Исследование усталости материалов тонкостенных труб в экстремальных условиях с применением акустического метода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (государственный университет)

На правах рукописи

КАРЛСЕВИЧ Владислав Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАЛОСТИ МАТЕРИАЛОВ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ С ПРИМЕНЕНИЕМ АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА

01.04.07 — физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ь: ОЖ \J\JNi\D 1

Соискатель: | ^__

Москва 2003

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете)

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Баранов Виктор Михайлович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Рощупкин Владимир Владимирович;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Лоскутов Олег Дмитриевич.

Ведущая организация — Всероссийский научно-исследовательский институт атомных электростанций.

Защита диссертации состоится 24 декабря 2003 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.130.04 в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу: 115409 Москва, Каширское ш., 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Автореферат разослан «21» ноября 2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.130.04

Кудрявцев Е. М.

"Те^*

Актуальность проблемы. Исследованиям и диагностике усталостного разрушения материалов посвящено большое количество работ, однако проблемы остаются далекими от разрешения. В силу статистического характера усталостного повреждения получение надежных данных и их обобщение являются очень трудоемкой задачей, особенно при испытаниях материалов в-экстремальных условиях — при воздействии высокой температуры, агрессивных сред, высоких статических и динамических нагрузок, ионизирующих излучений.

К числу особенно трудных задач следует отнести изучение усталостных характеристик оболочек тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов в указанных условиях. При изменениях мощности реактора в оболочке могут возникать значительные знакопеременные напряжения, способные привести к разрушению последней. Возникающее сложнона-пряженное состояние характеризуется наличием осевых и окружных компонент напряжений с наложением статических и динамических составляющих. Поэтому изучение усталостной долговечности оболочек твэл является важным этапом пополнения базы данных о свойствах реакторных материалов и имеет существенное значение при проектировании перспективного ядерного топлива для энергетических реакторов, работающих в режиме маневрирования мощностью.

Проблема усталостной долговечности циркониевых оболочек твэл включает в себя исследование коррозионной усталости под воздействием осколочных газов — продуктов деления урана, в первую очередь газообразного йода, на внутреннюю поверхность оболочки. Совместное воздействие статических и динамических напряжений при воздействии йодного пара может привести к снижению ресурса оболочек.

Существенный вклад в решение проблемы усталостных испытаний материалов в экстремальных условиях может внести акустический метод. В данной работе на основе его применения выполнен комплекс методических, аппаратурных и конструкторских работ, имеющих целью проведение исследований при циклическом нагружении в широком интервале температур и величин деформации, как статической, так и динамической. Разработанные для испытаний методики и аппаратура ориентированы на испытания

материалов оболочек таэл при температуре до 400° С, включая образцы,

лл л

облученные высоким флюенсом (более 10 быстрый нейтрон/см ). Малые размеры образцов и созданная методика исследований существенно повышают эффективность испытаний и стоимость облучения образцов.

Цель и задачи исследований. В соответствии с изложенным основной целью исследований являлось получение данных об усталостной долговечности облученных сплавов для оболочек твэл энергетических ядерных реакторов при высокой температуре и воздействии йодного пара. Достижение указанной цели потребовало решения следующих задач:

определение стратегии создания методик и устройств для высокопроизводительных и экономически эффективных усталостных испытаний материалов тонкостенных труб в экстремальных условиях;

создание и обоснование методик упомянутых испытаний на кольцевых образцах, вырезанных из реальных оболочечных труб;

обоснование и применение комплекса акустических методик, обеспечивающих проведение усталостных испытаний на кольцевых образцах;

разработку испытательных узлов и капсул для проведения усталостных испытаний образцов, вырезанных из оболочек твэл, в том числе облученных, при воздействии высокой температуры и йодного пара;

проведение усталостных испытаний таких образцов, в том числе облученных, при высокой температуре и воздействии йодного пара и обобщение результатов испытаний.

Методы исследований. Хорошие возможности исследования свойств материалов в условиях воздействия высокой температуры, ионизирующих излучений и коррозионных сред предоставляют акустические методы, разработанные в МИФИ. Их преимущество заключается в возможности исследования широкого круга физических свойств материалов и их изменений при воздействии указанных внешних факторов. Из совокупности этих методов привлечены и развиты применительно к нашим исследованиям аку-стико-эмиссионный метод, а также акустический спектроскопический метод, позволившие существенно повысить эффективность и надежность испытаний. Кроме акустического метода, при отработке методик использован оптический метод, который привлекался для изучения деформационных характеристик образцов и контроля их состояния до, во время и после проведения экспериментов.

Научная новизна работы. С научной и практической точек зрения новыми являются:

методики и устройства для изучения диаграмм деформирования при изгибе цельных и разрезных кольцевых образцов в их плоскости в статическом и квазистатическом режиме в области упругих и упруго пластических деформаций с применением оптического и акустического методов;

экспериментальное обоснование разработанных ранее теоретических положений об использовании изгибных деформаций, характеризующихся неоднородным распределением по образцу, при усталостных испытаниях кольцевых образцов;

методики регистрации и обработай акустических сигналов с целью их классификации по источникам происхождения;

методика определения динамического предела текучести материала образцов в режиме циклического нагружения;

герметичная капсула для испытаний облученных образцов материалов оболочек твэл при высокой температуре в агрессивной среде, когда на-

К5!

блюдение за образованием трещин в образцах и контроль условий эксперимента осуществляются акустическим методом;

результаты высокотемпературных усталостных испытаний материалов оболочек твэл как в состоянии поставки, так и облученных большим флюенсом быстрых нейтронов, в нейтральной среде и среде йодного пара.

Практическая значимость работы. В результате выполнения работы созданы методики и средства усталостных испытаний, представляющие практический интерес для испытаний материалов на усталость, в том числе испытаний в экстремальных условиях, а также получены характеристики обычной и коррозионной усталости облученных материалов для оболочек твэл при температуре до 400° С, пополнившие банк данных о свойствах отечественного ядерного топлива.

На защиту выносятся разработанные и полученные лично соискателем:

методика усталостных испытаний кольцевых образцов материалов в экстремальных условиях, основанная на анализе характеристик колебаний измерительной системы, содержащей исследуемый образец в качестве упругого элемента, и возникающих при испытаниях акустических сигналов;

методика изучения диаграмм деформирования при изгибной деформации в статическом и квазистатическом режиме с применением акустического и оптического методов;

комплекс экспериментальных средств испытаний на усталость кольцевых образцов, вырезанных из труб, включая высокотемпературные испытания облученных образцов из циркониевых сплавов для оболочек твэл;

методики и средства регистрации, обработки и классификации акустических сигналов, возникающих при усталостных испытаниях кольцевых образцов материалов в экстремальных условиях.

результаты усталостных и коррозионно-усталостных испытаний образцов, вырезанных из оболочек твэл, в частности образцов, облученных флюенсом 2,2-1022 быстрых нейтронов на кв.см, при температуре до 360°С.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 14-й и 15-й научно-технических конференциях с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» в 2002 и 2003 гг. соответственно, на научных сессиях МИФИ 2002 и 2003 гг. (секция «Научно-инновационное сотрудничество Минатома РФ и Минобразования РФ»), а также на семинарах в МИФИ, ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, ГНЦ «Курчатовский институт», ИМЕТ им. А. А. Байкова, МГТУ им. Н. А. Баумана, ОАО «Промгаз».

Публикации. По материалам, вошедшим в диссертацию, выпущено 8 отчетов, прочитаны 4 доклада на конференциях, опубликованы 4 статьи в рецензируемых журналах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и библиографического перечня, включающего 109 наименований. Основной текст диссертации изложен на 162 страницах, включая иллюстрации и таблицы.

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ НАГРУЖЕНИЯ

Проведенный обзор состояния методов исследования усталости материалов в экстремальных условиях убеждает в целесообразности выбора методики испытаний, основанной на изгибной деформации кольцевого образца. В пользу этого свидетельствуют:

возможность задания больших значений циклических напряжений приложением относительно небольших усилий и следующая отсюда простота нагружающих устройств;

простота измерения деформаций благодаря их относительно большой величине;

соответствие такого нагружения возможной циклической «овализа-ции» сечения оболочки твэла при меняющихся режимах работы реактора.

В основной части наших исследований применялся плоский изгиб в плоскости цельного или разрезанного кольцевого образца.

Исследования цельных образцов полезны для проверки применимости основных соотношений теории упругости при исследовании модельных образцов, так как расчетные формулы очень просты, и отклонение экспериментальных результатов от расчетных помогает выявить недостатки конструкции измерительного узла. Связь между приложенной силой, упругими напряжениями и деформациями дается известными соотношениями теории упругости

М = -0,32Р]?; атт=М/Пг = 6М/Ы12,

Здесь Р — приложенная нагрузка; К — средний радиус образца; М — максимальное значение изгибающего момента в образце; Ь — ширина образца; А — его толщина.

Использование образца в ввде разрезанного кольца, имеющего меньшую жесткость на изгиб, позволяет снизить нагрузку на захваты, упростить их конструкцию и уменьшить размеры. Кроме того, существенно снижается энергия на возбуждение образца, что позволяет уменьшить размеры испытательных капсул.

Для такого образца рабочей деформируемой частью является полуокружность между захватами. Остальная часть образца является пассивной, что позволяет разрезать ее достаточно произвольным образом. С точки зрения анализа образец представляет собой изогнутую балку, защемленную на одном конце и деформируемую за счет приложения к другому концу изги-

бающей силы. Характер деформирования образцов в процессе колебаний может рассматриваться как изгиб кривого стержня малой кривизны (круговой консоли). Если Ь«К (в рассматриваемом случае й/Ла0,15), анализ круговой консоли может быть сведен к случаю прямой балки прямоугольного сечения.

В этом случае при деформациях в упругой области соотношения между максимальными напряжениями и деформациями даются формулами теории упругости. Дифференциальное уравнение для вычисления прогиба балки у общеизвестно:

с12у/<к2=-М/ЕЗ, где 3 - Ыг1/12 — момент инерции сечения образца (Е — модуль упругости материала). Решение этого дифференциального уравнения для жестко защемленной на одном конце балки длиной I для перемещения свободного конца при приложениик нему поперечной силы Р дает:

У([) = 6Л3/ЕЫ13.

