Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2

Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2

Выполнено моделирование влияния нейтронного облучения на критическую деформацию при испытаниях на разрыв гладких цилиндрических образцов и на локальную критическую деформацию при вязком разрушении образцов с трещиной применительно к корпусной реакторной стали 15Х2МФА. На основе проведенной серии рас...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2001
Автори: Марголин, Б.З., Костылев, В.И.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2001
Назва видання:Проблемы прочности
Теми:
Научно-технический раздел
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46669
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2 / Б.З. Марголин, В.И. Костылев // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 5-18. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-46669
record_format dspace
spelling irk-123456789-466692013-07-06T08:37:10Z Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2 Марголин, Б.З. Костылев, В.И. Научно-технический раздел Выполнено моделирование влияния нейтронного облучения на критическую деформацию при испытаниях на разрыв гладких цилиндрических образцов и на локальную критическую деформацию при вязком разрушении образцов с трещиной применительно к корпусной реакторной стали 15Х2МФА. На основе проведенной серии расчетных исследований разработана инженерная схема для оценки снижения уровня верхнего шельфа зависимости КIс(Т) в процессе облучения. Виконано моделювання впливу нейтронного опромінення на критичну деформацію при випробуваннях на розрив гладких циліндричних зразків і на локальну критичну деформацію при в’язкому руйнуванні зразків із тріщиною стосовно корпусної реакторної сталі 15Х2МФА. На основі проведених розрахункових досліджень розроблено інженерну схему для оцінки зниження рівня верхнього шельфу залежності Klc(T) у процесі опромінення. Modeling of the effect of neutron irradiation on the critical strain in tensile testing of smooth cylindrical specimens and on local critical strain in ductile fracture of specimens with cracks was performed as applied to a 15X2MFA reactor pressure-vessel steel. On the basis of a number of numerical investigations performed an engineering scheme for estimating a decrease in the upper-shelf level of the KIc(T) relation in the process of irradiation was developed. 2001 Article Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2 / Б.З. Марголин, В.И. Костылев // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 5-18. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46669 539.4 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Научно-технический раздел
Научно-технический раздел
spellingShingle Научно-технический раздел
Научно-технический раздел
Марголин, Б.З.
Костылев, В.И.
Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2
Проблемы прочности
description Выполнено моделирование влияния нейтронного облучения на критическую деформацию при испытаниях на разрыв гладких цилиндрических образцов и на локальную критическую деформацию при вязком разрушении образцов с трещиной применительно к корпусной реакторной стали 15Х2МФА. На основе проведенной серии расчетных исследований разработана инженерная схема для оценки снижения уровня верхнего шельфа зависимости КIс(Т) в процессе облучения.
format Article
author Марголин, Б.З.
Костылев, В.И.
author_facet Марголин, Б.З.
Костылев, В.И.
author_sort Марголин, Б.З.
title Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2
title_short Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2
title_full Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2
title_fullStr Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2
title_full_unstemmed Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2
title_sort прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. сообщение 2
publisher Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
publishDate 2001
topic_facet Научно-технический раздел
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46669
citation_txt Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2 / Б.З. Марголин, В.И. Костылев // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 5-18. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series Проблемы прочности
