Анотація до роботи:

Окіпний І.Б. Вплив попереднього комбінованого розтягу на крихке руйнування сталі корпусу реактора. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.04 – Механіка деформівного твердого тіла. – Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, м. Тернопіль, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню впливу попереднього комбінованого навантаження на опір крихкому руйнуванню теплостійкої сталі 15Х2МФА у двох структурних станах, які моделюють радіаційне окрихчення матеріалу під дією нейтронного опромінення на середину (стан ІІ) і кінець (стан ІІІ) терміну експлуатації корпусу атомного реактора. Збільшення ППД приводить до зростання s_ск сталі 15Х2МФА(ІІІ) у порівнянні з первісним матеріалом, проте напруження сколювання за комбінованого розтягу залишається меншим порівняно із розтягом. Деформування наводнених зразків зменшує s_ск, а наводнювання деформованого матеріалу збільшує s_ск у порівнянні з первісним матеріалом.

Виявлено, що збільшення густини дислокацій і зменшення розміру структурних елементів після ППД розтягом і комбінованим розтягом підвищують s_ск сталі 15Х2МФА(ІІІ), причому, більш істотно за температури деформування 623К порівняно з 423К та сталі 15Х2МФА(ІІ) за температури деформування 623К. В свою чергу, збільшення густини дислокацій в малокутових границях наводнених зразків до ППД істотно зменшує напруження сколювання сталі 15Х2МФА(ІІ), що спричинене розвитком пошкоджуваності внаслідок взаємодії металу з воднем в процесі ППД та підвищенням концентрації водню в новоутворених дефектах.

Запропоновано методику оцінювання впливу комбінованого ПТН на в’язкість руйнування теплостійкої сталі, яка базується на аналізі напружено-деформованого стану МСЕ (у пружно-пластичній постановці) та критерії квазікрихкого руйнування – напруженні сколювання.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у розробленні методики оцінювання та встановлення основних закономірностей впливу попереднього комбінованого навантаження (накладання низькоамплітудного циклічного навантаження на одновісний розтяг), на опір крихкому руйнуванню сталі 15Х2МФА корпусу реактора, яка базується на аналізі НДС у вістрі тріщини та локальному критерії крихкого руйнування – напруженні сколювання. Руйнування відбувається, коли на певній віддалі СІD, яка дорівнює приблизно 300 мкм для досліджуваної сталі, нормальні напруження досягають напруження сколювання.

1. Розроблено методики дослідження впливу попереднього високотемпературного пластичного деформування і наводнювання на характеристики міцності і пластичності та опір крихкому руйнуванню теплостійких сталей з автоматизованою обробкою експериментальних даних.

2. Характер впливу попереднього комбінованого розтягу на напруження сколювання сталі корпусу реактора стану ІІІ, який моделює радіаційне окрихчення матеріалу на кінець терміну його експлуатації, неоднозначно залежить від величини пластичної деформації: до e_pl = 0,5% при 423К напруження сколювання зменшується порівняно з первісним матеріалом, проте подальше збільшення пластичної деформації підвищує s_ск у порівнянні з первісним матеріалом, хоча загалом напруження сколювання за комбінованого розтягу залишається меншим, ніж після попереднього деформування розтягом.

3. Встановлено, що характер впливу сумісного ППД і наводнювання на напруження сколювання сталі стану ІІ, який моделює радіаційне окрихчення матеріалу на середину терміну експлуатації корпусу реактора, залежить від послідовності ППД і наводнювання: деформування наводнених зразків зменшує s_ск, а наводнювання деформованого матеріалу збільшує s_ск у порівнянні з первісним матеріалом.