Последнее соотношение использовалось нами для предварительных расчетов параметров измерительной системы и других элементов испытательных капсул. Например, для образца в виде полукольца шириной Ь = 1 мм, вырезанного из реальной твэльной оболочки, напряжение °шх= 300 МПа, может быть получено приложением момента, составляющего всего 0,025 Нм, при поперечном перемещении подвижного конца образца, равном 0,8 мм, что используется в качестве исходных данных при конструировании испытательной капсулы.

В области упругопластических деформаций расчет существенно усложняется. Необходим выбор нелинейной модели, описывающей связь максимальных напряжений с деформациями. Таких моделей предложено достаточно много. В достаточной мере простой и вместе с тем адекватной решаемой задаче представляется достаточно широко применяемая для практических расчетов степенная модель упругопластического деформирования:

где т и В — константы. При сделанных предположениях прогиб образца на его незакрепленном конце составляет

\tmjtn+2

Последние два соотношения использованы нами в имитационных экспериментах для определения показателя т для конкретных исследованных материалов в заданных условиях.

Рассмотренная упрощенная схема использовалась нами на этапе предварительных исследований с целью задания режимов испытаний и анализа основных закономерностей, в частности для оценки влияния уточнений, введенных нами, и суть которых состоит в том, что степенной закон деформирования принимается только в области деформаций, превышающих предел упругости. Ниже предела упругости закон деформирования полагается линейным. Некоторое упрощение анализа для упругопластической области может быть получено за счет того, что эпюра напряжений в поперечном сечении образца в этом случае меняется таким образом, что возрастает роль напряжений в областях сечения, удаленных от нейтральной линии.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

Устройства для изучения статических диаграмм деформирования. Поведение образца при динамических изгибных деформациях, характеризующихся неоднородностью деформаций и напряжений по сечению образца, весьма сложно. Изучение его на малых образцах затруднительно. Поэтому целесообразно предварительное исследование статических диаграмм деформирования как на малых образцах, так и на их укрупненных моделях. В качестве последних успешно могут быть использованы кольца, вырезанные из пластичных материалов, например отрезков полимерных труб для газопроводов низкого давления. В последнем случае исследования могут иметь и самостоятельное практическое значение.

Использовали несколько устройств, различающихся конструкцией системы нагружения. Большая часть исследований диаграмм деформирования при изгибе разрезных колец проведена с помощью устройств, в которых схема деформирования образца полностью соответствовала принятой при испытаниях образцов из оболочек твэл. Устройства позволяют провести точные измерения механического момента, действующего на образец, и деформации последнего за счет применения системы рычагов и оптических средств наблюдения, в частности видеокамеры, обеспечивающей измерение деформаций в динамическом режиме. В работе получены формулы, связывающие перемещение конца образца с приложенной к нему силой. Эти формулы позволяют по получаемым диаграммам «отклонение — момент (нагрузка)» определить действующее значение модуля упругости, сопоставление которого с данными, полученными другими методами, служит средством контроля качества измерений.

При изменяющейся или заданной высокой температуре на измерительную часть устройства надевался внешний полый омический нагреватель, намотанный на трубчатый каркас из изоляционного материала. С целью обеспечения постоянной температуры в зоне измерений, торцы нагревателя закрывали асбестовыми крышками с прорезями, обеспечивавшими свободное перемещение нагружающего стержня. Опыт работы показал, что

можно ограничиться только верхней крышкой, надетой на неподвижный стержень.

Компьютеризованная оптическая система применялась как для повышения точности измерения перемещений, так и для измерений в динамическом режиме, например в режиме свободных колебаний образца. Использовали компьютеризованную оптическую систему. Регистрация процессов производилась с частотой до 25 кадров/сек, либо съемкой и анализом единичных снимков. Последующий просмотр видеокадров позволял определить величину отклонения стрелки отсчетного устройства с погрешностью порядка ОД мм, что в пересчете на перемещение подвижного конца образца соответствовало примерно 2,5 мкм. Погрешность измерения угла поворота подвижного конца образца не превышала 0,015°.

Точность измерений характеризуется значением коэффициента корреляции между приложенным статическим моментом и величиной максимального прогиба при изгибе образца, практически равным единице, что свидетельствует о практически точной линейной связи между измеряемыми величинами и очень малой погрешности измерений в упругой области деформирования. Среднеквадратический разброс измеренных величин прогиба составил 0,073 мкм, вариация результатов не превышала 0,015%, смещение нуля не превышало 0,004% максимального значения шкалы.

Испытательная капсула и акустическая система. Принцип их работы иллюстрирует рис. 1. Капсула выполнена из нержавеющей стали Х18Н9Т, является разъемной и состоит из крышки 11 и корпуса 9. Герметизация внутреннего объема обеспечивается затяжкой резьбового соединения через медную прокладку. В крышку вварен звукопровод 12, к которому приварен неподвижный захват 4 для защемления образца. Длина звуко-провода (около 30 см) и малый его диаметр (5 мм) обеспечивают работу пьезопреобразователей 13 и 14 из керамики ЦТС-26 в нормальных условиях. В качестве низкочастотного преобразователя 13 использовали пластину в форме параллелепипеда 5х 5х 25 мм с инерционной массой (латунной накладкой), повышающей чувствительность преобразователя на низких частотах. Соединение пластины со звукопроводом и накладкой осуществляли с помощью эпоксидного клея с металлическим порошковым наполнителем, что позволило использовать звукопровод и накладку в качестве электродов для съема сигналов. Аналогичным образом крепили высокочастотный пье-зопреобразователь 14 — диск диаметром 10 мм и толщиной 3 мм.

В нижней части верхнего захвата образца имеется продольная прорезь, в которую вставляется испытуемый образец 10. Образец защемляется в прорези с помощью пары накладок 4, стягиваемых винтами. Аналогичным образом к образцу крепится нижний подвижный захват 5, к которому прикреплен груз 6 из магнитного материала, выполняющий роль маятника, приводимого в движение внешним магнитным полем.

Рис. 1. Схематический вид капсулы для испытаний кольцевых образцов циркониевых сплавов на усталость в среде йодного пара:

1 — прилив для гаечного ключа; 2 — отверстие для капилляра; 3 — медная прокладка; 4 — накладка для защемления образца; 5 —подвижный захват; 6 — груз (маятник); 7 — трубка парогенератора; 8 — внутренний объем парогенератора; 9— корпус; 10 — испытуемый образец; 11—верхняя крышка; 12 — верхний стержень (неподвижный захват образца и звукопровод); 13—пьезопреобразователь для регистрации низкочастотных сигналов; 14 — пьезопреобразователь для регистрации высокочастотных сигналов.

Г

9 10

Рис. 2. Структурная схема системы регистрации акустических сигналов: 1 — капсула; 2 — пьезопреобразователь; 3,7 — усилитель; 4 — фильтр нижних частот; 5,11 — интерфейс; 6 — компьютер; 8 — фильтр верхних частот; 9 — преобразователь частоты; 10 — амплитудный демодулятор.

Для заполнения объема рабочей средой используется парогенератор 7 в виде трубки, заполняемой кристаллическим йодом, который при нагреве испаряется по мере повышения температуры объема, заполненного йодом. При испарении йода объем камеры постепенно заполняется йодным паром, который как более тяжелый, чем воздух, газ собирается в нижней части камеры и постепенно вытесняет воздух через капилляр, находящийся в верхней части камеры.

В верхнюю крышку впаивается капилляр для выпуска заполняющего капсулу воздуха по мере испарения йода, пережимаемый после вытеснения воздуха йодным паром.

Перед началом испытаний капсула помещается в зазор мощного магнита (величина зазора 50 мм) таким образом, чтобы образец находился в середине зазора. В процессе испытаний капсула с помощью электромеханического привода перемещается (покачивается) в зазоре. При первом полуцикле нагружения груз 6 притягивается к стенке корпуса при достижении некоторого угла отклонения, задаваемого исходя из требуемой степени деформации образца. Величина угла регулируется посредством перемещения груза вдоль нижнего захвата посредством большего или меньшего навинчивания его по резьбе, нарезанной на нижнем захвате и в отверстии груза. Приближение груза к образцу (поднятие груза по резьбе) увеличивает предельный угол и соответственно максимальную деформацию образца, и наоборот. В следующем полуцикле нагружения капсула перемещается в направлении другого полюса, затем процесс повторяется. Недостатком такого режима нагружения является быстрый переброс системы из одного состояния в другое. При необходимости этот эффект ослабляется рехулируемым пропусканием тока через обмотку на сердечнике магнита, компенсирующего постоянное магнитное поле.

Величина асимметрии цикла задается боковым смещением верхнего захвата, изменением конфигурации груза и поворотом последнего вокруг горизонтальной оси. При этом осуществляется грубая, промежуточная и точная настройка размаха колебаний и асимметрии цикла. Кроме того, асимметрия цикла регулируется подбором массы груза и заданием вертикального смещения капсулы относительно зазора магнита. Так как подобная юстировка является достаточно тонкой операцией, она проводится с использованием копии корпуса капсулы из прозрачного (плексиглас) материала, что обеспечивает визуальное наблюдение за характером перемещения образца. Детальное изучение характера деформирования образца провопили оптическим методом на укрупненной модели измерительного узла и кольцевых образцах из полиэтиленовых труб диаметром 63 мм. Трубы перед изготовлением образцов обтачивали с целью обеспечения геометрического подобия модельных образцов и образцов из оболочек твэл.

Для вытеснения воздуха из камеры температуру парогенератора поддерживали на уровне, обеспечивающем давление насыщенного пара йода, несколько превышающее атмосферное (около 190°С). После достаточного времени подобной промывки в камере практически не оставалось воздуха, капилляр пережимали, фиксируя содержание пара в камере.

Габаритный диаметр капсулы 33 мм (в рабочей части 30 мм), высота (без звукопровода) с парогенератором 125 мм, без парогенератора — 75 мм. Малый диаметр капсулы позволяет разместить между капсулой и полюсами магнита цилиндрический нагреватель, перемещающийся вместе с капсулой.

Частота нагружения (до 2 циклов в секунду) для испытаний в агрессивной среде является достаточной, так как требуется длительная экспозиция образца в среде. При испытаниях в инертной среде реализовали режим резонансного возбуждения колебательной системы «груз — подвижный захват — образец» при частоте нагружения до нескольких десятков герц.

