Приложение В (рекомендуемое). Расчет кинетики несплошностей

Приложение В
(рекомендуемое)

Расчет
кинетики несплошностей

В.1 В соответствии с настоящим приложением определяют увеличение размеров несплошности при заданных циклических напряжениях и числе циклов нагружения, и/или статических напряжениях и времени их действия.

В.2 Расчет проводится методами линейной механики разрушения. Условия нагружения определяются размахом коэффициента интенсивности напряжений , коэффициентом асимметрии R и продолжительностью нагружения - числом циклов N, условия статического нагружения - коэффициентом интенсивности напряжений K_st и длительностью статического нагружения t.

В.3 Сопротивление разрушению определяется диаграммами статического и/или усталостного роста несплошности, устанавливающими зависимость скорости роста несплошности или от K_st и/или или от при заданном значении R.

В.4 Диаграмма статического роста несплошности в общем случае представляется ломаной линией, участки которой аппроксимируются соотношением

,

(В.1)

где C_st, n - характеристики материала, зависящие от условий нагружения (класс и состояние металла, температура, состав рабочей среды).

В.5 Диаграмма циклического роста несплошности в общем случае представляется ломаной линией, участки которой аппроксимируются соотношением

,

(В.2)

где С₀, m - характеристики материала, зависящие от условий нагружения (класс и состояние металла, температура, состав рабочей среды, частота циклов); R - коэффициент асимметрии (при R  0,75 следует принимать R = 0,75).

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

В.5 В расчете не учитывается торможение (ускорение) роста несплошностей от перегрузок различного цикла, а также вследствие пересечения линий сплавления сварных швов, наплавок, границ слоев в многослойных материалах.

В.6 Формирование циклов изменения КИН проводится по методу, аналогичному методу формирования циклов местных напряжений при расчете на прочность при циклических нагрузках. Первый тип цикла КИН с размахом , наибольшее значение K_max1 из всех значений K_max и минимальное значение K_min1 из всех значений K_min1. Последующие типы циклов (i = 1, 2, 3 и т.д.) с размахом образуются таким же образом из оставшейся части зависимости КИН от времени. На зависимости K от времени сформированные таким образом циклы располагаются в моменты времени, которым соответствуют K_max.

В.7 Интервалам времени статического нагружения придается индекс р (р = 1, 2, 3 и т.д.). Нагружение считается статическим длительностью , если в пределах значения и распределение напряжений в стенке остаются постоянными. Интервалы статического нагружения при K  0 из расчета исключаются.

В.8 Критерием выбора определяющего главного напряжения в цикле или в интервале могут служить значения или , определенные с учетом соответствующих , коэффициента асимметрии R или K_St и размеров проекции расчетной несплошности. Если напряжения, определяющие K_max, выходят за пределы упругости, то для уточненного расчета значения K_max следует провести упругопластический расчет соответствующего распределения напряжений, в условиях нейтронного облучения - с учетом изменения диаграммы деформирования металла в результате облучения.

В.9 Коэффициент асимметрии i-го цикла R_i определяют по формуле

,

(В.3)

где для циклов нагружения, которые характеризуются R < 0, принимается R = 0, а для циклов нагружения, которые характеризуются R > 1, принимается  = 0.

В.10 Расчет циклического роста от значения а_i-1 до значения а_i при i-м цикле проводится в соответствии с хронологией нагружения по формуле

,

(B.4)

где значения характеристик С₀, m в области 10^-5  ,  10^-11, м/цикл, приведены в таблице В.1 для температур до 350 °С.

Таблица В.1 - Значения характеристик С₀, m (развитие трещин на воздухе)

Класс материала	m	С0
Легированные стали типа Cr-Mo-V, Cr-Ni-Mo-V и их сварные соединения	2,7
Углеродистые стали и их сварные соединения	3,1
Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали аустенитного класса 18-8 и их сварные соединения	3,3

В.11 При расчете роста несплошности в сварных узлах (в основном металле и металле сварных соединений) из легированных сталей типа Cr-Mo-V и Cr-Ni-Mo-V при воздействии обескислороженной водной среды (температура до 350 °С) и содержании в металле серы S < 0,016 % допускается использовать уравнение (В.4) и данные таблицы В.1 для указанных сталей, увеличив значение С₀ в три раза.

