Структурное состояние

Для того чтобы понять сущность методов расчета надежности современных ИМС, рассмотрим применение статистических методов для расчета структурной надежности.

Расчет структурной надежности. Как отмечалось, для расчета надежности нужно предварительно разработать (составить) функциональную в отношении надежности схему изделия — схему из элементов расчета надежности, которая отражала бы выполнение заданной основной функции. В основу построения такой схемы могут быть положены принципиальная электрическая схема изделия и его конструктивно-технологическое исполнение, где элементы схемы заменяются элементами расчета надежности. Причем соединения между элементами расчета надежности должны соответствовать нормальному функционированию изделия с учетом вида отказов.

При этом говорят о структурной надежности изделия, т.е. о результирующей надежности изделия при заданной его структуре и известных значениях надежности всех входящих в нее составных частей (элементов конструкции).

Для расчета структурной надежности ИМС 1-й и 2-й степеней интеграции и большинства БИС используют основное (последовательное) соединение элементов в функционально-надежностной схеме, а для расчета некоторых БИС, особенно БИС ЗУ с резервированием (по словам и разрядам), — последовательно-параллельное соединение.

Рассмотренные статистические методы расчета структурной надежности в общем виде приемлемы для расчета надежности как ИМС, так и РЭА (в том числе микроэлектронной) на этапе их проектирования. Однако специфика ИМС, БИС и МСБ, в частности изготовление интегрально-групповыми методами, накладывает определенные требования на расчет их надежности. Поэтому на современном этапе развития микроэлектроники для расчета надежности основных изделий (ИМС, БИС и МСБ) с учетом их специфических схемотехнических, конструктивных и технологических особенностей, выработались две группы методов:

Для предотвращения опасных последствий максимальной проектной аварии (МПА), связанной с потерей теплоносителя в реакторах типа ВВЭР, необходимы эффективные средства аварийного охлаждения. На АЭС с ВВЭР эта задача решается путем сооружения специальных систем аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ), предназначенных для предотвращения разрушения твэлов или расплавления топлива в авариях, связанных с потерей теплоносителя, вплоть до МПА. Эти условия гарантируют сохранение геометрии активной зоны, что позволяет провести послеаварийную перегрузку топлива. Обеспечение этих условий зависит как от структурной надежности САОЗ, так и от организации внутризонного охлаждения, т. е. от способов подачи охлаждающей воды в активную зону и расхода ее на всех стадиях МПА.

создать оптимальные схемы как отдельных подсистем, так и систем аварийного охлаждения в целом, поэтому целесообразно дополнять предельные оценки вероятностно-статистическими, основанными на понятиях структурной надежности. В [18] был предложен принцип равной надежности систем безопасности, на основании которого можно определить требуемые количественные характеристики надежности указанных систем при выборе вероятностного критерия безопасности на уровне 10~~7 1/год.

Для реализации вероятностно-статистического подхода необходима разработка соответствующего метода. Наибольшую известность для анализа структурной надежности систем безопасности получил метод дерева отказов. В течение ряда лет разрабатывались различные программные алгоритмы на базе основных положений данного метода, которые были применены в САОЗ для реакторов ВВЭР [21]. Итак, в результате детального изучения имеющейся и прогнозируемой статистики отказов основного оборудования систем безопасности удалось получить спектр количественных характеристик основных показателей надежности САОЗ и сравнить данные показатели с требуемыми, определяемыми на основе принципа равной надежности.

Для систем безопасности, находящихся в режиме ожидания, период функционирования которых весьма краток (к этим устройствам относятся, например, системы гидроемкостей реакторов ВВЭР), более существенным в оценке надежности является определение вероятности срабатывания в определенном интервале времени. В связи с этим основной анализ надежности указанных подсистем проводился на основе средней вероятности срабатывания или функции готовности в интервале времени до 8760 ч. Для других подсистем САОЗ анализ проводился также с учетом периодов и длительности инспекции, условий восстановления оборудования и длительности функционирования. Однако при определении эффективности аварийного охлаждения наиболее существенным является начальный период функционирования САОЗ, в течение которого определяется ход температурных кривых оболочек твэлов и соответственно их целостность. Поэтому прежде всего необходимо установить взаимосвязь показателей структурной надежности и совершенства охлаждения на стадии работы гидроемкостей реакторов ВВЭР.

Предполагается, что по элементам, входящим в сечение, может передаваться электроэнергия в узел нагрузки системы. Такие сечения называются основными. Взаимосвязь между отказами элементов может порождать ситуации, когда отказы элементов, по которым не передается и не может передаваться электроэнергия в узел нагрузки, также приводят к состоянию полного отказа схемы относительно узла. Минимальные совокупности элементов, которым электроэнергия непосредственно в узел нагрузки не передается или передается по части из них, но отказ которых приводит к потере питания узла, называются дополнительными сечениями схемы. Формирование условий отказов в оценках структурной надежности относительно узла сводится к определению основных и дополнительных сечений схемы.