Отличительной особенностью системы регистрации акустических сигналов (рис. 2) является ее многоцелевое использование, включающее:

регистрацию АЭ-сигналов, сопровождающих образование и развитие усталостных трещин в исследуемом образце;

счет числа циклов нагружения и определение момента разрушения образца;

контроль работы нагружающей системы, в первую очередь качества защемления образца в захватах по характерным сигналам, возникающим при появлении люфта;

измерение декремента колебаний измерительной системы; контроль температуры деформируемой части образца посредством измерения резонансной частоты колебательной системы;

контроль наличия йодного пара в капсуле по акустическому шуму при переходе кристаллического йода в пар при быстром нагреве капсулы.

Регистрация АЭ-сигналов трещинообразования осуществляется выделением высокочастотной составляющей сигналов пьезопреобразователя в узкой полосе частот вблизи радиального резонанса последнего (около 200 кГц). На рис. 2 канал регистрации АЭ отражен нижней ветвью структурной схемы. Выделенный модулированный по амплитуде высокочастотный сигнал демодулируется, полученная огибающая процесса записывается на твердый диск компьютера или на компакт-диск и подвергается амплитудному и временному анализу с помощью компьютерных методов цифровой обработки сигналов. Остальные задачи решаются регистрацией сигналов в области сравнительно низких частот, не превышающих 20 кГц.

Измерение декремента колебаний служит для определения параметров кривой циклического нагружения с целью определения предела упругости. Декремент определяется по изменению амплитуды затухающих свободных колебаний системы после подачи электрического импульса в обмотку магнита. При большой амплитуде начального отклонения маятника и последующих его колебаниях, когда проявляется пластическая деформация образца, зависимость логарифма амплитуды колебаний от времени имеет нелинейный характер. Переход к линейной зависимости соответствует переходу к упругой деформации, что служит косвенным способом определения предела упругости, поскольку начальная деформация известна, а деформация образца в процессе затухания колебаний может быть пересчитана в максимальные напряжения на его поверхности.

Для определения температуры деформируемой части образца используется температурная зависимость модуля упругости образца. Резонансная

частота колебательной системы определяется наиболее легко деформируемой частью, которой является сечение образца в месте его закрепления в неподвижном захвате. Для определения резонансной частоты пьезопреобра-зователь возбуждают с помощью генератора низкочастотных колебаний, по изменению его импеданса определяют одну из резонансных частот системы в области десятков герц и наблюдают за ее изменением. Величина этого изменения связывается со значением температуры в градуировочных опытах. Экспериментально показана возможность измерения температуры данным способом с погрешностью 2 — 30.

Проверка факта наличия среды осуществлялась посредством быстрого нагрева парогенератора, приводящего к возникновению акустического шума, что фиксируется пьезопреобразователем. Для повышения реальной чувствительности системы и выделения тех или иных компонент сигнала применяли средства цифровой обработки сигналов — цифровую фильтрацию, амплитудный, временной и частотный анализ, вейвлет-анализ, прецизионную амплитудную и частотную демодуляцию.

ОТРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДИК

Цель исследований. Для обоснования методики необходимо было решить ряд задач, основными из которых являлись:

определение влияния ширины образца на результаты испытаний. Важность соответствующего исследования связана с тем, что при уменьшении ширины кольцевого образца применение формул для определения напряженного состояния образца является проблематичным из-за краевых эффектов, искажающих картину распределения напряжений;

определение вида диаграмм нагружения при заданном виде деформирования и определение максимальных напряжений в цикле;

нахождение зависимости диаграмм циклического деформирования от номера цикла;

определение динамического предела упругости, а также установление его связи со статическим пределом упругости и другими общепринятыми характеристиками деформирования.

Логичным является подход, при котором для описания характера деформирования образца в динамическом режиме, предварительно изучается статическая диаграмма деформирования при той же схеме нагружения, что и при усталостных испытаниях. Для получения статических диаграмм деформирования нами использованы устройства, описанные выше, в которых моделировалось нагружение кольцевых образцов как на натурных образцах, так и на укрупненных их моделях.

Исследования в статическом режиме. Образец желательно выбрать максимально узким, с тем чтобы нагрузки были минимальными, что упрощает измерительное устройство. Однако чрезмерное уменьшение ширины

образца может нарушить характер поля напряжений в образце и привести к изменению величины напряжений по сравнению с расчетными.

Однако амплитуды динамических напряжений и деформаций в данных исследованиях в основном соответствуют области упругопластической ( деформации. В этих условиях интерпретация результатов в значительной / степени может зависеть от принятой модели упругопластического деформирования материала. Для получения значений параметров моделей и спра- , ведливости самих моделей необходимо проведение прямых экспериментов, < описывающих связь между деформациями и напряжениями при конкретной принятой схеме нагружения.

Качество закрепления образца в неподвижном захвате во многом определяет надежность получаемых результатов, поэтому разработке и испытаниям различных конструкций захватов нами уделено серьезное внимание. ' Предпочтение было отдано конструкции, при которой осуществляется за- ) щемление образца по его плоским поверхностям, при этом рабочие поверхности образца не повреждаются, что было проверено в многочисленных экспериментах. Крепление оказалось достаточно надежным как при больших амплитудах нагружения, так и при длительных многоцикловых испытаниях. Однако при таком защемлении, как показала практика, необходимо введение поправок в расчетные формулы, так как способ крепления образца не обеспечивает однородности поля напряжений по сечению образца. Нами проведен цикл экспериментов, позволивших оценить необходимую величи- ( ну поправок в расчетные формулы.

Установлено, что при выбранной конструкции неподвижного захвата необходимо введение поправочного коэффициента, равного 4/тс = 1,274, то |

есть вместо формулы £ = ЗтсЛ2ст1шх/АД8, связывающей значение модуля упругости Е с величиной изменения зазора в разрезанном образце Д5 и максимальными напряжениями в месте защемления образца ст^, следует

использовать соотношение £ = 12Я2стпих/ЛА5 и внести в формулу для определения атах по измеренному значению Д5 соответствующие изменения. Величина поправочного коэффициента оказалась одинаковой для разных материалов: полиэтилена марки ПЭ-100, дюралюминия, латуни и циркониевого сплава. I

Приведенные в работе диаграммы свидетельствуют о практически полном их совпадении в области упругих деформаций. Приведенный в ра- (

боте график позволяет ввести нужные поправки на толщину образца. В об- '

ласти упругих напряжений и близкой к ней влиянием поправок можно пренебречь. Учитывая отмеченную выше независимость диаграммы деформирования разрезного кольца от его ширины, в дальнейшем мы использовали приведенное значение поправочного коэффициента во всех расчетах для <

разрезного кольца.

Для описания диаграммы нагружения в упругопластической области нами предложена следующая обобщенная модель, описывающая экспериментальные данные о связи деформаций (отклонений) у и напряжений (моментов) х:

у(1) = 6Л3АШ3 +АРахЦР-Р0).

Здесь а, А, Р0 — параметры модели, —функция, равная

единице при положительных значениях аргумента и нулю — при нулевом и отрицательных значениях. Первый член формулы описывает упругую составляющую деформации. Коэффициент а является «податливостью» образца, обратно пропорциональной кажущемуся значению модуля упругости. Значение а находят из приведенной выше формулы для линейной области. Член в квадратных скобках описывает пластический прогиб, множитель 1(/*"-.Р0) отражает отсутствие пластической деформации в упругой

области. Таким образом, Р^ является точкой, в которой появляется значимая (обнаруживаемая имеющимися средствами) пластическая деформация. Эта точка, являющаяся одним из коэффициентов модели, отыскивается подгонкой и служит для определения предела текучести.

Эксперименты проводили при статическом нагружении реальных образцов в измерительном узле, предназначенном для последующих усталостных испытаний. Для регистрации деформации применяли компьютеризованную оптическую систему. Получаемые значения а0 2 находятся в согласии с известными данными.

Требует отдельного обоснования выбор точки, соответствующей отклонению от линейной зависимости, характеризующей предел упругости ст02. В первом и, по-видимому, достаточном приближении можно положить, что отклонение от линейной зависимости на полученном графике, равное 0,2%, соответствует нагружающему моменту М02, который в свою

очередь соответствует максимальному напряжению на поверхности образца, равному ст02. Основаниями для такого допущения является характер распределения действующих напряжений по сечению при изгибе образца, линейный при упругом деформировании и Б-образный в пластической области. И тот и другой закон описывают определяющую роль внешних слоев материала в общей деформации.

Для определения динамического предела упругости использовали зависимость декремента свободных колебаний системы от амплитуды колебаний, измеряемой с помощью видеокамеры. В качестве опорной точки для сопоставления статического и динамического пределов текучести являются значения предела упругости, заимствованные из литературных данных.

Амплитуду колебаний при больших ее значениях в области малоцикловой усталости измеряли оптическим методом. Для измерения малых ам-

плшуд использовали вспомогательный пьезопреобразователь. При большой амплитуде колебаний ее значение сопоставляли с величиной сигнала пьезо-преобразователя. По измеренному значению чувствительности преобразователя и величине сигналов в процессе испытаний определяли амплитуду колебаний при малых ее значениях.

В процессе испытаний определяли также резонансную частоту измерительной системы, что позволяло более точно, чем с помощью термопары, отслеживать изменение температуры образца, а также использовать указанное изменение в качестве дополнительного диагностического параметра, позволяющего повысить надежность обнаружения начальной стадии усталостного повреждения. В последнем случае температурный режим должен поддерживаться стабильным.

Точность градуировочных измерений характеризует значение коэффициента линейной корреляции между величинами нагрузки и перемещения, которое практически равно единице, что свидетельствует о практически полной линейной связи между измеряемыми величинами и малой погрешности измерений. Среднеквадратический разброс измеренных величин прогиба образца составил 0,000073 мм = 0,073 мкм, вариация результатов не превышала 0,015%, смещение нуля не превышало 0,004% от максимального значения, измеренного в линейной области прогиба.

Высокотемпературные исследования пластической деформации образцов сплавов циркония проводили с целью получения исходных данных для оценки влияния различных факторов при циклическом нагружении образцов выбранного вида. Получаемые таким образом диаграммы позволяют достаточно точно задать последующий режим циклического нагруже-ния с заданной асимметрией цикла: величина изменения верхнего предела деформации соответствует остаточной пластической деформации и связанному с ней изменению действующего момента.

