An eccentrically-loaded single edge crack tension specimen (ESET) is similar to a compact tension(CT) specimen loaded in tension-tension. The standard ESET specimen exhibits advantages over other types of cracked specimen, such as n, single-edge crack, and middle-crack tension specimen. The details of ESET specimen configuration, test procedure, and calculations are described in ASTM E647 standard. However, a difficulty in attaching COD gage to the knife-edge on the front foe of the specimen can be found when the size of ESET specimen is small for rapid cooling and heating in thermal fatigue testing. The finite element analysis is performed for the ESET specimen with projected knife-edge on the front foe and a crack-length-compliance equation is suggested for the new specimen configuration. Calibration test are conducted with 347 stainless steel to compare the measured crack length with the calculated crack length from the suggested compliance expression. The test results showed good agreements with those of analysis.
In this study, a conceptual pyroprocess flowsheet has been devised by combining several dry-type unit processes; its applicability as an alternative fuel cycle technology was analyzed. A key point in the evaluation of its applicability to the fuel cycle was the recovery yield of fissile materials from spent fuels as well as the proliferation resistance of the process. The recovery yields of uranium and transuranic elements (TRU) were obtained from a material balance for every unit process composing the whole pyroprocess. The material balances for several elemental groups of interest such as uranium, TRU, rare earth, gaseous fission products, and heat generating elements were calculated on the basis of the knowledge base that is available from domestic and foreign experimental results or technical information presented in open literature. The calculated result of the material balance revealed that uranium and TRU could be recovered at 98.0% and 97.0%, respectively, from a typical PWR spent fuel. Furthermore, the anticipated TRU product was found to emit a non-negligible level of $\gamma$-ray and a significantly higher level of neutrons compared to that of a typical plutonium product obtained from the PUREX process. The results indicate that the product from this conceptual pyroprocessing should be handled in a shielded cell and that this will contribute favorably to retaining proliferation resistance.
In this paper, joints of Cu-1Cr-0.1Zr alloy to STS316L were performed by friction welding method. Particularly, Cu-1Cr-0.1Zr alloy is attractive candidate as nuclear power plant material and exibit the best combination of high strength and good electrical and thermal conductivity of any copper alloy examined. The stainless steel is a structural material while copper alloy acts as a heat sink material for the surface heat flux in the first wall. So, in this paper, not only the development of optimizing of friction welding with more reliability and more applicability but also the development of in-process real-time weld quality (such as strength and toughness) evaluation technique by acoustic emission for friction welding of such nuclear reactor component of Cu-1Cr-0.1Zr alloy to STS316L steel sere performed.
This paper describes a finite element model of the microstructure of dispersion type nuclear fuels, which can be used to determine the effective thermal conductivity of the fuels during irradiation. The model simulates a representative region of the fuel as a prism shaped unit cell made of brick elements. The elements within the unit cell are assigned material properties of either the fuel or the matrix depending on position, in such a way as to represent randomly distributed fuel particles with a size distribution similar to that of the as manufactured fuel. By applying an appropriate heat flux across the unit cell it is possible to determine the effective thermal conductivity of the unit cell as a function of the volume fraction of the fuel particles. The presence of a fuel/matrix interaction layer is simulated by the addition of a third set of material properties that are assigned to the finite elements that surround each fuel particle. In this way the effective thermal conductivity of the material may also be determined as a function of the volume fraction of the interaction layer. Work is on going to add fission gas bubbles in the fuel as a fourth phase to the model.
This paper presents an elastoplastic analysis for spent nuclear fuel disposal container and its 50 cm thick bentonite buffer to predict the collapse of the container while the horizontal asymmetric sudden rock movement of 10 cm is applied on the composite structure. This sudden rock movement is anticipated by the earthquake etc. at a deep underground. Elastoplastic material model is adopted. Drucker-Prager yield criterion is used for the material yield prediction of the bentonite buffer and von-Mises yield criterion is used for the material yield prediction of the container. Analysis results show that even though very large deformations occur beyond the yield point in the bentonite buffer, the container structure still endures elastic small strains and stresses below the yield strength. Hence, the asymmetric 50 cm thick bentonite buffer can protect the container safely against the 10 cm sudden rock movement by earthquake etc.. Analysis results also show that bending deformations occur in the container structure due to the shear deformation of the bentonite buffer. The finite element analysis code, NISA, is used for the analysis.
