Stainless steels are commonly employed in engineering applications since they have superior properties such as low maintenance cost, and high temperature and corrosion resistance. These features allow them to be preferred in cylindrical shell structures as well. The behavior of a cylindrical shell structure made of stainless steel can be quite different from that made of carbon steel, as the material properties differ from each other. This paper deals with buckling behavior of axially loaded cylindrical shells made of stainless-steel. For this purpose, a combined experimental and numerical study was carried out. The experimental study comprised of testing of 18 cylindrical specimens. Following the experimental study, a numerical study was first conducted to validate test results. The comparisons show that finite element models provide good agreement with test results. Then, a numerical parametric study consisting of 450 models was performed to develop more generalized design recommendations for axially compressed cylindrical shell structures made of stainless steel. A simple formula was proposed for the practical design purposes. In other words, buckling strength curve equation is developed for three different fabrication quality.
Ayantika Banerjee ;Wangkyu Choi ;Byung-Seon Choi ;Sangyoon Park;Seon-Byeong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제55권5호
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pp.1892-1900
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2023
A protective oxide layer forms on the material surfaces of a Nuclear Power Plant during operation due to high temperature. These oxides can host radionuclides, the activated corrosion products of fission products, resulting in decommissioning workers' exposure. These deposited oxides are iron oxides such as Fe3O4, Fe2O3 and mixed ferrites such as nickel ferrites, chromium ferrites, and cobalt ferrites. Developing a new chemical decontamination technology for domestic CANDU-type reactors is challenging due to variations in oxide compositions from different structural materials in a Pressurized Water Reactor (PWR) system. The Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has already developed a chemical decontamination process for PWRs called 'HyBRID' (Hydrazine-Based Reductive metal Ion Decontamination) that does not use organic acids or organic chelating agents at all. As the first step to developing a new chemical decontamination technology for the Pressurized Heavy Water Reactor (PHWR) system, we investigated magnetite dissolution behaviors in various HyBRID inorganic acidic solutions to assess their applicability to the PHWR reactor system, which forms a thicker oxide film.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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제38권12호
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pp.1415-1420
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2014
Super-critical $CO_2$ ($S-CO_2$) Brayton cycle has been considered to replace the current steam Rankine cycle in Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) in order to improve the inherent safety and thermal efficiency. Several austenitic alloys are considered as the structural materials for high temperature $S-CO_2$ environment.. Microstructural change after long-term exposure to high temperature $S-CO_2$ environment could affect to the mechanical properties. In this study, candidate materials (austenitic stainless steels and Alloy 800HT) were exposed to $S-CO_2$ to assess oxidation resistance and the change in tensile properties. Loss of ductility was observed for some austenitic stainless steels even after 250 h exposure. The contribution of $S-CO_2$ environment on such changes was analyzed based on the characterization of the surface oxide and carburization of the materials in which 316H and 800H showed different oxidation behaviors.
Park, Soon Sub;Ko, Myeong Jin;Kim, Geon Hee;Won, Jong Ho
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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제29권12호
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pp.1267-1271
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2012
Demand for optical glass device used for lighting could increase rapidly because of LED lighting market growth. The optical glass devices that have been formed by hot press molding process the desired optical performance without being subjected to mechanical processing such as curve generation or grinding. EL-Max material has been used for many engineering applications because of their high wear resistance, high compressive strength, corrosion resistant and very good dimensional stability. EL-Max is very useful for a glass lens mold especially at high temperature and pressure. The performance and reliability of optical components are strongly influenced by the surface damage of EL-Max during grinding process. Therefore, the severe process condition optimization shall be necessary for the highly qualified EL-Max glass lens mold. To get the required qualified surface of EL-Max, the selection of type of the diamond wheel is also important. In this paper, we report best grinding conditions of ultra-precision grinding machining. The grinding machining results of the form accuracy and surface roughness have been analyzed by using Form Talysurf and NanoScan.
The rapid-set cement concrete causes high hydration temperature and nay result in a high drying shrinkage and shrinkage-induced cracking. This problem may be fixed by incorporating polypropylene fibers in rapid-set cement concrete, because of increased toughness, resistance to impact, corrosion, fatigue, and durability. A series of concrete drving shrinkage tests was peformed in order to investigate the shrinkage properties of polypropylene fiber reinforced concrete with experimental variables such as concrete types, fiber reinforcement, W/C ratio, with and without restraint. Uni-axially restrained bar specimens were used for the restrained shrinkage tests. The results were as follows; The dry shrinkage of rapid-set cement concrete was much lessor than that oi OPC, probably because of smaller weight reduction rate by early hydration and strength development. The constraint and bridging effects caused by polypropylene fibers were great for the rapid-setting cement concrete when compared with that of plain concrete, and this resulted In increased resistance against tensile stress and cracking.
The paper briefs a fuel performance code, COSMOS, which can be utilized for an analysis of the thermal behavior and fission gas release of fuel, up to a high burnup. Of particular concern are the models for the fuel thermal conductivity, the fission gas release, and the cladding corrosion and creep in $UO_2$ fuel. In addition, the code was developed so as to consider the inhomogeneity of MOX fuel, which requires restructuring the thermal conductivity and fission gas release models. These improvements enhanced COSMOS's precision for predicting the in-pile behavior of MOX fuel. The COSMOS code also extends its applicability to the instrumented fuel test in a research reactor. The various in-pile test results were analyzed and compared with the code's prediction. The database consists of the $UO_2$ irradiation test up to an ultra-high burnup, power ramp test of MOX fuel, and instrumented MOX fuel test in a research reactor after base irradiation in a commercial reactor. The comparisons demonstrated that the COSMOS code predicted the in-pile behaviors well, such as the fuel temperature, rod internal pressure, fission gas release, and cladding properties of MOX and $UO_2$ fuel. This sufficient accuracy reveals that the COSMOS can be utilized by both fuel vendors for fuel design, and license organizations for an understanding of fuel in-pile behaviors.
