Приложение D (справочное). Испытания на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии

Приложение D
(справочное)

Испытания на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии

D.1 Общие положения

Испытание на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии (9.3) - это метод, применяемый для определения порогового уровня возбуждения, ниже которого испытуемое оборудование отвечает функциональным и конструктивным требованиям в соответствии с его целевой функцией безопасности. Испытание может быть проведено с использованием различных волновых возбуждающих импульсов, описанных в 9.6, при соблюдении рекомендаций и ограничений, приведенных в настоящем приложении.

Данные испытаний на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии могут быть использованы для разных целей: от установления общих квалификационных уровней до предоставления информации для оценки вероятностного риска систем, в которых должно быть установлено оборудование. Результаты испытаний на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии могут быть ограничены рамками физических способностей имитаторов сейсмического воздействия или общими возможностями оборудования. Другими словами, испытуемое оборудование может быть устойчивым к более сильному возбуждению, чем максимальный входной сигнал, поступающий от вибростенда (т.е. сверх предела стенда).

Обычно программа испытаний на сейсмостойкость предусматривает заданный уровень квалификации (например, конкретное применение при конкретной сейсмической обстановке). Если во время выполнения программы испытаний оборудование демонстрирует несоответствие критериям приемлемости, но не получает повреждений, исключающих дальнейшие испытания, то уровень возбуждения можно постепенно снижать до тех пор, пока не будет достигнут уровень, при котором испытуемое оборудование будет соответствовать критериям приемлемости. И наоборот, если оборудование успешно проходит испытание и соответствует всем критериям приемлемости для заданного уровня квалификации, то уровень возбуждения можно постепенно повышать до тех пор, пока не будет достигнут пороговый уровень, при котором испытуемое оборудование перестанет соответствовать критериям приемлемости. Уровни можно регулировать исходя из практических соображений, чтобы найти максимальный уровень успешных испытаний, который будет считаться уровнем условной вероятности отказа оборудования при сейсмическом воздействии. Следует обратить внимание на то, что испытуемое оборудование должно быть достаточно состарено для проведения необходимого числа испытаний на воздействие ПЗ/S1 до последнего успешного испытания. В приложении Е даны рекомендации по оценке количества циклов нагрузки, прилагаемых к единице испытуемого оборудования.

Кроме того, данные испытаний на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии очень полезны для определения запаса сейсмостойкости, учитывающего работоспособность изделия по истечении времени его целевого применения.

D.2 Возбуждение колебаний

Как было указано выше, испытания на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии можно проводить с использованием различных форм возбуждающего волнового импульса, описанных в 9.6. Например, чтобы определить уровень устойчивости оборудования к кратковременному одночастотному возбуждению, оборудование может быть подвергнуто любому одночастотному возбуждению, например синусоидальным колебаниям. Синусоидальные колебания можно применять в диапазоне частот от 1 Гц до предельной частоты. Синусоидальные колебания применяют последовательно на каждой собственной частоте оборудования, установленной испытанием по поиску резонанса. Однако если резонансные колебания оборудования точно не определены, интервал частот между испытаниями можно сузить до 1/2 октавы или менее для достижения большего консерватизма. С другой стороны, когда из-за нелинейного искажения сигнала внутри оборудования имеет место широкополосный резонансный отклик, частотный интервал можно расширить во избежание нежелательного эффекта усталости. Амплитуду колебаний на каждой частоте увеличивают до тех пор, пока оборудование не перестанет удовлетворять критериям приемлемости. Число колебаний на импульс должно находиться в диапазоне от 5 до 10, а число импульсов зависит от частоты возбуждающего сигнала и продолжительности моделируемого землетрясения. По этим данным можно построить кривые зависимости уровня входного сигнала от частоты. Кроме того, по одночастотным входным данным можно вычислить спектры отклика при условной вероятности отказа с учетом определенных значений демпфирования.

Аналогично способу возбуждения синусоидальным импульсом оборудование может быть подвергнуто возбуждению непрерывными синусоидальными колебаниями такой же частоты. Можно использовать дополнительные частоты для более полного определения нижних точек на графике условной вероятности отказа при сейсмическом воздействии. Кроме того, по данным испытаний с установившимся непрерывным синусоидальным возбуждением можно графически представить серию спектров отклика при условной вероятности отказа с учетом определенных значений демпфирования. Полученные таким образом спектры отклика представляют собой классические резонансные кривые со средним значением тестовых частот.

Для демонстрации уровня условной вероятности отказа оборудования при сейсмическом воздействии многочастотного возбуждения оборудование должно быть подвергнуто воздействию случайного многочастотного сигнала. Общий уровень и форму спектра необходимо откорректировать для установления спектра отклика при условной вероятности отказа при сейсмическом воздействии.