Wind plays an important role in cases of unexpected radioactive pollutant dispersion, deciding distribution and concentration of the leaked substance. The accurate prediction of wind has been challenging in numerical weather prediction models, especially near the surface because of the complex interaction between turbulent flow and topographic effect. In this study, we investigated the characteristics of atmospheric dispersion of radioactive material (i.e. 137Cs) according to the simulated boundary layer around the HANARO research nuclear reactor in Korea using the Weather Research and Forecasting (WRF)-Mesoscale Model Interface (MMIF)-California Puff (CALPUFF) model system. We examined the impacts of orographic drag on wind field, stability calculation methods, and planetary boundary layer parameterizations on the dispersion of radioactive material under a radioactive leaking scenario. We found that inclusion of the orographic drag effect in the WRF model improved the wind prediction most significantly over the complex terrain area, leading the model system to estimate the radioactive concentration near the reactor more conservatively. We also emphasized the importance of the stability calculation method and employing the skillful boundary layer parameterization to ensure more accurate low atmospheric conditions, in order to simulate more feasible spatial distribution of the radioactive dispersion in leaking scenarios.
Assumptions have always been that wall thinning on the secondary side piping in nuclear power plants is mostly caused by Flow-Accelerated Corrosion (FAC). Recent studies have showed that wall thinning on the secondary side piping is caused by Liquid Droplet Impingement Erosion (LDIE), Solid Particle Erosion (SPE), cavitation, and flashing. To manage those aging mechanisms, several software such as CHECWORKS, COMSY, and BRT-CICERO have been used in nuclear power plants. Korean nuclear power plants have been using the CHECWORKS program since 1996 to date. However, many site engineers have experienced a lot of inconveniences and problems in using the CHECWORKS program. In order to work through the inconveniences and to remedy problems, KEPCO-E&C has developed a "3D-based pipe wall thinning management program (ToSPACE)" based on the experience of over 30 years in relation to the pipe wall thinning management. This study compares the results of FAC and LDIE analysis using both the CHECWORKS and ToSPACE programs with respect to validation of the wall thinning analysis results.
During a severe accident, steam generator (SG) tubes undergo rapid changes in the pressure and temperature. Therefore, an appropriate creep model to predict a short term creep damage is essential. In this paper, a novel creep model for Alloy 690 SG tube material was proposed. It is based on the theta (θ) projection method that can represent all three stages of the creep process. The original θ projection method poses a limitation owing to its inability to represent experimental creep curves for SG tube materials for a large strain rate in the tertiary creep region. Therefore, a new modified θ projection method is proposed; subsequently, a master curve for Alloy 690 SG material is also proposed to optimize the creep model parameters, θi (i = 1-5). To adapt the implicit creep scheme to the finite element code, a partial derivative of incremental creep with respect to the stress is necessary. Accordingly, creep model parameters with a strictly linear relationship with the stress and temperature were proposed. The effectiveness of the model was validated using a commercial finite element analysis software. The creep model can be applied to evaluate the creep rupture behavior of SG tubes in nuclear power plants.
Geon Woo Jeon;Sung Woo Kim;Dong Jin Kim;Chang Yeol Jeong
Nuclear Engineering and Technology
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제54권12호
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pp.4481-4490
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2022
In this study, a new rupture disk corrosion test (RDCT) method was developed for real-time detection of stress corrosion cracking (SCC) initiation of Alloy 600 in a primary water environment of pressurized water reactors. In the RDCT method, one side of a disk specimen was exposed to a simulated primary water at high temperature and pressure while the other side was maintained at ambient pressure, inducing a dome-shaped deformation and tensile stress on the specimen. When SCC occurs in the primary water environment, it leads to the specimen rupture or water leakage through the specimen, which can be detected in real-time using a pressure gauge. The tensile stress applied to the disk specimen was calculated using a finite element analysis. The tensile stress was calculated to increase as the specimen thickness decreased. The SCC initiation time of the specimen was evaluated by the RDCT method, from which result it was found that the crack initiation time decreased with the decrease of specimen thickness owing to the increase of applied stress. After the SCC initiation test, many cracks were observed on the specimen surface in an intergranular fracture mode, which is a typical characteristic of SCC in the primary water environment.
Tae Young Kim;Sung Woo Kim;Dong Jim Kim;Sang Tae Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권8호
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pp.3180-3187
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2024
Rupture disk corrosion test (RDCT) method has been recently developed for real-time measurement of initiation of stress corrosion cracking (SCC) in a high-temperature water. This work presents a parametric study on the stress distribution of a thin disk specimen of RDCT to consider the fixture shape and friction using finite element analysis (FEA). The FEA results showed a dome-shaped deformation of the specimen. From the stress analysis as a function of friction coefficient, it was suggested that the maximum stress was applied around the dome-edge, which was invariant with change to the friction coefficient. This indicates that friction between the fixture and the specimen has little effect on stress distribution. On the other hand, the stress analysis as a function of a rounded-corner radius (Rc) revealed the location at which the maximum stress was applied shifted from the dome edge to the dome center as Rc increased. From SCC initiation tests using the RDCT apparatus in a primary water environment, it was found that SCC initiates at the dome edge when Rc is 0.5 mm, while SCC initiates near the disk center when Rc is 2.0 mm. This experimental result is in good agreement with the results of FEA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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