ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

УСТРОЙСТВА ВНУТРИКОРПУСНЫЕ ВОДО-ВОДЯНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА

Расчет на прочность на стадии проектирования

Издание официальное

Москва

Российский институт стандартизации 2021

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. No 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. № 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)

© Оформление. ФГБУ «РСТ». 2021

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии И

-    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 эпементов (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.

6.6.2    Если в результате анализа показано, что реализуется критическое событие 5.5.3, то в момент его реализации (f_tea) в элементе (компоненте) ВКУ постулируют расчетный дефект, вид, размеры и ориентацию которого определяют согласно 9.3.

6.6.3    Если в соответствии с 6.6.2 постулирован дефект, то проводят анализ его возможного стабильного развития при распространении ЗПО (в соответствии с разделом 12) и подроста по механизмам усталости и радиационной ползучести (в соответствии с разделом 13) за время от момента времени f_Jea до момента окончания назначенного срока службы элемента ВКУ или до момента нестабильного развития дефекта (до момента реализации критического события 5.5.4).

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 9.16)],

-    поверхностная четвертьэллиптическая трещина (см. рисунок 9.1 в)].

а) Внутренняя эллиптическая трещина б) Поверхностная полуэллиптическая трещина

в) Поверхностная угловая четверть-эллиптическая трещина

Расчетный дефект характеризуют длиной большой полуоси с и длиной малой полуоси а.

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.

9.2.1 Отношение начальной длины большой полуоси с₀ к начальной длине малой полуоси а₀ расчетного дефекта принимают равным 3. Начальную длину малой полуоси а₀ расчетного дефекта определяют по формуле

а₀ = 0.5/_о.    (9.1)

где /₀ — максимально возможный размер технологического дефекта в направлении толщины свариваемых элементов (компонентов), мм.

Значение /₀ определяют согласно таблице 9.1.

Таблица 9.1 — Максимально возможный размер технологического дефекта

Толщина свариваемых элементов (компонентов), мм Iq. 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

9.2.2    Расчетный дефект располагают на глубине /₀ от поверхности шва. контактирующей с теплоносителем. и ориентируют так. чтобы его плоскость была нормальна максимальным главным напряжениям. Зона локализации дефекта должна соответствовать наибольшему значению JU_C.

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.

9.3.1    Начальные длины большой полуоси с₀ и малой полуоси а₀ расчетного дефекта выбирают таким образом, чтобы вся область ЗПО была вписана в его границы.

9.3.2    Расчетный дефект ориентируют так, чтобы значение JIJ_C было наибольшим.

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.

9.4.2    Отношение начальной длины большой полуоси с₀ к начальной длине малой полуоси э₀ расчетного дефекта принимают равным 3. Начальную длину малой полуоси а₀ расчетного дефекта принимают в зависимости от толщины Н_{ элемента (компонента) или свариваемых элементов (компонентов) ВКУ равной:

-1 мм. при Н' до 4 мм включительно;

-    0.25Н_г при Н, свыше 4 до 8 мм включительно;

-    2 мм. при Н, свыше 8 мм.

9.4.3    Расчетный дефект ориентируют так, чтобы значение JU_C было наибольшим.

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.

10.3    Назначенный срок службы ВКУ разбивают на временные интервалы At-, так что Г, = f, ♦ At_f; j= 1 + L, где L — количество временных интервалов Д/_у.

Примечание — Для снижения консерватизма расчет проводят с большим количеством временных интервалов L. Величину выбирают таким образом, чтобы температурные и силовые характеристики нагружения в начале и в конце интервала были приблизительно одинаковыми. При уменьшении количества временных интервалов L расчетное значение усталостного повреждения будет увеличиваться, и расчет повреждений будет более консервативным.

10.4    На каждом временном интервале Д/у значения характеристик механических свойств материалов ВКУ (предел текучести, параметры деформационного упрочнения) рассчитывают в соответствии с приложением В для повреждающей дозы нейтронного облучения F, которая соответствует моменту времени f_; (начало временного интервала Af_;).

10.5    На каждом временном интервале At. свойства материалов ВКУ, характеризующие сопротивление усталостному разрушению (кривые усталости), рассчитывают в соответствии с приложением Г для повреждающей дозы нейтронного облучения Е_;И, которая соответствует моменту времени 1 (моменту окончания временного интервала Af_;).