Установлена независимость характера проявления деформации от того, являлся ли первый цикл деформирования циклом растяжения или сжатия. Например, образец сплава Э110 испытывался при сжатии внутренних волокон в первом цикле. При испытании на растяжение внутренних волокон диаграмма полностью воспроизвелась. Из этого факта следует возможность исключения влияния первичного нагружения на результаты последующих циклических испытаний: Для этого следует статически нагрузить образец до максимальных напряжений, ожидаемых в цикле. Ценность таких исследований состоит в том, что относительно просто могут быть получены данные для последующих испытаний в более жестких условиях. В самом деле, благодаря кратковременному характеру исследований возможно проведение исследований в воздушной атмосфере на простых устройствах. Следовательно, для получения градуировочной кривой в условиях циклического нагружения при высокой температуре достаточно проведения

двух — трех циклов статического нагружения в атмосфере воздуха, что, как показывает практика, требует не более 1 — 1,5 часов.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛ В СОСТОЯНИИ ПОСТАВКИ

Целью исследований являлось получение исходных данных для определения влияния облучения и йодного пара на усталостную долговечность указанных сплавов.

Сплав Э110. Полученные в работе экспериментальные данные для сплава Э110 в состоянии поставки при температуре 360° С в координатах ашах = /08 гДе —число циклов до разрушения, могут быть аппроксимированы двумя линейными участками, характеризующими малоцикловую усталость и переход к многоцикловой усталости. Соответствующие аналитические формулы имеют вид (1). Для оценки качества аппроксимации в приведенных ниже формулах указаны значения коэффициента корреляции г между ег^ и ^ .

Г685-154 А; при ^ < 3, г = 0,79

0ти={з14-31,7 1яЛГр при 1£ ЛГр > 3, г = 0,97

Результаты новых и ранее полученных данных достаточно хорошо согласуются между собой, что подтверждает состоятельность рассматриваемой нами методики испытаний.

Обращает на себя внимание закономерность, состоящая в том, что число циклов до разрушения практически не зависит от степени асимметрии цикла, а только от размаха колебаний. При задании первичной статической деформации, определяющей пластическую составляющую процесса деформирования, остаточная пластическая деформация «автоматически» уменьшает амплитуду колебаний в мягком режиме нагружения, если верхний предел деформации остается постоянным. При меньших статических деформациях процесс установления амплитуды может потребовать нескольких циклов, тем не менее, такая «приработка» происходит при числе циклов колебаний, составляющих незначимую долю числа циклов до разрушения.

Вторая особенность заключается в том, что при одинаковых амплитудах колебаний число циклов до разрушения не зависит от того, какое на-гружение задавалось — мягкое или жесткое. Такая независимость не противоречит многим имеющимся данным и объясняется малым различием влияния вида нагружения на характер накопления повреждений на ранних этапах нагружения. Основное различие может наблюдаться на стадии долома образца, когда при жестком деформировании материала напряжения в вер-

шине трещины (трещин) могут существенно уменьшиться и продлить время жизни образца.

Несколько неожиданным оказался результат большей усталостной долговечности сплава Э110 при температуре 400° С по сравнению с долговечностью при 330 °С. Эффект воспроизводился при испытаниях двух групп по три идентичных образца, причем температурный уровень изменяли, задавая по очереди ту или другую температуру.

Возможной причиной этого явления может служить немонотонность зависимости механических свойств цирконий — ниобиевого сплава от температуры в области 320...380°С.

Сплав Э635. Полученные в данной работе данные по усталостной долговечности при температуре 360° С сплава Э635 в состоянии поставки в области малоцикловой усталости и ранее полученные результаты для многоцикловой усталости согласуются в области, где величины максимальных напряжений совпадают. В области <7 аппроксимирующая объе-

диненные результаты усталостная кривая имеет вид

У = 434- 47,7л при коэффициенте корреляции, равном 0,98.

ИСПЫТАНИЯ ОБЛУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ

При 360 С проведены испытания облученнных до флюенса 2,2-Ю11 б. нейтрон/см2 образцов из сплавов Э110 и Э635. Испытания проводились для значений напряжений, которые не могли быть достигнуты в предыдущих исследованиях. Полученные данные отражены в таблице 1. Из рассмотрения усталостной кривой для облученного сплава Э635 следует, что со статистической точки зрения из-за малого объема выборки экспериментальных данных возможно описание аппроксимирующей кривой различными уравнениями. В рамках 95%-го доверительного коридора может быть принята зависимость вида где а и Ъ—константы,

вычисляемые по методу наименьших квадратов.

Таблица 1

Сплав Размах деформации, % Макс, напряжение в цикле, МПа Цикл появления первой трещины Число циклов до разрушения Nv Igtfp

Э110 1,6 262 2940 5250 3,72

Э110 1,3 242 12300 17100 4,23

Э635 1,4 277 71435 100260 5,01

Из таблицы 1 следует более высокая усталостная долговечность облученного сплава Э635 по сравнению со сплавом Э110. Такой результат от-

мечался и ранее и может быть объяснен более высокими значениями пределов прочности и упругости у сплава Э635, особенно после облучения. Формулы, аппроксимирующие связь максимальных напряжений в цикле сг,^ и значений логарифма числа циклов до разрушения 1пЛ^р облученных флю-

енсом 2,2 • 10И б.н./см2сплавов Э110 и Э635 при 360°С представлены в таблице 2.

Таблица 2

Сплав Аппроксимирующая Интервал при- Коэффициент

зависимость менимости корреляции

Э110 ат = 433-45 lg Np 3 < lg ЛГр <6,5 140 <ат <270 0,93

Э635 = 618-68 lg]Vp 4,8<lgW„<6,7 120 <а„ <240 0,98

С целью изучения влияния йодного пара на коррозионную усталость, образцы сплавов Э110 и Э635 помещали в описанную выше капсулу, и проводили усталостные испытания при температуре 360° С и давлении йодно-

2

го пара, равном 0,2 и 0,6 мг/см . Результаты испытаний отражены в таблице 3. Сопоставление результатов, полученных в инертной среде и в среде йодного пара свидетельствует об отсутствии статистически значимого влияния йодного пара на усталостную долговечность сплава при времени экспозиции до 50 часов.

Таблица 3

Сплав Концентрация йодного пара, мг/см2 Макс, напряжение в цик- леотю> МПа Мин напряжение в цикле о^, МПа Число циклов до возникновения АЭ.^дэ Число циклов до разрушения,

Э110 0 280 -100 117270 173780

Э110 0,2 280 -100 154630 191580

Э635 0 280 -100 125300 162180

Э635 0,6 « « 117800 194980

Э635 0 320 -80 142400 173780

Э635 0,2 « « 85030 95500

Э635 0,6 320 -100 41220 53700

Э635 0 370 -90 86700 160320

Э635 0,2 370 -90 74300 96100

Из результатов, полученных при регистрации акустической эмиссии, можно сделать следующие выводы:

обнаруживаемый импульс АЭ соответствует скачку трещины, равному 2 — 4 мкм в глубь образца;

согласно результатам испытаний 66 не облученных образцов, моменты возникновения трещины, выраженные в долях числа циклов до разрушения, могут быть описаны нормальным распределением А'(0,65; 0,026);

параметры распределения не различаются значимо при варьировании коэффициента асимметрии и напряжений в цикле. Поэтому по возникновению АЭ с определенной достоверностью можно предсказать момент разрушения и досрочно прекратить испытания. В случае облученных образцов среднее значение Л^/Л^ возрастает до 0,77, что естественным образом связано с охрупчиванием материала и уменьшением доли времени долома образца.

существует период времени, характеризующийся резким возрастанием значений регистрируемых параметров АЭ, начинающийся после достижения числа циклов ЫАЭ, предшествующий разрушению образца. Это создает основу для выявления ранних стадий усталостного разрушения при жестком циклическом нагружении, когда долом может являться достаточно длительным, и исключить завышение оценки долговечности материала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты данной работы, выводы из нее и рекомендации могут быть сформулированы следующим образом.

1. Проведен анализ современного состояния развития методов и средств усталостных испытаний материалов в экстремальных условиях — при воздействии высокой температуры, ионизирующих излучений, агрессивных сред. Из проведенного анализа определены основные задачи данного исследования.

2. Выполнен цикл исследований, связанных с отработкой экспериментальных методик испытаний на малоцикловую усталость в экстремальных условиях, а именно:

показано, что одним из наиболее простых путей достижения поставленной в работе цели является деформирование образцов в виде разрезных колец в их плоскости;

созданы макетные измерительные устройства для изучения поведения указанных образцов при статическом и динамическом деформировании, основанные на применении акустического и оптического методов. Получены и экспериментально уточнены расчетные соотношения для связи максимальных напряжений в образце с величиной его деформации;

проведены испытания образцов, вырезанных из оболочек твэл, при статическом деформировании, с целью проверки применимости основных расчетных соотношений при испытаниях образцов в условиях, близких к эксплуатационным;

предложена математическая модель, связывающая экспериментальные значения деформации образцов с величиной максимальных напряжений в упругопластической области деформирования. Модель предусматри-

вает разделение области деформирования на линейный и нелинейный участки, граница раздела между которыми определяется из условия минимума среднеквадратической погрешности экспериментальных данных относительно принятой модельной зависимости. Получаемые при этом значения условного предела текучести не отличаются от известных данных с учетом разброса последних;

создана многоцелевая акустическая система, обеспечивающая регистрацию слабых акустико-эмиссионных сигналов, возникающих в процессе усталостных испытаний малогабаритных кольцевых образцов, и кроме того, позволяющая контролировать условия эксперимента — качество защемления образца в захватах, температуру образца, контроль наличия коррозионной среды в герметичной испытательной капсуле, величину декремента колебаний измерительного узла с образцом;

разработаны методы компьютерной обработки акустических сигналов, сопровождающих испытания малогабаритных образцов при высокой температуре в агрессивной среде. Методы включают аппаратную и компьютерную фильтрацию сигналов, их амплшудный, частотный и вейвлет-анализ;

определены основные характеристики акустических сигналов, сопровождающих работу испытательной капсулы, и оптимальные параметры фильтрации и анализа сигналов с целью выделения компонент сигналов, содержащих ту или иную информацию о процессах, происходящих в испытательном устройстве.