work_keys_str_mv AT margolinbz prognozirovanietreŝinostojkostiprivâzkomrazrušeniikorpusnyhreaktornyhstalejpodvergnutyhnejtronnomuoblučeniûsoobŝenie2
AT kostylevvi prognozirovanietreŝinostojkostiprivâzkomrazrušeniikorpusnyhreaktornyhstalejpodvergnutyhnejtronnomuoblučeniûsoobŝenie2
first_indexed 2025-07-04T06:06:06Z
last_indexed 2025-07-04T06:06:06Z
_version_ 1836695334239076352
fulltext НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ УДК 539.4 Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщение 2 Б. З. М арголин, В. И. Костылев ЦНИИКМ “Прометей”, Санкт-Петербург, Россия Выполнено моделирование влияния нейтронного облучения на критическую деформацию при испытаниях на разрыв гладких цилиндрических образцов и на локальную критическую дефор­ мацию при вязком разрушении образцов с трещиной применительно к корпусной реакторной стали 15Х2МФА. На основе проведенной серии расчетных исследований разработана инже­ нерная схема для оценки снижения уровня верхнего шельфа зависимости К1с (Т ) в процессе облучения. К лю ч е вы е с л о в а : трещиностойкость, вязкое разрушение, моделирование, нейтронное облучение. Введение. Ранее [1] детально рассмотрена модель, которая описывает вязкое разрушение, происходящее по механизму зарождения, роста и слия­ ния пор, и дана физическая интерпретация влияния облучения на контроли­ рующие его механизмы. В настоящем сообщении проиллюстрировано прак­ тическое использование предложенной модели для оценки влияния облу­ чения на критическую деформацию при разрыве гладких цилиндрических образцов и на локальную критическую деформацию при вязком разрушении образцов с трещиной, а также предложена простая инженерная схема для оценки снижения уровня верхнего шельфа зависимости К 1с(Т) в процессе облучения применительно к корпусной реакторной стали 15Х2МФА. 1. Метод определения параметра Ар на основе результатов испы­ таний гладких цилиндрических образцов на разры в. В предлагаемом методе определения параметра Ар используется величина критической деформации £^ при вязком разрушении, определяемая при испытаниях гладких цилиндрических образцов на разрыв. Важно подчеркнуть, что в соответствии с программами образцов-свидетелей испытания гладких образ- цов-свидетелей проводятся как для материала в исходном (необлученном) состоянии, так и после различных доз облучения. Численная реализация предложенного метода осуществлена применительно к корпусной реактор­ ной стали 15Х2МФА. 1.1. Основные положения. 1. Известно, что инициация вязкого разрушения гладкого цилиндри­ ческого образца происходит в шейке образца в центре минимального сече- © Б. 3. МАРГОЛИН, В. И. КОСТЫЛЕВ, 2001 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, N 5 5 Б. 3. Марголин, В. И. Костылев ния, т.е. в месте, где трехосность напряженного состояния максимальна [2 , 3]. Относительное сужение в момент разрушения образца 2 у незначи­ тельно превышает относительное сужение 2 пис в момент инициации вяз­ кого разрушения. (Инициация вязкого разрушения гладкого цилиндричес­ кого образца определяется как разрушение элементарной ячейки в центре его минимального сечения.) С достаточной точностью можно принять, что 2 пис = 2 у . Тогда критическая деформация г у , рассчитываемая по формуле (3) (см. сообщение 1 [1]), связана с экспериментально измеряемой вели­ чиной 2 у следующей зависимостью [2]: г у = - 1п(1- 2 у ). (1) 2. Как показано в [4], для корпусных реакторных сталей критическая относительная площадь пор в момент вязкого разрушения при различных значениях трехосности напряженного состояния не превышает 0 ,1, а объем­ ная доля пор - 0,01. Поэтому в первом приближении можно допустить, что влияние пор на напряженно-деформированное состояние (НДС) пренебре­ жимо мало. Иными словами, можно принять, что при одной и той же нагрузке НДС тела с порами эквивалентно НДС тела без пор. Тогда для определения трехосности напряженного состояния в шейке гладкого цилинд­ рического образца можно использовать решение Бриджмена [3]. Зависи­ мость трехосности напряженного состояния от деформации в центре мини­ мального сечения образца, где реализуется максимальная трехосность по сечению образца, построенная в соответствии с решением [3], представлена на рис. 1. о и /0 eq Рис. 1. Зависимость о о щ от к в центре шейки для гладкого цилиндрического образца при одноосном растяжении [3]. 