Прочности в соответствии с Нормами АЭУ

Совершенно ясно, что возникающие при эксплуатации конструкции состояния должны быть в достаточной мере дистанцированы относительно предельных (см. Введение). С этой целью, как известно, вводят различного рода коэффициенты запаса - по нагрузкам, деформациям, долговечности, температуре и, пожалуй, наиболее распространенные в инженерной практике - по напряжениям (по пределу текучести, пределу прочности, пределу длительной прочности и т.п.). Коэффициенты запаса регламентируются соответствующими нормативными документами, имеющими, как правило, отраслевую принадлежность. Полученное с их помощью допускаемое напряжение используется при записи условия прочности - основы любой прочностной оценки. Приведем в качестве примера порядок определения допускаемого напряжения, установленный в Нормах расчетов на прочность атомных энергетических установок [1].

В основу Норм положены расчетные оценки по следующим предельным состояниям:

1) кратковременное разрушение (вязкое и хрупкое);

2) разрушение в условиях ползучести при статическом нагружении;

3) пластическое течение по всему сечению детали;

4) накопление деформации ползучести;

5) циклическое накопление неупругой деформации, которое приводит к формоизменению детали;

6) возникновение макротрещин при циклическом нагружении;

7) потеря устойчивости сжатых элементов

и некоторые другие.

При проведении проверочного расчета действующие напряжения делят на категории:

m	– общие мембранные напряжения – средние напряжения по поперечному сечению детали;
mL	– местные мембранные напряжения (средние напряжения в зонах краевых эффектов);
b	– общие изгибные напряжения, вызванные силовыми воздействиями;
bL	– местные изгибные напряжения;
T	– температурные напряжения;
TL	– местные температурные напряжения;
k	– напряжения компенсации и др. (напряжения, обусловленные кинематическими воздействиями).

Расчет по критериям статической прочности проводят для следующих расчетных случаев (приведены также соответствующие условия прочности):

1) НУЭ – нормальные условия эксплуатации:

m [], m + b 1,3 [];

2) ННУЭ – нарушение нормальных условий эксплуатации:

m= 1,2 [], m + b 1,6 [];

3) АС – аварийная ситуация:

m 1,4 [], m + b 1,8 [].

Основное допускаемое напряжение [] определяют из условия

здесь – минимальное значение предела прочности Bпри расчетной температуре;

– минимальное значение предела текучести 0,2при расчетной температуре;

– минимальное значение предела длительной прочности, соответствующее расчетному ресурсу конструкции при расчетной температуре.

Гарантированные с определенной вероятностью минимальные значения расчетных сопротивлений определяют по средним значениям этих величин и коэффициентам вариации в предположении, что распределение механических характеристик подчиняется нормальному закону, параметры которого приводятся в справочной литературе (например, [7]).

Анализ имеющихся данных свидетельствует, что для конструкционных сталей и сплавов можно принять следующие средние значения коэффициентов вариации:

= 0,1; = 0,05,

где D 0,2– среднее квадратическое отклонение предела текучести 0,2;

m 0,2– математическое ожидание 0,2;

D B– среднее квадратическое отклонение предела прочности В;

m B– математическое ожидание В.

Поскольку почти у всех рассматриваемых в Работе материалов при заданных температурах сколь либо существенной ползучести не наблюдается, длительная прочность в этих условиях не является актуальным предельным состоянием. Соответственно, в дальнейшем предел длительной прочности не принимается во внимание.

Для нормального закона распределения минимальное значение величины Ri с вероятностью 0,997 будет равно

min R_i = R_i ср - 3 DR_i.

При указанных значениях коэффициентов вариации получим

Rm= m _В - 3(0,05 m _В) = 0,85 m _В;

R p _0,2 = m _0,2- 3(0,1 m _0,2) = 0,7 m _0,2,

что позволяет определить величину допускаемого напряжения [].

При оценке статической прочности заданных конструктивных элементов A¼F в нормальных условиях эксплуатации условие прочности согласно Нормам имеет вид

m []; m + b 1,3[],

где – среднее по поперечному сечению напряжение, свя­занное с нормальной силой N;

– максимальное напряжение изгиба, определяемое из­гибающим моментом M;

max,min – наибольшее и наименьшее (с учетом знака) напря­жения в опасном сечении.