10.6    Для каждого временного интервала At_f выполняют расчет в упругопластической постановке с целью определения размахов деформаций Ас. Определяющие уравнения для упруголластического расчета приведены в приложении Д.

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.

10.7    Расчет в упругопластической постановке проводят МКЭ (допускается использовать другие численные методы) путем пошагового прослеживания истории нагружения элемента (компонента) ВКУ на временном интервале Atj. Размер шага при расчете назначают таким, чтобы нагружение на этом шаге было близко к простому нагружению.

10.8    Если расчет на циклическую прочность проводят с использованием кривых усталости с максимальной асимметрией цикла напряжений, то при расчете в упругопластической постановке с целью определения размахов деформаций Ае не требуется учитывать остаточные сварочные напряжения, а также радиационное распухание. При использовании кривых усталости с коэффициентом асимметрии цикла напряжений R, равным минус 1, требуется проводить расчет в упругопластической постановке с учетом остаточных сварочных напряжений и радиационного распухания, при этом должно быть обосновано, что максимальное в цикле наибольшее главное напряжение <т_та)( не превышает величину 0.5 Е Де.

10.9    В случае использования кривых усталости с максимальной асимметрией цикла напряжений, допускается проводить независимые расчеты в упругопластической постановке для каждого временного интервала At,, то есть без учета истории нагружения при f меньше Г_у.

10.10    Последовательность режимов нагружения в рассматриваемом интервале времени At_j определяют согласно проектной модели эксплуатации ВКУ.

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.

10.12    Повреждение материала по механизму усталости D_N в рассматриваемой области элемента (компонента) ВКУ на временном интервале At- рассчитывают по'формуле

°«⁼Хтг    (W-1)

J .1 ^lvr>

где к — количество типов циклов с различным размахом деформации на временном интервале At_};

N_t — количество циклов с одинаковым размахом деформаций Де';

/V* — допускаемое количество циклов при размахе деформаций Ав‘.

10.13    Значение N_f) определяют по расчетной кривой усталости (расчет кривой усталости прово

дят в соответствии с приложением Г), для повреждающей дозы нейтронного облучения E_;t1, которая соответствует моменту времени Г,,. Величину N₆ определяют по кривой усталости с максимальной асимметрией цикла напряжений. В случае если коэффициент асимметрии цикла напряжений известен, допускается определять    в соответствии с приложением Г по формулам (Г. 1). (Г.4). (Г.11). (Г.12), (Г.15),

(Г.20), (Г.21).

(10.2)

10.14    Повреждение материала по механизму усталости D_N в рассматриваемой области элемента (компонента) ВКУ за назначенный срок службы рассчитывают по формуле

У-1

10.15    Критическое событие 5.5.1 за назначенный срок службы не реализуется, если выполняется условие

D_n< 1.    (Ю.З)

10.16    Если на момент окончания назначенного срока службы значение D_N превышает 1. то определяют момент времени эксплуатации t_fat (отсчет ведется с начала эксплуатации ВКУ), при котором значение D_N равно 1. Время t_fy/ соответствует моменту реализации критического события 5.5.1 для рассматриваемого элемента (компонента) ВКУ.

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.

11.2    Назначенный срок службы ВКУ разбивают на временные интервалы At-, так что Г„, = t, ♦ Atj) j = 1 + L, где L — количество временных интервалов At.

11.3    На каждом временном интервале At. значения характеристик механических свойств материалов ВКУ рассчитывают в соответствии с приложением В для повреждающей дозы нейтронного облучения F-_tV которая соответствует моменту времени (моменту окончания временного интервала At.).

11.4    Для каждого временного интервала At_} выполняют расчет в упруго-вязкопластической постановке с учетом остаточных сварочных напряжений (при наличии таковых), радиационного распухания, радиационной ползучести и истории нагружения на временном интервале от 0 до Расчет проводят в геометрически нелинейной постановке. Определяющие уравнения для расчета в упруго-вязкопластической постановке приведены в приложении Д; учет радиационных распухания и ползучести проводят в соответствии с приложениями А и Ж.

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-вязкопластичоский 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.

