logo-mephi
header

    
Выбор физико-механических характеристик конструкционных материалов для занесения в базу данных


 

 

В качестве первого этапа создания базы данных по основным физико-механическим характеристикам конструкционных материалов, используемых в расчетах на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ,  проведем анализ всех имеющихся характеристик с целью отбора из них наиболее универсальных, без которых невозможно выполнить расчет на прочность.
Расчет на прочность любой конструкции выполняется в два этапа:
- расчет напряженно-деформированного состояния;
- непосредственно оценка прочности.
Расчет напряженно-деформированного состояния конструкции выполняется либо по аналитическим зависимостям,  либо по компьютерным программам, причем в подавляющем большинстве случаев расчет проводится в упругой постановке задачи. Все конструкционные материалы, разрешенные к использованию в атомной энергетике Правилами ПНАЭ Г-7-002-86 [2], являются линейно-упругими и подчиняются закону Гука. Отсюда следует, что основной физико-механической характеристикой, используемой при расчетах напряженно-деформированного состояния и, следовательно, при расчетах на прочность, является модуль упругости материала, обозначаемый как «Е». Иногда модуль упругости Е называют модулем упругости первого рода. Модуль упругости второго рода, обозначаемый как «G», является производной величиной от Е и от коэффициента поперечной деформации (коэффициент Пуассона) μ, поэтому использование модуля упругости второго рода G в качестве базовой константы представляется не целесообразным.
Для всех конструкционных материалов модуль упругости Е , также, как и все другие характеристики, зависит от температуры, поэтому значения модуля упругости и всех других характеристик целесообразно приводить для различных значений температуры.  
Основными факторами, приводящими к возникновению значительных напряжений в элементах оборудования и трубопроводов АЭУ, являются:
- внутреннее давление;
- внешние нагрузки;
- температурные градиенты по толщине стенки или длине конструкции.
При этом следует отметить, что в ряде случаев, например, в случаях впрыска холодной воды  в разогретые сосуды, температурные напряжения по величине значительно превышают напряжения от внутренних и внешних нагрузок. Вследствие этого температурные напряжения являются важнейшим фактором, определяющим прочность конструкции в целом. А поскольку температурные напряжения вызываются тепловым расширением, важнейшей характеристикой конструкционных материалов является коэффициент линейного теплового расширения α, который также необходимо включить в разрабатываемую базу данных.
После расчета напряженно-деформированного состояния конструкции  наступает второй этап расчетов: непосредственно оценка прочности.
В соответствии с разделом 3 ПНАЭ Г-7-002-86 оценку прочности выполняют по допускаемым напряжениям. Согласно п. 3.4 ПНАЭ Г-7-002-86 допускаемые напряжения определяются в зависимости от значений минимального предела прочности материала при расчетной температуре RTm и предела текучести RTр0,2. Вследствие этого указанные характеристики конструкционных материалов также целесообразно включить в базу данных.
Важнейшей характеристикой, характеризующей способность конструкционных материалов к деформированию, является относительное удлинение материала при статическом разрушении при растяжении, обозначаемая как «А». Ввиду того, что эта величина характеризует предельную деформацию материала, эту величину также целесообразно включить в базу данных.
При расчете элементов конструкций на циклическую прочность в соответствии с разделом 5.6 ПНАЭ Г-7-002-86, кроме уже упомянутых  характеристик, используется величина относительного сужения поперечного сечения образца при статическом разрушении при растяжении, обозначаемая, как «Z». Ввиду того, что расчеты на циклическую прочность являются неотъемлемой частью прочностных расчетов, величину Z также целесообразно включить в базу данных.
Все другие физико-механические характеристики не являются универсальными и используются в расчетах на прочность лишь в достаточно редких частных случаях. Вследствие этого на первом этапе разработки базы данных мы ограничимся только следующими характеристиками:
- предел прочности - RTm;
- предел текучести - RTр0,2;
- относительное удлинение при статическом разрушении при растяжении – А;
- относительное сужение поперечного сечения образца при статическом разрушении при растяжении – Z;
- модуль упругости первого рода – Е;
- коэффициент линейного теплового расширения – α.