2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ2.1. Настоящие нормы должны соблюдаться при проектировании СЗО. 2.2. СЗО является элементом локализующей системы безопасности оборудования и трубопроводов и предназначается для удержания в заранее определенных границах радиоактивных веществ с целью обеспечения требований действующих норм и правил по предотвращению опасного воздействия на население, персонал и окружающую среду как при нормальных условиях эксплуатации (НУЭ), так и при проектных авариях (ПА), рассматриваемых в проекте, а также при проектных (ПЗ) и максимальных расчетных (МРЗ) землетрясениях и различных динамических воздействиях. 2.3. СЗО должна выдерживать нагрузки при всех проектных режимах. 2.4. Параметры нагрузок на оболочку (давление, температура, внешние воздействия и др.), режимы эксплуатации (в том числе ПА) определяются техническим заданием на проектирование. 2.5. Нормы распространяются на расчет на прочность стальных защитных оболочек сферической формы и цилиндрической формы с полусферическим или торосферическим куполом и эллиптическим или торосферическим днищем. 2.6. В основу норм расчета на прочность положены те же основные принципы, что и в Нормах расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. ПНАЭ Г-7-002-86. 2.7. В рамках настоящих норм выполняются: 1) выбор основных размеров СЗО; 2) поверочный расчет. 2.8. При выборе основных размеров в качестве основной нагрузки принимаются расчетные давление и температура, определяемые техническим заданием. Расчетное давление должно приниматься не менее наибольшего избыточного давления, которое возникает в СЗО при ПА (разгерметизация оборудования или трубопровода, охватываемых СЗО). Под расчетной температурой понимается наибольшая температура СЗО в процессе прохождения ПА. 2.9. При поверочном расчете учитывают все силовые и температурные нагрузки, действующие на СЗО, определяемые в соответствии с п. 2.4. В рамках поверочного расчета выполняют: 1) расчет на статическую прочность; 2) расчет на сопротивление хрупкому разрушению; 3) расчет на устойчивость; 4) расчет на циклическую прочность; 5) расчет на динамические воздействия (сейсмические, от падения самолета, ударной волны, от летящих предметов и струй теплоносителя). 2.10. Настоящие нормы построены в предположении, что СЗО после нагружения в процессе ПА должна сохранять свою дальнейшую работоспособность. 2.11. При проведении поверочного расчета напряжения рассчитываются в предположении упругого поведения материалов и в том случае, если напряжения, определенные по расчету, превышают предел текучести материала. Эти напряжения пропорциональны упругопластической деформации в рассчитываемой точке. Условные упругие напряжения вместо упругопластических деформаций вводятся для удобства выполнения расчетов, принятых в инженерной практике. 2.12. Конструкция, изготовление и монтаж СЗО должны удовлетворять требованиям Правил устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. ПНАЭ Г-7-008-89. 3. МАТЕРИАЛЫ3.1. Для изготовления СЗО используются материалы, приведенные в ПНАЭ Г-7-008-89. Для изготовления СЗО реакторных отделений с ВВЭР допускается использование толстолистовых сталей марок 09Г2С или 10ХСНД по ГОСТ 19282-73. 3.2. Сварные соединения деталей из указанных сталей должны выполняться в соответствии с нормативно-техническим документом "Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка. Основные положения. ПНАЭ Г-7-009-89" и отвечать требованиям, предъявляемым к I категории согласно нормативно-техническому документу "Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля. ПНАЭ Г-7-010-89". 3.3. Механические свойства основного металла и предел прочности сварных соединений сталей марок 09Г2С и 10ХСНД должны быть не ниже указанных в табл. 3.1. Требуемые механические свойства для металла шва должны быть не ниже приведенных в табл. 3.2. Для определения механических свойств при промежуточных температурах допускается использовать линейную интерполяцию. Требуемые механические свойства основного металла
Требуемые механические свойства металла шва сварных соединений, выполняемых автоматической сваркой под флюсом