11.6    Для рассматриваемого периода нагружения строят зависимости от времени главного напряжения о,(0. интенсивности напряжений о_О{|(0 и порогового напряжения коррозионного растрескивания материала <t£^scc(/). Зависимость o£^scc(f) строят на основе зависимости o$^scc(F) и соотношения

(11.1)

Зависимость cf,*^scc(F) рассчитывают согласно приложению И. Схема построения зависимости оГ^сс<0 показана на рисунке 11.1.

(а)— (6) и (с)-—(d) — участки хависииости F(l). на которых dF/d! равно 0 Рисунок 11.1 — Схема построения зависимости a{£s“c(f) на основе зависимостей оГсс(Я) и F(f)

11.7 Определяют временные интервалы А£^а1с (к — номер временного интервала), где выполняют

ся условия:

<т, >0

<т_овхтГ^сс.    (11.2)

г>7Г^сс

где r“^scc — минимальная температура коррозионного растрескивания материала. При проведении расчетов принимают значение T_r“^scc , равным 200 °С.

Схема определения интервалов А_к^са1с показана на рисунке 11.2.

(а)- (Ь) и )е)—(d) — участки, на которых выполняются условия (11.2) Рисунок 11.2 — Схема определения интервалов Д*са1с ПРИ расчете повреждения материала по механизму коррозионного растрескивания

11.8 Каждый интервал Д1£^а,с разбивают на субинтервалы д1)^5иЬ. при этом для интервала строят зависимости a_gq(t) и o$^scc(/), которые аппроксимируют ступенчатыми функциями таким образом, чтобы для субинтервалов [ tf",⁶. (t?^u? + At/"⁶)] значения a_eq и o£^scc принимались постоянными и равными:

= тах{о_вч(0},    (11-3)

oJJ^scc =min|oSJ^scc(0|.    (11.4)

В формулах (11.3) и (11.4) время г должно находиться в интервале от до (♦ ц*^иЬ) включительно.

Рисунок 11.3 — Схема разбиения интервалов Atj^ на субинтервалы Atf0*

Нумерацию субинтервалов At*^ub в каждом интервале At£^alc начинают заново. Схема разбиения интервалов At£^a)c на субинтервалы показана на рисунке 11.3.

11.9    Для каждого субинтервала Дt?^ub в каждом интервале Atjj** в соответствии с приложением И рассчитывают значение времени до зарождения трещины по механизму коррозионного растрескивания t_fi.

К

до: =

11.10    Повреждение материала по механизму коррозионного растрескивания для субинтервала Atf^ub рассчитывают по формуле

(11.5)

где АСУ_Х — повреждение материала по механизму коррозионного на временном субинтервале Д1,^5и6, отн. ед.

11.11    Повреждение материала по механизму коррозионного растрескивания для интервала At^bak рассчитывают по формуле

m

0«^к=1д ц.    (11.6)

f-l

где т — количество субинтервалов А1*^иЬ разбиения интервала Дt£^alc.

11.12    Повреждение материала по механизму коррозионного растрескивания в рассматриваемой области элемента (компонента) ВКУ за назначенный срок службы рассчитывают по формуле

о,-I*.    (11-7)

где М — количество интервалов Дtj**.

D <1.

11.13    Критическое событие 5.5.2 за назначенный срок службы не реализуется, если выполняется условие

(11.8)

11.14 Если на момент окончания назначенного срока службы значение D_T превышает 1, то определяют такой момент времени эксплуатации t_scc (отсчет ведется с начала эксплуатации ВКУ). при котором значенио О. равно 1. Время t_scc соответствует реализации критического события 5.5.2 для рассматриваемого элемента (компонента) ВКУ.

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.

3    Допускается не проводить расчет для элементов (компонентов) ВКУ. для которых величина свободного радиационного распухания, рассчитанного по консервативной зависимости согласно приложению А. составляет величину, меньшую, чем критическое значение радиационного распухания Значение S_Kfsl. принимают в соответствии с приложением К. При расчете свободного радиационного распухания используют наибольшие за назначенный срок службы повреждающую дозу и температуру нейтронного облучения в элементе (компоненте) при НЭ.

12.2    Назначенный срок службы ВКУ разбивают на временные интервалы Ai-, так что = Г + Д^; j - 1 ♦ L. где L — количество временных интервалов Д/_у. Для повышения точности и уменьшения консервативности расчетов увеличивают количество временных интервалов L.