3. Проведена отработка экспериментальных методик высокотемпературных испытаний малых кольцевых образцов:

экспериментально изучены диаграммы нагружения разрезных колец, отражающие зависимость перемещения нагружаемого конца образца от нагрузки, приложенной в его плоскости;

показано, что для сплавов циркония влияние предыстории нагружения при циклическом деформировании является ограниченным, и им можно пренебречь после первых циклов нагружения и разгрузки;

показана возможность определения динамического предела текучести по характеру затухания свободных колебаний системы, в которую введен исследуемый образец;

создана установка для усталостных испытаний образцов, вырезанных из циркониевых оболочек твэл. Установка содержит герметичную испытательную капсулу, акустические датчики, систему обработки измерительной информации, устройство для создания циклических напряжений в образце, систему обеспечения эксперимента. Установка обеспечивает проведение испытаний при температуре до 400° С, максимальных напряжениях в цикле до 400 МПа, в инертной среде и в среде йодного пара и позволяет с помощью акустической эмиссии зарегистрировать образование трещин, имеющих глубину 2— 4 мкм;

проведены высокотемпературные усталостные испытания образцов оболочечных материалов в состоянии поставки при температуре до 400 С в области малоцикловой усталости, создавшие основу для выбора режимов усталостных испытаний облученных образцов при высокой температуре.

4. Выполнены исследования усталостной долговечности облученных циркониевых сплавов для оболочек твэл:

испытаны на малоцикловую усталость образцы сплавов Э110 и Э635, облученные флюенсом 2,2-10й б.н./см2. Установлено повышение усталостной долговечности по сравнению с не облученными образцами, что связывается с повышением пределов прочности материалов под действием облучения;

проведены сравнительные усталостные испытания облученных образцов из сплавов Э110 и Э635 в инертной атмосфере и в среде йодного пара. На установленной базе экспозиции в среде йодного пара (50 часов) статистически значимых различий усталостной долговечности в инертной среде и среде йодного пара не обнаружено;

определены особенности проявления акустической эмиссии при указанных выше испытаниях. Установлено, что заметная эмиссия соответствует скачку трещины, равному 2 — 4 мкм. Моменты появления трещины, выраженные в долях числа циклов до разрушения, могут быть описаны нормальным распределением N(0,65; 0,026). Параметры распределения не различаются статистически значимо при варьировании коэффициента асимметрии и напряжений в цикле;

существует период времени, характеризующийся резким возрастанием значений регистрируемых параметров АЭ, начинающийся после достижения некоторого числа циклов N^, предшествующий разрушению образца. Это создает основу для выявления ранних стадий усталостного разрушения материала оболочек при жестком циклическом нагружении, когда стадия долома может являться достаточно длительной, и таким образом исключить завышенную оценку долговечности материала;

в случае облученных образцов среднее значение NA3/Np возрастает до 0,77, что естественным образом связано с охрупчиванием материала и уменьшением доли времени долома образца;

Результаты работы используются для обоснования технического проекта твэла реактора ВВЭР-1000 с повышенным ресурсом, а также в учебном процессе в МИФИ при изучении дисциплин «Конструирование тепловыделяющих элементов ядерных реакторов», «Технология твэлов и TBC», «Диагностика ЯЭУ».

I I

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1. Баранов В.М., Карасевич В. А., Сарычев Г.А. Применение акустических преобразователей в экстремальных условиях. Сенсор, 2003, №1, с. 28 — 32.

2. Баранов В. М., Карасевич В. А., Сарычев Г.А. Усталостные испытания материалов в экстремальных условиях с применением акустического метода. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2003, №9, с. 55 — 58.

3.Баранов В. М., Карасевич В. А., Капралов Е. Ю. Применение акустического и электрохимического шумовых методов при усталостных испытаниях материалов в экстремальных условиях // Измерительная техника, 2003, №10, с. 56 — 60.

4. Система научно-технических и образовательных услуг в области менеджмента и контроля качества материалов и элементов конструкций/ В. М. Баранов, Е. Ю. Капралов, В. А. Карасевич, Г. А.Сарычев // Качество, инновации, образование, 2003, вып.2(6), с. 10 — 15.

5. Акустическая и электрохимическая шумовая диагностика коррозии / В. М. Баранов, Т. В. Губина, Е. Ю. Капралов, В. А. Карасевич // Научная сессия МИФИ-2002. Сб. науч. тр., т. 8, с.174 — 175.

6. Баранов В. М., Карасевич В. А. Акустический метод исследования физико-механических свойств материалов на образцах малых размеров // «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Сб. материалов 14-й научно-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. — М.:МГИЭМ, 2002, с.204 — 205.

7. Баранов В. М., Карасевич В. А. Исследование усталости материалов с применением методов линейной и нелинейной акустики//Науч.сессия МИФИ-2003. 2-я научно-техн. конф. «Научно-инновац.сотрудничество». Сб. науч. трудов. 4.2. — М.: МИФИ, 2003, с.16 — 17

8. Баранов В. М., Карасевич В. А., Капралов Е. Ю. О применении шумовых методов для диагностики усталостных повреждений материалов //Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Сб. материалов 15-й научно-техн. конф.— М.:МГИЭМ, 2003, с.199 — 200.

0.С5О?'/) I £¿90*

Р 186И

Цъз

Принято к исполнению 19/11/2003 Заказ N5 '

Исполнено 20/11/2003 Тираж' 100 экз.

ООО «НАКРА ПРИНТ» ИНН 7727185283 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095)318-40-68 уузду.аиЬгеГегсй ги

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ 12 УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ

1.1. Феноменология усталостного разрушения

1.2. Модели, описывающие усталостное разрушение

1.3. Методы и средства испытаний

1.4. Акустическая эмиссия в усталостных испытаниях

1.5. Свойства сплавов циркония для оболочек твэл

1.6. Характеристики вибрации оболочек твэл

1.7. Основные задачи исследования

2. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

2.1. Выбор и обоснование схемы нагружения

2.2. Экспериментальные средства

2.2.1. Устройства для изучения статических диаграмм 56 деформирования

2.2.2. Устройства для изучения динамических 62 диаграмм деформирования

2.2.3. Компьютеризованная оптическая система

2.2.4. Акустическая система 67 2.2.4.1 .Структурная схема регистрирующей 67 системы

2.2.4.2. Регистрация акустической эмиссии

2.2.4.3. Регистрация колебаний в измерительной ^ капсуле

2.3 Выводы по главе

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ОБРАЗЦОВ В 84 СТАТИЧЕСКОМ И ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМАХ

3.1 Цель исследований

3.2. Исследования в статическом режиме

3.3. Исследования в динамическом режиме

3.4. Высокотемпературные исследования образцов сплавов циркония

3.5 Выводы по главе

4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАЛОСТНОЙ

ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛ

4.1. Испытательное устройство

4.2. Методика испытаний

4.3. Исследование усталостной долговечности 127 циркониевых сплавов для оболочек твэл в состоянии поставки

4.4 Испытания облученных образцов

4.5 Результаты сравнительных испытаний сплавов 138 циркония при воздействии и без воздействия йодного пара

4.6 Общие закономерности проявления акустической эмиссии

4.7 Выводы по главе

Актуальность работы

Усталостью материала называется его разрушение под влиянием периодической динамической нагрузки при напряжениях, значительно меньших, чем предел прочности [39]. Например, для стали 45 предел усталости составляет всего около 40% предела прочности.

Исследованиям и диагностике усталостного разрушения материалов посвящено большое количество исследований, однако проблемы остаются далекими от разрешения. Проблема усталости труб тем более актуальна, что, как установлено в последнее время, усталостное разрушение при вибрации труб может наблюдаться при малых уровнях переменных напряжений, чему ранее не уделялось должного внимания. Например, вибрационная усталость является одной из причин преждевременного разрушения трубопроводов в топливно-энергетическом комплексе.

В силу статистического характера усталостного повреждения получение надежных данных и их обобщение являются очень трудоемкой задачей, особенно при испытаниях материалов в экстремальных условиях — при воздействии высокой температуры, агрессивных сред, высоких статических и динамических нагрузок, ионизирующих излучений.

К числу особенно трудных задач следует отнести изучение усталостных характеристик оболочек тепловыделяющих элементов (твэл) в указанных условиях. Из-за различия коэффициентов теплового расширения двуокиси урана и материала оболочек твэл водоохлаждаемых энергетических реакторов, после длительной эксплуатации возможно возникновение плотного контакта топлива с оболочкой. Поэтому при изменениях мощности реактора в оболочке могут возникать значительные знакопеременные напряжения, способные привести к разрушению последней. Возникающее сложнонапряженное состояние характеризуется наличием осевых и окружных компонент напряжений с наложением статических и динамических составляющих. При увеличении мощности реактора оболочка подвергается растяжению при механическом взаимодействии с топливной таблеткой, а в последующий период снижения мощности, когда контакт между топливом и оболочкой может быть потерян, оболочка в поперечном стать овальной в результате медленного сплющивания, происходящего от разности давлений внутри и снаружи оболочки. Кроме того, вследствие вибрации твэлов может возникать многоцикловая усталость.

Имеющиеся литературные данные о многоцикловой и малоцикловой усталости сплавов для оболочек твэл представляются достаточно разрозненными и плохо согласующимися между собой. Большая часть результатов до сих пор получена при испытаниях на растяжение — сжатие, где эффекты овализации оболочки не учитываются.

Изучение усталостной долговечности оболочек твэл является важным этапом создания и пополнения базы данных о свойствах реакторных материалов и имеет существенное значение при проектировании перспективного ядерного топлива для энергетических ядерных реакторов, работающих в режиме маневрирования мощностью. При этом важно не только знание числа циклов до разрушения оболочки, но и динамика развития усталостных повреждений.

Вместе с тем усталостные испытания оболочек, особенно облученных, являются одними из наиболее трудоемких испытаний. Например, при базе испытаний 108 циклов и частоте нагружения 100 Гц требуется около 280 часов на проведение одного эксперимента.

Решение проблемы усталостной долговечности связано с необходимостью проведения большого объема испытаний, в частности облученных образцов при высокой температуре. Требуется набор статистических данных, результаты зависят от множества факторов, в том числе трудно контролируемых, таких, например, как состояние поверхности облученного образца. К числу влияющих на усталость параметров относятся форма и размеры образца, вид напряженно-деформированного состояния, сочетание статических и динамических нагрузок, частота циклирования. Усталостные испытания при малых переменных нагрузках весьма продолжительны. Поэтому желательно проведение усталостных испытаний на малых образцах с помощью высокопроизводительных методик и установок, что связано с необходимостью отработки ряда методических вопросов.