Для материалов других марок следует использовать данные технических условий или стандартов, а при отсутствии в них необходимых сведений - данные, приведенные в нормативно-технических документах, в пп. 3.1 и 3.2. 3.4. В интервале температур от 0 до 150 °С для сталей, указанных в табл. 3.1, коэффициент линейного расширения а следует принимать равным 12-10-6 °С-1, а коэффициент Пуассона - равным 0,3. 4. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ4.1. Во время монтажа и эксплуатации на СЗО могут действовать следующие нагрузки. 4.1.1. Нагрузки строительно-монтажного периода. 4.1.2. Нагрузки при нормальных условиях эксплуатации. 4.1.3. Нагрузки при проектных авариях (включая нагрузки от летящих предметов и струй теплоносителя). 4.1.4. Нагрузки при пневматических испытаниях оболочки. 4.1.5. Динамические нагрузки от сейсмических воздействий, падения самолета и воздушной ударной волны. Примечание. Динамические нагрузки от падения самолета и воздушной ударной волны действуют на внешнюю железобетонную оболочку, а на СЗО передается динамический эффект от колебаний конструкций. 5. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ5.1. Допускаемые напряжения в зависимости от рассматриваемого расчетного случая и расчетной группы категории напряжений определяют по формуле [(s)i] = hi[s], (5.1) где [(s)i] - допускаемые напряжения; hi - коэффициент; [s] - номинальные допускаемые напряжения; i - индекс расчетной группы категории напряжений. 5.2. Номинальное допускаемое напряжение принимают равным наименьшему из следующих значений: . (5.2) 5.2.1. При нагружении внутренним давлением принимают nm = 1,85; n0,2 = 1,07. 5.2.2. При нагружении наружным давлением принимают nm = 2,6; n0,2 = 2. Окончательную проверку на устойчивость и корректировку (при необходимости) определенных по разд. 6 "Выбор основных размеров" толщин следует производить в соответствии с подразделом 7.3 "Расчет на устойчивость". 5.3. Номинальное допускаемое напряжение в болтах и шпильках от давления и усилий затяга принимают равным [s]w = Rp0,2/n0,2, где n0,2 = 2. (5.3) 5.4. При определении номинальных допускаемых напряжений значения механических свойств следует принимать по данным государственных или отраслевых стандартов (ГОСТ или ОСТ) или технических условий (ТУ). Если в указанных документах отсутствуют требуемые значения, допускается использовать значения, приведенные в табл. 3.1, 3.2, а также в ПНАЭ Г-7-002-86. 5.5. Значения коэффициента hi приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1 Значения коэффициента hi
5.6. Размах напряжений (s)RV не должен превышать значения [2,5 – (/RTm)] и быть не более 2. При этом максимальные и минимальные (по абсолютной величине) значения напряжений, используемые при определении размаха напряжений, не должны превышать RTm. 5.7. Напряжения в болтах и шпильках, напряжения смятия и среза не должны превышать пределов, установленных ПНАЭ Г-7-002-86 (за исключением случаев динамических воздействий, указанных в настоящих нормах). 6.
ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ
|
Объем радиографического или ультразвукового контроля, % |
Коэффициент снижения прочности jw |
100 |
1,0 |
50 |
0,9 |
25 |
0,85 |
10 и менее |
0,8 |
2. Коэффициент снижения прочности кольцевых сварных соединений цилиндрических оболочек допускается принимать равным 1,0.
3. Если минимальное расстояние от края любого отверстия до оси сварного шва по направлению, перпендикулярному расчетному направлению
, (6.25)
то коэффициент снижения прочности определяется как произведение коэффициента снижения прочности сварного соединения и коэффициента снижения прочности отверстия
j = jdjw или j = jсjw, (6.26)
Если расстояние между осью сварного шва и краем ближайшего отверстия
, (6.27)
то за расчетный коэффициент снижения прочности принимают минимальное значение jd, jc или jw.
6.4. Расчет болтов и шпилек
Минимальный диаметр болтов и шпилек узла уплотнения dmin, определенный по резьбе или стержню, должен быть не менее
, (6.28)
где Fш - усилие в болтах (шпильках) от механических нагрузок; z - число болтов (шпилек); [s] - допускаемое напряжение для болтов и шпилек.
7. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ
7.1. Общие положения
7.1.1. Поверочный расчет проводят после выбора основных размеров рассчитываемых элементов.
7.1.2. При поверочном расчете используют номинальные размеры деталей и сборочных единиц.
7.1.3. Поверочный расчет проводят с учетом всех расчетных нагрузок и всех расчетных режимов эксплуатации. В один расчетный режим может быть включена группа режимов, если внешние нагрузки и температуры этих режимов не отличаются более чем на 5 % принятых при расчете значений.
7.1.4. Основными расчетными нагрузками являются:
внутреннее или наружное давление;
собственный вес СЗО;
усилия от реакции опор и трубопроводов;
температурные воздействия;
дополнительные нагрузки от масс, присоединенных к СЗО.