3. Полагаем, что начальный радиус Я о для всех зародышевых пор одинаков. 4. Согласно полученным ранее данным [4, 5], для стали 15Х2МФА принимаются следующие значения: р у = 2 * 104 м м - 2 ; к 0 = 0,07; Я 0 = 1 мкм. 6 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении 5. Зависимость предела текучести о ^П1ГГ от температуры Т для мате­ риала в исходном состоянии описывается уравнением [6] ошшт(Т) = (1526 - 400)ехр[—7,77-10- 3 (Т + 273)]+ 400, (2) зависимость предела текучести О уТ от температуры Т для облученного материала [6] - о 1Тт ( Т ) = оЦП1тт ( Т ) + 200. (3) Здесь используется размерность напряжений в МПа, температуры - в граду­ сах Цельсия. Для материала после облучения параметры деформационного упрочне­ ния А 0 и п в уравнении (17) (см. сообщение 1 [1]) приняты такие же, как для материала в исходном состоянии [6]: А0 = 596 МПа; п = 0,464. 1.2. Прогнозирование критической деформации г ^ при одноосном растяжении гладких цилиндрических образцов из стали 15Х2МФА в исходном состоянии. Расчет критической деформации г ^ при одноосном растяжении гладких цилиндрических образцов из стали 15Х2МФА в исход­ ном состоянии выполнен согласно представленной ранее [1] модели вязкого разрушения. Результаты расчетов приведены на рис. 2, где критическая деформация г ̂ дана как функция параметра А р для различных темпе­ ратур. Видно, что с ростом Ар критическая деформация г ^ уменьшается. С повышением температуры Т и, как следствие, с уменьшением предела текучести значение г ^ незначительно увеличивается. Отметим, что прогно­ зируемое небольшое увеличение г ^ с повышением температуры (при вяз­ ком разрушении) согласуется с известными экспериментальными данными [5, 7]. Рис. 2. Зависимость критической деформации г у от параметра Ар для гладкого цилиндри­ ческого образца при различной температуре (исходное состояние). 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 7 Б. 3. Марголин, В. И. Костылев На основе представленных на рис. 2 результатов можно определить величину А р , если известно значение критической деформации е у . Для стали 15Х2МФА в исходном состоянии при Т = 20°С относительное суже­ ние 2 у = 0,69 [8] и рассчитанное по формуле (1) значение критической деформации еу = 1,18. Тогда значение параметра А р для материала в исходном состоянии равно 0,85. При этом значении Ар критическая дефор­ мация еу при температуре Т = - 2 0 и 300°С составляет 1,17 и 1,21 соответ­ ственно (рис. 2). 1.3. Прогнозирование критической деформации еу при одноосном растяжении гладких цилиндрических образцов из стали 15Х2МФА в облученном состоянии. Согласно [1], влияние облучения на величину кри­ тической деформации еу может быть смоделировано путем увеличения предела текучести материала и параметра А , который определяет сопро­ тивление материала зарождению пор. Влияние этих параметров на крити­ ческую деформацию еу иллюстрирует рис. 2. Видно, что предел текучести довольно слабо влияет на еу , в то время как влияние параметра А весьма существенное. Расчет критической деформации еу при одноосном растяжении глад­ ких цилиндрических образцов из стали 15Х2МФА в облученном состоянии выполнен, как и для стали в исходном состоянии, по модели вязкого разру­ шения [1]. Предел текучести для облученной стали вычисляли по уравне­ нию (3). Параметр А р варьировали в пределах 0,85...10. Результаты расчетов показаны на рис. 3,а в виде зависимости е Г (Ар) при различных температурах. Сравнивая рис. 2 и 3,а, можно заключить, что при фиксированной температуре и одном и том же значении Ар увеличение предела текучести на 200 МПа приводит к незначительному (~ 5%) сниже­ нию критической деформации еу . Приведенные данные позволяют определить параметр Ар для облучен­ ной стали. Зависимость еу (А р ) - рис. 3,а представим в нормированном виде е Г (А р ) / е у г1ГГ (0,85) - рис. 3,6, где е иЦг1ГГ (0,85) - величина критической деформации для необлученной стали. Из рис. 