4. Виявлено збільшення густини дислокацій в малокутових границях і зменшення розміру структурних елементів після ППД розтягом і комбінованим розтягом, що підвищує напруження сколювання сталі станів ІІ і ІІІ, при цьому істотніше після деформування за температури 623К порівняно з 423К. Це пояснюється процесами термічного повороту і утворенням при ППД дислокаційних структур, які за вищої температури утворюють внутрішньозернову субструктуру, що відіграє роль додаткових бар’єрів, здатних гальмувати мікротріщину. В свою чергу, збільшення густини дислокацій в малокутових границях наводнених зразків до ППД істотно зменшує напруження сколювання сталі стану ІІ, що спричинене розвитком пошкоджуваності внаслідок взаємодії металу з воднем в процесі ППД.

5. Виявлено, що незалежно від режимів попереднє термомеханічне навантаження підвищує опір крихкому руйнуванню сталі стану ІІ: після ПТН критичний КІН К_f збільшується на 25-40% порівняно із в’язкістю руйнування К_1с, а після ПТН і наступного наводнювання – на 20-35%.

6. З використанням методу скінченних елементів (МСЕ) досліджено вплив ПТН і комбінованого ПТН на напружено-деформований стан (НДС) у вістрі тріщини за позацентрового розтягу компактних зразків із сталі 15Х2МФА(ІІ). Виявлено, що накладання циклічної складової за комбінованого ПТН зменшує нормальні напруження у вістрі тріщини, а також збільшує залишкові стискувальні напруження за сталого максимального КІН після розвантаження. Комбіноване ПТН значно знижує нормальні та еквівалентні за Мізесом напруження спереду вістря тріщини у порівнянні із ПТН.

7. Запропоновано методику оцінювання впливу комбінованого ПТН на в’язкість руйнування теплостійкої сталі, яка основана на аналізі МСЕ НДС (у пружно-пластичній постановці) та локальному критерії квазікрихкого руйнування – напруженні сколювання з урахуванням впливу пластичної деформації. Руйнування відбувається, коли на певній відстані від вістря тріщини нормальні напруження досягають напруження сколювання s_ск матеріалу з урахуванням впливу історії деформування. Отримано задовільне узгодження результатів моделювання впливу ПТН на крихке руйнування теплостійкої сталі 15Х2МФА(ІІ) з експериментальними даними і моделлю Hahn G.T., Hoagland R.G., Rosenfild A.R.

Публікації автора:

1. Ясній П.В., Гладьо В.Б., Окіпний І.Б. Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі // Проблемы прочности. – 2007. - №4. – С.19-30.

2. Ясній П.В., Пшоняк П.В., Окіпний І.Б. Вплив комбінованого попереднього навантаження на крихку міцність теплотривкої сталі // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2006. - № 3. – С.100-106.

3. Цирульник О., Окіпний І. Вплив водню і пластичної деформації на напруження сколювання теплостійкої сталі // Вісник Тернопільського державного технічного університету.—2006.— Т 11, № 1. - С.5-11.

4. Гуцайлюк В., Окіпний І., Ясній О. Вплив попереднього комбінованого розтягу на напруження сколювання // Вісник Тернопільського державного технічного університету.—2004.— Т 9., № 4.- С. 19- 25.

5. Ясній П. В., Окіпний І. Б. Вплив попередньої пластичної деформації на напруження сколювання // Збірник наукових праць “Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій”, За заг. ред. Андрейківа О. Є., Лучка Й. Й., Божидарника В. В. – Львів: Каменяр. - 2005. Випуск 6. – С.409-415.

6. Ясній П.В., Пиндус Ю.І., Окіпний І.Б., Шульган І.В. Вплив попереднього термомеханічного навантаження на напружено-деформівний стан у вістрі тріщини // Вісник Тернопільського державного технічного університету. —2007.— Т 12, № 2. - С. 7-12.

7. Yasniy P., Hutsaylyuk V., Pschonjak P., Okipny I. The influence of combined warm prestress on brittle fracture material of the pressure vessel of VVER – type // 18th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 18). - Beijing, China. - 2005.- P.1864-1871.

8. Гладьо В.Б., Гуцайлюк В.Б., Окіпний І.Б. Мікромеханізми деформування і напруження сколювання теплостійкої сталі// Матеріали ХІІІ міжнародного колоквіуму “Механічна втома металів-2006”. – Тернопіль. – 2006. – С. 171-178.

