СОПОСТАВЛЕНИЕ РОССИЙСКИХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К ОБОСНОВАНИЮ ПРОЧНОСТИ АЭС

Чтобы узнавать последние новости, подпишись на нашу группу в VK

ПОДЕЛИСЬ ССЫЛКОЙ С ДРУЗЬЯМИ!



СОПОСТАВЛЕНИЕ РОССИЙСКИХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К ОБОСНОВАНИЮ ПРОЧНОСТИ АЭС

Отечественные требования к обоснованию прочности элементов АЭУ разрабатывались начиная с 1971 г., когда была уже опубликована часть III Кода ASME для элементов АЭС. Американский опыт был учтен, поэтому методы отечественных НТД по расчетам на статическую, циклическую, хрупкую прочность во многом совпадают с методами Кода ASME. Но при этом в действующих нормативных документах имеется ряд существенных различий, отражающих национальные особенности проектирования, изготовления и монтажа оборудования и трубопроводов АЭУ, а также исторические отличия в развитии атомной техники.

Соответствующие зарубежные нормативные документы разрабатывались в тесной привязке к Коду ASME. Поэтому особенности российских подходов целесообразно проследить на примере сопоставления с Кодом ASME.

Допускаемые напряжения. Коэффициент запаса по пределу текучести для аустенитных коррозионно-стойких сталей по «Нормам» РФ в 1,35 раза выше, чем по Коду ASME.

Коэффициент запаса по пределу прочности по Коду ASME в 1,05...1,15 раз выше, чем по «Нормам» РФ.

Коэффициент запаса при выборе сечений болтов и шпилек по Коду ASME в 1,5 раза выше, чем по «Нормам» РФ.

Выбор основных размеров

Максимальный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления, в Коде ASME значительно меньше, чем в «Нормах» РФ.

Размеры укрепляющих отверстие элементов в «Нормах» РФ определяются из условий компенсации изъятого из элемента металла. В отличие от Кода ASME, они не могут быть уменьшены на основании выполнения критериев прочности при поверочном расчете.

Порядок определения напряжений. Расчет напряжений в нормативных документах обеих стран проводится на основе теории упругости, допускается и упругопластический расчет. В Коде ASME дополнительно допускается расчет разрушающих нагрузок по предельным состояниям.
Коррекция результатов упругого расчета напряжений в зонах концентрации в «Нормах» РФ проводится на основе гипотезы об эквивалентности плотности энергии деформации в концентраторе при упругой и упругопластической оценках. В Коде ASME используется интерполяционное соотношение. На границе упругого и упругопластического состояния в концентраторе оценки местного напряжения по Коду ASME могут оказаться заниженными.

В «Нормах» РФ в отличие от Кода ASME четко сформулирован принцип формирования расчетных циклов, обеспечивающий нормативный уровень консервативности в расчетах на усталость.

Статическая прочность

Состав групп напряжений, ограничиваемых при оценке статической прочности, практически совпадает в «Нормах» РФ и Коде ASME .

В «Нормах» РФ в отличие от Кода ASME не предусмотрены ограничения местных мембранных напряжений и напряжений компенсации отдельно от других категорий напряжений.

Размах суммы напряжений всех категорий без учета концентрации напряжений ограничивается в Коде ASME меньшим допускаемым значением, чем в «Нормах» РФ для ферритных сталей с отношением предела текучести к пределу прочности более 0,5 при комнатной температуре и 0,55, когда расчетная интенсивность напряжений определяется пределом прочности при расчетной температуре. В других случаях эта группа категорий ограничивается в «Нормах» РФ меньшим допускаемым значением.

Ограничение размаха суммы напряжений всех категорий без учета концентрации напряжений в «Нормах» РФ не является обязательным, если вызываемая этим нестабильность размеров и формы элемента не нарушает работоспособности узла.

Напряжения упругого расчета при динамическом нагружении в «Нормах» РФ ограничиваются по категориям общих мембранных и суммы общих мембранных и общих изгиб-ных напряжений от совместного действия механических статических и динамических нагрузок. В Коде ASME динамические нагрузки учитываются при определении местных мембранных и общих изгибных напряжений упругим расчетом и ограничиваются пределом уровней А и В для суммы первичных и вторичных напряжений.