Если имеет место суммарный эффект в случае мультимодального отклика, спектр отклика при условной вероятности отказа при сейсмическом воздействии находится ниже спектра, установленного при одночастотном возбуждении.

D.3 Применение результатов

Ниже представлены рекомендации по использованию данных испытаний на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии.

a) Когда RRS имеет широкий диапазон, многочастотный спектр отклика при условной вероятности отказа вследствие сейсмического воздействия, сформированный с учетом соответствующего критического демпфирования, следует наложить на RRS, и он должен быть выше RRS.

b) Когда требование разрешает проведение испытания с одночастотным возбуждением, допускается для охвата RRS использовать спектр отклика при условной вероятности отказа вследствие сейсмического воздействия, полученный при таком испытании.

c) Когда RRS состоит из высокого узкого пика (например, пик по причине преобладающего горизонтального усиливающегося резонанса), одночастотный спектр отклика при условной вероятности отказа вследствие сейсмического воздействия, полученный при соответствующем критическом демпфировании, следует наложить на RRS, и он должен быть выше RRS.

d) Когда RRS представляет собой сочетание вариантов а), b) и с), лучше всего работоспособность оборудования демонстрирует комбинация данных испытаний на условную вероятность отказа вследствие сейсмического воздействия, при условии, что их использование соответствующим образом обосновано.

Спектр отклика при условной вероятности отказа вследствие сейсмического воздействия может быть использован в качестве входной информации для оценки вероятностного риска системы, в которую должен быть включен испытуемый компонент. В этом случае спектр отклика при условной вероятности отказа сначала преобразовывают в функцию вероятностного отказа, которая характеризует зависимость частоты колебаний испытуемого компонента, приводящей к отказу, от амплитуды возбуждения. По данной теме более подробную информацию можно получить в материалах, посвященных оценке вероятностных рисков.

D.4 Другие аспекты

По сути, испытания на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии представляют собой попытку определить границу между допустимым и недопустимым режимами работы оборудования. В зависимости от формы волнового возбуждения, используемой методики, а также действительной прочности конструкции испытания оборудования на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии могут оказаться в значительной степени избыточными. Это важное соображение, особенно в случае, когда сейсмические испытания являются только частью более широких программ испытаний [например программ, касающихся разрыва первого контура ядерного реактора (HELB), аварий с потерей теплоносителя (LOCA), высоты подпора]. Поэтому при разработке таких программ следует предусматривать возможность использования нескольких образцов, подвергаемых старению в одинаковых режимах, часть из которых (один или более) подлежит испытаниям на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии. Если в ходе испытаний подгруппа испытуемого оборудования достигает чрезмерной степени старения, ставящей под вопрос возможность его использования для последующих испытаний, то оставшиеся ранее состаренные образцы могут быть взяты для выполнения остальной программы испытаний.

Когда испытания на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии выполняют после успешного проверочного испытания путем пошагового увеличения уровня испытания, то обычно устанавливают шаг таким образом, чтобы можно было учитывать старение оборудования при воздействии ПЗ/S1. Например, если уровень ПЗ/S1 принимают равным 1/2 уровня MPЗ/S2, то уровень входных колебаний можно увеличивать с шагом 20 % (т.е. 1,20, 1,40, 1,60) от исходного уровня MPЗ/S2 до тех пор, пока объект не перестанет соответствовать критериям приемлемости или не будет достигнут предел вибростенда. Если уровень ПЗ/S1 принимают равным 2/3 уровня MPЗ/S2, то уровень последовательных испытательных колебаний можно увеличивать с шагом 15 % (т.е. 1,15, 1,30, 1,45) от исходного уровня MPЗ/S2 до тех пор, пока объект не перестанет соответствовать критериям приемлемости или пока не будет достигнут предел вибростенда. Это только рекомендации, и гарантирование адекватного учета старения при воздействии ПЗ/S1 является ответственностью лиц, принимающих решение об использовании оборудования на месте назначения.

При проведении испытаний с многочастотным случайным возбуждением по нескольким осям получают сложные комплексные спектры отклика при условной вероятности отказа вследствие сейсмического воздействия. Это означает, что форма спектра частоты в зависимости от ускорения может влиять на пороговый уровень приемлемости, установленный посредством испытаний на условную вероятность отказа при сейсмическом воздействии. При использовании данных испытаний на условную вероятность отказа для установления уровня квалификации следует применять одинаковые критерии при сравнении TRS и RRS, а также быть уверенным в том, что перед проведением квалификационных испытаний оборудование было должным образом состарено под воздействием ПЗ/S1.