Вплив температурного стану на пошкоджуваність внаслідок повзучості оболонок циліндричних тепловиділяючих елементів.

Анотація

Наводяться отримані за допомогою комп’ютерного моделювання кількісні оцінки впливу температурних полів на довговічність оболонок тепловиділяючих елементів ядерних реакторів. Комп'ютерне моделювання здійснено за допомогою математичної моделі деформування та руйнування оболонки твелу внаслідок повзучості під дією тисків осколків ділення та теплоносія в неоднорідному температурному полі, що встановлюється при експлуатації уздовж товщини оболонки. Математична модель представлена у вигляді крайової задачі, яка визначає напружено-деформований стан оболонки з урахуванням деформацій повзучості на основі відомих концепцій механіки деформівного твердого тіла, та початкової задачі, яка визначає розвиток у часі деформацій повзучості та скалярного параметру пошкоджуваності при заданих напруженнях та температурі. Числові параметри, що характеризують конструкційний матеріал у рівняннях для деформацій повзучості та параметру пошкоджуваності, для заданої температури визначалися на основі даних, що отримані шляхом екстраполяції відомих даних, відповідних обмеженій кількості значень температури та напруження, із використанням параметру Ларсона-Мілера. Для розв’язування диференціальних рівнянь, що представляють математичну модель деформування та руйнування оболонки твелу, використано метод напівдискретизації. Результати розрахунків свідчать, що оболонки твелів мають достатньо високу довговічність при температурах, які відповідають середнім температурам, що очікуються в активній зоні реактору. В той же час, розрахунки свідчать, що довговічність оболонок твелів суттєво зменшується до небезпечного рівня при підвищених температурах, які є цілком можливими через локальні відхилення процесів теплообміну в активній зоні реактору. Це є дуже суттєвим, оскільки у використаної математичної моделі граничний стан оболонки твелу, що обмежує можливості її експлуатації, відповідає повному механічному руйнуванню оболонки, хоча насправді експлуатація твелів обмежується більш жорсткими умовами щодо рівня герметичності оболонки, який може не забезпечуватися навіть й для незруйнованої цілком оболонки.