Explosions and fires on offshore drilling units and process plants, which cause loss of life and environmental damage, have been studied extensively. However, research on drilling units increased only after the 2010 Deepwater Horizon accident in the Gulf of Mexico. A major reason for explosions and fires on a drilling unit is blowout, which is caused by a failure to control the high temperatures and pressures upstream of the offshore underwater well. The area susceptible to explosion and fire due to blowout is the drill floor, which supports the main drilling system. Structural instability and collapse of the drill floor can threaten the structural integrity of the entire unit. This study simulates the behavior of fire subsequent to blowout and assesses the thermal load. A heat transfer structure analysis of the drill floor was carried out using the assessed thermal load, and the risk was noted. In order to maintain the structural integrity of the drill floor, passive fire protection of certain areas was recommended.
Plant-specific analyses of an advanced reactor have been performed to assure the structural integrity of the reactor pressure vessel during transient conditions, which are expected to initiate pressurized thermal shock (PTS) events. The vessel failure probabilities from the probabilistic fracture mechanics analyses are combined with the transient frequencies to generate the through-wall cracking frequencies, which are compared to the acceptance criterion. Several sensitivity analyses are performed, focusing on the orientations and sizes of cracks, the copper content, and a flaw distribution model. The results show that the integrity of the reactor vessel is expected to be maintained for long-term operation beyond the design lifetime from the PTS perspective using the design data of the advanced reactor. Moreover, a fluence level exceeding 9×1019 n/㎠ is found to be acceptable, generating a sufficient margin beyond the design lifetime.
Seo, Hee Won;Ham, Dong Woo;Kim, Kyung Kook;Han, Jeong Sam
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.4
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pp.347-354
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2016
Because typical gas turbine systems have frequent startup and shutdown operations, it is likely to cause cracks at the gas turbine casing and gas leakages at casing flanges due to thermal fatigue and embrittlement. Therefore, the evaluation of structural integrity and gas leakage at the gas turbine casings must be performed. In this paper, we have evaluated the structural integrity of the turbine casing and bolts under a normal operation in accordance with ASME B&PVC and evaluated the leakage at casing flanges by examination of contact pressure calculated using the finite element analysis. Finally, we propose a design flow including finite element modeling, the interpretation and evaluation methods for gas turbine casings. This may be utilized in the design and development of gas turbine casings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.8
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pp.1653-1665
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2002
One of the most significant problems in the processing of composite materials is residual stresses. The residual stresses may be high enough to cause cracking in the matrix even before external loads are applied and can degrade the integrity of composite structures. In this study, thermo-viscoelastic residual stresses occurred in the polymeric composite cylinder are investigated. This type of structure is used for the launch vehicle fuselage. The time and degree of cure dependent thermo-viscoelastic constitutive equations are developed and coupled with a thermo-chemical process model. These equations are solved with the finite element method to predict the residual stresses in the composite structures during cure. A launch vehicle experiences high thermal loads during flight and re-entry due to aerodynamic heating or propulsion heat, and the thermal loads may cause thermal buckling on the structure. In this study the thermal buckling analysis of composite cylinders are performed. Two boundary conditions such as all clamped and all simply supported are used for the analysis. The effects of laminates stacking sequences, shapes and residual stresses on the critical buckling temperatures of composite cylinders are investigated. The thermal buckling analysis is performed using ABAQUS.
One of the major factors affecting the life span of a Reactor Pressure Vessel (RPV) is the Pressurised Thermal Shock (PTS). PTS is a thermo-mechanical load on the RPV wall due to steep temperature gradients and structural load created by internal pressure of the fluid within the RPV. Safe operating life of a nuclear power plant is ensured by carrying out fracture analysis of the RPV against thermal shock. Carrying out fracture tests on RPV/large scale components is not always feasible. Hence, studies on laboratory level specimens are necessary to validate and supplement the prototype results. This paper aims to study the fracture behaviour of standard Compact Tension [C(T)] specimens, made of RPV steel 20MnMoNi55, subjected to thermal shock through experimental and numerical investigations. Fracture tests have been carried out on the C(T) specimens subjected to thermal transient load and tensile load to quantify the effect of thermal shock. Crack resistance curves are obtained from the fracture tests as per ASTM E1820 and compared with those obtained numerically using XFEM and a good agreement was found. A quantitative study on the crack tip plastic zone, computed using cohesive segment approach, from the numerical analyses justified the experimental crack initiation toughness.
