Baoquan Xue;Jibo Tan;Xinqiang Wu;Ziyu Zhang;Xiang Wang
Nuclear Engineering and Technology
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제56권5호
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pp.1887-1894
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2024
Fatigue strength of the structural materials of lead-cooled fast reactors (LFRs) and accelerator-driven systems (ADS) may be degraded in liquid metal (Lead or lead-bismuth eutectic (LBE)) environments. The fatigue crack growth (FCG) data of structural materials in liquid LBE are necessary for damage tolerance design, safety assessment and life management of key equipment. A novel monitoring system for fatigue crack length was designed on the compliance method and the monitor technology of crack opening displacement (COD) of CT specimens by the linear variable differential transformers (LVDT) system. It can be used to predict the crack length by monitoring the COD of CT specimens in harsh high-temperature liquid LBE using a LVDT system. The prediction accuracy of this system was verified by FCG experiments in room temperature air and liquid LBE at 150, 250 and 350 ℃. The first results obtained in the FCG test for T91 steel in liquid LBE at 350 ℃ are presented.
노후선박의 구조적 안전성을 확보하기 위해서는 부식이나 피로균열 및 기계적인 손상에 의하여 선체 구조 강도가 어떠한 영향을 받는지 충분히 검토하여 적절한 수리 보수 등 이에 대한 대책을 강구할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 관점에서 부식, 피로균열, 기계적인 손상과 같은 노후 선박에 발생할 수 있는 여러 가지 손상이 선체강도에 미치는 영향을 이론적, 수치적, 실험적인 방법을 통하여 조사하고, 이를 통하여 선각거더의 소성붕괴강도 저하를 고려한 신뢰성 평가법 및 보수, 수리를 통한 인정수준 이상의 선각강도를 유지하게 하는 지침도 연구하였다.
Stainless steel sheets are widely used as the structure material for the railroad cars and the commercial vehicles. These kinds structures used stainless steel sheets are commonly fabricated by using the gas welding. Gas welding is very important and useful technology in fabrication of a railroad car and vehicles structure.However fatigue strength of the gas welded joints is considerably lower than parent metal due to stress concentration at the weld, fatigue strength evaluation of gas welded joints are very important to evaluate the reliability and durability of railroad cars and to establish a criterion of long life fatigue design. In this paper, $({\Delta}{\sigma}_a)_R-N_f$ curve were obtained by fatigue tests. Using these results, the accelerated life test(ALT) was conducted. From the experimental results, an acceleration model was derived and acceleration factors are estimated. So it is intended to obtain the useful information for the fatigue lifetime of plug and ring gas welded joints and data analysis by statistic reliability method, to save time and cost, and to develop optimum accelerated life prediction plans.
Recent studies on the fatigue assessment of high strength steel weld based on the fracture mechanics have frequently raised the problems related to the conservatism in the fatigue crack growth rate specified in the relevant design code. The purpose of this study is to evaluate the effect of the fatigue crack growth parameter on the fatigue life for the low carbon steel weld. In order to do it, the fatigue tests with the constant stress ratio were performed to evaluate the fatigue crack growth rate in the butt weld of SM490. And the fatigue crack growth parameters of the weld were evaluated in accordance with ASTM E647. From the comparative fatigue assessment results, it was found that the fatigue crack growth rate specified in the relevant design code was too conservative to estimate the residual fatigue life of welded structure. So, in order to get the more reliable results, it was recommended that the fatigue life estimation based on the fracture mechanics be performed with the fatigue crack growth parameter specified by test.
Fatigue strength assessments with two types of load carrying fillet weldment under out-of-plane bending load have been carried out by using both hot spot stress and structural stress methods. In this study, a derivation for the structural stress method using shell element models is discussed in detail. Finite element analysis using shell element models have been performed for the assessment of fatigue strength. As a result of the fatigue strength evaluation for load carrying transverse fillet weldment, hot spot stress method is found to be consistent with structural stress method and measurement. Hot spot stress, however, estimated for the load carrying longitudinal fillet weldment exhibit large variation with respect to mesh size and element type while the calculated structural stress for the longitudinal fillet weldment is relatively independent of mesh size. On the other hand, drawbacks and doubts associated with applying the structural stress method such as the guidance of virtual node method have been discussed.
The fatigue strength of the welds is affected by such factors as the weld geometry, microstructures, tensile properties and residual stresses caused by fabrication. It is very important to evaluate the structural integrity of the welds in nuclear power plant because the weldment undergoes the most of damage and failure mechanisms. In this study, the fatigue assessments for a reactor vessel outlet nozzle with the weldment to the piping system are performed considering the welding residual stresses as well as the effect of local brittle zone in the vicinity of the weld fusion line. The analytical approaches employed are the microstructure and mechanical properties prediction by semi-analytical method, the thermal and stress analysis including the welding residual stress analysis by finite element method, the fatigue life assessment by following the ASME Code rules. The calculated results of cumulative usage factors(CUF) are compared for cases of the elastic and elasto-plastic analysis, and with or without residual stress and local brittle zone effects, respectively. Finally, the fatigue life of reactor vessel outlet nozzle weld is slightly affected by the local brittle zone and welding residual stresses.
A welding bead height is closely related to the efficiency of welding work, and the height of 3mm is used in the conventional practice of butt welding. in the present paper, the modification of bead height from 3mm to 6mm is considered to increase the efficiency and work productivity of butt welding on bottom plate (of BONGA FPSO actually built in SHI shipyard). Therefore, fatigue analysis has been carried out using simplified method based on the DNV Rules. It is found that the minimum fatigue life is about 594 years and the butt welding details with 6mm bead height has sufficient strength and resistance against fatigue.
본 논문에서는 종굽힘하에서 이중선각구조선박의 최종굽힘강도와 피로강도에 대한 신뢰성평가를 다루었다. 최종굽힘강도는 beam-column approach의 개념을 이용하여 구하였고, 보강판의 응력-변형도 곡선들은 소성힌지의 개념을 이용하여 유도하였다. 피로강도는 피로손상에 대한 것만을 고려하였고, 이를 위해 Miner의 손상식을 이용하였다. 갑판에서 가능한 여러 연결부 형태에 대해 그 피뢰신뢰성을 추정하였고 또한 굽힘에 의한 파괴와 피로에 의한 파괴를 동시에 고혀하는 일종의 Series System에 대한 신뢰성을 평가를 하였다.
Presently welded components are designed using S/N curves which predict only the fatigue life of the component. In order to ascertain the condition of the weld at any intermediate period of its life inspection is carried out. If cracks are detected in a weld fracture mechanics is used to find their remaining life. A procedure for assessment is developed here that can be used to verify the condition of a weld before inspection is carried out to detect cracks. This simple method has been developed using linear fracture envelopes by combining S/N curves with linear elastic fracture mechanics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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