3,6 видно, что нормированные значения еу (А р ) / е у ггг(0,85) практически не изменяются с температурой и асимптотически уменьшаются при увеличении параметра А р . Следует так­ же отметить, что при Ар = 0,85 отношение е 11у (А р ) / е у ггг(0,85) <1,0, что отражает уменьшение критической деформации за счет увеличения предела текучести. С использованием нормированных значений еу / еу 1" (рис. 3,6) мож­ но определить параметр Ар для облученной стали. Для этого необходимо иП1ГГ 1гг ~ ~ ~экспериментально найти значения еу и еу при некоторой одной и той же температуре (в диапазоне температур вязкого разрушения). Важно под­ черкнуть, что для определения критической деформации испытания могут быть проведены только при одном произвольно выбранном значении темпе­ ратуры (температура испытания для исходного и облученного материала г \ У I ип1ггдолжна быть одна и та же), так как нормированные значения еу / е у не зависят от температуры. 8 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении Лтт 1ип1гг е у / е у б Р Рис. 3. Зависимость критической деформации е1Г' (а) и параметра е1™'! еи1!т (б) Ар для гладкого цилиндрического образца при различной температуре (облученное состо­ яние). от величины е а 2. Прогнозирование критической деформации е у у верш ины тре­ щ ины. В настоящем разделе представлены результаты прогнозирования критической деформации е у у вершины трещины, полученные на основе модели вязкого разрушения [1] для стали 15Х2МФА в исходном и облу­ ченном состоянии. Предварительно отметим следующее. В соответствии с работами [9, 10] история нагружения для всех элементарных ячеек, лежащих у вершины трещины на линии ее продолжения, одинакова, т.е. зависимость —— (к ) для ° вд каждой элементарной ячейки одна и та же. Следовательно, согласно разделу 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 9 Б. 3. Марголин, В. И. Костылев 1.2 (см. сообщение 1 [1]) процессы зарождения и роста пор в любой элементарной ячейке тождественны. Ясно, что в этом случае критическая деформация е^ для любой элементарной ячейки, лежащей у вершины трещины на линии ее продолжения, будет одна и та же. При расчете критической деформации для образца с трещиной прини­ маются положения 3-5 в разделе 1.1. Как и при расчете критической деформации для образца при одноосном растяжении, полагаем, что влияние пор на НДС пренебрежимо мало. Тогда при расчете зависимости —— (к ) 0 ед для элементарных ячеек у вершины трещины можно воспользоваться анали­ тическим решением [11]. Зависимости —— (к ), рассчитанные согласно это- 0 ед му аналитическому решению для элементарных ячеек у вершины трещины, представлены на рис. 4 для различных температур. Видно, что указанные зависимости практически нечувствительны к температуре. ед Рис. 4. Зависимость о— оед от к для ячеек на линии продолжения трещины при различной температуре. 2.1. Прогнозирование критической деформации е^ для элементар­ ных ячеек у верш ины трещ ины для стали 15Х2МФА в исходном состо­ янии. Критическая деформация как функция температуры е у г (Г ), рас­ считанная для элементарных ячеек у вершины трещины, показана на рис. 5. В расчетах параметр А р принимался равным 0,85 в соответствии с резуль­ татами расчета для гладких образцов (рис. 2). Как видно, с повышением температуры критическая деформация незначительно увеличивается. Срав­ нение рис. 5 и 2 показывает, что критическая деформация у вершины трещины значительно меньше, чем при разрушении гладкого цилиндри­ ческого образца. Такое снижение связано с тем, что трехосность напряжен­ ного состояния у вершины трещины (рис. 4) намного больше, чем в шейке гладкого образца (рис. 1). 10 ТББЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении Рис. 5. Зависимость критической деформации £у 11Т от температуры Т для ячеек на линии продолжения трещины (исходное состояние). 