7.1.5. Основными расчетными режимами являются:
затяг болтов и шпилек;
стационарный режим работы СЗО;
переменные режимы, связанные с изменением состояния оборудования, заключенного в СЗО;
режим работы СЗО при ПА;
пневмоиспытания;
динамические воздействия.
7.1.6. Настоящими нормами не регламентируются методы определения перемещений, напряжений и деформаций рассчитываемых элементов.
Ответственность за выбор того или иного метода несет организация, выполнявшая расчет на прочность.
7.1.7. Приведенные напряжения при поверочном расчете определяют по теории наибольших касательных напряжений. Исключением является расчет на сопротивление хрупкому разрушению, при котором приведенные напряжения определяют по теории наибольших нормальных напряжений.
7.2. Расчет на статическую прочность
7.2.1. Порядок определения напряжений.
1. На основании предварительного анализа геометрической формы, условий закрепления, действующих нагрузок и температурных полей следует выбрать наиболее напряженные области рассчитываемой оболочки.
2. Для определения составляющих напряжений в рассчитываемых областях элемента конструкции выбирают одну из систем координат, например прямоугольную с осями х, у, z, цилиндрическую с осями q, r, z или сферическую с осями q, r, j, и фиксируют направление осей. Составляющие нормальных напряжений в соответствующих системах координат обозначают sx, sy, sz или sq, sr, sz, или sq, sr, sj, а составляющие касательных напряжений - txy, txz, tyz или tqr, tqz, trz, или tqr, tqj, trj. Для тонкостенных оболочек с S/r £ 0,2 радиальные напряжения (с индексом r) допускается не учитывать.
3. Путем упругого расчета определяют значения шести составляющих напряжений (три составляющих нормальных и три составляющих касательных напряжений) без учета концентрации для всех режимов нагружения.
4. По шести составляющим напряженного состояния определяют значения главных напряжений и условно присваивают им индексы i, j, k.
5. Получают зависимость изменения главных напряжений si; sj; sk для всей принятой последовательности режимов работы по времени.
6. Значения приведенных напряжений определяют для всех моментов времени, когда любое из главных напряжений достигает экстремального значения по формулам:
(sij)l = sil - sjl;
(sjk)l = sjl - skl; (7.1)
(sik)l = sil - skl, l = 1, 2, …, m.
7. При поверочном расчете на статическую прочность указанные в п. 6 приведенные напряжения определяют для категории общих мембранных напряжений (s)1, расчетной группы общих и местных мембранных напряжений и общих изгибных напряжений (s)2, а также находят размах общих и местных мембранных, общих и местных изгибных и общих температурных напряжений (s)RV.
8. Размах приведенных напряжений определяют как наибольшее из следующих значений:
(7.2)
где (sij)max, (sjk)max, (sik)max - алгебраически максимальные, a (sij)min, (sjk)min, (sik)min - алгебраически минимальные напряжения для всего процесса изменения соответствующих приведенных напряжений.
Примечание. Во всех случаях
[(sij)max, (sjk)max, (sik)max] ³ 0;
[(sij)min, (sjk)min, (sik)min] £ 0 (7.3)
с учетом начального состояния, когда все напряжения равны нулю.
7.2.2. Допускаемые напряжения:
1. Напряжения расчетных групп категорий напряжений не должны превышать допускаемых, указанных в табл. 7.1 и п.п. 5.6 и 5.7.
Таблица 7.1
Допускаемые напряжения
Тип конструкции |
Расчетный случай |
Расчетные группы категорий напряжений |
|||||
(s)l |
(s)2 |
(s)lw |
(s)3w |
(s)4w |
(s)RV |
||
Элементы СЗО |
Проектная авария |
[s] |
1,3[s] |
- |
- |
- |
(2,5 - /RTm), но не более 2 |
Нормальные условия эксплуатации |
0,7[s] |
[s] |
- |
- |
- |
(2,5 - /RTm), но не более 2 |
|
Болты и шпильки |
Проектная авария |
- |
- |
1,37[s]w |
1,6[s]w |
2,0[s]w |
- |
Нормальные условия эксплуатации |
- |
- |
[s]w |
1,3[s]w |
1,7[s]w |
- |
Примечание. Выполнение требований табл. 7.1 по размахам напряжений (s)RV не является обязательным в тех случаях, когда возможное при эксплуатации искажение формы СЗО, связанное с невыполнением указанных требований, не может повлиять на нормальную эксплуатацию рассчитываемого узла (нет нарушения герметичности разъемных соединений, недопустимых деформаций сопрягаемых деталей и т.п.).
7.3. Расчет на устойчивость
7.3.1. Цилиндрическая СЗО.