Специфика испытаний облученных образцов, вырезанных из оболочек твэл, не позволяет использовать стандартные методики и образцы [34]. Причинами этого являются как сложность испытаний, так и их высокая стоимость. Например, удовлетворяющие требованиям государственных стандартов испытания гладких цилиндрических образцов на растяжение, в результате которых определяют предел прочности ств, условный предел текучести а02, общее 50 и равномерное 5р относительное удлинение, требуют применения образцов, длина которых должна быть не менее 25 мм. Набор сколько-нибудь надежных статистических данных, требующихся для исследования усталости, особенно облученных образцов при высокой температуре, представляется проблематичным и непомерно дорогостоящим в сложившихся экономических условиях.

В связи с большой длительностью и высокой стоимостью указанных испытаний актуальны вопросы сокращения их длительности за счет применения прогнозирующих моделей, использующих наблюдения за изменением параметров, связанных с начальными стадиями усталостного разрушения. К числу таких параметров относятся акустические параметры — резонансные частоты и их изменения, характеристики сигналов акустической эмиссии.

Известны методы изучения развития усталостного повреждения, основанные на анализе экспериментально полученных кривых циклического нагружения (деформирования). Обладая рядом достоинств, в первую очередь наглядностью получаемых результатов, соответствующие методики, вместе с тем, обычно не позволяют зарегистрировать начальный этап зарождения трещин. Изучение динамики их развития также затруднительно из-за совместного влияния пластической деформации и трещинообразования на результирующую кривую циклического деформирования.

В данной работе проведен анализ вариантов методических, аппаратурных и конструкторских решений, имеющих целью проведение исследований при циклическом нагружении в широком интервале температур и величин деформации, как статической, так и динамической. На основании анализа были проведены разработка методики, обоснование режимов, проектирование, конструирование, изготовление и наладка установки и аппаратуры для проведения указанных исследований. Разработанные для испытаний методики и аппаратура ориентированы на испытания материалов оболочек твэл при температуре до 400° С, включая образцы, облученные высоким флюенсом (порядка 10 быстрых нейтронов/см и более).

Малые размеры образцов и примененная методика исследований существенно повышают эффективность испытаний и стоимость облучения образцов.

Одной из существенных проблем при проведении ускоренных усталостных испытаний на малых кольцевых образцах, является определение значений максимальных напряжений и деформаций в цикле. В области пластических и упруго-пластических деформаций необходимо разделение упругой и пластической компонент, что является достаточно сложной проблемой. Еще более сложным оказывается определение напряжений в цикле при наличии пластической компоненты деформаций.

Значительное внимание уделено анализу влияния асимметрии цикла на усталостную долговечность, что связано с реальным нагружением оболочки твэл, подвергающейся статическому деформированию под действием давления осколочных газов под оболочкой и давления теплоносителя, подверженного флуктуациям [105]. Проведена отработка соответствующих методик испытаний, а также измерительных и нагружающих узлов. Кроме того, на основе полученных данных проработаны вопросы создания моделей, описывающих усталостное поведение сплава. При высокой температуре получены результаты, представляющие практический интерес и пополняющие базу данных о свойствах ядерного топлива, причем для их интерпретации привлечены представления, развитые на основе результатов измерений при нормальной температуре.

Проблема усталостной долговечности циркониевых оболочек твэл включает в себя проблему коррозионной усталости [28]. Наиболее опасным, по-видимому, является воздействие на внутреннюю поверхность оболочки осколочных газов — продуктов деления урана, способных при воздействии растягивающих механических напряжений привести к коррозии под напряжением (КРН). Последняя, как известно, завершается коррозионным растрескиванием (КР). Наиболее опасным с точки зрения коррозионного растрескивания считают газообразный йод [74]. Проблема йодного коррозионного растрескивания может усугубляться усталостными явлениями, обусловленными переменными напряжениями при изменении мощности реактора. Совместное воздействие статических и динамических растягивающих напряжений в условиях воздействия осколочных газов — продуктов деления, в первую очередь паров йода, может привести к заметному снижению ресурса оболочек твэл.

В связи с этим актуальной является задача определения усталостной долговечности оболочечных материалов при циклическом нагружении в условиях воздействия паров йода. При этом значительный интерес представляет наблюдение динамики развития усталостного повреждения в указанных условиях.

В принципе можноо смоделировать деформацию оболочки, используя чередование внутреннего и внешнего избыточных давлений, но на практике это намного сложнее, чем испытания, выполняемые с использованием изгиба, что и было применено нами в ходе исследований.

Проблемы усталости возникают и в других отраслях топливно-энергетического комплекса [26, 58, 59, 61, 86, 87], например в трубопроводах высокого давления в газопроводах, а также полиэтиленовых труб низкого давления в газораспределительных системах. Преимуществами последних по сравнению со стальными трубопроводами являются высокая коррозионная стойкость, хладостойкость (полиэтиленовые трубы сохраняют эластичность до

-40° С), возможность намотки на барабан, возможность укладки труб без рытья траншей, регулировки потока путем сдавливания трубы и ряд других. При применении полиэтиленовых труб для протяжки в стальных трубах стоимость строительных работ снижается в 1,5 . 2 раза по сравнению с прокладкой новых стальных газопроводов. Соединение полиэтиленовых труб может проводиться плавлением торцевых участков под действием токов высокой частоты или с помощью электроплавких фитингов. Однако особенностью полимерных материалов, в частности полиэтилена, является изменение их механических свойств под напряжением со временем, поэтому для пластмассовых труб необходимы испытания на длительную прочность и усталость при воздействии частых изменений внутреннего давления. Актуально изучение усталостных явлений и в металлических трубах надземных газопроводов, установленных на опорах и подвергающихся значительному воздействию ветровых нагрузок [62].

Цель и задачи исследований

В соответствии с изложенным, были сформулированы следующие основные задачи исследования: определение стратегии создания методик и устройств для высокопроизводительных и экономически эффективных усталостных испытаний материалов труб в экстремальных условиях; создание и обоснование методик упомянутых испытаний на кольцевых образцах, вырезанных из реальных твэльных труб; обоснование и применение комплекса акустических методик, обеспечивающих проведение усталостных испытаний на кольцевых образцах; разработку испытательных узлов и капсул для проведения усталостных испытаний образцов, вырезанных из оболочек твэл, в том числе облученных, при воздействии высокой температуры и агрессивной среды йодного пара; проведение исследований усталостной долговечности материалов труб, в том числе облученных оболочек твэл.

Методы исследований

Значительные возможности исследования свойств материалов в условиях воздействия высокой температуры, ионизирующих излучений и коррозионных сред предоставляют акустические методы, разработанные в МИФИ. Опыт разработки и применения соответствующих методик, приборов и установок обобщен в частности в [9, 60, 81 и др.]. Их преимущество заключается в возможности исследования широкого круга физических свойств материалов и их изменения при воздействии указанных внешних факторов.

Для подобных исследований развиты акустико-эмиссионный метод и акустический спектроскопический метод, являющийся развитием резонансного метода и использующий регистрацию большого числа спектральных пиков образца и характера их изменений под действием возмущающих внешних факторов и внутренних дефектов. Кроме акустического метода, при отработке методик использованы оптические методы, которые привлекались для изучения деформационных характеристик образцов и контроля состояния образцов до, во время и после проведения экспериментов.

Научная новизна работы

С научной и практической точек зрения новыми являются: методики и устройства для изучения диаграмм деформирования при изгибе цельных и разрезных кольцевых образцов в их плоскости в статическом и квазистатическом режиме в области упругих и упругопластических деформаций с применением оптического и акустического методов; экспериментальное обоснование разработанных ранее теоретических положений об использовании изгибных деформаций, характеризующихся неоднородным распределением по образцу, при усталостных испытаниях кольцевых образцов; методики регистрации и обработки акустических сигналов с целью их классификации по источникам происхождения; методика определения динамического предела текучести материала образцов в режиме циклического нагружения; герметичная капсула для испытаний облученных образцов материалов оболочек твэл при высокой температуре в агрессивной среде, когда наблюдение за образованием трещин в образцах и контроль условий эксперимента осуществляются акустическим методом; результаты высокотемпературных усталостных испытаний материалов оболочек твэл как в состоянии поставки, так и облученных большим флюенсом быстрых нейтронов, в нейтральной среде и среде йодного пара.

Практическая значимость работы

В результате выполнения работы созданы и экспериментально обоснованы методики и средства для усталостных испытаний и их обоснования, представляющие практический интерес при последующих испытаниях материалов на усталость, в том числе испытаниях в экстремальных условиях: комплекс экспериментальных средств для испытаний на усталость кольцевых образцов, вырезанных из труб, включая высокотемпературные испытания облученных образцов циркониевых сплавов из оболочек твэл ядерных реакторов; методика измерения температуры без применения термопар по величине изменения резонансной частоты системы, обусловленного температурной зависимостью модуля упругости образца; методика определения момента дефрагментации образца по возникновению акустического сигнала ударного характера при проведении испытаний в герметичной камере; методика контроля жесткости защемления образца в захватах по отсутствию специфических сигналов, возникающих при появлении люфтов в узлах защемления; методика контроля наличия среды при испытаниях в герметичной камере (например, наличия йодного пара при испытаниях на йодное растрескивание), посредством регистрации акустических сигналов;

Кроме того, определено влияние характера начальных циклов на диаграммы последующих циклов; получены характеристики усталости материалов оболочек твэл, в частности облученных, при температуре до 400° С.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 14-й и 15-й научно-технических конференциях с участием зарубежных специалистов

Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» в 2002 и 2003 гг. соответственно, на научных сессиях МИФИ 2002 и 2003 гг. (секция «Научно-инновационное сотрудничество Минатома РФ и Минобразования РФ», а также на семинарах в МИФИ, ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, ГНЦ «Курчатовский институт», ИМЕТ им. А. А. Байкова, МГТУ им. Н. А. Баумана.

Публикации

По материалам, вошедшим в диссертацию, выпущено 8 отчетов, сделано 4 доклада на конференциях, опубликованы 4 статьи в рецензируемых журналах.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы.

