Применение натурной тензометрии для исследования напряженного состояния нового энергетического оборудования

В связи с созданием нового поколения энергетического оборудования (атомных реакторов, газотурбинных установок, специальных энергоустановок), имеющего повышенные эксплуатационные параметры и отвечающего высоким требованиям безопасности, возникает задача создания новых отечественных методов определения напряжений и деформаций, возникающих в наиболее ответственных элементах при эксплуатаций подобных установок. Предложены новые подходы к решению поставленной задачи, включающие восстановление и развитие отечественных компетенций в создании средств экспериментального контроля деформаций в элементах оборудования при высоких температурах. Приведены результаты разработки косвенных методов определения деформаций в опасных точках конструкции на основе решений обратных задач экспериментальной механики. Рассмотрены усовершенствованные алгоритмы обработки экспериментальной информации и определения напряжений по измеренным деформациям в случае неупругого поведения материала конструкции в зонах тензометрических измерений. В качестве средств экспериментального определения деформаций, возникающих на внутренних поверхностях контура циркуляции жидкометаллического теплоносителя новых атомных реакторов типа БН и БРЕСТ, предлагаются усовершенствованные герметичные тензорезисторы, обладающие стойкостью к воздействию свинцового и натриевого теплоносителя. Приведены результаты стендовых испытаний разработанных средств измерений в среде жидкого натрия с температурой Т = 540 °C. В связи с повышением требований к оценке влияния ползучести тензорезисторов на результаты измерений при высокой температуре разработана конструкция стенда, позволяющего установить границы возможной погрешности при Т до 600 °C при динамическом нагружении конструкции. Предложена методика проведения эксперимента по определению границ возможной погрешности, связанной с ползучестью тензорезисторов. Для нахождения напряжений, возникающих в опасных точках теплообменного оборудования реакторов типа БН, расположенных в недоступных зонах внутренней поверхности установки, предложен итерационный алгоритм решения обратной задачи термоупругости, использующий измеренные значения напряжений и температур на наружной поверхности конструкции. Проведенные исследования позволили усовершенствовать традиционную методику натурных тензометрических исследований.

1. Гагаринский А. Ю., Семченков Ю. М., Сидоренко В. А., Фомиченко П. А. Новый этап в ядерно-энергетической стратегии России / Атомная энергия. 2021. Т. 131. №6. С. 303307. EDN: FUZYOE

2. Babushkin S. V., Vasil’ev В. A., Vasyaev А. V., et al. Reactor Installations with Sodium-Cooled Fast Reactors for Two-Component Nuclear Energy / Atomic Energy. 2020. Vol. 129. N 1. P. 8 - 17. EDN: LKACDW DOI: 10.1007/sl0512-021-00705-y

3. Ольховский Г. Г. Наиболее мощные энергетические ГТУ (обзор) / Теплоэнергетика. 2021. №6. С. 87-93. EDN: IIYPCL. DOI: 10.1134/S0040363621060060

4. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Комплексная оценка прочности, ресурса, живучести и безопасности машин в сложных условиях нагружения / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2020. № 4. С. 24 - 34. EDN: PNCKQX. DOI: 10.31857/S0235711920040094

5. Баутин А. А. Мониторинг элементов авиационных конструкций по данным тензометрии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. Ч. 1. С. 57 -63. EDN: YWVSFF. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-1-57-63

6. Makhutov N. A., Gadenin М. М., et al. Theoretical and Experimental Analysis of Stresses and Strength of Load-Bearing Components of Thermonuclear Tokamak Installations / Nuclear Materials. — London: IntechOpen, 2020. P. 1 - 26. EDN: СЗЛВОС. DOI: 10.5772/intechopen.94531

7. Албагачиев А. Ю., Алексеева С. И., Ахметханов P. C. и др. Прочность, ресурс, живучесть и безопасность машин / Отв. редактор Н. А. Махутов. — М.: «Книжный дом «ЛИБРО-КОМ», 2019. — 576 с. EDN; UCBZJZ

8. Махутов Н. А., Матвиенко Ю. Г., Романов А. Н. и др. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения. — М.: Ленанд, 2018. — 720 с. EDN: YPBGTB

9. Экспериментальные исследования напряжений в конструкциях. / Под ред. Н. А. Махутова. — М.: Наука, 1992. — 202 с.

10. Маслов С. В., Хуршудов Г. X., Городов Г. Ф. Исследования напряженного состояния теплообменника реактора БН-600 при пусконаладочных работах и освоении мощности аппарата / Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика и техника ядерных реакторов / Научно-технический сборник. Вып. 7(44). — М.: Госкомитет по использованию атомной энергии СССР, 1984. С. 25 - 29.

11. Махутов Н. А., Дайчик М. Л. и др. Методы и результаты исследований напряженного состояния реакторной установки ВВЭР-1000 при эксплуатации. — М.: Международный центр научной и технической информации, Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, 1992. — 115 с.

12. Маслов С. В. Исследование напряженного состояния действующего оборудования методом тензометрии для уточнения условий прочности и ресурса / Машиностроение и инженерное образование. 2021. № 3 - 4(67). С. 16 - 27. EDN: NFLARX

13. Дайчик М. Л., Пригоровский Н. И., Хуршудов Г. X. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник. — М.: Машиностроение, 1989. — 240 с.

14. Razumovskii I. A., Chernyatin A. S., Fomin А. V Experimental-Computational Methods for Determination the StressStrain State of Structural Components / Inorganic Materials. 2014. Vol. 50. N 15. P. 1528 - 1536. EDN: UFIVLJ. DOI: 10.1134/S0020168514150151

15. Ватульян А. О., Нестеров С. А. Коэффициентные обратные задачи термомеханики. Том 1. — Ростов-на-Дону: Южный федеральный университет, 2019. — 146 с.