7.3.1.1. Условия применения расчетных формул:
400 £ R/S £ 1000; 0,25 £ L/R £ 9. (7.4)
7.3.1.2. Расчет на устойчивость цилиндрической оболочки, нагруженной всесторонним наружным давлением Р, следует заполнять по формуле
Р £ [Pa]. (7.5)
Допускаемое наружное давление цилиндрической оболочки определяется по формуле:
. (7.6)
Расчет на устойчивость цилиндрической оболочки, нагруженной наружным давлением и осевой нагрузкой, следует выполнять по формуле
, (7.7)
где s2m, s1m - соответственно сжимающие окружные и осевые общие мембранные напряжения; [s2]y, [s1]y - допускаемые из условия устойчивости, соответственно окружные и осевые общие мембранные сжимающие напряжения.
7.3.1.3. Допускаемые напряжения для гладкой цилиндрической оболочки:
1. Допускаемое окружное сжимающее напряжение определяется по формуле
где s2kр - критическое окружное напряжение для идеальной цилиндрической оболочки при наружном давлении
s2kр = 0,92 Е (R/L) (S/R)3/2; (7.9)
L - длина оболочки от заделки до сопряжения со сферическим куполом; Кр - коэффициент, учитывающий условия опирания торцов оболочки; при заделке одного края и сопряжении другого со сферическим куполом Кр = 1,5L/(L + 0,33R); при заделке одного края и свободном другом (в строительно-монтажный период) Кр = 0,6; С2р - коэффициент, учитывающий влияние несовершенств формы оболочки: С2р = 0,6; n2y - коэффициент запаса по устойчивости: n2y = 3,1.
2. Допускаемое осевое сжимающее напряжение определяется по формуле
где s1кр - критическое меридианальное напряжение при осевом сжатии идеальной цилиндрической оболочки:
s1кр = 0,605 E(S/R); (7.11)
C1р - коэффициент влияния несовершенств формы:
C1р = 1/(1 + 4D/S) при 0 £ D/S £ 2,5, где (7.12)
D - максимальное отклонение наружной поверхности оболочки относительно меридионального (прямолинейного) либо кольцевого (в виде дуги окружности) шаблона длиной не менее 8; при этом отклонение от номинального значения радиуса оболочки, измеренного относительно центра, не должно превышать 0,5 %;
n1y - коэффициент запаса по устойчивости;
n1y = 2,2. (7.13)
7.3.1.4. Допускаемые напряжения для цилиндрической оболочки с кольцевыми ребрами.
1. Отношение высоты стенки ребра hр к толщине ребра tр не должно превышать величины
hp/tp £ аp, (7.14)
где ар = 0,35 для прямоугольного сечения ребра и ар = 0,75 для таврового сечения.
2. Допускаемое окружное сжимающее напряжение [s2]у определяют из условия устойчивости как всей оболочки (длиной L), так и на участке (длиной b) между ребрами, между заделкой и ребром, между ребром и сопряжением с куполом:
. (7.15)
Допускаемое напряжение из условия устойчивости всей оболочки определяют как [s2]уL = [s2]у по формуле (7.8), в которой
s2кр = 0,92 E(R/L)[K(S/R)]3/2, (7.16)
где К - коэффициент жесткости оболочки, подкрепленной ребрами:
; (7.17)
I - эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения ребра:
; (7.18)
Ip - момент инерции поперечного сечения ребра относительно оси, проходящей через его центр тяжести параллельно образующей оболочки; l - расстояние между двумя соседними ребрами; А - площадь поперечного сечения ребра; е - расстояние между центром тяжести поперечного сечения ребра и срединной поверхностью оболочки; L - эффективная длина стенки оболочки, учитываемая при определении эффективного момента инерции:
;
tр - ширина поперечного сечения ребра в месте его приварки к оболочке.
Допускаемое напряжение из условия устойчивости участка оболочки с кольцевыми ребрами определяется как [s2]yb = [s2]y по формуле (7.8) с заменой L на длину участка, устойчивость которого проверяется.
При этом значение Кp принимают:
для участка между ребрами жесткости Кp = 1,1;
для участка между заделкой и ребром Кp = 1,25;
для участка между ребром и сопряжением оболочки со сферическим куполом Кp = 1,40b/(b + 0,33R).
Допускаемое из условия прочности общее мембранное окружное напряжение определяется по формуле
, (7.19)
где .