Результаты работы используются для обоснования технического проекта твэла реактора ВВЭР-1000 с повышенным ресурсом, а также в учебном процессе в МИФИ [71] при изучении дисциплин «Конструирование тепловыделяющих элементов ядерных реакторов», «Технология твэлов и TBC», «Диагностика ЯЭУ».

Автору представляется целесообразным развитие данных исследований с целью накопления статистического материала по усталостной долговечности используемых и вновь разрабатываемых сплавов для оболочек твэл, а также применения разработанных методик и устройств в других отраслях топливно-энергетического комплекса.

В заключение автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю, заслуженному деятелю науки РФ, лауреату Государственной премии РФ, доктору технических наук, профессору Виктору Михайловичу Баранову за квалифицированное руководство и постоянное внимание к работе.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Акустическая диагностика и контроль на предприятиях топливно-энергетического комплекса/В.М.Баранов, А.И.Гриценко, А.М.Карасевич, Е.М.Кудрявцев, В.В.Ремизов, Г.А.Сарычев // М.: Наука, 1998. — 304 с.

2. Акустическая и электрохимическая шумовая диагностика коррозии / В.М.Баранов, Т.В.Губина, Е.Ю.Капралов, В. А. Карасевич //Научная сессия МИФИ-2002. Сб. науч. тр.,т.8, с. 174 — 175. М: МИФИ, 2002.

3. Акустическая эмиссия при трении / В.М.Баранов, Е.М.Кудрявцев, Г.А.Сарычев, В.М.Щавелин // М.: Энергоатомиздат, 1998. — 256 с.

4. Анализ полей векторов смещений и диагностика усталостного разрушения алюминиевого сплава на мезоуровне / В. Е. Панин, В. С. Плешанов, В. В. Кибиткин, С. В. Сапожников//Дефектоскопия, 1998, вып. 3, с. 80 — 87.

5. Анализ применимости уравнений и исследование формы кривой усталости / Ю. С. Борисов, Ю. Н. Благовещенский, С. С. Дмитриченко, Н. М. Панкратов И Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2000, №10, с. 41 —52.

6. Бабаков И. М. Теория колебаний. — М.: Наука, 1965. — 420 с.

7. Багмутов В. П., Кондратьев О. В. Особенности кинетики процесса циклического деформирования металлов//Заводская лаборатория. 1996. Т. 63. № 9. С. 40-46.

8. Багмутов В. П., Кондратьев О. В. Построение кривой усталости при мягком нагружении образцов металлических сплавов // Заводская лаборатория. 1996. Т. 63. № 9. С. 40-46.

9. Баранов В. М. Акустические измерения в ядерной энергетике. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 320 с.

10. Ю.Баранов В. М. О выборе диагностических параметров и признаков в аку-стико-эмиссионных исследованиях и контроле // Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1994, 1, с. 5 — 9.

11. Баранов В. М., Быков А. Н. Акустическая методика определения вязкоуп-ругих свойств полимеров в условиях воздействия ионизирующих излучений. — В кн.: Техника радиационного эксперимента. М.: Атомиздат, 1980, вып. 8, с. 3 — 9.

12. Баранов В. М. Бибилашвили Ю.К., Брандин A.B. Акустико-эмиссионная методика и аппаратура для усталостных испытаний материалов труб // Proc. of 2nd Int. Conf. on Pipelines Safety, Moscow Aug. 28-31, 1997. Com.3. P.48-51.

13. Баранов B.M., Губина T.B., Ермолаев C.M. Простая акустико-эмиссионная аппаратура для контроля материалов, изделий и оборудования // Дефектоскопия, 1989, №1, с.92-94.

14. Баранов В. М., Добровольский И. О. Прогнозирование усталостного разрушения хрупких материалов по сигналам акустической эмиссии // Дефектоскопия, 1987, вып. 4, с. 91 — 93.

15. Баранов В. М., Добровольский И. О. Особенности проявления акустической эмиссии при усталостных испытаниях керамических материалов // Дефектоскопия, 1984, № 7, с. 64 — 68.

16. Баранов В. М., Карасевич В. А. Исследование усталости материалов с применением методов линейной и нелинейной акустики // Науч.сессия МИФИ-2003. 2-я научно-техн. конф. «Научно-инновац. сотр-во». Сб. науч. трудов. 4.2. М.:МИФИ, 2003. С.16 — 17.

17. Баранов В. М., Капралов Ю.А., Карасевич В. А. О применении шумовых методов для диагностики усталостных повреждений материалов //Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления.

18. Сб. материалов 15-й научно-техн. конф.— М.гМГИЭМ, 2003. С. 199 —200.

19. В. М. Баранов, Е. Ю. Капралов, В. А. Карасевич. Применение акустического и электрохимического шумовых методов при усталостных испытаниях материалов в экстремальных условиях // Измерительная техника, 2003, №10, с. 56 — 60.

20. В. М. Баранов, Карасевич В. А., Сарычев Г. А. Применение акустических преобразователей в экстремальных условиях // Сенсор, 2003, №1, с. 28 — 32.

21. Баранов В. М., Карасевич В. А., Сарычев Г.А. Усталостные испытания материалов в экстремальных условиях с применением акустического метода. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2003, №9, с. 55 — 58.

22. Баранов В. М., Кудрявцев Е. М., Сарычев Г. А. Некоторые разработки в области нетрадиционного акустического неразрушающего контроля// Дефектоскопия, 1993,9, С. 68 — 75.

23. Беженов А. И., Беженов С. А. Исследование методом акустической эмиссии влияния поверхностной обработки на характеристики циклической прочности образцов из никелевого сплава//Проблемы прочности, 1999, №3, с. 139—145.

24. Безопасность трубопроводных систем: сложившаяся практика и тенденции на будущее / H.H. Пономарев-Степной, Е.П. Рязанцев, A.A. Тутнов, И.А.

25. Гопкало А. П. Влияние параметров температурного цикла на циклическую вязкость разрушения стали 5ХЗВЗМФАС // Проблемы прочности. — 1998. —№4. —С. 34 — 38.

26. Горицкий В. М., Терентьев В. Ф. Структура и усталостное разрушение металлов. — М.: Металлургия, 1980. — 208 с.

27. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Т. 1.— М.: Мир, 1971. —320 с.

28. Добровольский С. В. Энергетическая модель подобия малоциклового разрушения образца и элемента конструкции // Проблемы прочности. 1999. № 6. С. 23-34.

29. Добровольский С. В. Малоцикловые испытания материала при изгибе с вращением // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1998. Т. 66. № 1.С. 46 — 49.

30. Дремин И. М. Дальние корреляции частиц и вейвлеты // УФН, 2000, т. 170,. с. 1239— 1240.

31. Дробот Ю. Б. Об оценке параметров развивающейся трещины с помощью акустической эмиссии // Проблемы прочности, 1982, №6, с. 25 — 30.

32. Дробот Ю. Б., Лазарев А. М. Неразрушающий контроль усталостных трещин акустико-эмиссионным методом. — М.: Изд-во стандартов, 1987. — 128 с.

33. Займовский А. С., Никулина А. В., Решетников Н. Г. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. — М.: Энергоиздат, 1981.

34. Кишкин Б. П. Конструкционная прочность материалов. — М.: Издательство МГУ, 1976.-184 с.

35. Кобылянский Г.П., Новоселов А.Е. Радиационная стойкость циркония и сплавов на его основе. — Димитровград, 1996.

36. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. — М.: Машиностроение, 1993. — 364 с.

37. Кочегаров Г. Г. Неупругость твердых тел при малых деформациях // Письма в ЖТФ, 1999, том 25, вып. 17, с. 83 — 86.

38. Тутнов и др. // Доклады участников Второй международной конф. «Безопасность трубопроводов».— Москва, 1997, с. 1—16.

39. Бернштейн М. Л., Займовский В. А. Структура и механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1970. — 472 с.

40. Бибилашвили Ю. К., Долгов Ю. Н., Новиков В. В. Зарождение трещин в оболочках из сплава Zr-l%Nb в условиях коррозионного растрескивания под напряжением//Атомная энергия. 1996. Т.80. Вып. 4. С. 258-263.

41. Болотин Ю. И., Маслов Л. А. Установление корреляции между размером трещины и амплитудой импульсов акустической эмиссии // Дефектоскопия, 1985, №4, с. 119-122.

42. Буденков Г. А., Недзветская О. В., Бахтин А. В. К регистрации волн акустической эмиссии, излучаемых усталостными трещинами. — Дефектоскопия, 1997, №9, с. 61—70.

43. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов. — М.: Машиностроение, 1964. — 275 с.

44. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов / Ф.Я. Балиц-кий, М.А.Иванова, А.Г.Соколова, Е.И.Хомяков. М.: Наука, 1984. — 120 с.

45. Влияние истории деформирования на характеристики циклической вязкости разрушения сплава ВТ9 // Проблемы прочности, 1982. — №4. С. 28 — 32.

46. Внутриреакторные исследования ползучести конструкционных материалов / М.Г.Бульканов, А.С,Круглов,Ю.М.Певчих, В.М.Троянов // Атомная энергия, 1996, т. 80, вып. 5. С.386 — 391.

47. Высокотемпературное окисление сплава циркония с ниобием / В. И. Шевцов и др.//Физика горения и взрыва. 1997, т. 33, вып. 6, с. 22 — 27.

48. Газораспределительные сети — из полиэтиленовых труб // — Газовая промышленность, 1994, № 1, с. 29 — 31.

49. Гетманов В. Г. Цифровая обработка сигналов. — М.: МИФИ, 1997. —128 с.

50. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости. — М.: Наука, 1987.— 248 с.

51. Логан X. Л. Коррозия металлов под напряжением. — М.: Металлургия, 1970. —302 с.

52. Махутов Н. А. Сопротивление материалов конструкций хрупкому разрушению. — М.: Машиностроение, 1983. — 245 с.

53. Махутов Н. А., Веретимус Н. К. Исследование полей накопленных повреждений при циклическом нагружении// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2000. №8. С. 46-49.

54. Методика и аппаратура усталостных испытаний материалов при производстве труб / В.М.Баранов, А.В.Брандин, Ю.К.Бибилашвили, Е.М.Кудрявцев // В кн.: Развитие производств.технологий в вузах России, вып.2.— М.:Мин-во образования России,1999. — С. 11 — 12.