9. Hutsaylyuk V., Tsyrulnyk O., Okipny I., Yasniy О. The effect plastic deformation with hydrogenation on 15Cr2MFA heat-resistant steel cleavage stress // International сonference “Mechanika 2006”. - Kaunas. – P. 95-98.

10. Yasniy P., Okipny I., Hutsaylyuk V. Correlation between cleavage stress of the heat – resistant steel and type preliminary plastic deformation // International сonference “Mechanika 2007”. - Kaunas. – P. 92-95.

11. Ясній П.В., Гуцайлюк В.Б., Пшоняк П.В., Окіпний І.Б. Граничний і деформівний стан матеріалів корпусів атомних реакторів типу ВВЕР після попереднього комбінованого навантаження // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції “Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій” під ред. Трощенко В. Т. в 2-х т. – Київ. – 2005. – т. 2. – С. 407-408.

12. Гладьо В., Гуцайлюк В., Окіпний І. Взаємозв’язок мікроструктурних параметрів і напруження сколювання пластично деформованої сталі 15Х2МФА // Тези доповідей всеукраїнської наукової конференції “Сучасні проблеми механіки”. – Львів. – 2005. – С.32.

13. Yasniy P.V., Pschonjak P.V., Hutsaylyuk V.B., Okipnyi I.B. The effect of combined WPS on fracture toughness of heat-resistant steel // Collection of abstracts the ninth international conference “Material issues in design, manufacturing and operation of nuclear power plants equipment”. - Pushkin – St. Peterburg. – P. 37.

14. Окіпний І. Вплив комбінованого навантажування на діаграми деформування теплостійкої сталі // Тези доповідей ІХ наукової конференції ТДТУ. – Тернопіль. – 2005. – С. 100.

15. Ясній П.В., Гуцайлюк В.Б., Пшоняк П.В., Окіпний І.Б. Опір крихкому руйнуванню теплостійкої сталі після ПТН. Вплив циклічного навантаження // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції “Конструкційна міцність матеріалів і ресурс обладнання АЕС” під ред. Харченко В. В. – Київ. – 2006. – С. 114-115.

16. Ясній П., Гуцайлюк В., Пшоняк П., Окіпний І. Вплив амплітуди циклічної складової попереднього термомеханічного навантаження на опір крихкому руйнуванню сталі 15Х2МФА // Тези доповідей VІІ наукової конференції ТДТУ. – Тернопіль. – 2003. – С. 105.

17. Ясній П., Гуцайлюк В., Пшоняк П., Окіпний І. Вплив додаткової циклічної складової при деформуванні розтягом на кінетику розкриття тріщини // Тези доповідей VІІІ наукової конференції ТДТУ. – Тернопіль. – 2004. – С. 84.

18. Ясній П., Окіпний І., Пшоняк П. Вплив комбінованого навантаження на крихку міцність теплостійкої сталі // Тези доповідей VІІІ наукової конференції ТДТУ. – Тернопіль. – 2004. – С. 85.

19. Окіпний І. До питання впливу циклічної складової і наводнювання на границю текучості сталі 15Х2МФА // Тези доповідей Х наукової конференції ТДТУ. – Тернопіль. – 2006. – С. 143.

20. Ясний П.В., Пындус Ю.И., Окипный И.Б., Шульган И.В. Повышение хрупкой прочности предварительным термомеханическим нагружением // Тезисы ХVII Петербургских чтений по проблемам прочности. – Санкт-Петербург. – Ч. ІІ. -2007. – С. 83.

21. Yasniy P.V., Pyndus Yu. I., Hlado V.B., Okipny I.B., Shulhan I.V. Modeling of the effect of combined WPS on the brittle durability of a heat-resistance steel // Abstract of the second Hungarian-Ukraine joint conference “Safety – reliability and risk of engineering plants and components”. – Kyiv. - 2007. – P. 60-62.