В.12 При расчете циклического роста трещины в сварных узлах (в основном металле и металле сварных соединений) из легированных сталей типа Cr-Mo-V и Cr-Ni-Mo-V при воздействии кислородосодержащей водной среды или при содержании в металле массовой доли серы S > 0,016 %, (температура до 350 °С) используют кинетическую диаграмму усталостного разрушения, которая представляется в двойных логарифмических координатах двумя прямыми, которым соответствует уравнение (В.4) со следующими характеристиками:

а) на первом участке до точки пересечения прямых С₀₁ = , m₁ = 7,2;

б) на втором участке С₀₂ = , m₂ = 1,4.

Для упрощенного расчета развития несплошности в этих сталях и их сварных соединениях в условиях воздействия кислородосодержащей водной среды (до 350 °С) или при содержании в металле серы S > 0,016 % допускается использовать данные таблицы В.1 для этих сталей, увеличив значение С₀ в 10 раз.

В.13 При расчете циклического роста несплошности в сварных узлах (в основном металле, металле сварных соединений и наплавленных поверхностей) из хромоникелевых коррозионно-стойких сталей аустенитного класса типа 18-8 в условиях воздействия водной среды допускается использовать данные таблицы В.1 для этих сталей. При этом:

а) для кислородосодержащей водной среды (вода, пар, пароводяная смесь) значение С₀ следует увеличить в 10 раз;

б) для обескислороженной водной среды (вода) значение С₀ следует увеличить в два раза.

В.14 Расчет роста несплошности при статическом нагружении проводится в хронологическом порядке действия статических нагрузок от значения а_р-1 до значения а_р в интервале статического нагружения по формуле

.

(В.5)

В.15 Значения характеристик C_st, n для K_st  35 приведены в таблице В.2 для температур до 350 °С (для сталей типа 18-8 и их сварных соединений при росте трещин по типу межкристаллитного коррозионного растрескивания под напряжением). Для приближенных оценок роста поверхностной трещины при межкристаллитном растрескивании в кислородосодержащей водной среде в направлении толщины стенки (15-30 мм) в пришовной зоне нетермообработанных V-образных стыковых сварных соединений стабилизированной стали типа 18-8 при температуре до 350 °С за время эксплуатации, включающее стадию образования трещины, можно использовать среднюю скорость м/с, а в точке фронта трещины на поверхности стенки м/с.

Таблица В.2 - Значения характеристик C_st, n

Класс материала	n	Cst
Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали аустенитного класса 18-8 и их сварные соединения	2,16

Примечание - Влияние нейтронного облучения на характеристики диаграмм разрушения не учитывается.

В.16 Расчет увеличения размеров трещин проводится с коэффициентами запаса на прирост ее размеров при циклическом нагружении n_aN = n_cN = 2^m, но не более 10, при статическом нагружении n_aS = n_cS = 2ⁿ, но не более 3.

В.17 Расчет проводится при фиксированных значениях R с использованием откорректированной зависимости КИН от времени до достижения приращения размера трещины (), после этого проводится корректировка зависимости КИН от времени для неохваченной предшествующей стадией расчета зависимости K от времени при размерах трещины а₀ + , с₀ + . Проводится возможная корректировка значений R_i, проверка знака K_St на интервалах статического нагружения, а затем следующий цикл расчета до приращения размера трещины ().

В.18 Расчет увеличения размеров несплошностей - и (для соотношения 8.4.1) рекомендуется проводить по формуле (В.4) и/или (В.5) для всей истории нагружения без учета коэффициентов запаса. Затем увеличения размеров несплошности, полученные на каждой стадии нагружения (статического или циклического), умножают на коэффициенты запаса (см. В.16), далее полученные значения суммируют.

В.19 Может применяться упрощенный способ расчета роста несплошностей, приняв как наиболее консервативную схему распределения напряжений в рассматриваемых зонах равномерное распределение с размахом, равным наибольшему изменению напряжения в сечении для каждого цикла. В этом случае определяют эквивалентный размах напряжений и эквивалентное число циклов.

В.20 Допускается использование экспериментально обоснованных кинетических зависимостей подроста несплошностей и предельных диаграмм разрушения основного металла и сварных соединений в рабочей среде заданных параметров с учетом характеристик напряженно-деформированного состояния, полученных по методикам, согласованным в установленном порядке.

В.21 Для других механизмов деградации несплошностей, например межкристаллитного растрескивания под напряжением или замедленно-деформационного коррозионного растрескивания, используют формулы (В.4) и/или (В.5), но с использованием значений констант C_st, n и С₀, m для соответствующего механизма деградации.