Тріщиностійкість корпусних реакторних сталей при змішаних модах деформування для обґрунтування продовження терміну експлуатації ядерних енергетичних установок
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.1.51.2017.03Ключові слова:
тріщиностійкість, змішані моди руйнування, реакторні сталі, характеристики тріщиностійкості при поперечному зсувіАнотація
Попереднє термомеханічне навантаження сприяє підвищенню опору крихкому руйнуванню теплостійких сталей з тріщинами і є фундаментальною основою перспективного методу збільшення ресурсу для забезпечення безпечної експлуатації корпусів енергетичних реакторів. В існуючих нормах розрахунку на міцність обладнання атомних енергетичних установок розрахунок на тріщиностійкість здійснюється тільки для тріщин нормального відриву (мода I), але площина тріщини може мати довільну орієнтацію по відношенню до зовнішніх зусиль. Мета: Метою роботи є експериментальне дослідження впливу попереднього термомеханічного навантаження по модам I і II на в’язкість руйнування по модам II і I реакторних сталей відповідно, а також попереднього термомеханічного навантаження по моді I + III на в'язкість руйнування по моді I + III. Матеріали і методи: Експериментальні дослідження статичної тріщиностійкості виконували на зразках на чотириточковий згин (мода II), на циліндричних зразках на кручення (мода III) і на модифікованому компактному зразку з похиленою тріщиною (мода I + III) для сталей марок 15Х2НМФА(II) і 15Х2МФА(II). Результати: Показано, що характеристики тріщиностійкості при поперечному і поздовжньому зсувах (моди II, III) менші, ніж при нормальному відриві (мода I) при температурі випробувань, вищій за температуру крихко-в'язкого переходу, і, навпаки, більші, коли температура випробувань нижча. Було встановлено, що попереднє термомеханічне навантаження по моді II викликає збільшення в'язкості руйнування по моді II і зниження в'язкості руйнування по моді I для окрихчених реакторних сталей. Цей самий показник у зазначених умовах практично не змінюється для пластичних реакторних сталей. Встановлені закономірності показують необхідність модифікації нормативних документів для оцінки граничної несучої здатності конструкційних елементів з тріщинами, зокрема, корпусів атомних енергетичних реакторів, устаткування 1-го та 2-го контурів, трубопроводів.
Завантаження
Посилання
The influence of plastic prestraining on brittle fracture resistance of metallic materials with cracks / V.V. Pokrovsky, V.T. Troshchenko, G.A. Kopcmsky, etc. // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. – 1995. – Vol. 18, Issue 6. – PP. 731-746.
A promising method for enhancing resistance of pressure vessels to brittle fracture / V.V. Pokrovsky, V.T. Troshchenko, V.G. Kaplunenko, etc. // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 1994. – Vol. 58, Issue 1. – PP. 9-24.
Timofeev, B.T. Calculated and experimental estimation of preliminary loading effect at elevated temperatures on fracture toughness of pressure vessel materials / B.T. Timofeev, V.I. Smirnov // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 1995. – Vol. 63, Issue 2. – PP. 135-140.
Chell, G.G. A theory of warm prestressing: Experimental validation and the implications for elastic plastic failure criteria // G.G. Chell, J.R. Haigh, V. Vitek // International Journal of Fracture. – 1981. – Vol. 17, Issue 1. – PP. 61-81.
Smith, D.J. The effects of warm pre-stressing on cleavage fracture. Part 1: Evaluation of experiments / D.J. Smith, S. Hadidimoud, H. Fowler // Engineering Fracture Mechanics. – 2004. – Vol. 71, Issues 13–14. – PP. 2015-2032.
Swankie, T.D. Low temperature mixed mode fracture of a pressure vessel steel subject to prior loading / T.D. Swankie, D.J. Smith // Engineering Fracture Mechanics. – 1998. – Vol. 61, Issues 3–4. – PP. 387-405.
Ayatollahi, M.R. Finite element analysis of a center crack specimen warm pre-stressed under different modes of loading / M.R. Ayatollahi, M. Mostafavi // Computational Materials Science. – 2007. – Vol. 38, Issue 4. – PP. 847-856.
Покровский, В.В. Прогнозирование влияния предварительного термомеханического нагружения на вязкость разрушения корпусных теплоустойчивых сталей при смешанных схемах деформирования / В.В. Покровский, В.Г. Сидяченко // Міцність матеріалів та елементів конструкцій: тези доп. міжнар. наук.-техн. конф., Київ, Україна, 28-30 вересня 2010 р.: в 2 т. / відп. ред. В.Т. Трощенко; НАН України, Ін-т проблем міцності ім. Г.С. Писаренка. – К.: ІПМіц. ім. Г.С. Писаренка НАН України, 2010. – С. 340-348.
Исследование закономерностей развития трещин при смешанных модах нагружения / В.В. Покровский, В.Н. Ежов, В.Г. Сидяченко Ю.И. Коваль // Механічна втома металів: Праці 13-го міжнародного колоквіуму (МВМ-2006), 25-28 вересня 2006 р., Тернопіль, Україна / відп. ред. В.Т. Трощенко. – Тернопіль: ТДТУ ім. І. Пулюя, 2006. – С. 259-265.
Сидяченко, В.Г. Методика исследования трещиностойкости реакторных сталей при смешанных I+II модах нагружения / В.Г. Сидяченко // Вісник НТУУ «КПІ». Серія: Машинобудування. – 2011. – Вип. 63. – С. 83-86.
Manoharan, M. Combined mode I - mode III fracture toughness of a high carbon steel / M. Manoharan, J.P. Hirth, A.R. Rosenfield // Scripta Metallurgica. – 1989. – Vol. 23, Issue 5. – PP. 763-766.
Шульженко, Н.Г. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергетических агрегатов: монография / Н.Г. Шульженко, П.П. Гонтаровский, Б.Ф. Зайцев. – Х.: ХНАДУ, 2011. – 444 c.
Pokrovskii, V.V. Influence of the modes of thermomechanical preloading on the resistance of heat-resistant steels to brittle fracture / V.V. Pokrovskii, А.G. Ivanchenko // Strength of Materials. – 1999. – Vol. 31, Issue 2. – PP. 200-209.
Panasyuk, V.V. Cyclic crack growth resistance of materials with mixed-mode macromechanisms of fracture / V.V. Panasyuk, Ya.L. Ivanytskyi, O.Ye. Andreykiv // Progress in Mechanical Behaviour of Materials: Proceedings of the 8th International Conference on Mechanical Behaviour of Materials (ICM8), 16-21 May 1999, Victoria, Canada. – Victoria: University of Victoria, 1999. – V. 1. – PP. 398-403.
Laukkanen, A. Ductile elastic-plastic mixed mode I-II crack propagation mechanisms and fracture resistance in metallic materials / A. Laukkanen // Proceedings of the 12th Bienniel Conference on Fracture, Fracture from Defects (ECF 12), 14-18 September 1998, Sheffield, UK. – West Midlands: Engineering Materials Advisory Services, 1998. – Vol. 2. – PP. 667-672.
Laukkanen, A. Evaluation of the effects of mixed mode I-II loading on elastic-plastic ductile fracture of metallic materials / A. Laukkanen, K. Wallin, R. Rintamaa // Mixed-Mode Crack Behavior. ASTM STP 1359 / ed. by K.J. Miller, D.L. McDowell. – West Conshohocken: ASTM, 1999. – PP. 3-20.
