بخشی از مقاله
مقدمه
حفظ کارایی و قابلیت اعتماد محفظه های تحت فشار یکی از موضوعات کلیدی هر نیروگاه هسته ای برای کاربردهای بلند مدت آن است. در این پژوهش به جنبه های مختلف یکی از مهمترین عناصر در سلامت و بی عیب بودن محفظه های تحت فشار فولادی به نام تردی محفظه های تحت فشار فولادی و به دنبال آن شبیه سازی های مربوط برای تعیین مقدار ضریب شدت تنش پرداخته می شود. محفظه های تحت فشار به عنوان یکی از اجزای کلیدی در نیروگاه های هسته ای دارای بیشترین اولویت محافظتی بوده و از سوی دیگر غیر قابل تعویض هستند. از آنجاییکه این محفظه به عنوان پوشش ایمنی قلب رأکتور عمل می کند، در صورتیکه خواص مکانیکی آنها به واسطه تابش های نوترونی به قدر کافی افت پیدا کند می تواند با تردی پیری1 ایجاد شده ناشی از آن، به جوانه زنی میکرو ترک ها منجر شده و باعث ایجاد نشتی رادیو متریال روی دیواره محفظه
1 Aging embrittlement
653
شود. بنابراینروی کارکرد و توانایی سیستم اضطراری خنک کننده اصلی رأکتور تأثیر گذاشته و نهایتاً با افزایش دمای قلب رأکتور منجر به شکست خواهد شد.[1] در حقیقت شکست محفظه های تحت فشار می تواند بواسطه شرایط کاری اعمال شده و یا ضعف ذاتی در ریز ساختار آلیاژ به کاربرده شده، باشد.[1]
روش کار
یکی از پارامترهای اصلی مواد مورد استفاده در آنالیزهای انجام شده، ضریب شدت تنش بحرانی KIC، دمای ترد شوندگی بحرانی TK و استحکام تسلیم RP0,2 می باشند. در طول شرایط کاری رأکتور تغییر در خواص مواد با استفاده از بررسی تغییرات ایجاد شده روی دمای ترد شوندگی بحرانی محاسبه می شود. دمای ترد شوندگی بحرانی دمای انتقال تردی به نرمی مواد می باشد که با میزان انرژی صرف شده جهت شکست مواد تعیین می شود و اندازه گیری آن بر حسب ضریب استحکام و نوع شکست محاسبه شده بر حسب درصد شکاف در یک نمونه شکست انجام می گیرد.
ایجاد جوانه ترک در ساختار فلز پایه و یا ناحیه فلز جوش می تواند بسیار خطرناک و مخرب باشد. یک جسم ترک دار تحت تنش را می توان به سه ناحیه ی متفاوت تقسیم کرد. ناحیه اول که شامل نوک ترک می باشد، دچار کرنش های پلاستیکی است و بنابراین، محاسبات مکانیک شکست الاستیک خطی1 در آن معتبر نیست. در ناحیه دوم کرنش ها الاستیک است و مقادیر تنش، کرنش و جابه جایی متأثر از تکینگی نوک ترک می باشند. در ناحیه سوم، ترم های با توان بالا r (شعاع منطقه متأثر) مقادیر قابل توجهی دارند، بنابراین محاسبات در این ناحیه پیچیده می باشد.
در مورد مناطق اطراف نوک ترک مطالعات متعددی صورت گرفته است. از جمله Kfouri با بررسی معیارهای مبتنی بر انرژی، معتقد است که یک معیار شکست مناسب باید شامل این ویژگی باشد که منطقه ای با اندازه ای محدود در مجاورت نوک ترک را به عنوان محدوده ی ممکن برای رشد ترک در نظر بگیرد.[2]
اگر ضریب شدت تنش معلوم باشد، می توان مقادیر تنش، کرنش و جابه جایی را در ناحیه دوم رشد ترک تعیین کرد. یعنی برای یک ماده معین، ضریب شدت تنش به تنهایی کلیه پارامترهای مکانیک شکست را در ناحیه مذکور تعیین می کند. بنابراین هدف اصلی در این جا تعیین مقدار ضریب شدت تنش می باشد. برای تعیین ضریب شدت تنش از روش های مختلفی استفاده می شود که از بین آن ها، روش های عددی به دلیل
1 LEFM
654
هزینه و سرعت مناسب و امکان استفاده برای هندسه های پیچیده در صنعت کاربرد فراوان دارند که در این پژوهش نیز از همین روش برای تحلیل رشد ترک استفاده شد.