55. Митченко Е. И., Атанасов И. С. Определение характеристик сопротивления усталости индивидуальных образцов на основе деформационно-энергетического подхода // Проблемы прочности. 1991. № 1. С. 33 — 35.

56. Модернизация методик и установок для физико-механических испытаний материалов оболочек твэл // Отчет по теме №80-3-018-214. Науч. рук. В.М.Баранов. — МИФИ, 2000. — 89 с.

57. Надежность систем энергетики и их оборудования: Справочник. В 4 т. Т.З. Надежность систем газо- и нефтеснабжения. Кн.1 / Под ред. М. Г. Сухарева.— М.: Недра, 1994. — 414 е.: ил.

58. Неразрушающий контроль и диагностика / Справочник под ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1995. — 488 с.

59. Определение физико-механических характеристик органических материалов акустическим импедансным методом / Баранов В. М., Быков А. Н., Ка-лядин А. Ю., Кудрявцев Е. М.//Дефектоскопия, 1990, №9, с. 20 — 27.

60. Пашков Ю.И., Рахман М.З., Зажогина О.А. К вопросу о классификации разрушений газопроводов по протяженности // Проблемы прочности, 1995, №5-6, с.136-142.

61. Петров В.А. О перегрузочных испытаниях // Дефектоскопия, 1997, №3, с. 92—98.

62. Почтенный Е. К. Анализ экспериментально-аналитического метода усталостных испытаний// Заводская лаборатория. 2000. Т. 66. №9, с. 53-56.

63. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник в 3-х томах/ Под общ. ред. И. А. Биргера и Я. Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. Т. 1.— 832 с.

64. Прямое наблюдение автоволны пластической деформации в циркониевом сплаве / В.И.Данилов, С.Ю.Заводчиков, С.А.Баранникова и др.// Письма в ЖТФ, 1998, т.24, №1, с. 26 — 30.

65. Пушкар А. Изменения модулей упругости и новое уравнение усталостной долговечности // Металловедение и термическая обработка металлов. 1998, №5, с. 8—11.

66. Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела. — М.: Наука, 1979. —744 с.

67. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. В 2 кн. Кн. 1 / Ф. Г. Решетников, Ю. К. Бибилашвили, И. С. Головнин и др. — М.: Энергоатомиздат, 1995. — 320 с.

68. Ройтман А. Б. Экспериментальная оценка асимметрии цикла поперечных колебаний образцов с поперечными вырезами// Проблемы прочности, 2000, №3, с. 120-124.

69. Романов А. Н. Единый критерий усталостного разрушения металлических материалов// Доклады академии наук, 2001, том 380, № 1, с. 56-59.

70. Система научно-технических и образовательных услуг в области менеджмента и контроля качества материалов и элементов конструкций В. М. Баранов, Е. Ю. Капралов, В. А. Карасевич, Г. А. Сарычев // Качество, инновации, образование, 2003, №2(6), с. 10 — 15.

71. Слесарев Д. А., Барат В. А. Применение вейвлет-преобразования для анализа сигналов с импульсными составляющими // Измерительная техника, 2000, №3, с.57 — 60.

72. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности.— Учебник под ред. Г. С. Варданяна. — М.: изд-во АСВ, 1995. — 568 с.

73. Сопротивление циркониевого сплава коррозионному растрескиванию / В. Н. Киселевский и др. // Проблемы прочности, 1998, №2, с. 122 — 130.

74. Степнов М. Н., Ковалев И. Е., Николаев А. В. и др. Уравнения кривых усталости титановых сплавов и расчетный метод их построения// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1999. Т 65, №12, с. 39-41.

75. Степнов М.Н., Гиацинтов Е.В. Усталость легких конструкционных сплавов. — М.: Машиностроение, 1973. — 317 с.

76. Стрижало В.А. Циклическая прочность и ползучесть металлов при малоцикловом нагружении в условиях низких и высоких температур. — Киев: Наукова думка, 1978. — 238 с.

77. Технические средства диагностирования: Справочник / В. В. Клюев, П. П. Пархоменко, В. Е .Абрамчук и др. — М.: Машиностроение, 1989.— 672 с.

78. Трощенко В. Т. Исследование пороговых коэффициентов интенсивности напряжений материалов при циклическом нагружении. Сообщение 1. Методики и результаты исследования // Проблемы прочности, 1998, №4, с. 5 — 15.

79. Уравнения кривых усталости титановых сплавов и расчетный метод их построения / Степнов М. Н., Ковалев И. Е., Николаев А. В. и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1999. №12. Т. 65, с. 39-41.

80. Установка для исследования оболочек твэлов при знакопеременном кручении, осевом растяжении и внутреннем давлении / В. П. Лощилин, Ю.В.Милосердин, А.Ю.Новиков, Б.Д.Семенов // Техника реакторного эксперимента. — М.: Энергоатомиздат, 1987. С.66 — 71.

81. Физические величины: Справочник под ред. И. С. Григорьева. — М.: Энер-гоатомиздат, 1991. — 1232 с.

82. Фрактографические исследования коррозионного растрескивания цирка-лоя — 4 в растворе метанол//HC1//J. Nucl. Mat., 1990, v.173, № 1, с. 7 —13.

83. Фройнд Л. В. О фронте начальной волны, порожденной внезапным распространением трещины в упругом теле // Прикладная механика. Тр. амер. общества инж.-мех. Серия Е. — 1982, 32, №2, с. 284-286.

84. Экспериментальные исследования характеристик упругости и внутреннего трения сплава Zr+l%Nb в температурном интервале 293-1773 К // Отчет о НИР по теме 93-3-018-1470. МИФИ, 1994. —29 с. Научн. рук. В. М. Баранов.

85. Проведение исследований модуля упругости сплава Э-635 при температуре до 1200°С // Отчет о НИР по теме 96-3-018-1470. МИФИ, 1996. — 30 с. Научн. рук. В. М. Баранов.

86. Ayazuddin S. К., Qureshi A. A., Hayat Т. Vibration analysis of primary inlet pipeline of Pakistan research reactor-1 during steady state and transient conditions//J. of Nuclear Science and Technology.— 1998. — Vol.35, No. 2.— P. 148— 157.

87. Bushnell J. C., McCloskey D. J. Thermoelastic stress production in solids // J. Appl. Phys. 1968.V. 39. N 12. P. 5541—5547.

88. Cox B. A correlation between acoustic emission during SCC and fractography of cracking of the zircaloys. — Corrosion—NACE, 1974, v.30, No.6, pp. 191—202.

89. Effects of microstructure on ductility and fracture resistance of Zr— 1.2Sn — INb — 0.4Fe alloy / Nikulin S.A., Goncharov V.I., Markelov V.A., Shishov

90. V.N.//Zirconium in the Nuclear Industry: Eleventh International Symposium, ASTM STP 1295, 1996, pp.695 — 709.

91. Efsing P., Pettersson K. The influence of temperature and yield strength on delayed hydride cracking in hydride Zircaloy-2 // Zirconium in the Nuclear Industry: Eleventh International Symposium/ ASTM STP 1295. —ASTM, 1996, pp.394 404.

92. Embrittlement of reactor core materials / Kreins P. H. et al. // Zirconium in the Nuclear Industry. — 11th Int. Symp., ASTM STP 1295, 1996, pp. 758 — 782.

93. Ghomen H., Nicolas T., Pineau A/ Elevated temperature fatigue crack growth in alloy 718 // Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. — 1993. — Vol 16, No.6.— pp. 577 — 590.

94. Goider H. G. D. Measurement of the natural frequencies and damping of loosely supported tubes in heat exchangers // Vibrations on nuclea plants. Pros. 3 Int. Conf. Keswick, 11—14.5.82. London: Brit. Nucl. Eng. Soc. V. 1, p. 258—272.

95. Hammad A. M., El-Mashri S. M., Nasr M. A. Mechanical properties of the Zr—l%Nb alloy at elevated temperatures//J. of Nuclear Materials, 1992, vol. 186, pp. 166— 176.

96. Hladky K., and Dawson J.L. The measurement of localized corrosion using electrochemical noise. Preprint of Corrosion and Protection Centre, UMIST, Manchester, England, 10 Aug, 1997.

97. Huang F. H., Mills W. J. Fracture and tensile properties of irradiated Zircaloy-2 pressure tubes // Nuclear Technology, 1993, v. 102, pp. 367 — 375.

98. Lee S.G., Kim I.S. Fatigue fracture features of pressure vessel steel in simulated-light water reactor environments // J. of Nucl. Sci. and Engng, 2001, vol.38, No.2, p. 121 — 126.

99. Miller A., Ronnie K. Acoustic emission testing // Nondestractive Testing Handbook. V.5., 1987.

100. Pettersson K. Low-cycle fatigue properties of zircaloy-2 cladding // J. of Nuclear Materials, 1975, vol. 56, pp. 91 — 102.

101. Properties of an irradiated heat-treated Zr-2.5Nb pressure tube removed from NPD reactor / C. K. Chow at al // Zirconium in the Nuclear Industry: Eleventh International Symposium/ ASTM STP 1295. — ASTM, 1996, pp.479 504.

102. Spindel J. E., Haibach E. Statistical analysis of fatigue data // ASTM STP 744, 1981,pp. 89—113.

103. Takahashi et al. Advanced fuel development for bum-up extension // ANS Topical Meeting. Portland, USA, 1997.

104. Testardi L. R., Norton S. J., Hsieh T. Determination of inhomogeneities of elastic modulus and density for one—dimensional structures using acoustic dimensional resonances//J. Appl. Phys. 1984. V. 56. No 10, pp. 2681—2685.

105. Uchida F., Goto K., Sabate R. et al. Segmented fuel irradiation program investigation on advanced materials / "Top fuel'99". Proc. of the Conf. "LWR nucl. fuel Highlights at the beginning of the third millennium". P. 178 — 189.

106. UetsukaH., HofmannP. High-temperature oxidation kinetics of Zircaloy-4 in oxigen / argon mixtures // J. Nuclear Materials, 1989, vol. 168, pp. 47 — 57.

107. Zirconium alloy E635 as a material for fuel rod cladding and other components of VVER and RBMK cores / Nikulina A. V. et al. // Zirconium in the Nuclear Industry: Eleventh International Symposium / ASTM STP 1295.— ASTM, 1996, pp.785-803.