2. Допускаемое осевое сжимающее напряжение [s1]y определяется по формуле (7.10); при определении D должны соблюдаться условия подпункта 2 п. 7.3.1.3, но длина меридианального шаблона принимается не более расстояния между ребрами на участке, устойчивость которого рассматривается.
7.3.2. Сферическая СЗО.
7.3.2.1. Условия применения расчетных формул:
600 £ R/S £ 1500. (7.20)
7.3.2.2. Расчет на устойчивость сферической оболочки, нагруженной наружным давлением Р, следует выполнять по формуле
Р £ [Рa]. (7.21)
Допускаемое наружное давление [Р]у определяется по формуле
, (7.22)
где Ркр - верхнее критическое давление для идеальной замкнутой сферической оболочки:
Ркр = 1,21E(S/R)2; (7.23)
Ср - коэффициент, учитывающий влияние на устойчивость оболочки начальных несовершенств формы:
при 0 £ D/S £ 2,5; (7.24)
D - максимальное отклонение наружной поверхности оболочки от шаблона длиной не менее 8,85; при этом отклонение от номинального значения радиуса оболочки, измеренного относительно ее центра, не должно превышать 0,5 %; n - коэффициент запаса по устойчивости сферической оболочки:
nу = 2,6.
7.4. Расчет на циклическую прочность
7.4.1. Основной метод расчета на циклическую прочность изложен в ПНАЭ Г-7-002-86.
Для СЗО реакторов может применяться метод, который распространяется на те же материалы и диапазон температур, что и основной метод расчета на циклическую прочность. Данный метод не применим к многоцикловой усталости при числе циклов нагружения более 105.
Расчет на циклическую прочность проводится на основе данных об изменении напряжений, полученных по п. 7.2.1 для всей принятой последовательности режимов работы.
7.4.2. Определение напряжений и числа эксплуатационных циклов нагружения.
1. Для построения графика изменения напряжений без учета концентрации используют результаты, полученные по подп. 6 п. 7.2.1.
2. Для проведения расчета из трех зависимостей приведенных напряжений sij, sjk, sik получают одну зависимость, включающую последовательные полуциклы с максимальными размахами напряжений.
Если для момента времени l из экстремумов приведенных напряжений выбирают для построения искомой зависимости алгебраический максимум, то для следующего момента времени l + 1 выбирают алгебраический минимум экстремумов приведенных напряжений.
3. Цикл напряжений с наибольшим размахом выделяют из полученной по подп. 2 п. 7.4.2 зависимости
2(sа)max = smax - smin, (7.25)
где smax, smin - алгебраически наибольшее и наименьшее напряжения для всей зависимости изменения напряжений.
4. Другие циклы с меньшими амплитудами напряжений выделяют из оставшейся части зависимости по подп. 2 п. 7.4.2, руководствуясь подп. 3 п. 7.4.2, пока она не будет полностью исчерпана.
5. Амплитуду местного напряжения определяют по формуле
saF = Кejfsa, (7.26)
где Кe - коэффициент концентрации напряжений; jf - коэффициент, учитывающий влияние сварного шва с полным проплавлением (jf = 1,5). При отсутствии сварного шва jf = 1.
6. Коэффициенты концентрации напряжений определяют по рис. 7.1 в зависимости от отношения и коэффициента концентрации напряжения в упругой области аs, определяемого по справочникам и принимаемого равным наибольшему значению по направлению кольцевых или меридианальных напряжений. Для резьб принимают аs = 5.
Рис. 7.1. Коэффициенты концентрации напряжений
Коэффициент концентрации напряжений может быть определен по следующим соотношениям:
при ; (7.27)
при
. (7.28)
Коэффициент Кe можно принимать одинаковым для всех циклов независимо от амплитуды и равным его значению для цикла с максимальной амплитудой.
7. Устанавливают число циклов, соответствующее каждому значению амплитуды за время эксплуатации конструкции, исходя из данных о повторяемости режимов работы и нагружения.
7.4.3. Проверка циклической прочности
Проверку циклической прочности проводят с использованием кривой усталости, приведенной на рис. 7.2.
Кривая усталости может применяться для сталей с ³ МПа, Zт ³ 32 % при температурах до 350 °С.
Если элемент конструкции находится в контакте с рабочей средой, то ее влияние на кривые усталости должно учитываться дополнительно.
Проверка циклической прочности проводится в следующем порядке:
1. Принимают число циклов нагружения при максимальной амплитуде местных напряжений равным суммарному числу циклов с различными амплитудами, включая максимальную, , где l = 1, 2, ...; m - число типов циклов с различными амплитудами.