2.2. Прогнозирование критической деформации £^ для элементар­ ных ячеек у верш ины трещ ины для стали 15Х2МФА в облученном состоянии. Влияние облучения на критическую деформацию для материала вблизи вершины трещины моделировали таким же путем, как для гладких цилиндрических образцов при одноосном растяжении. Предел текучести для облученной стали вычисляли по уравнению (3). Параметр А р варьиро­ вали от 0,85 до 10. Критическая деформация как функция параметра А р , рассчитанная для элементарных ячеек у вершины трещины, показана на рис. 6,а при раз­ личных температурах. Видно, что критическая деформация у вершины трещины достаточно существенно уменьшается с увеличением параметра А р , иными словами, при увеличении флюенса нейтронов. Следует также отметить, что радиационное охрупчивание значительно сильнее проявляется при вязком разрушении образцов с трещиной по срав­ нению с гладкими цилиндрическими образцами. Действительно, как видно из рис. 3,а и 6,а, увеличение параметра А р гораздо сильнее влияет на сни­ жение критической деформации образцов с трещиной, чем гладких цилинд­ рических образцов. Наиболее наглядно такая закономерность прослежива­ ется при сопоставлении нормированных зависимостей £ у (А р ) /£ и™гг (0,85) для гладких образцов (рис. 3,б) и образцов с трещиной (рис. 6,б). Нор­ мированные зависимости £ у (А р ) /£ у 1ГГ (0,85) для образцов с трещиной (рис. 6,б) построены с использованием зависимостей £1Гу (А ) для мате­ риала в облученном состоянии (рис. 6,а) и величин £ииг1ГГ(0,85) - в необлу- ченном состоянии (рис. 5). Заметим, что при увеличении параметра А р от 0,85 до 10 нормированное значение £ у (А ) /£ у 1ГГ (0,85) уменьшается от 0,95 до 0,7 для гладких образцов (рис. 3,б) и более чем в три раза для образцов с трещиной (рис. 6,б). Подчеркнем, что как для образцов с трещи­ ной, так и для гладких образцов нормированные зависимости практически нечувствительны к температуре. ШБЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, N 5 11 Б. 3. Марголин, В. И. Костылев 0,6 0,4 0,2 А Рис. 6. Зависимость критической деформации е у (а) и параметра е у / е у (б) от величины Ар для ячеек на линии продолжения трещины при различной температуре (облученное состояние). Уе а Отметим, что при А р = 0,85 для образцов с трещиной, как и для гладких образцов, отношение еу (А р ) / е и™гг(0,85) меньше 1,0, что обуслов­ лено снижением еу только за счет увеличения предела текучести. 3. М оделирование влияния облучения на верхний ш ельф зависи­ мости К 1с( Т ). Как известно, значения трещиностойкости на верхнем шель­ фе кривой К 1С( Т ) контролируются вязким разрушением. Критическая де­ формация еу при вязком разрушении элементарных ячеек на линии про­ должения трещины одинакова для всех таких ячеек. Очевидно, что условие разрушения будет выполняться в ближайшей к вершине трещины ячейке раньше, чем в любой другой, удаленной от вершины. Таким образом, вязкое разрушение образца с трещиной будет происходить при выполнении усло­ 12 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении вия вязкого разрушения к = г у (уравнение (2) из [1]) в ближайшей к вершине трещины ячейке. Это условие выполняется при некотором зна­ чении коэффициента интенсивности напряжений К т, которое обозначим как К 1Си̂ 11е. Тогда зависимость К ^ сй1е( Т ) есть верхний шельф темпера- турной зависимости трещиностойкости. Иными словами, значение коэффи- циента интенсивности напряжений К т, при котором начинается вязкое развитие трещины, т.е. происходит разрушение ближайшей к вершине тре- щины элементарной ячейки, есть значение трещиностойкости на верхнем шельфе. Расчет К 1СисЫе( Т ) проводился следующим образом. Рассчитывалось НДС у вершины трещины согласно аналитическому решению [11] для различных температур, затем определялась зависимость к(К т) для бли­ жайшей к вершине трещины элементарной ячейки (рис. 7). Зависимость К ЖлсЫе(т ) находилась как решение уравнения (2) (см. сообщение 1 [1]), записанного в виде к( К 1исШе) = г у (Т). (4) При решении уравнения (4) используется температурная зависимость г у ( Т ), рассчитанная согласно модели вязкого разрушения и представленная в разделе 2 . Численные значения параметров, необходимых для расчета значений Рис. 7. Зависимость к от К 1 для ячеек на линии продолжения трещины при различной температуре. трещиностойкости, приведены в разделе 1.1. Размер элементарной ячейки принимался равным 0,05 мм [6]. С использованием этой процедуры зависимость К ^ г1е( Т ) была рас­ считана для стали 15Х2МФА в исходном и облученном состоянии. Повы­ шение