«Нормы» РФ, менее консервативные при расчете поперечного сечения резьбового крепежа, чем Код ASME, становятся более консервативными при ограничении средних напряжений по сечению от механических и температурных нагрузок, а также суммы средних по сечению напряжений от растяжения и максимальных напряжений от изгиба и кручения при указанных нагрузках.

Код ASME содержит менее жесткие требования, чем «Нормы» РФ, для напряжений среза и более жесткие - для напряжений смятия.

В отличие от «Норм» РФ в Коде ASME ограничена сумма трех главных напряжений без учета концентрации, а также сумма первичных и вторичных напряжений в местах контакта разъемных соединений.

Устойчивость

Расчет толщины стенок оболочек, нагруженных наружным давлением и осевыми сжимающими силами, в Коде ASME проводится с помощью номограмм из условий прочности и устойчивости. В «Нормах» РФ расчет на устойчивость является самостоятельным и проводится для проверки допустимости толщины стенки оболочки, определенной из условия прочности. В зависимости от типа рассчитываемого элемента и вида нагрузки эти подходы могут различаться большей или меньшей консервативностью оценок прочности.

Циклическая прочность

В «Нормах» РФ для анализа циклической прочности в основном используются кривые усталости, определенные расчетным путем по уравнениям типа Мэнсона-Коффина-Лангера с использованием гарантированных механических свойств материала, а также экспериментальные кривые.

В Коде ASME расчет ведется с использованием экспериментальных кривых (комнатная температура) для основных классов сталей и сплавов. При этом испытанные материалы имели свойства выше спецификационных.

Кривые усталости для температур выше комнатной в Коде ASME получают умножением амплитуд напряжений кривой усталости при комнатной температуре на отношение модулей упругости при высокой и комнатной температурах. Это завышает допускаемые амплитуды напряжений в высокоцикловой области, поскольку снижение предела выносливости с ростом температуры может быть большим, чем снижение модуля упругости.
В «Нормах» РФ в отличие от Кода ASME используются кривые усталости не только по критерию усталостного, но и квазистатическо-го разрушения.

Влияние асимметрии цикла по напряжениям в «Нормах» РФ учитывается на основе диаграммы Гудмана. При этом предел прочности как предельное среднее напряжение заменен на истинное сопротивление разрыву, что смягчает влияние среднего напряжения на усталость. Для учета максимального эффекта среднего напряжения в «Нормах» РФ наибольшее напряжение цикла приравнивают к пределу текучести материала при комнатной температуре.

В Коде ASME в расчетных кривых учитывается максимальный эффект среднего напряжения на основе диаграммы Гудмана, предел прочности используется как предельное среднее напряжение, а наибольшее напряжение цикла приравнивается к пределу текучести.

«Нормами» РФ предусмотрен учет снижения циклической прочности металла сварных соединений по сравнению с основным металлом, а также под влиянием облучения и коррозии в среде теплоносителя.

Основные коэффициенты запаса - по амплитуде напряжений (за пределами упругости -условных напряжений) - в обоих сравниваемых документах равны 2. Коэффициент запаса по средним напряжениям в «Нормах» РФ равен 2. Коэффициенты запаса по числу циклов формально отличаются в 2 раза (в «Нормах» РФ - 10, в Коде ASME - 20); по существу они также равны, поскольку в «Нормах» РФ используются кривые по образованию усталостной трещины в отличие от кривых развитого разрушения, используемых в Коде ASME.

В «Нормах» РФ для крепежных деталей резьбовых соединений коэффициенты запаса снижены по сравнению с общим случаем (1,5 по напряжению и 3 или 5 по числу циклов в зависимости от метода расчета напряжений в резьбе). В Коде ASME используются коэффициенты запаса 2 и 20.

По «Нормам» РФ коэффициенты запаса могут быть снижены при анализе сварных соединений антикоррозионных оболочек при двух условиях: разрушение не приводит к утечке теплоносителя и в расчете используются эффективные коэффициенты концентрации.

В отличие от «Норм» РФ в Коде ASME не учитывается ускоренное накопление усталостных повреждений при наложении высокочастотных циклов нагружения на низкочастотные.

