Механическая прочность компонентов сложного технического объекта – одна из основных составляющих гарантии безопасной эксплуатации. Падение прочностных показателей функционального оборудования, трубопроводов, вспомогательных конструкций АЭС может привести к тяжелым авариям. Нарушения герметичности трубопровода, повреждения корпуса реактора приводят к тяжелым последствиям в технической и экологической сферах, к ущербу в социальной и политической областях.
ГОСТ Р 59115.5-2021 устанавливает методы расчета механической прочности оборудования и компонентов трубопроводов, предназначенных для устройства объектов атомной энергетики. Документ применяется на стадии составления документов для обоснования использования установок, труб, трубопроводных узлов в сооружении станций и прочих объектов, использующих атомную энергию.
Специфика определения расчетных характеристик по методикам ГОСТ 59115.5-2021
Изложенные в стандарте методики предназначены для обоснования технических решений и проверки качества проектирования путем сравнения расчетных параметров с нормативными требованиями. Документ регламентирует технологии получения характеристик, необходимых для построения диаграмм усталости. Используемые в расчетах параметры определяются при выполнении тестов с моделированием малоцикловых, многоцикловых усилий, длительным приложением циклических нагрузок.
Фактический уровень прочности механических компонентов АЭС должен исключать вероятность крупных аварий, минимизировать количество ремонтов и связанных с техническим восстановлением простоев. Недопустимо возникновение в конструкциях и элементах напряжений и деформаций, превышающих допустимые значения. Расчеты, выполненные с применением достоверной информации, необходимы для достижения нормативного уровня прочностной надежности.
Стандарт детально описывает общие требования к исследованию усталостной выносливости конструкционных материалов. В нем перечислены параметры, используемые в расчетах и в построении графических инструментов для визуализации полученных при испытаниях сведений. Для регистрации показателей, обработки информации, построения кривых усталости и диаграмм деформирования документ регламентирует применение аттестованных методов.
Документ приводит технологии следующих испытаний:
- Определение малоцикловой усталости. Исследования с имитацией малоцикловых нагрузок производятся в формате растяжение-сжатие с приложением повторно-переменных усилий в направлении продольной оси. Допускается тестирование при кручении или изгибе. Контролируемым параметром является амплитуда деформаций. Исследуемые образцы нагружают с частотой до 1 Гц. Количество циклов варьируется в диапазоне от 10 до 5×10⁴.
- Тестирование на многоцикловую выносливость. Для испытаний воспроизводятся циклы сжатия-растяжения по продольной оси плоских или цилиндрических проб. Размер и форма изготавливаемых для тестов образцов зависит от целей испытаний и геометрических параметров заготовок исследуемых элементов. Допускается проводить испытания с моделированием изгиба с вращением или кручения экземпляров круглого сечения. Контролируемый параметр – величина моделируемой нагрузки. Частота воспроизводства не должна превышать 200 Гц, количество циклов варьирует в диапазоне от 5×10⁴ до 10¹².
- Исследования длительной циклической прочности. Определение длительной выносливости под воздействием повторно-периодических усилий проводят посредством имитации растяжения-сжатия с базовым количеством циклов 2×10⁴. Для проведения испытаний формируется температурный фон, уровень которого понижает длительную пластичность изучаемого материала. Допускается проводить исследования с моделированием изгиба с заданным перемещением. Задается амплитуда деформации. Исследования проводят до достижения регламентированного документом размера трещины от 0,5 до 2 мм. Тестируют в много- и малоцикловом режиме.
Кроме исследований прочности компонентов из конструкционных материалов стандарт устанавливает методики контроля надежности сварных узлов. В документе приведены правила изучения усталости металла в различных зонах сварного соединения с наплавкой. Тестам с имитацией чистого и консольного изгиба подвергают созданные сваркой швы, зоны сплавления и участки термического влияния.
Стандарт устанавливает правила определения усталостной прочности сварных узлов на воздухе и в средах, характеризующихся коррозионной активностью. Результаты исследований в агрессивных условиях позволяют рассчитать коэффициенты падения прочности из-за коррозионных воздействий. В документе также изложена методика определения коэффициентов снижения прочности под влиянием нейтронного облучения.
Для расчетов прочности и анализа долговечности деталей, эксплуатация которых связана с воздействием кратковременных и долговременных циклических усилий, стандарт приводит расчетные кривые усталости в Приложении А.
Технические средства для получения усталостных характеристик
Чтобы получить параметры для построения диаграмм и кривых усталости экспериментальным способом, потребуются:
Обстоятельные консультации и практические советы менеджеров-экспертов из компании «ГОСТ» помогут грамотно выбрать основные машины для испытаний, вспомогательные устройства и сопутствующие атрибуты.