Диссертация (1026034), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Максимальные значения флакса быстрых нейтронов искорости радиационного повреждения, развиваемые в исследовательскомреакторе РБТ-6 при испытаниях равны, соответственно, 4 1013 см2 с 1 и 104сна / ч .НаРис.4.1приводятсярезультатыиспытанийнарастяжение:зависимость деформации ползучести во времени для одного из исследуемыхобразцов.73Рис. 4.1.Диаграмма ползучести образца из сплава Э110, испытываемого в реакторе РБТ6 в условиях: T  330 °С,  экв  100 (1) , 150 (2) 200 (3) , 238 (4) , [63]Рис. 4.1 иллюстрирует изменение деформации ползучести во времени приступенчатом изменении напряжения.

На каждом из этапов наблюдались какнеустановившаяся, так и установившаяся стадии ползучести.В результате испытаний образцов твэлов на растяжение была определеназависимость для скорости установившейся ползучести (соотношение (1.3)),справедливая в следующих пределах: напряжение от 100 до 250 МПа,температура 300 °С и напряжение от 100 до 150 МПа, температура 330 °С: e  1.10  0.20108 e(4.2)Таким образом, соотношение (4.2) ограничивается областью температурот 300 до 330 °С и зависимость деформации ползучести от температуры неучитывается, поэтому применение соотношения (4.2) для учета градиентов74температурного поля, имеющего место в активной зоне реакторной установки,не представляется возможным.Результаты испытаний на растяжение не могли быть использованы дляпоследующей численной обработки, поскольку в работе [63] отсутствовалиданные по геометрии испытуемых образцов.

Вместе с этим не в полном объемебыли представлены численные результаты испытаний: диаграммы ползучести(Рис. 4.1) были приведены всего для нескольких образцов, без числовогомассива данных.Экспериментальные исследования газонаполненных твэльных трубок вусловиях нейтронного облучения являются наиболее распространенным иинформативным видом реакторных испытаний. В результате испытанийопределяются как продольная, так и окружная деформации твэльной трубки.В работе [63] приводятся результаты экспериментальных исследованийгазонаполненных твэльных трубок, проводимых при следующих условиях:напряжение  86  190 МПа, температура 308 – 342 °С, скоростьрадиационного повреждения (0.46  2.22)103 сна/ч, время испытаний от 4000до 10000 ч.Отличительной особенностью испытаний газонаполненных твэльныхтрубок по сравнению с испытаниями на растяжение являлось измерение какокружной деформации   , так и осевой деформации  z .

Наличие двухосногонапряженного состояния позволяло исследовать анизотропию циркониевогосплава, однако в рамках настоящей работы, как было отмечено выше,поведение циркониевых сплавов Э110 и Э635 предполагалось изотропным.Представлениерезультатовэкспериментальныхисследованийгазонаполненных твэльных трубок в работе [63] оказалось достаточным иподходящим для численной обработки, т.е. для верификации константы врадиационном законе ползучести.В Таблице 6 приведены экспериментальные данные, используемые дляверификацииконстанты.Испытуемыеобразцыобладалиследующими75геометрическими размерами: внешний диаметр твэла – 9.15 мм, толщинаоболочки – 0.7 мм, длина оболочки – 650 мм.

Условия испытания образца:скорость радиационного повреждения К, доза радиационного повреждения K t ,окружное напряжение   и температура T, были различны.Таблица 6.Экспериментальные значения окружных деформаций (   ) газонаполненныхтруб из сплава Э110, испытываемых в реакторе (БОР-60)№  , МПа12345678910111213141516171819Т, °С130330100330К, сна/ч,1030.50.70.81.01.11.21.31.41.51.60.70.81.01.11.21.31.41.51.6Kt, сна , %4.56.06.68.29.510.711.312.013.014.06.06.68.29.510.711.312.013.014.00.81.21.31.41.82.02.32.12.53.00.80.61.10.91.31.11.51.31.5В Таблице 6 второй столбец – значение окружного напряжения   , МПа,третий – значение температуры испытаний Т, °С, четвертый – скоростьрадиационногоповрежденияК,сна/ч,пятый–дозарадиационногоповреждения Kt, сна, и шестой – значение окружной деформации, %.76Поскольку в Таблице 6 скорости и дозы радиационного поврежденияразличны, то приведенные экспериментальные данные были использованы дляверификации константы, отражающей характеристику нейтронного облучения:константа А в соотношении (3.7).

Числовые значения констант n и Q, былиопределены в главе 2 и их значения в настоящем разделе не уточнялись.4.2. Методика верификации констант в радиационном законеползучестиВерификация константы в радиационном законе ползучести выполняласьв соответствии с принципами, изложенными в пункте 2.2.1. В основе методикиверификации лежит разработанный автором алгоритм сравнения расчетныхданных с экспериментальными (Таблица 6), причем также как и в случаеверификации констант в температурном законе ползучести, расчетные данныебыли получены в результате моделирования эксперимента в расчетномкомплексе ANSYS 12.Эксперименты производились на образцах, конструкция которых,представлена на Рис. 4.2.Рис. 4.2.Образец для испытаний при нагружении внутренним давлением газа [63]Наполнение газом образцов производилось вне реактора в специальнойкамере посредством капилляра, который затем герметично заваривался.