12.3    На каждом временном интервале Atj значения характеристик механических свойств материалов ВКУ рассчитывают в соответствии с приложением В для повреждающей дозы нейтронного облучения которая соответствует моменту времени f,_n (моменту окончания временного интервала ДГ,).

12.4    Для каждого временного интервала At_} выполняют расчет в упруго-вяэкопластической постановке с учетом остаточных сварочных напряжений (при наличии таковых), радиационного распухания, радиационной ползучести и истории нагружения на временном интервале от 0 до Расчет проводят в геометрически нелинейной постановке. Определяющие уравнения для расчета в улруго-вязколласти-ческой постановке приведены в приложении Д; учет радиационных распухания и ползучести проводят в соответствии с приложениями А и Ж.

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

S*V„.    (12.1)

где S — радиационное распухание материала с учетом напряжений, отн. ед.;

S — критическое значение радиационного распухания материала, приводящее к образованию ЗПО. отн. ед.

Величину S рассчитывают в соответствии с приложением А. Значение S_tpt)I принимают в соответствии с приложением К.

12.7    Критическое событие 5.5.3 за назначенный срок службы не реализуется, если максимальный линейный размер ЗПО не превышает 2 мм.

12.8    Если в какой-либо момент времени f_tea (отсчет ведется с начала эксплуатации рассматриваемого элемента ВКУ) максимальный линейный размер ЗПО превысит 2 мм. то на месте ЗПО постулируют расчетный дефект, вид. размеры и ориентацию которого определяют согласно 9.3. Время /_te0 соответствует моменту реализации критического события 5.5.3 для рассматриваемого элемента (компонента) ВКУ.

12.9    Начиная с момента времени t_ha для постулированного расчетного дефекта анализируют его развитие при распространении ЗПО — если в какой-либо момент времени Г, ЗПО. которую определили по 12.6. выйдет за границы расчетного дефекта, то этот дефект переопределяют согласно 9.3.

12.10    Начиная с момента времени (_Ма в каждый момент времени Г, размер расчетного дефекта определяют по формулам:

а₀(Г_у) = тах{а£^пОф, (а₀(*_н) ♦ э_с„(ДГ))},    (12.2)

С₀Ц) = тах{с₀зпо₍^, («^) ♦ с_с^М.))},    (12.3)

где a^^no(f_y) и сЗ^П0(/_у) — длины малой и большой полуосей расчетного дефекта, который постулируют на месте ЗПО согласно 9.3 в момент времени t_y мм: а₀(Г ,)ис₀(Г ,) — длины малой и большой полуосей этого расчетного дефекта в момент времени

t _л, мм;

а_сМ(Д1_у) и c_cN(A1j) — подрост за время А1- малой и большой полуосей расчетного дефекта с длинами

а₀(Г_у.,) и с₀(Г_,) по механизмам усталости и радиационной ползучести, мм.

Подрост э_сМ(ДГ) и с_сМ(ДГ) определяют согласно разделу 13.

13 Расчет подроста расчетного дефекта

13.1    Общие принципы расчета подроста расчетных дефектов

13.1.1    Для постулируемого согласно 6.7 поверхностного расчетного дефекта расчет подроста не проводят. При анализе критических событий 5.5.4 и 5.5.5 длины малой и большой полуосей расчетного дефекта а и с принимают равными а₀ и с₀ соответственно.

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.

13.1.3    Для расчетного дефекта, который постулируют согласно 6.5.1. расчет подроста начинают с начала эксплуатации рассматриваемого элемента ВКУ и завершают по окончанию его назначенного срока службы t_bh.

13.1.4    Для расчетного дефекта, который постулируют согласно 6.6.2, расчет подроста начинают с момента реализации критического события 5.5.3 (/;.,„) и завершают по окончанию назначенного срока службы f_We рассматриваемого элемента ВКУ.

13.1.5    Расчет подроста дефекта выполняют в направлениях его большой и малой полуосей.

13.1.6    Расчет подроста дефекта выполняют в два этапа.

13.1.6.1    На первом этапе расчета в качестве исходных размеров дефекта принимают начальные длины его малой и большой полуосей а₀ и с₀, затем определяют подрост этого дефекта по механизму радиационной ползучести за весь рассматриваемый период его подроста.

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.

