承壓熱衝擊下壓力容器斷裂力學探究
科技專論
作者：潘永慶
【摘要】本文依據美國核管會（NRC）的最新研究理論以及斷裂力學的基本理論，進一步分析研究了承壓熱衝擊下反應堆壓力容器斷裂力學問題，並提供了一些有效性的數據。分析表明：壓力容器的表麵裂紋和靠近內壁麵的埋藏裂紋在反應堆過冷瞬間容易發生開裂，而其深埋裂紋則相對而言不易發生開裂；在其它因素相同的條件下，其環向裂紋不易開裂，而軸向裂紋較易開裂。
【關鍵詞】承壓熱衝擊（PTS）；反應堆壓力容器（RPV）；斷裂力學探究
反應堆壓力容器（RPV）的過冷瞬態是指：在反應堆冷卻劑係統發生故障（失水事故）的時候，高壓安全注入係統啟動，把冷水迅速注入RPV的過程，也被稱為承壓熱衝擊（PTS）[1]。在PTS狀態下，把冷的安注水迅速注入到還處於高溫狀態下的RPV內壁時，這種較大的溫差必將會引發較強的熱應力，從而使反應堆壓力容器（RPV）內壁產生較大的拉應力，還有內壓的作用，就會造成RPV內表麵發生開裂。近年來，PTS斷裂力學研究技術已日漸成熟，PTS分析有利於提高反應堆整體安全係統的安全性。
一、斷裂力學的基本理論
（一）斷裂力學的概念
斷裂力學是指固體力學的一個重要分支，該學科要在假定裂紋存在的條件下，尋求裂紋長度、材料抗裂紋增長的固有阻力以及能使裂紋高速擴展從而導致結構失效的應力之間的定量關係[2]。
是對應於 的安全係數。
（二）應力強度因子KI和參考斷裂韌性KIR
裂紋有三種基本的類型：1、張開型（拉伸型），簡稱I型；2、同平麵剪切型（滑移型），簡稱II型；3、反平麵剪切型，簡稱III型。而根據理論，我們可以求出I型，II型和III型的裂紋，這樣，我們可以從中發現規律，從而得出應力強度因子KI的解析公式。
（三）無延性轉變溫度增量預測模型
目前，我們通常采用Monte Carlo法來分析斷裂力學問題。我們要先從各個隨機參數中選出一係列隨機數，然後對這些代表多個PTS分析模型的隨機數進行斷裂力學分析，再然後就是利用分析結果計算出RPV的失效概率。針對RPV的失效概率有相關規定，RPV的失效概率必須低於10-7（堆·年）-1。
二、RPV模型
RPV模型中，其材料的斷裂韌性在反應堆壓力容器（RPV）的處於過冷瞬態時受損最嚴重，所以，在設計RPV模型時應該要特別注意這一區域。
三、斷裂力學計算結果分析
（一）功能函數的建立
功能函數如下：g（x）= KIR （x）- KI（x）（x可取值為：wp、wcu、a、f）。（1）