При77испытаниях в реакторе фиксировались изменение длины образца и изменениедиаметра в его срединной части.По изменению диаметра образца,определялись значения окружной деформации, числовые значения которыхприведены в Таблице 6.Математическое моделирование эксперимента в комплексе ANSYS 12производилось в соответствии с конструкцией образца, представленной на Рис.4.2, и условиями нагружения, приведенными в Таблице 6. Отличие конечноэлементной модели образца от конструкции, изображенной на Рис. 4.2,заключалось в неточности моделирования заглушек: заглушки заменялисьпластинами, с толщиной, равной двойной толщине твэла. Конечно-элементнаямодель образца, применявшаяся в расчете для верификации константы,представлена на Рис.

4.3.Рис. 4.3.Конечно-элементная модель образца – твэльной трубки – в комплексе ANSYS12Количество конечных элементов в модели образца твэла составляло 1131элементов.Нагружение модели твэла осуществлялось внутренним давлением, такойвеличины,чтобыокружныенапряжениябылиравнызначениям,представленным в 2-ом столбце Таблицы 6.

Величина внутреннего давления pопределялась по котельным формулам для тонкостенной трубы, [1]:78p2гдеDср,(4.3) – толщина оболочки твэла, мм;Dср – срединный диаметр оболочки твэла, мм.Закрепление модели твэла осуществлялось по одному из торцов:запрещалось перемещение всех узлов, принадлежащих торцу, в трехнаправлениях.Нелинейный расчет на ползучесть производился при задании времени,рассчитанного из значений скорости и дозы радиационного повреждения (4-ийи 5-ый столбцы Таблицы 6).В результате расчета на ползучесть определялись окружные деформациисрединной части твэла. Расчетное значение деформации сравнивалось сэкспериментальным (Таблица 6) с использованием разработанного авторомалгоритма, изложенного в пункте 2.2.1.Верификация константы в радиационном законе ползучести былавозможна в связи с тем, что в расчетном комплексе ANSYS 12 результатырешения задачи могут быть получены при использовании различных числовыхзначений констант.

Однако, как было указано выше в главе 2, две константы из3-ех были определены и необходимым являлось определение только третьейконстанты, связанной с нейтронным облучением.Сведем в Таблицу 7 определенные и неопределенные константы длясоотношения радиационного закона ползучести (3.4).Таблица 7.Значения констант в радиационном законе ползучести№Вид соотношенияA, м2 с / ( Па n  н)nQ, K1  A n exp  Q / T требует уточнения1.421.30 10479При верификации констант, использовались данные из каждой второйстроки Таблицы 6. Оставшиеся числовые данные использовались для проверкиопределенных констант.

Значение материальных констант n и Q оставалосьнеизменным и их значения приведены в Таблице 7.Экспериментальные данные, представленные в Таблице 6 были такжерассчитаны с использованием известных констант из работ Троянова В.М. иПузанова Д.Н. Однако, результаты расчетов показали сильно заниженныезначения деформаций по отношению к экспериментальным значениям, чтодополнительно подтвердило необходимость верификации константы, связаннойс характеристикой нейтронного облучения.4.3. Результаты верификации константы для радиационного законаползучестиПри верификации констант в радиационном законе ползучести, также какв случае верификации констант для температурного закона ползучести (пункт2.2.1), минимизировалась норма разницы расчетных и экспериментальныхзначений деформаций N str .N str  min norm  c    e  .где(4.4) c  – вектор расчетных значений деформаций; e  – вектор экспериментальных значений деформаций, составленный иззначений каждой второй строки шестого столбца Таблицы 6.Для оценки качества верификационного расчета помимо нормы разницырасчетныхиэкспериментальныхзначенийдеформацийиспользоваласьвеличина – модуль осредненной относительной разницы между расчетными иэкспериментальными значениями деформаций Astr .80 ci   ei 1Astr   2 i 100% . c   ei ni 1nгде(4.5)n – количество экспериментальных данных, использовавшихся приверификации.На Рис.

4.4 приведены графические результаты верификации константы.Рис. 4.4.Разница (слева) и относительная погрешность между расчетными иэкспериментальными значениями деформаций (справа) в результатеверификации константКак видно из Рис. 4.4 справа, средняя погрешность, определенная всоответствии с соотношением (4.5) при верификации константы составила 13.3%, что приемлемо с точки зрения точности. На Рис. 4.4 слева, нагляднопредставлены расчетные (синий цвет) и экспериментальные (зеленый цвет)значения деформаций и модуль их разницы (красный цвет). По гистограммам,приведенным на Рис. 4.4 можно судить о завышенном или заниженномзначении расчетных деформаций по отношению к экспериментальным.Проверка определенной константы на оставшихся экспериментальныхданных, т.е.

Характеристики

Список файлов диссертации