3. Оценка прочности

В реакторостроении, как и в других областях техники, широко распространена оценка прочности по коэффициентам запаса, определяющим так называемые допускаемые напряжения. Действующие в конструкции максимальные напряжения не должны превышать допускаемых.

Запас прочности учитывает разброс механических свойств материала, неточность знания действующих нагрузок и напряжений в силу приближенного характера любого метода их определения, отклонения размеров элементов конструкции в пределах поля допуска. Запас прочности используется главным образом как способ сравнения надежности вновь создаваемого элемента конструкции и подобных элементов, длительное время находящихся в эксплуатации. Поэтому запас прочности зависит как от типа конструкции, так, и от условий нагружения (расчетного случая). В нормах расчета на прочность [1] установлены следующие номинальные допускаемые напряжения [_н]:

1) для элементов, изготовляемых из углеродистых, низколегированных и аустенитных сталей, хромоникелевых сплавов, как наименьшее из значений

или [_н] = , (4)

где n_В = 2,6; n_0,2 = 1,5;

2) для труб каналов уран-графитовых реакторов, изготовляемых из циркониевых сплавов и трубопроводов, изготовляемых из жаропрочных хромомолибденовых сталей, как наименьшее из значений

; [_н] = ; [_н] = , (5)

где = 2,6;= 1,5;= 1,5;

3) для труб из циркониевых сплавов при отсутствии данных о пределе длительной прочности или в случае необходимости ограничить деформацию ползучести, как наименьшее из значений

[_н] = ; [_н] = ; [_н] = , (6)

где = 2,6;= 1,5;= 1.

В последних формулах ,,, минимальные значения предела прочности, текучести, средние значения предела длительной прочности за 10⁵ ч, предела ползучести, при котором деформация ползучести достигает заданного значения за 10⁵ ч, определенные при расчетной температуре Т; п_в, п_0,2, п_д.п., п_п  запасы прочности по пределу прочности, пределу текучести, пределу длительной прочности и пределу ползучести.

Допускаемые напряжения равны номинальным допускаемым напряжениям или превышают их на 20…80 % и более в зависимости от напряженного состояния конструкции и вида нагружения. При нарушении нормальных условий эксплуатации и в аварийных ситуациях принимаются большие значения допускаемых напряжений.

Изложенная методика расчета допускаемых напряжений справедлива для условий постоянного нагружения. При переменном во времени, циклическом, нагружении элемент конструкции разрушается, как правило, от меньших напряжений. Усталостное разрушение начинается с образования поверхностной трещины, которая развивается в направлении, перпендикулярном линии действия наибольших нормальных напряжений. Допускаемое на­пряжение при циклическом нагружении зависит от свойств материала, характеристик формы цикла, числа циклов, если их менее 10⁶.

Например, для малоуглеродистых и низколегированных сталей при / 0,6 и для хромоникелевых аустенитных сталей при / 0,6 допускаемая амплитуда напряжения (полуразность максимального и минимального напряжений) связана с допустимым числом циклов нагружения [N] < 10⁶ формулами:

, (7)

. (8)

где n_ = 2; n_N = 10  запасы прочности по напряжениям и долговечности; r* = () ()^-1 — коэффициент асимметрии цикла напряжений (если r*  1, то принимаем r* =  1); —амплитуда действующих напряжений; предел усталости при симметричном цикле растяжения  сжатия (г* =  1); m  характеристика материала. Предел усталости принимается равным = 0,4 при  400  700 МПа; = (0,54 2.04   10^-4 ) при  700- 1200 МПа. Показатель степени m в первом диапазоне изменения принимается равным 0,5; во втором  m = 0,36 + 2,04  10^-4 . Модуль упругости Е^Т, относительное сужение поперечного сечения образца при статическом разрушении растяжением  (%), временное сопротивление принимаются минимальными в рассматриваемом интервале расчетных температур (табл. 1). Кривая усталости для хромоникелевых сталей до температуры 450 °С приведена на рис. 1. Допустимые сочетания иN лежат под кривой усталости.

Т а б л и ц а 1