13.1.7    Если в результате расчета подроста внутреннего расчетного дефекта в какой-либо момент времени получают, что фронт этого дефекта пересекает поверхность элемента (компонента) ВКУ. контактирующего с теплоносителем, то этот момент времени считают временем реализации критического события 5.5.2 (f_scc) для рассматриваемого элемента (компонента) ВКУ.

13.2    Расчет подроста расчетного дефекта по механизму радиационной ползучести

13.2.1    Весь период эксплуатации ВКУ. соответствующий периоду подроста расчетного дефекта, разбивают на временные интервалы так что f_y+1 = t. + Д/_у; у = 1 + L, где L — количество временных интервалов Atj.

13.2.2    На каждом временном интервале Ц значения характеристик механических свойств материалов ВКУ рассчитывают в соответствии с приложением В для повреждающей дозы нейтронного облучения F_y,_1t которая соответствует моменту времени Г,», (моменту окончания временного интервала Af_y).

Содержание

1    Область применения..................................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................................1

3    Термины и определения................................................................1

4    Обозначения и сокращения.............................................................3

4.1    Сокращения......................................................................3

4.2    Обозначения......................................................................4

5    Общие положения................................ 6

6    Условие обоснования прочности при анализе реализации критических событий

при нормальной эксплуатации и нарушении нормальной эксплуатации.........................8

7    Условия обоснования прочности при анализе реализации критических событий

при динамических воздействиях.........................................................9

8    Условия обоснования допустимости изменения размеров...................................10

9    Расчетный дефект...................................................................10

10    Анализ реализации критического события «Зарождение трещины при циклическом

нагружении по механизму усталости»..................................................11

11    Анализ реализации критического события «Зарождение трещины по механизму

коррозионного растрескивания».......................................................13

12    Анализ реализации критического события «Формирование зоны предельного

охрупчивания материала»............................................................16

13    Расчет подроста расчетного дефекта.......................................... 17

13.1    Общие принципы расчета подроста расчетных дефектов..............................17

13.2    Расчет подроста расчетного дефекта по механизму радиационной ползучести............17

13.3    Расчет подроста расчетного дефекта по механизму усталости..........................18

14    Анализ реализации критического события «Нестабильное развитие трещины»................20

15    Анализ реализации критического события «Потеря несущей способности элемента

конструкции».......................................................................21

16    Анализ реализации критического события «Недопустимое изменение геометрических

размеров».........................................................................22

17    Анализ реализации критического события «Исчерпание деформационной способности

материала элемента (компонента)»....................................................23

Приложение А (обязательное) Расчет радиационного распухания..............................24

Приложение Б (обязательное) Процедура назначения периодического контроля изменения геометрических размеров элементов (компонентов)

внутрикорпусных устройств................................................26

Приложение В (обязательное) Расчет механических свойств и деформационного упрочнения......27

Приложение Г (обязательное) Расчет кривых усталости......................................32

Приложение Д (рекомендуемое) Определяющие уравнения для расчета методом

конечных элементов в упруго-вязкопластической постановке....................36

Приложение Е (рекомендуемое) Процедура формирования циклов при сложном нагружении.......39

Приложение Ж (обязательное) Расчет скорости радиационной ползучести......................44

Приложение И (обязательное) Расчет параметров сопротивления коррозионному

растрескиванию..........................................................45

Приложение К (обязательное) Критическое распухание материала, приводящее

к образованию зоны предельного охрупчивания...............................46

Приложение Л (обязательное) Расчет скорости роста трещины при радиационной ползучести......47

Приложение М (обязательное) Расчет скорости роста усталостной трещины....................48

Приложение Н (обязательное) Расчет статической трещиностойкости..........................50

Приложение П (обязательное) Процедура расчета референсного напряжения...................52

Библиография........................................................................57

13.2.3    Для каждого временного интервала Л*у выполняют расчет в упруго-вязколластической постановке с учетом остаточных сварочных напряжений (при наличии таковых), радиационного распухания, радиационной ползучести и истории нагружения на временном интервале от 0 до /у. Расчет проводят в геометрически нелинейной постановке. Определяющие уравнения для расчета в упруго-вязкопластической постановке приведены в приложении Д; учет радиационных распухания и ползучести проводят в соответствии с приложениями А и Ж.

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.

