Fuel cladding tubes in nuclear fuel assembly are held up by supporting grids because the tubes are long and slender. Fluid flows of high-pressure and high-temperature in the tubes cause oscillating motions between tubes and supports. This is called as FIV (flow induced vibration), which causes fretting wear in contact parts of tube and support. The fretting wear of tube and support can threaten the safety of nuclear power plant. Therefore, a research about the fretting wear characteristics of tube-support is required. The fretting wear tests were performed with supporting grids and cladding tubes, especially after corrosion treatment on tubes, in water. The tests were done using various applied loads with fixed amplitude. From the results of fretting tests, the wear amounts of tube materials can be predictable by obtaining the wear coefficient using the work rate model. Due to stick phenomena the wear depth was changed as increasing load and temperature. The maximum wear depth was decreased as increasing the water temperatures. At high temperatures there are the regions of some severe adhesion due to stick phenomena.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.8
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pp.1287-1293
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2001
Fretting is a potential degradation mechanism of structural components and equipments exposed to various environments and loading conditions. The fretting degradation, for example, for example, can be observed in equipments of nuclear, fossil as well as petroleum chemical plants exposed to special environments and loading conditions. It is well known that a cast stainless steel(CF8M) used in a primary reactor coolant(RCS) degrades seriously when that material is exposed to temperature range from 290$\^{C}$∼390$\^{C}$ for long period. This degradation can be resulted into a catastrophical failure of components. In the present paper, the characteristics of the fretting fatigue are investigated using the artificially aged CF8M specimen. The specimen of CF8M are prepared by an artificially accelerated aging technique holding 180hr at 430$\^{C}$ respectively. Through the investigations, the simple fatigue endurance limit of the virgin specimen is not altered from that obtained from the fatigue tests imposed the fretting fatigue. The similar tests are performed using the degraded specimen. The results are not changed from those of the virgin specimen. The significant effects of fretting fatigue imposed on both virgin and degraded specimen on the fatigue strength are not found.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.4
s.235
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pp.584-590
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2005
The effect of microstructure on mechanical behavior for Ti-6Al-4V alloy was studied. Two different kinds of specimens are prepared using heat treatments (rolled plate, $1050^{\circ}C)$ in order to Produce different microstructures. Various kinds of mechanical tests such as hardness, tensile, fatigue and fretting fatigue tests are performed for evaluation of mechanical properties with the changes of microstructures. Through these tests, the following conclusions are observed: 1) Microstructures are observed as equiaxed and $widmanst{\ddot{a}}ten$ microstructures respectively. 2) Impact absorbed energy is superior for the equiaxed microstructure, and the hardness and tensile strength are superior for the $widmanst{\ddot{a}}ten$ microstructure. 3) The fatigue endurance of $widmanst{\ddot{a}}ten$ microstritcture shows higher value than that of the equiaxed microstructure. 4) The fatigue endurance in fretting condition was reduced about $50{\%}$ from that of the non-fretting condition.
Kim, Hyung-Jin;Sung, Bong-Zoo;Park, Chi-Yong;Ryu, Ki-Whan
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.9
s.114
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pp.904-911
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2006
A modified energy method for the fretting wear of the steam generator tube is proposed to calculate the wear-out depth between the nuclear steam generator tube and its support. Estimation of fretting-wear damage typically requires a non-linear dynamic analysis with the information of the gap velocity and the flow density around the tube. This analysis is very complex and time consuming. The basic concept of the energy method is that the volume wear rate due to the fretting-wear phenomena Is related to work rate which is time rate of the product of normal contact force and sliding distance. The wearing motion is due to dynamic interaction between vibrating tube and its support structure, such as tube support plate and anti-vibration bar. It can be assumed that the absorbed work rate would come from turbulent flow energy around the vibrating tube. This study also numerically obtains the wear-out depth with various wear topologies. A new dissection method is applied to the multi-span tubes to represent the vibrational mode. It turns out that both the secondary side density and the normal gap velocity are important parameters for the fretting-wear phenomena of the steam generator tube.
