Thermal creep is a key property of zircaloy cladding. CZ developed by CGN is a new zircaloy used as PWR fuel cladding. This research is devoted to investigating the thermal creep behavior of CZ and build the thermal creep model of CZ. Twenty internal pressure creep tests were conducted, and the ranges of temperature and Tresca stress were 320-430 ℃ and 70-300 MPa, respectively. Real-time creep data were analyzed by separating primary creep and steady-state creep. Based on Soderberg model and creep test data, CZ thermal creep model is derived. As a whole, the mean value and the standard deviation of P/M of CZ saturated primary creep strain are very close to these from steady-state creep rate, however, the predictive effect of primary creep is less satisfactory. Four conditions, where there exists large deviation between predicted values and test data, are 320 ℃ and 300 MPa, 350 ℃ and 190 MPa, 380 ℃ and 160 MPa, 380 ℃ and 190 MPa, respectively. As primary creep was much smaller than steady-state creep in long-time operation, the thermal creep model built can be applied to predict the thermal creep behavior of CZ cladding.
Three-dimensional finite element simulations are implemented for the in-pile thermo-mechanical behavior in U-Mo/Al monolithic fuel plates with different thermal creep rates of cladding involved. The numerical results indicate that the thickness increment of fuel foil rises with the thermal creep coefficient of cladding. The maximum Mises stress of cladding is reduced by ~85% from 344 MPa on the 98.0th day when the creep coefficient of cladding increases from 0.01 to 10.0, due to its equivalent thermal creep strain enlarged by 3.5 times. When the thermal creep coefficient of Aluminum cladding increases from 0 to 1.0, the maximum mesoscale stress of fuel foil varies slightly. At the same time, the peak mesoscale normal stress of fuel foil can reach 51 MPa on the 98.0th day for the thermal creep coefficient of 10, which increases by 60.3% of that with the thermal creep un-occurred in the cladding. The maximum through-thickness creep strain components of fuel foil differ slightly for different thermal creep coefficients of cladding. The dangerous region of fuel foil becomes much closer to the heavily irradiated side when the creep coefficient of cladding becomes 10.0. The creep performance of Aluminum cladding should be optimized for the integrity of monolithic fuel plates.
Zhong, Yang;Lan, Kuan-Che;Lee, Hoon;Zhou, Bomou;Wang, Yong;Tsang, D.K.L.;Stubbins, James F.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.7
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pp.1481-1485
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2020
The creep behavior of Ni-Cr-W alloy at 950 ℃ has been investigated by a novel creep testing system which is capable of in-situ measurement of strain. Tubular specimens were pressurized with argon gas for effective stresses up to 32 MPa. Experimental results show that the thermal fatigue reduces the creep life of the tubular specimens and with the introduction of thermal cycling fatigue the primary stage disappears and the creep rate higher than the pure thermal creep (without thermal fatigue). Also the creep behavior of Ni-Cr-W alloy doesn't consist in the secondary stage. A new creep equation has been derived and implemented into finite element method. The results from the finite element analyses are in good agreement with the creep experiment.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.2
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pp.138-144
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2004
The initiation and the propagation of solder joint crack depend on its environmental conditions, such as high temperature creep and thermal fatigue. Creep is known to be the most important factor for the mechanical failure of solder joints in micro-electronic components and micro-systems. This is mainly caused by the different thermal expansion coefficients of the materials used in the micro-electronic packages. To determine the reliability of solder joints and consequently the electronic components, the characterization of the creep behavior of this group of materials is crucial. This paper is to apply the theory of creep into solder joints and to provide related technical information needed for evaluation of reliability of solder joint to failure. 63Sn-37Pb solder was used in this study. This paper experimentally shows a way to enhance the reliability of solder joints.