13.2.5    Период нагружения д(у разбивают на временные интервалы А/, много меньше ДГу.

13.2.6    Для каждого временного интервала д*- рассчитывают значения КИН К_а и К*. в точках а и с расчетного дефекта [см. рисунок 9.1а)]. Эти значения принимают постоянными и равными своим максимальным значениям в интервале ДL Значения и К(. в каждом интервале Д/₍ рассчитывают МВФ (допускается использовать другие методы), при этом используют распределение напряжений в плоскости дефекта, рассчитанное при его отсутствии, а также длины малой и большой полуосей расчетного дефекта на предыдущем временном интервале (а¹'¹ и с¹).

13.2.7    Если на временном интервале ДГ. рассчитанное значение К^ меньше 0. то принимают К'_а равным 0. Если на временном интервале Дt, рассчитанное значение /С_с меньше 0. то К_с принимают равным 0.

13.2.8    На основании зависимости, приведенной в приложении Л. определяют величины подроста расчетного дефекта по механизму радиационной ползучести на временном интервале Дtf

Ч = >.■($, ~)■*' -<Ч -10³.    (13.1)

+«•$)•*'-^-Ю³.    (13.2)

где да|. и дс*_с — подрост расчетного дефекта по механизму радиационной ползучести в направлениях малой и большой полуосей за время At-, мм;

X — константа материала, определяемая по приложению Л. :

8₀ — константа материала, определяемая по приложению Ж. МПа¹;

F_q — нормирующий коэффициент; равный 1 сна; о» — константа материала, определяемая по приложению Ж. МПа-¹; dFldt — скорость набора повреждающей дозы нейтронного облучения, сна/час;

S — скорость радиационного распухания материала с учетом напряжений, час*¹;

К_а и К_с — КИН 1-го рода в вершинах расчетного дефекта на концах его малой и большой полуосей на временном интервале Д1_|Ч МПа ; д/. — г-й интервал времени, час.

Величину S рассчитывают в соответствии с приложением А.

13.2.9    Текущие размеры расчетного внутреннего дефекта определяют по формулам;

а^_ам _{+ Да}.,    (13.3)

d_c — с£~¹ + ДСд.    (13.4)

13.2.10    Расчеты согласно 13.2.6—13.2.9 проводят для каждого М- за рассматриваемый период эксплуатации, соответствующий периоду подроста расчетного дефекта. В результате определяют длины малой и большой полуосей расчетного дефекта э_с и с_с на момент окончания назначенного срока службы с учетом его подроста по механизму радиационной ползучести.

13.3 Расчет подроста расчетного дефекта по механизму усталости

13.3.1 В качестве исходных размеров расчетного дефекта используют длины малой и большой полуосей расчетного дефекта а_с и с_с, определенные по 13.2.10. Если подроста расчетного дефекта по механизму радиационной ползучести не произошло, то в качестве исходных размеров дефекта принимают его начальные длины малой и большой полуосей а₀ и с₀.

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

Дата введения — 2022—01—01

1    Область применения

1.1    Настоящий стандарт устанавливает требования к расчетному обоснованию прочности на стадии проектирования внутрикорлусных 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 внутрикор-пусных 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 гад. 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:

Издание официальное

3.1    динамическое воздействие: Воздействие динамического характера, оказываемое явлениями и факторами техногенного или природного характера и передающееся на элементы внутрикорпус-ных 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 н/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 продельного 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) внутрикорлус-ных устройств.

3.19    простое нагружение: Нагружение, при котором все компоненты девиатора напряжения возрастают пропорционально одному общему параметру.

3.20    расчет в упруго-вязкопластичоской 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 дофокт: Дефект в виде трещины заданной формы (эллиптической, полуэллипти-ческой 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.

3.27    элемент (внутрикорпусных устройств): Изделие (шахта внутрикорпусная. блок защитных труб, выгородка, корзина, днище шахты, узлы крепления внутрикорпусных устройств водо-водяных энергетических реакторов’ >. выполняющее самостоятельную функцию в составе внутрикорпусных устройств.

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.

За исключением прижимных устройств.