Циклы нагружений с амплитудой напряжения, меньшей, чем амплитуда напряжений по кривой усталости на рис. 7.2 при [N] = 106, не учитывают. Если выполняется условие < [N], где [N] - допускаемое число циклов для максимальной амплитуды по кривой усталости на рис. 7.2, то условие циклической прочности удовлетворяется.
2. Если условие прочности по подп. 1 п. 7.4.3 не выполняется, то проверку прочности проводят с учетом циклов нагружения с максимальной амплитудой и меньшей ближайшей к максимальной.
Рис. 7.2. Расчетная кривая усталости для сталей с ³ 400 МПа и ZТ ³ 32 % при температурах до 350 °С
Ожидаемое число циклов с максимальной амплитудой местных напряжений принимают равным фактическому nэ1 с учетом подп. 7 п. 7.4.2.
Число циклов, ближайших по амплитуде к максимальной, принимают равным суммарному числу циклов с другими значениями амплитуд, исключая циклы с максимальной амплитудой,
. (7.29)
Определяют по кривой усталости на рис. 7.2 допускаемые числа циклов [N]1 и [N]2 для амплитуд максимальной и ближайшей к ней соответственно.
Если выполняется условие
, (7.30)
то удовлетворяется и условие циклической прочности.
При большом числе циклов с различной амплитудой аналогичные проверки прочности могут быть продолжены, если последнее условие не выполняется.
7.5. Расчет на сопротивление разрушению
7.5.1. Основными характеристиками материала, используемыми в расчете, являются критическое раскрытие трещины (КРТ) dс, предел текучести и модуль упругости Е.
Основной зависимостью, используемой в расчете, является температурная зависимость допускаемого раскрытия трещины.
7.5.2. Сопротивление разрушению элементов конструкции считается обеспеченным, если для расчетных трещин, расположенных в любой зоне рассматриваемого элемента, при любых режимах эксплуатации выполняется условие
d £ [d], (7.31)
где d - раскрытие в вершине расчетной трещины; [d] - допускаемое значение раскрытия трещины.
7.5.3. Раскрытие в вершине трещины определяется из выражений:
, (7.32)
где Si - эквивалентные условно-упругие напряжения в зоне расположения трещины (с учетом остаточных сварочных напряжений); Мi - поправки, учитывающие геометрию и место расположения трещины; i - индекс, указывающий на точку фронта расчетной трещины, в которой определяется раскрытие трещины; а - глубина трещины.
7.5.4. Характеристические размеры расчетных трещин, напряжения и поправки Мi принимают в зависимости от рассматриваемых зон конструкции.
1. Для зон без концентрации напряжений, а также зон перехода жесткостей (соединение фланцев с цилиндрической частью корпуса, галтели и др.) в качестве расчетной принимают полуэллиптическую трещину (рис. 7.3, а) глубиной а = 0,25S с соотношением а/С = 2/3.
При линейном или близком к параболическому нелинейном законах изменения напряжений условные напряжения определяются из выражения (см. рис. 7.3, а)
S = 0,11 (3sA + 5sF + sB) + 0,4 (а/с) (0,38sA - 0,17sB - 0,21sF) -
- 0,28 (a/S) (1 - ) (sA - sB). (7.33)
Поправку Mi принимают в виде
, (7.34)
где N = [1 - (0,89 - 0,57 (a/S)1,5]3,25. (7.35)
При a/S = 0,25 и а/с = 2/3 МA = 0,85.
2. Для зон и отверстий (присоединения патрубков, штуцеров, труб) в качестве расчетной принимают угловую трещину (рис. 7.3, б) с соотношением а/с = 1 глубиной а = 0,25S, но не более 0,25S1 (где S1 - толщина перемычки между соседними отверстиями).
а - вне зон концентрации и в зоне перехода жесткостей; б - в зоне отверстий
Условные напряжения определяют из выражений
SA = 0,48sA + 0,47sF + 0,05sD; (7.36)
SB = 0,48sB + 0,47sE + 0,05sD. (7.37)
Поправки принимают в виде
MA = 0,8 [1 + 0,32 (a/S)2] [1 - 0,033 (а/С)1,5]-3,25; (7.38)
МB = 0,8 [1 - 0,033 (a/S1,5]-3,25 (7.39)
При a/S = 0,25 MA = 0,91; МB = 0,81.
Напряжения в рассматриваемой зоне оболочки определяются без учета трещин. Затем в эту зону "внедряется" трещина и для различных точек ее фронта устанавливаются напряжения sA, sB, sD, sE, sF.