A method to predict the creep behavior of fiber-reinforced ceramic composites at high temperatures was suggested based on finite element modeling using constituent creep equations of fiber and matrix and showed good agreement with the experimental results. The effects of matrix creep behavior, fiber volume fraction, and residual stresses on the composite creep behavior were also investigated. The results showed that the primary behavior of composites was greatly affected by that of matrix but post-primary behavior was governed by fiber creep characteristics. The increase of fiber volume fraction from 15 vol% to 30 vol% caused the 50% and 40% decrease of steady-state creep rates and total creep strains at $1200^{\circ}C$, 180MPa, respectively. Feasible compressive residual stresses in the matrix caused by different thermal expansion coefficients between the fiber and the matrix could significantly reduce total creep strains of the composite. The creep deformation mechanism in the fiber-reinforced ceramic composites could be explained by the stress transfer and redistribution in the fiber and matrix due to different creep characteristics of its constituents.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.176-179
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2005
Spray casting of hypereutectic Al-Si based alloy has been reported to provide distinct advantages over ingot metallurgy (IM) or rapid solidification/powder metallurgy (RS/PM) process in terms of microstructure refinement. Hypereutectic Al-Si based alloys have been regarded attractive for automotive and aerospace application, due to high specific strength, good wear resistance, low coefficient of thermal expansion, high thermal stability, and good creep resistance. In this study, hypereutectic Al-25Si-2.0Cu-1.0Mg alloy was prepared by OSPREY spray casting process. High temperature deformation behavior of the hypereutectic Al-Si based alloy has been investigated by applying the internal variable theory proposed by Chang et al. The change of strain rate sensitivity and Creep transition were analyzed by using the load relaxation test and constant creep test.
In order to get the information of the deformational behavior of rock masses with time in waste disposal repository, it is necessary to measure the relationships between stress and strain and time for temperature. A creep law is used in conjunction with the elastic moduli to calculate stress and displacement following waste emplacement. Exponential-time law's parameters consist of stress and temperature. In this study, thermal creep test was carried out for Whangdeung granite. The measured creep deformation behavior was well explained by exponential time law and generalized Kelvin's rheological model. Mechanicla coefficients for exponential-time creep law showed the clear tendency of temperature dependent while those for Kelvein's model didn't.
Abdulrazeg, A.A.;Noorzaei, J.;Mohammed, T.A.;Jaafar, M.S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.1
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pp.1-25
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2013
A combined thermal and mechanical action in roller compacted concrete (RCC) dam analysis is carried out using a three-dimensional finite element method. In this work a numerical procedure for the simulation of construction process and service life of RCC dams is presented. It takes into account the more relevant features of the behavior of concrete such as hydration, ageing and creep. A viscoelastic model, including ageing effects and thermal dependent properties is adopted for the concrete. The different isothermal temperature influence on creep and elastic modulus is taken into account by the maturity concept, and the influence of the change of temperature on creep is considered by introducing a transient thermal creep term. Crack index is used to assess the risk of occurrence of crack either at short or long term. This study demonstrates that, the increase of the elastic modulus has been accelerated due to the high temperature of hydration at the initial stage, and consequently stresses are increased.
This paper presents a thermal creep test under internal pressure and post-test characterization performed on high burnup (68 MWd/kgU) ZIRLO. This research has been done by the CSN, ENRESA, and ENUSA in order to investigate the behavior of advanced cladding materials in contemporary PWRs at higher burnup under dry cask storage conditions. Also, to investigate the hydride reorientation, the cool-down of the samples after the test has been done in a coordinated manner with the internal pressure. The creep results obtained are consistent with the expected behavior from reference CWSR material, Zr-4. During the test, the material retained significant ductility: one specimen leaked during the test at an engineering strain of the tube section of 17%; remarkably, the crack closed due to de-pressurization. Although significant hydride reorientation occurred during the cool-down under pressure, no specimen failed during the cool-down.
Recently, several high-tensile steels(e.g. 80kg and above, $2^{1/4}Cr$-1Mo)having good quality to high temperature and pressure-resistance are widely used to construct petroleum-plant and pressure vessel of heat or nuclear-power plant. However, in the steels, reheating crack at grain boundaries of the heat affected zone(HAZ) occures during post welding heat treatment(PWHT)to remove welding residual stress. In order to study theoretically the characteristics of reheating crack created by PWHT, the computer program of three-dimensional thermal-elasto-plasto-creep analysis based on finite element method are developed, and then the mechanical behavior(history of creep strain accumulation and stress relaxation, etc)of welded join in thick plate during PWTH is clarified by the numerical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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