The automotive environment is particularly demanding on connector performance, and is characterized by large temperature changes, high humidity and corrosive atmospheres. Fretting is a contact damage process that occurs between two contact surfaces. Fretting corrosion refers to corrosion damage at the asperities of contact surfaces. This damage is induced under load and in the presence of repeated relative surface motion, as induced for example by vibration. This paper critically reviews the works published previously on fretting corrosion of electrical connectors. Various experimental approaches such as testing machines, material selection, testing environments, acceleration testing techniques and preventing methods are addressed. Future research prospects arc suggested.
Fretting corrosion tests are conducted with a constant displacement amplitude using silver-plated brass coupons to investigate the effect of contact pressure on fretting corrosion. Three behaviors are identified based on the change in electric resistance and friction coefficient during the fretting test period, and the identified behaviors are dependent on the magnitude of the applied load. The failure cycle ($N_f$) with an electric resistance of 0.1 D cannot be achieved due to the adhesion behavior of the metal and metal contact under the higher applied load of 0.45 N. This suggests that an average contact pressure higher than 159 MPa for the silver-coated connector is desirable to gain an almost infinite lifetime. The relationship between the electric contact resistance (R) and the average contact pressure (p) can be written as $p=106.2{\times}{\Omega}^{-1.5}$.
The steam generator of nuclear power plant is composed with the bundles of long tubes. It is exposed fluid flow and weak in the vibration. The tubes are supported by anti-vibration bars. Due to vibration the wear damage is called as the fretting wear. It should be minimized for the safety of the plants. The hard coatings are very effective to reduce the amount of wear. The coatings of TiN and CrN are introduced in this study to protect the fretting surfaces. The tube-on-flat type tester was used for fretting wear tests. The results show that the wear amounts of the coated tubes were decreased depending on coating thickness. CrN was very effective to reduce the wear. In case of TiN the wear amounts were dependent on the coating thickness. Thick coating of TiN was very effective for wear resistance.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.19
no.2
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pp.61-68
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2023
The phenomenon of fretting wear due to the flow-induced vibration in steam generator (SG) tube is a significant degradation mechanism in nuclear power plants. Fretting wear in SG tube is primarily attributed to the friction and impact forces between the SG tube and the tube support structures, experienced during nuclear power plants operation. While the Archard model has generally been used for the prediction of fretting wear in SG tube, it is limited by its linear nature. In this study, we introduced an "Impact Shear Work-rate" (ISW) model, which takes into account the combined effects of impact and sliding. The ISW model was evaluated using existing experimental data on fretting wear in SG tube and was compared against the Archard model. The prediction results using the ISW model were more accurate than those using the Archard model, particularly for impact forces.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05c
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pp.21-26
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1996
Recently several PWR Nuclear Plant experienced fuel rod fretting wear failures due to Flow Induced Vibration. When such multi-span supported fuel assembly has vibration excitation, it is important to know how fretting wears are progress and when the fuel rods are start to failure. In this study, we estimate the amount of wear depth using Archard theory when the fuel rod starts to relative motion against spacer grid dimples.
Kim, Hyung-Kyu;Yoon, Kyung-Ho;Lee, Young-Ho;Ha, Jae-Wook;Kim, Seock-Sam
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.195-196
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2002
Studied is fretting wear behaviour of transversely vibrating tube which is supported by springs and dimples. This simulates the fuel rod fretting due to flow-induced vibration in a nuclear reactor. The contact between spacer grid springs and fuel cladding tubes arc brought into focus in this paper. From the mechanical viewpoint, a concave contact shape of spring is considered to perform a wider distribution of the contact stress. Sliding/impacting experiments are conducted in air at room temperature with the conditions of positive contact force and gap existence to accommodate the mechanical condition between the fuel rod and the grid spring during reactor operation. It is found that wear region is separated and wear volume becomes larger as the supporting condition becomes poorer. Spring and dimple cause similar wear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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