7.5.5. Допускаемые значения раскрытия трещины [d]i в зависимости от температуры получают как огибающую двух кривых, определяемых по исходной температурной зависимости dc. Одну из этих кривых получают путем деления ординат температурной зависимости критического раскрытия трещины dc на коэффициент запаса прочности, другую - путем смещения исходной кривой вдоль оси абсцисс на величину температурного запаса DT.
Принимают:
для НУЭ (i = 1) nd = 2, DT = 30 °С;
для ПА (i = 2) nd = 1, DT = 0.
Температурные зависимости dc должны приниматься по данным аттестационных отчетов по материалам (основной металл, сварные соединения) с учетом условий эксплуатации.
Зависимости [d]i от приведенной температуры (Т - Тк) для сталей марок 10ХСНД и 09Г2С и их сварных соединений приведены на рис. 7.4 и 7.5.
Рис. 7.4. Температурная зависимость [d]1:
1 - сталь марки 09Г2С и ее сварное соединение;
1 - [d]1 = 0,012ехр[0,004(Т - Тк)] при (-100) £ (Т - Тк) £ 0 °С;
1 - [d]1 = 0,012ехр[0,04(Т - Тк)] при 0 < (Т - Тк) £ 100 °С;
2 - сталь марки 10ХСНД, основной металл;
2 - [d]1 = 0,012ехр[0,004(Т - Тк)] при (-100) £ (Т - Тк) £ 20 °С;
2 - [d]1 = 0,0055ехр[0,04(Т - Тк)] при 20 < (Т - Тк) £ 120 °С;
3 - сварное соединение стали марки 10ХСНД;
3 - [d]1 = 0,012ехр[0,004(Т - Тк)] при (-100) £ (Т - Тк) £ 0 °С;
3 - [d]1 = 0,012ехр[0,023(Т - Тк)] при 0 < (Т - Тк) £ 140 °С.
Рис. 7.5. Температурная зависимость [d]1:
1 - сталь марки 09Г2С и ее сварное соединение;
1 - [d]2 = 0,024ехр[0,004(Т - Тк)] при (-100) £ (Т - Тк) £ (-15) °С;
1 - [d]2 = 0,04ехр[0,04(Т - Тк)] при (-15) < (Т - Тк) £ 75 °С;
2 - сталь марки 10ХСНД, основной металл;
2 - [d]2 = 0,024ехр[0,004(Т - Тк)] при (-100) £ (Т - Тк) £ 10 °С;
2 - [d]2 = 0,017ехр[0,04(Т - Тк)] при 10 < (Т - Тк) £ 90 °С;
3 - cвaрнoe coeдинeниe стали марки 10ХСНД
3 - [d]2 = 0,024ехр[0,004(Т - Тк)] при (-100) £ (Т - Тк) £ 0 °С;
3 - [d]2 = 0,024ехр[0,023(Т - Тк)] при 0 < (Т - Тк) £ 140 °С.
При отсутствии температурных зависимостей dс для сталей других марок допускается для определения зависимостей dс от (Т - Тк) использовать пересчет температурных зависимостей К1с, приведенных в ПНАЭ Г-7-002-86, из соотношения
. (7.40)
7.5.6. Критическую температуру хрупкости (КТХ) материала определяют по формуле
Тк = Ткo + DTТ + DТN + DTF, (7.41)
где Ткo - КТХ материала в исходном состоянии; DTТ - сдвиг КТХ вследствие температурного старения; DТN - сдвиг КТХ вследствие циклической повреждаемости; DTF - сдвиг КТХ вследствие влияния нейтронного облучения.
Указанные характеристики определяются в соответствии с требованиями ПНАЭ Г-7-002-86.
7.5.7. Расчет на сопротивление разрушению допускается не проводить, если толщина стенки рассматриваемого элемента СЗО удовлетворяет соотношению
, (7.42)
где значения dс принимают для минимальной температуры стенки в процессе эксплуатации; Тк - на конец эксплуатации; Rp0,2 и Rm - при температуре 20 °С.
7.6. Расчет на динамические воздействия
7.6.1. При выполнении расчета на динамические воздействия используют термины, определения и обозначения в соответствии с ПНАЭ Г-7-002-86.
7.6.2. Исходными данными для расчета служат динамические воздействия, характеризуемые акселерограммами или спектрами ответов для трех взаимно перпендикулярных направлений (вертикального и двух горизонтальных), а также нагрузки при НУЭ и ПА.
7.6.3. Динамические нагрузки определяют с учетом одновременного динамического воздействия в двух горизонтальных и вертикальном направлениях.