Изложенный приближенный метод формирования условий состояний отказов в расчетах показателей структурной надежности сложных схем ориентирован на применение ЭВМ и позволяет:

первая цифра — структурное состояние и вид прокатки: / — горячекатаная изотропная; 2—холоднокатаная изотропная; 3 — холоднокатаная анизотропная с ребровой структурой;

Файл «Изоляционные материалы» состоит из записей, содержащих физические, механические и технические свойства изоляционных материалов, их структурное состояние и химический состав. За основу взяты стандарты и технические условия, перечисленные в каталоге БД. Каждая запись файла содержит 85 полей. Описание всех полей приведено в эксплуатационной документации АБД САПР. Заметим, что в данном файле 25 полей объявлены дескрипторными. К их числу, например, отнесены: наименование материала, марка материала, ГОСТ или ТУ и срок их действия, код изделия по Общесоюзному классификатору продукции (ОКП), интервал рабочих температур, электрическая прочность (точнее, параметры, при которых она численно определяется), теплопроводность, пробивное напряжение и т. д.

В соответствии с ГОСТ 21427.0—75 сталь маркируется четырьмя цифрами. В марке стали цифры означают: первая — структурное состояние и вид прокатки (/ — горячекатаная изотропная, 2 —холоднокатаная изотропная, 3—холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой); вторая — примерное содержание кремния; третья — основные нормируемые характеристики: 0 — удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (Pi.r/so), 1 —при индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (Pi.s/so), 2 — при индукции 1 Тл и частоте 400 Гц (Pi/4oo), 6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/и (B0
Исследовались образцы холоднодеформированной стали 08кп и У9 в виде проволоки 0 1,5 мм после различных суммарных обжатий. Поскольку структурное состояние оказывает большое влияние на все механические характеристики, в том числе на уровень остаточных напряжений 1-го рода деформированной стали, нами исследовались образцы, протянутые из заготовок,с различной исходной структурой. Для стали 08кп перед деформацией проводилась нормализация от температуры 1100° С. Из стали У9 были подготовлены три партии образцов, структура которых перед завершающей деформацией была сформирована таким образом, чтобы получить различную дисперсность карбидной фазы. Первую группу образцов подвергали закалке от 1000° С с последующим электроотпуском при 550° С. Вторая партия была обработана путем нормализации от 1000° С после электронагрева со скоростью 50 град/сек, третья группа образцов была отожжена в печи в течение 3 ч при температуре 850° С в среде аргона. Во всех трех случаях были получены структуры пластинчатого перлита, но различной степени дисперсности.

Существенное влияние на долговечность гибов оказывает термическая обработка труб, которая определяет их структурное состояние. Как было показано выше, структурную чувствительность проявляют скорость ползучести, процесс накопления повреждений.

Структурное состояние стали определяет жаропрочные свойства как прямых труб, так и гибов. Так, в [17] изучены жаропрочные свойства большого числа труб и гибов паропроводов, изготовленных из стали 12Х1МФ, и установлено, что основное влияние на разброс значений длительной прочности оказывает структурное состояние стали. Холодная пластическая деформация гибки не изменяет существенно этого разброса и несколько повышает жаропрочные свойства стали. Упрочняющее влияние деформации проявляется тем заметней, чем стабильней исходная структура. Так, при исходной феррито-карбидной структуре упрочняющее влияние гибки отчетливо проявляется и сохраняется длительное время, например при 540 °С — до нескольких десятков тысяч часов. В стали со структурой фрагментирован-

Одно из возможных решений поставленной задачи сформулировано отраслевым стандартом [35]. При конструировании этого уравнения предполагалось существование ряда параметров, с помощью которых задается структурное состояние материала и учитывается влияние пластической деформации на скорость ползучести, проявляющееся в виде двух противоборствующих факторов — упрочнения и разупрочнения.

Отмечалось [54, 68, 69], что величина пластической деформации не всегда однозначно определяет эквивалентное структурное состояние. При нестационарных режимах закон коммутативности часто не подтверждается.

Практическое прогнозирование работоспособности оборудования должно базироваться на шести—восьми основных параметрах. Основными параметрами, которые характеризуют предельное состояние деталей и узлов и могут быть использованы для практического прогнозирования эксплуатационной долговечности, являются: поврежденность деталей; температурный режим эксплуатации; количество пусков-остановов (для котлов и изменение нагрузки); длительность эксплуатации; геометрические размеры (большие остаточные деформации и износ стенок труб поверхностей нагрева); механические свойства материалов и структурное состояние металла.

5.7. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛА

5.7. Механические свойства и структурное состояние металла...........................204