флюенса нейтронов моделировалось, как и выше, увеличением пара- й 'Ж 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 13 Б. 3. Марголин, В. И. Костылев метра А р , который варьировался от 0,85 (исходное состояние) до 10. Предел текучести облученной стали описывался уравнением (3). При решении / а \ иттт / гт7\уравнения (4) использовались зависимости г^ ( Т ) для стали в исходном состоянии (рис. 5) и г у (А р , Т ) для стали в облученном состоянии (рис. 6 ,а). Рассчитанные значения трещиностойкости на верхнем шельфе, записанные как функция температуры К ^ и ^ 116(Т), представлены на рис. 8 ,а для различ­ ных значений параметра А р , т.е. для разных степеней флюенса нейтронов. К ЖисШе, мПал/м 200 150 100 ч А =0,85 10 -50 0 ( к ЖисШе ) / ( к ЖисШе ) (К 1с ) У / (К 1с ) иттт 50 100 150 200 250 а Т , °С 1,0 0,8 0,6 0,4 А =0,85 10 -50 50 100 150 200 250 б Т , °С Рис. 8. Расчетные зависимости К Жиси1е (а) и параметра ( К )тт / (КЖиси1е )иптт (б) от температуры для стали 15Х2МФА при разных степенях облучения (различных значениях параметра Ар): А - исходное состояние стали; • - облученное состояние. Полученные результаты свидетельствуют о следующем. Во-первых, значения К Жсисй1е( Т ) весьма слабо зависят от температуры. Во-вторых, при увеличении параметра А р , т.е. при повышении степени облучения, значения 14 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении К (и с111е( Т ) существенно уменьшаются, что вызвано снижением критической деформации у вершины трещины (рис. 6 ,а). Отметим, что при Лр = 0,85 значения К^С!с111е( Т ) для облученной стали выше, чем для необлученной, что обусловлено ростом предела текучести. Изменение значений трещиностойкости на верхнем шельфе для облученной стали удобно характеризовать с помощью отношения (К 1Сиси1е)Гг / ( К 1С!сп1е) ипГгг . На рис. 8,6 эти нормированные значения пред­ ставлены в зависимости от температуры для различных параметров Лр . Видно, что нормированные значения практически не зависят от темпе­ ратуры, что позволяет записать отношение (К (и сй1е) 1гг/ (К ) шГгг как функцию только параметра Лр (рис. 9). Из рис. 9 видно, что при малых значениях Лр отношение (К (1Усп1е) [гг1 (К (и сп1е) ш .гг > 1. Эта закономерность отмечалась выше и связана с тем, что при облучении изменяются два параметра материала, которые влияют на К противоположным обра­ зом. Во-первых, повышается предел текучести материала и, как следствие, т у йисШе -г»увеличиваются значения К 1с . Во-вторых, снижается критическая де­ формация е ̂ и, следовательно, уменьшаются значения К . При Л р « 0,85...1.2, т.е. при небольшом флюенсе, увеличение К , вызванное ростом предела текучести, преобладает, а при Лр > 1,2 превалирует умень­ шение К (си1е , обусловленное снижением критической деформации. Инте­ ресно отметить, что эта закономерность подтверждается известными экспе­ риментальными результатами [12]. В работе [12] показано, что для неболь­ ших степеней облучения может наблюдаться увеличение трещиностойкости на верхнем шельфе зависимости К 1с (Т ). / йисШе \ йисМе \ (К 1с ) Г / (К 1с ) иттт Рис. 9. Зависимость отношения ( К )1гг/(К (исг11е )ип1гг от параметра Лр при различной температуре. Ш8Ы 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 15 Б. 3. Марголин, В. И. Костылев Выполненные расчеты позволяют предложить простую схему для опре­ деления значений трещиностойкости облученного материала на верхнем шельфе по величине критической деформации е г , полученной при испы­ таниях на разрыв гладких цилиндрических образцов при одноосном рас­ тяжении (рис. 10). Схема состоит из зависимостей е 1™ (А р ) / е и™гг(0,85) - рис. 3,б и (К ^ сШе) 1гг/ (К ^ сШе) ипуг - рис. 9 от А р . Для того чтобы опре­ делить значения К для облученной стали, необходимо знать кри­ тическую деформацию е г при вязком разрушении гладких цилиндричес­ ких образцов из стали в исходном и облученном состоянии при одноосном нагружении, а также значение К^сисп1е для стали в исходном состоянии. Следует подчеркнуть, что все эти величины экспериментально определяют­ ся в рамках принятых в настоящее время программ испытаний образцов- свидетелей для действующих реакторов, и никакие дополнительные испыта­ ния не требуются. Рис. 