В «Нормах» РФ и в Коде ASME накопление усталостных повреждений определяется по гипотезе их линейного суммирования.

Сравнение расчетных кривых усталости для сталей одинаковых классов подтверждает больший консерватизм «Норм» РФ по сравнению с Кодом ASME. Исключение представляют расчетные кривые «Норм» РФ для крепежных деталей резьбовых соединений из сталей с временным сопротивлением до 690 МПа и в высокоцикловой области - для высокопрочных сталей.

Хрупкая прочность

асчет проводится на основе линейной механики разрушения, но при этом в «Нормах» РФ используется статическая вязкость разрушения Kjc, а в Коде ASME - динамическая Kir, что более консервативно.

Коэффициент запаса по Kjc в «Нормах» РФ принят для первичных и вторичных напряжений, а в Коде ASME по Kjr - только для первичных напряжений.

Постулируемый дефект при равной его глубине учитывается по Коду ASME консервативнее, чем по «Нормам» РФ.

Оценка сдвигов Tk и RTjjot при облучении сталей корпусов (одинаковые примеси P и Си) дает близкие значения по «Нормам» РФ и Коду ASME.

Расчет на хрупкую прочность по Коду ASME для нормальных условий эксплуатации и гидроиспытаний корпуса PWR более консервативен, чем по «Нормам» РФ.

Гидравлические испытания

При изготовлении, монтаже и эксплуатации согласно «Правилам» РФ [8] давление испытания элементов и систем АЭУ может быть как выше, так и ниже, чем по Коду ASME. Это зависит от ограничений напряжений при испытании и свойств материалов.

В отличие от Кода ASME все циклы испытаний учитываются в «Нормах» РФ при расчете на усталость.

Допускаемая минимальная температура испытаний корпуса PWR по Коду ASME выше, чем по «Правилам» РФ.

Испытания натурного оборудования и модельных образцов на циклическую прочность. Методы испытаний по «Нормам» РФ и
Коду ASME во многом совпадают, а цели ограничиваются подтверждением допустимости требуемого числа циклов и определением эффективных коэффициентов концентрации.

Отличаются регистрируемые предельные состояния, характеризующие усталостное разрушение при испытаниях:

  • в «Нормах» РФ - появление трещин длиной 0,5...2 мм или большего заданного размера;
  • в Коде ASME - образование течи через сквозную трещину.


Коэффициенты запаса зависят от соответствия испытаний условиям нагружения элемента при эксплуатации, от масштаба модели и числа испытанных объектов.

При положительных результатах испытаний коэффициенты запаса по амплитуде напряжений и числу циклов должны быть: в «Нормах» РФ для судовых АЭУ не менее единицы; в «Нормах» РФ для АЭС не менее 1,25 и 2,1; в Коде ASME не менее 1,25 и 2,6.

В целом имеется большое сходство сравниваемых нормативных подходов. При этом требования «Норм» РФ, как правило, оказываются консервативнее, хотя имеется ряд отличий, которые придают больший консерватизм Коду ASME в сравнении с «Нормами» РФ.

Однако, как свидетельствует опыт эксплуатации, указанные различия в обосновании прочности не приводят к систематическим повреждениям элементов АЭУ, спроектированных в соответствии с российскими нормативными подходами или Кодом ASME. Так, например, применительно к России это подтверждается опытом работы большого числа реакторов АЭС и судовых АЭУ, а также АЭС, спроектированных и построенных в соответствии с российскими нормативными документами на Украине, в Литве, Чехии, Венгрии, Словакии, Болгарии, Германии и Финляндии. Это указывает на большие возможности совершенствования нормативных документов различных стран, их взаимного обогащения и гармонизации.


ПОДЕЛИСЬ ССЫЛКОЙ С ДРУЗЬЯМИ!







Чтобы получить полную информацию, подпишись на нас Vk.com/enciklopediyatehniki


Энциклопедия машиностроения СОПОСТАВЛЕНИЕ РОССИЙСКИХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К ОБОСНОВАНИЮ ПРОЧНОСТИ АЭС. ЯДЕРНАЯ ТЕХНИКА