Ползучесть неравномерно нагретого по радиусу сплошного цилиндра в условиях облучения (стр. 3 из 3)
Возможен также обратный процесс – отрыв вакансии от края экстраплоскости или, что то же, присоединение к нему атома из узла решетки, который становится вакантным. Относительная частота актов присоединения и отрыва вакансий зависит от того, какова плотность вакансий – выше или ниже термодинамически равновесной. В равновесии эти частоты равны.
Локальный избыток вакансий создается у торцевых поверхностей растягиваемого кристалла, представленного на рис. 6, а. Если в нем имеются дислокации, то устанавливаются, как уже говорилось выше, диффузионные потоки вакансий не между гранями кристалла, а между соседними дислокациями, ориентированными так, чтобы кристалл удлинялся, когда они обмениваются вакансиями (см. рис. 6, а).
Конструкционные узлы и детали современных ядерных энергетических установок находятся в напряженном состоянии и при этом работают при повышенных температурах. Поэтому одной из главных причин изменения их размеров наряду с распуханием является ползучесть, которая значительно усиливается под облучением. Оказалось, что для большинства материалов скорость радиационной ползучести значительно выше, чем скорость термической ползучести. Основную роль радиационная ползучесть играет при температурах ниже ~ 0,45Тпл, а в области температур ~ 0,5Тпл ее вклад в деформацию становится сравнимым с термической ползучестью. При высокотемпературном облучении (выше 0,5Тпл) деформация материала под напряжением главным образом определяется уже процессом термической ползучести. Поэтому наибольший интерес представляют исследования, которые проводятся при температурах ниже 0,5Тпл.
Кратко остановимся на теоретических моделях, объясняющих радиационно-ускоренную ползучесть. Часто радиационная ползучесть реализуется в результате стимулированного напряжением движения дислокаций, включающего в себя консервативную и неконсервативную составляющие. Оказалось, что облучение оказывает влияние на ту и другую составляющие. С одной стороны, кластеры, микропоры и дислокационные петли, образующиеся в процессе облучения, становятся барьерами на пути скользящих дислокаций и тем самым замедляют процесс деформации. С другой – создаваемые в большом числе радиационно-индуцированные точечные дефекты способствуют переползанию краевых дислокаций и, следовательно, ускоряют процесс деформации под напряжением. Последний эффект чаще всего является более существенным, именно поэтому под воздействием облучения скорость ползучести возрастает.
В соответствии со сказанным большая часть теоретических моделей радиационной ползучести так или иначе включает в себя процессы переползания дислокаций в результате поглощения ими точечных дефектов.
В поле внешнего напряжения появляется дополнительное взаимодействие дислокации с точечными дефектами, обусловленное разницей упругих констант матрицы и точечных дефектов, так называемый модульный эффект. В результате дислокации, по-разному ориентированные по отношению к нагрузке, неодинаковым образом поглощают точечные дефекты, что приводит к различию их скоростей переползания и в конечном счете к направленной деформации.
Задача
При рассмотрении задачи сделаем следующие допущения исходя из реальных условий работы материала в реакторе. Поле температур в цилиндре осесимметрично; цилиндр бесконечной длинны, имеет место обобщенная плоская деформация; градиент температур по высоте цилиндра мал по сравнению с градиентом по радиусу, т.е. поперечные сечения рассматриваются независимо друг от друга.
При этих предположениях напряженно-деформированное состояние цилиндра описывается следующими уравнениями:
(1) 
; 
;Физические уравнения:
; 
Решение уравнений будем искать в перемещениях:
Полученную систему обозначим (2)
Где:
; 
отсюда получим, что
Подставляя (2) в (1) получим (3):
(3)Граничные условия имеют вид:
при 
, 
при 
,Неизвестную постоянную
определим из условия равновесия для цилиндра: 
Дополнительные деформации определим из выражений:
Где температурное поле Tи распухание S цилиндра считаются
Известными функциями радиуса r:
, 
,Так как цилиндр бесконечный, то
и следовательно получим
.Заключение
В данной курсовой работе исследовалось поведение материала бесконечного сплошного цилиндра, нагретого неравномерно по радиусу и подвергающегося облучению.
Знание свойств, характеристик и поведения конструкционных материалов и как следствие элементов конструкции при воздействии на них различных факторов, в том числе термического воздействия и облучения, является одним из важнейших факторов при проектировании и расчете ответственных конструкций, таких, например, как ядерные реакторы. Это в свою очередь предъявляет ряд определенных требований к инженерам-конструкторам, их уровню подготовки и квалификации.
1. И.С. Куликов, В.Б.Нестеренко, Б.Е. Тверковский "Прочность элементов конструкций при облучении"
2. Ибрагимов Ш.Ш., Кирсанов В.В., Пятилетов Ю.С. Радиационные повреждения металлов и сплавов. М.: Энергоатомиз-дат, 1985. 240 с.
3. Кирсанов В.В., Суворов А.Л., Трушин Ю.В. Процессы радиационного дефектообразования в металлах. М.: Энергоато-миздат, 1985. 272 с.
4. Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. М.: Высш. шк., 1983. 144 с