [17] представлены результаты исследований напряженно-деформированного состояния оборудования, испытаний моделей сосудов давления с моделированием экстремальных условий нагружения, комплексных исследований влияния различных механизмов старения, обоснования работоспособности компонентов реакторных установок в эксплуатационных условиях, включая нестационарные температурные воздействия, воздействия коррозионной среды, потока нейтронов.