Thermal striping is a complex thermal-hydraulic phenomenon caused by fluid temperature fluctuations that can also cause high-cycle thermal fatigue to the structural wall of sodium-cooled fast reactors (SFRs). Numerical simulations using large-eddy simulation (LES) were performed to predict and evaluate the characteristics of the temperature fluctuations related to thermal striping in the upper internal structure (UIS) of the prototype generation-IV sodium-cooled fast reactor (PGSFR). Specific monitoring points were established for the fluid region near the control rod driving mechanism (CRDM) guide tubes, CRDM guide tube walls, and UIS support plates, and the normalized mean and fluctuating temperatures were investigated at these points. It was found that the location of the maximum amplitude of the temperature fluctuations in the UIS was the lowest end of the inner wall of the CRDM guide tube, and the maximum value of the normalized fluctuating temperatures was 17.2%. The frequency of the maximum temperature fluctuation on the CRDM guide tube walls, which is an important factor in thermal striping, was also analyzed using the fast Fourier transform analysis. These results can be used for the structural integrity evaluation of the UIS in SFR.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.14
no.1
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pp.8-14
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2018
Printed circuit heat exchangers (PCHEs) are widely used with an increasing demand for industrial applications. PCHEs are capable of operating at high temperatures and pressure. We consider a PCHE as a candidate intermediate heat exchanger type for a high temperature gas-cooled reactor (HTGR). For conventional application using stainless steels, design and manufacturing of PCHEs are well established. For applications to HTGR, knowledge of longitudinal conduction and deformation of channel is required to estimate design margin. This paper analyzes the effects of longitudinal conduction and deformation of channel on thermal performance using a code internally developed for design and analysis of PCHEs. The code has a capability of two dimensional simulations. Longitudinal conduction is estimated using the code. In HTGR operating condition, about ten percent of design margin is required to compensate thermal performance. The cross-sectional images of PCHE channels are obtained using an optical microscope. The images are processed with computer image process technique. We quantify the deformation of channel with dimensional parameters. It is found that the deformation has negative effect on structural integrity. The deformation enhances thermal performance when the shape of channel is straight in laminar flow regime. It reduces thermal performance in cases of a zigzag channel and turbulent flow regime.
In order to increase thrust of the space launch vehicle, liquid oxygen as an oxidizer and kerosene or liquid hydrogen as a fuel are generally used. The oxidizer tank and fuel tanks are manufactured by composite materials such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) to increase pay load. The thermal stress of the cryogenic propellant tank should be considered because it has large temperature gradient. In this study, to confirm the design integrity of the oxidizer tank of liquid oxygen, a numerical analysis was conducted on the thermal stress and temperature distribution of the tank for various charging speed of the cryogenic fluid from 100 ~ 900 LPM taking into account the evaporation rate of the liquid nitrogen by convective heat transfer outside the tank and boiling heat transfer inside the tank. The thermal stress was also calculated coupled with the temperature distribution of the CFRP tank. Based on the analysis results, the charging speed of the LN2 can majorly affects the charging time and the resultant thermal stress.
Present investigation was conducted to determine the post-thaw sperm motility and acrosomal damage of filtered and non-filtered frozen semen of Murrah buffalo bulls. Twenty semen ejaculates (from four Murrah buffalo bulls collected at weekly interval) were diluted in Tris egg yolk glycerol extender and divided into two parts. One was filtered through sephadex G-100 column and the other portion was kept as such (non-filtered). Both fractions were frozen in liquid nitrogen ($-196^{\circ}C$) by the standard method developed in the laboratory. After 24 h of freezing, non-filtered and filtered semen samples were thawed at $37^{\circ}C$ for 1 min. These samples were incubated at $37^{\circ}C$ in a water both. The different seminal characteristics i.e. percent progressive sperm motility, live and abnormal spermatozoa and spermatozoa with damaged acrosome were assessed at hourly interval till they remained motile. The filtered frozen and thawed semen showed significantly (p<0.05) high sperm viability and acrosomal integrity as compared to non-filtered semen.
The main purpose of this paper is to establish the high temperature structural integrity evaluating procedures for the next generation reactors, which are to be operated at over 500$^{\circ}C$ and for 60 years. To do this, comparison studies of the high temperature structural design codes and assessment procedures such as the ASME-NH (USA), RCC-MR (France), DDS (Japan), and R5 (UK) are carried out in view of the accumulated inelastic strain and the creep-fatigue damage evaluations. Also the application procedures of the ASME-NH rules with the actual thermal and structural analysis results are described in detail. To overcome the complexity and the engineering costs arising from a real application of the ASME-NH rules by hand, all the procedures established in this study such as the time-dependent primary stress limits, total accumulated creep ratcheting strain limits, and the creep-fatigue damage limits are computerized and implemented into the SIE ASME-NH program. Using this program, the selected high temperature structures subjected to two cycle types are evaluated and the parametric studies for the effects of the time step size, primary load, number of cycles, normal temperature for the creep damage evaluations and the effects of the load history on the creep ratcheting strain calculations are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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