Son, Hwi Jun;Kim, Seok;Park, Ki-Beom;Jung, Hyoun Chul;Cho, Young Tae
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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제21권8호
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pp.25-31
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2022
Recently, investment in the aerospace industry has increased, and titanium alloys have been widely adopted for manufacturing parts in the aerospace industry. The Ti-6Al-4V alloy has high strength in high-temperature and high-pressure environments and is evaluated as a material with excellent heat, corrosion, and abrasion. However, titanium alloys are expensive, difficult to cut, and possess a large cutting load during the drilling process. In this study, the cutting force generated in the drilling process of Ti-6Al-4V alloy was verified via finite element analysis (FEM) and cutting force measurement experiments. A structural analysis was performed based on the cutting analysis data to verify the plastic deformation occurring during the drilling process of cylindrical Ti-6Al-4V alloy aircraft parts. Methods were proposed to predict the amount of deformation that occur during the manufacturing process of titanium-alloy aircraft parts and control the external environment, to minimize the amount of deformation.
The main objective of this study is to investigate the effect of salt water on the mechanical properties of a high modulus carbon-epoxy composite. Specimens were made of a carbon-epoxy composite UPN139B of SK Chemical and tested under inplane tension and shear after 0, 1, 3, 6, 9, and 12 months immersion in 3.5% salt water. Acceleration technique such as temperature elevation was not used. The tensile strengths and modulli in fiber and matrix direction did not show any remarkable degradation until 12 months immersion. In contrast to the tensile properties, shear strength and modulus started to gradually decrease up to about 10% of values of dry specimens after 12 months immersion. It was confirmed through the test that the material UPN139B can be an effective material for the shell structures in salt water to resist against the external pressure buckling because of the high fiber directional modulus and corrosion resistance.
Zhengyi Kong;Bo Yang;Cuiqiang Shi;Xinjie Huang;George Vasdravellis;Quang-Viet Vu;Seung-Eock Kim
Steel and Composite Structures
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제50권3호
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pp.281-298
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2024
Stainless steel bolts (SSB) are increasingly utilized in bolted steel connections due to their good mechanical performance and excellent corrosion resistance. Fire accidents, which commonly occur in engineering scenarios, pose a significant threat to the safety of steel frames. The post-fire behavior of SSB has a significant influence on the structural integrity of steel frames, and neglecting the effect of temperature can lead to serious accidents in engineering. Therefore, it is important to evaluate the performance of SSB at elevated temperatures and their residual strength after a fire incident. To investigate the mechanical behavior of SSB after fire, 114 bolts with grades A4-70 and A4-80, manufactured from 316L austenitic stainless steel, were subjected to elevated temperatures ranging from 20℃ to 1200℃. Two different cooling methods commonly employed in engineering, namely cooling at ambient temperatures (air cooling) and cooling in water (water cooling), were used to cool the bolts. Tensile tests were performed to examine the influence of elevated temperatures and cooling methods on the mechanical behavior of SSB. The results indicate that the temperature does not significantly affect the Young's modulus and the ultimate strength of SSB. Up to 500℃, the yield strength increases with temperature, but this trend reverses when the temperature exceeds 500℃. In contrast, the ultimate strain shows the opposite trend. The strain hardening exponent is not significantly influenced by the temperature until it reaches 500℃. The cooling methods employed have an insignificant impact on the performance of SSB. When compared to high-strength bolts, 316L austenitic SSB demonstrate superior fire resistance. Design models for the post-fire mechanical behavior of 316L austenitic SSB, encompassing parameters such as the elasticity modulus, yield strength, ultimate strength, ultimate strain, and strain hardening exponent, are proposed, and a more precise stress-strain model is recommended to predict the mechanical behavior of 316L austenitic SSB after a fire incident.
Recently nickel based superalloys are extensively being regarded as the materials for the steam turbine parts for hyper super critical (HSC) power plants working at the temperature over $700^{\circ}C$, since the materials have excellent strength and corrosion resistance in high temperature. In this paper, alloy 617 of solution strengthened material and alloy 263 of ${\gamma}^{\prime}$-precipitation strengthened material were prepared as the testing materials for HSC plants each other. Post weld heat treatment (PWHT) was conducted with the gas tungsten arc (GTA) welded specimens. The microstructure of the base metals and weld metals were investigated with Electron Probe Micro-Analysis (EPMA) and Scanning Transmission Electron Microscope (STEM). The experimental results revealed that Ti-Mo carbides were formed in both of the base metals and segregation of Co and Mo in both of the weld metals before PWHT and PWHT leaded to precipitation of various carbides such as Mo carbides in the specimens. Furthermore, fine ${\gamma}^{\prime}$ particles, that were not precipitated in the specimens before PWHT, were observed in base metal as well as in the weld metal of alloy 263 after PWHT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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