4.2 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие условные обозначения. 4.2.1 Обозначения геометрических параметров: а. с э_Л. с,

—    длина малой и большой полуоси расчетного дефекта, мм:

—    начальная длина малой и большой полуоси расчетного дефекта, мм:

—    длина малой и большой полуоси расчетного дефекта с учетом его подроста по механизму радиационной ползучести, мм;

—    длина малой и большой полуоси расчетного дефекта с учетом его подроста по механизмам усталости и радиационной ползучести, мм;

—    линейный размер расчетного дефекта, мм,

—    максимально возможный размер технологического дефекта в направлении толщины свариваемых элементов (компонентов), мм;

—    изменение геометрического размера элемента (компонента) ВКУ. мм;

—    допускаемое изменение геометрических размеров элемента ВКУ, мм;

—    толщина элемента или свариваемых элементов (компонентов) ВКУ, мм;

—    расстояние между элементами (компонентами) ВКУ или между элементом (компонентом) ВКУ и иными элементами (компонентами) РУ, мм;

—    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:

—    размах деформаций, ед.;

—    размах деформаций с учетом коэффициента запаса п_г, ед.;

—    размах деформаций с учетом коэффициента запаса n_N. ед.;

—    подрост расчетного дефекта в направлениях малой и большой полуосей по механизму радиационной ползучести, мм.

—    подрост расчетного дефекта в направлениях малой и большой полуосей по механизму усталости, мм;

—    скорость роста усталостной трещины с учетом радиационного распухания, мм/цикл;

—    скорость роста усталостной трещины в материале ВКУ без учета радиационного распухания, мм/цикл;

—    размах КИН 1-го рода в вершинах расчетного дефекта на концах его малой и большой полуосей, МПа • i/м ;

—    временной интервал, час;

—    общее изгибное напряжение. МПа:

—    общее мембранное напряжение. МПа;

—    референсное напряжение, МПа;

—    повреждение материала по механизму усталости, отн. ед.;

—    повреждение материала по механизму коррозионного растрескивания, отн. ед.;

—    скорость набора повреждающей дозы, сна/час;

—    скорость роста трещины по механизму радиационной ползучести, мм/час;

—    повреждающая доза нейтронного облучения, сна;

—    J-иитеграл, Н/мм;

—    КИН 1-го рода. МПа • V™ :

—    КИН 1-го рода в вершинах расчетного дефекта на концах его малой и большой полуосей, МПа Vm ;

—    минимальный КИН в цикле, МПа ;

—    максимальный КИН в цикле, МПа .

—    количество циклов, шт.:

—    количество циклов до зарождения усталостной трещины, шт.;

—    коэффициент асимметрии цикла напряжений, отн. ед.;

о-

а_г,с_г

а

cN• ‘'cN

/

АН

[АН]

",

W

№

Ае.

Аа.. ас.

Аа„, Ac_N

AIJAN

(AI/ANF**

АК_а,АК_с

М д*>. дI,

«V

^Dn

ъ

dF/dt

dlldt

F

J

«г*е

*min

*_max

N

N,

Р_р    — первичная нагрузка. Н.

S    — радиационное распухание материала с учетом напряжений, отн. ед.;

S₀    — свободное радиационное распухание материала, отн. ед.;

^    — скорость свободного радиационного распухания материала, час*¹;

S    — скорость радиационного распухания материала с учетом напряжений, час"¹;

t    —    время, час;

t_geom — время до достижения недопустимого изменения размеров элемента (компонента) конструкции, час;

t_f    — время до зарождения трещины по механизму коррозионного растрескивания при

постоянной нагрузке, час;

— время до потери несущей способности элемента, час; t_fal    — время до зарождения трещины при циклическом нагружении по механизму устало

сти, час;

t_lea    — время до постулирования расчетного дефекта в ЗПО. час;

t_Me    — назначенный срок службы элемента ВКУ. час;

t_nue    —    время до зарождения трещины,    час:

t_nsf    — время до нестабильного развития трещины, час;

t_scc    —    время до зарождения трещины    по механизму коррозионного растрескивания, час;

Т    —    температура эксплуатации. °С;

Тобл    —    температура облучения. ^вС.