10. Схема оценки величины трещиностойкости на верхнем шельфе для облученной стали на основе значений критической деформации е у, полученных при испытаниях на разрыв гладких цилиндрических образцов. Интересно также отметить, что, как видно из рис. 10, облучение незна­ чительно влияет на критическую деформацию гладких образцов и в то же время оказывает весьма существенное влияние на уровень верхнего шельфа зависимости К 1с(Т). Например, облучение, при котором происходит умень­ шение критической деформации на 30% (еу / е у 1ГГ = 0,7, при этом 2 1у / 2 иу 1ГГ = 0,81), приводит к снижению верхнего шельфа почти в два раза. 16 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 Прогнозирование трещиностоикости при вязком разрушении Заключение. Разработан метод прогнозирования влияния облучения на уровень верхнего шельфа зависимости K Ic(Г). Предложена простая инже­ нерная схема для оценки снижения уровня верхнего шельфа в процессе облучения, в которой используются результаты испытаний на разрыв глад­ ких цилиндрических образцов. Показано, что облучение материала гораздо существеннее снижает локальную критическую деформацию образцов с трещиной, чем критическую деформацию при разрыве гладких цилинд­ рических образцов. Р е з ю м е Виконано моделювання впливу нейтронного опромінення на критичну де­ формацію при випробуваннях на розрив гладких циліндричних зразків і на локальну критичну деформацію при в’язкому руйнуванні зразків із тріщи­ ною стосовно корпусної реакторної сталі 15Х2МФА. На основі проведених розрахункових досліджень розроблено інженерну схему для оцінки знижен­ ня рівня верхнього шельфу залежності K lc(Г) у процесі опромінення. 1. М арголин Б. 3., К ост ы лев В. И . Прогнозирование трещиностойкости при вязком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщ. 1 // Пробл. прочности. - 2001. - № 4. - С. 25 - 34. 2. Н адаи А. Н . Пластичность и разрушение твердых тел. - М.: Мир, 1969. Т. 2. - 863 с. 3. Б ридж м ен П . Исследование больших пластических деформаций. - М.: Изд-во иностр. лит., 1955. - 440 с. 4. M argolin B. Z., K arzov G. P., Shvetsova V. A ., and K osty lev V. I. Modeling for transcrystalline and intercrystalline fracture by void nucleation and growth // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. - 1998. - 21. - P. 123 - 137. 5. К арзов Г. П., М арголин Б. 3., Ш вецова В. А . Физико-механическое моделирование процессов разрушения. - СПб.: Политехника, 1993. - 391 с. 6. М арголин Б. 3., Ш вецова В. А., Г уленко А. Г . Прогнозирование трещино­ стойкости при хрупком разрушении корпусных реакторных сталей, подвергнутых нейтронному облучению. Сообщ. 1 // Пробл. прочности. - 2001. - № 2. - C. 5 - 19. 7. H anh G. Г., A verbach B. L., O wen W. S., a n d Cohen M . Initiation of cleavage microcracks in polycrystalline iron and steel // Fracture / Eds. B. L. Averbach et al.). - New York: MIT Press Cambridge, Mass., and Wiley, 1959. - Р. 91 - 116. 8. Б аландин Ю . Ф., Г оры нин И. В., Звездин Ю . И. и др. Конструкционные материалы АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 280 с. 9. R ice J. R. a n d Johnson M . A . The role of large crack tip geometry changes in plane strain fracture // Inelastic Behavior of Solids. - New York: McGrow Hill Book Company, 1970. - P. 641 - 672. ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 5 17 10. M cM eeking R. M . Finite deformation analysis of crack tip opening in elastic-plastic materials and implications for fracture initiation // J. Mech. Phys. Solids. - 1977. - 25. - P. 357 - 381. 11. M argolin B. Z., G ulenko A. G., a n d Shvetsova V. A . Improved probabilistic model for fracture toughness prediction based for nuclear pressure vessel steels // J. Pres. Ves. Piping. - 1998. - 75. - P. 843 - 855. 12. H a ve l R., Vacek M ., and B rum ovsky M . Fracture properties of irradiated A533B, Cl.1, A508, Cl.3, and 15Ch2NMFAA reactor pressure vessels steel // Radiation Embrittlement of Nuclear Reactor Pressure Vessel Steels: An International Review (Fourth Volume). - ASTM STP 1170. - 1993. - P. 163 - 171. Поступила 24. 12. 99 Б. 3. Марголин, В. И. Костылев 18 ISSN 0556-171X. Проблемыы прочности, 2001, № 5

Схожі ресурси