7.6.4. Расчет выполняют линейно-спектральным методом (по спектрам ответа) или методом динамического анализа (по акселерограммам). В случае, если первая собственная частота колебаний больше 20 Гц, расчет допускается выполнять статическим методом с умножением ускорений, полученных по спектру ответа, на коэффициент 1,3 для частот в диапазоне 20-33 Гц и на коэффициент 1,0 для частот более 33 Гц.
7.6.5. При отсутствии прямых данных допускается логарифмический декремент затухания принимать равным 0,12.
7.6.6. Определение напряжений и деформаций допускается проводить в предположении статического действия найденных по расчету динамических нагрузок.
7.6.7. Напряжения при динамических воздействиях должны удовлетворять требованиям табл. 7.2-7.5.
7.6.8. Для других динамических воздействий (ударная волна, падение самолета и др.) допускаемые напряжения принимаются как для сочетания НУЭ + МРЗ, при этом вместо МРЗ рассматриваются соответствующие динамические воздействия.
7.6.9. Деформации и перемещения СЗО при динамических воздействиях не должны превышать значений, определяемых зазорами между оболочкой и конструкциями, размещенными в ней.
7.6.10. Расчет на циклическую прочность проводят по подразд. 7.4.
Расчет допускается проводить, используя максимальную амплитуду напряжений, определенную с учетом воздействий НУЭ + ПЗ (или другого динамического воздействия вместо ПЗ).
Сочетания нагрузок и допускаемые напряжения для СЗО при сейсмических воздействиях
Сочетание нагрузок |
Расчетная группа категорий напряжений |
Допускаемые напряжения |
НУЭ + ПЗ |
(ds)1 |
0,9[s] |
(ds)2 |
1,2[s] |
|
НУЭ + МРЗ |
(ds)1 |
[s] |
(ds)2 |
1,3[s] |
|
ПА + ПЗ |
(ds)1 |
[s] |
(ds)2 |
1,3[s] |
Таблица 7.3
Сочетания нагрузок и допускаемые напряжения для болтов и шпилек при сейсмических воздействиях
Сочетание нагрузок |
Расчетная группа категорий напряжений |
Допускаемые напряжения |
НУЭ + ПЗ |
(ds)mw |
1,2[s]w |
(ds)4w |
2,0[s]w |
|
НУЭ + МРЗ |
(ds)mw |
1,4[s]w |
(ds)4w |
2,2[s]w |
|
ПА + ПЗ |
(ds)mw |
1,3[s]w |
(ds)4w |
2,2[s]w |
Таблица 7.4
Сочетания нагрузок и допускаемые напряжения смятия при сейсмических воздействиях
Сочетание нагрузок |
Категория напряжений |
Допускаемые напряжения |
НУЭ + ПЗ |
(ds)s |
1,8[s] |
НУЭ + МРЗ |
2,0[s] |
|
ПА + ПЗ |
2,0[s] |
Сочетания нагрузок и допускаемые напряжения среза при сейсмических воздействиях
Сочетание нагрузок |
Категория напряжений |
Допускаемые напряжения |
|
в СЗО |
в болтах и шпильках |
||
НУЭ + ПЗ |
(ts)s |
0,4[s] |
0,6[s]w |
НУЭ + МРЗ |
0,6[s] |
0,7[s]w |
|
ПА + ПЗ |
0,5[s] |
0,7[s]w |
Указанный расчет допускается не проводить для элементов СЗО, имеющих суммарную повреждаемость (без учета динамических воздействий) от циклических нагрузок в процессе эксплуатации, не превышающую 0,8.
7.7. Пневматические испытания
7.7.1. Давление пневматических испытаний принимают равным
Pп = P[s]Тп/[s]Т, (7.43)
где [s]Тп - допускаемое напряжение при температуре пневматических испытаний.
7.7.2. Допускаемую температуру металла СЗО при пневматических испытаниях Тп определяют следующим образом:
согласно указаниям подразд. 7.5 находят наибольшее раскрытие трещины dmax из числа раскрытий трещин для различных зон СЗО при пневматических испытаниях;
по рис. 7.1 определяют значение Т1, соответствующее условию
dmax = 1,3[s]1; (7.44)
температуру Тп принимают равной не менее Т1. Если температура Т1 оказывается менее 10 °С, принимают Тп = 10 °С.
СОДЕРЖАНИЕ
ПНАЭ Г-10-012-89 расположен в сборниках: |
Нравится
Твитнуть |