4.2.3 Обозначения механических свойств материала:

До_{0 2}    —    приращение предела текучести материала под облучением. МПа;

дс₀ — приращение предела прочности материала под облучением. МПа;

ДK_lh    — пороговый размах КИН 1-го рода. МПа • ч/м ;

е_{ — критическая деформация разрушения материала, ед.; еР — критическая деформация разрушения материала в исходном состоянии, ед.; _еэФа> — эффективная критическая деформация материала (критическая деформация материала без учета радиационного распухания), ед.; v    — коэффициент Пуассона;

а_С2    — предел текучести материала. МПа;

^ао 2    — предел текучести материала в исходном состоянии.    МПа;

°о'г^Ф — эффективный предел текучести материала (предел текучести материала без учета радиационного распухания). МПа; а_в    — предел прочности материала. МПа;

о°    — предел прочности материала в исходном состоянии.    МПа;

₀эф^ф _ эффективный предел прочности материала (предел прочности материала без учета радиационного распухания). МПа, о™ — минимальное напряжение, ниже которого коррозионное растрескивание материала не происходит при любой повреждающей дозе нейтронного облучения. МПа:

Msec — пороговое напряжение коррозионного растрескивания материала. МПа;

ci)^Sh‘ — коэффициент увеличения скорости роста усталостной трещины под влиянием радиационного распухания; c_D — параметр радиационного распухания материала;

с£^ол — консервативное значение параметра радиационного распухания материала:

Cq — фактическое значение параметра радиационного распухания материала; ^со°^а — медианное значение параметра радиационного распухания материала;

С,    — коэффициент уравнения Пэриса;

Е    — модуль упругости материала, МПа.

F_stgb — повреждающая доза нейтронного облучения, свыше которой приращение предела текучести под облучением не зависит от температуры эксплуатации, сна;

G    — модуль сдвига. МПа;

— статическая трещиностойкость материала в исходном состоянии, Н/мм;

J_c    — статическая трещимостойкость материала. Н/мм;

J»**    — эффективная статическая трещиностойкость материала (статическая трещиностой-

кость материала без учета радиационного распухания). Н/мм;

К    — коэффициент объемного сжатия;

п₍    — коэффициент уравнения Пэриса;

Т_тзг — параметр материала (температура облучения, соответствующая максимуму распухания при заданной повреждающей дозе), ^вС;

Tfa^SCC — минимальная температура коррозионного растрескивания материала, ^еС.

4.2.4    Обозначения параметров НДС;

—    компоненты разности тензоров напряжений и микронапряжений, МПа;

P_eq — интенсивность тензора напряжений fy. МПа;

5^.    —    символ Кронекера;

ц    —    компоненты тензора деформации, ед.;

£_1t £2, £3 —    главные деформации (£, > £₂ > е₃), ед.;

£_вр    —    интенсивность деформаций, ед.;

£^    —    температурная деформация, ед.;

ав_р — накопленная пластическая деформация, ед.;

Seg ^— интенсивность скоростей деформации радиационной ползучести, час ¹;

Щ    — компоненты тензора скоростей деформаций радиационной ползучести, час¹,

—    интенсивность скоростей пластической деформации, час’¹;

Ра    —    компоненты тензора микронапряжений. МПа;

'У

—    компоненты тензора скорости микронапряжений. МПа/час; о_г о₂. о₃ — главные напряжения (д, > а₂ > а₃), МПа;

а-    —    компоненты тензора напряжения, МПа;

a_eq    —    интенсивность напряжений, МПа;

а_т    —    гидростатическое напряжение. МПа;

°тах — максимальное в цикле наибольшее главное напряжение, МПа;

—    радиус поверхности текучести. МПа;

cfe^, — приращения компонент тензора полных деформаций, ед.;

<М — приращения компонент тензора деформаций ползучести, ед.; de*    — приращения компонент тензора упругих деформаций, ед.;

(кРц — приращения компонент тензора пластических деформаций, ед.; d£^IW — приращение деформаций за счет радиационного распухания, ед.; de⁷ — приращение деформаций, обусловленных температурой, ед.;

—    компоненты девиатора напряжения, МПа.

4.2.5    Обозначения коэффициентов запаса;

n_t — коэффициент запаса по размаху деформации;

pj — коэффициент запаса на нестабильное развитие трещины;

n_N — коэффициент запаса по числу циклов;

q>_s — коэффициент снижения циклической прочности.

5 Общие положения

5.1    Прочность и допустимость изменения размеров элемента ВКУ оценивают на основании анализа предельных состояний элементов (компонентов) ВКУ согласно (1J.

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 лоджатия 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: