Concrete behaves as ductile material at high temperature. The existing stress-strain relationship is not valid at high temperature condition. Thus, stress-strain curve of concrete at high temperature is re-established by modifying Saenz's suggestion in this study. A constitutive model of concrete subjected to elevated temperature is also suggested. The model consists of three components; free thermal stain, mechanical strain and thermal creep strain. As the temperature increase, the thermal creep becomes more critical to the failure of concrete. The thermal creep strain of concrete is derived from the modified power-law relation for the steady state creep. The proposed equation for thermal creep employs a Dorn's temperature compensated time theorem
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.
Min-Gu Won;Si-Hwa Jeong;Nam-Su Huh;Woo-Gon Kim;Hyeong-Yeon Lee
Nuclear Engineering and Technology
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제56권1호
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pp.1-8
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2024
In this study, the influence of thermal aging on structural integrity is investigated for Gr. 91 steel. A commercial grade Gr. 91 steel is used for the virgin material, and service-exposed Gr. 91 steel is sampled from a steam pipe of a super critical plant. Time versus creep strain curves are obtained through creep tests with various stress levels at 600 ℃ for the virgin and service-exposed Gr. 91 steels, respectively. Based on the creep test results, the improved Omega model is characterized for describing the total creep strain curve for both Gr. 91 steels. The proposed parameters for creep deformation model are used for predicting the steady-state creep strain rate, creep rupture curve, and stress relaxation. Creep-fatigue damage is evaluated for the intermediate heat exchanger (IHX) in a large-scale sodium test facility of STELLA-2 by using creep deformation model with proposed creep parameters and creep rupture curve for both Gr. 91 steels. Based on the comparison results of creep fatigue damage for the virgin and service-exposed Gr. 91 steels, the thermal aging effect has been shown to be significant.
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.
Several methods have been developed to predict the creep rupture time of the steam pipes in thermal power plant. However, existing creep life prediction methods give very conservative value at operating stress of power plant and creep rupture strain cannot be well estimated. Therefore, in this study, creep rupture time and strain prediction method accounting for material damage and grain boundary sliding is newly proposed and compared with the existing experimental data. The creep damage evolves by continuous cavity nucleation and constrained cavity growth. The results showed good correlation between the theoretically predicted creep rupture time and the experimental data. And creep rupture strain may be well estimated by using the proposed method.
Components in thermal power plants are subjected to service conditions under which creep damages take place causing material exhaustion. Comprehensive creep damage investigations have been performed on a 0.5Cr0.5Mo0.25V pipe bend which had been taken out of service after 117,603h and 501 start-ups because of severe cracks. The propagation of creep damage in a long term exposed pipe bend has been analysed by the replication, Indentation and hardness tests. Also, Calculation of creep lifetime has been investigated in order to verify actual lifetime of a damaged pipe bend. By measuring diametrical expansion, Accumulated creep strain and creep strain rate were calculated. Calculated results of creep lifetime on the Larson-Miller Parameter method are good agreement with actual service-exposed hour.
In this study, stress-strain, thermal expansion strain, total strain and high temperature creep strain of ultra-high-strength concrete with compressive strengths of 80, 130, and 180MPa were experimentally evaluated considering elevated temperature and loading condition. Also, transient creep strain has been calculated by using the results of experiment. Experimental coefficient K was proposed with application of non-steady state creep model. It is considered that the experimental results of this study could be baseline data for deformation behavior analysis of ultra-high-strength concrete.
Mirzaei, Manouchehr Mohammad Hosseini;Arefi, Mohammad;Loghman, Abbas
Steel and Composite Structures
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제33권3호
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pp.463-472
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2019
Initial thermo-elastic and steady state creep deformation of a rotating functionally graded simple blade is studied using first-order shear deformation theory. A variable thickness model for cantilever beam has been considered. The blade geometry and loading are defined as functions of length so that one can define his own blade profile and loading using any arbitrary function. The blade is subjected to a transverse distributed load, an inertia body force due to rotation and a distributed temperature field due to a thermal gradient between the tip and the root. All mechanical and thermal properties except Poisson's ratio are assumed to be longitudinally variable based on the volume fraction of reinforcement. The creep behaviour is modelled by Norton's law. Considering creep strains in stress strain relation, Prandtl-Reuss relations, Norton' law and effective stress relation differential equation in term of effective creep strain is established. This differential equation is solved numerically. By effective creep strain, steady state stresses and deflections are obtained. It is concluded that reinforcement particle size and form of distribution of reinforcement has significant effect on the steady state creep behavior of the blade.
The aim of this research was to confirm the existence of the thermal creep degradation by hydrides of Zr-2.5Nb pressure tube materials. Small punch creep tests were performed to obtain the relationship between a creep displacement and a loading period at $300^{\circ}C$. A creep stress and a creep strain rate were also converted from the previous results. The creep material constants and the creep stress exponents at the different hydride contents were compared. Finally the hydrides of the axial and circumferential section were observed using OM, SEM and TEM. The following conclusions were made: 1) The degradation of the thermal creep by hydrides was existed and it strongly depended on the hydride contents. 2) As the hydride contents were increased, the creep stress exponents (m) were also increased. 3) Even though the hydride was not precipitated in 50 ppm materials at $300^{\circ}C$, the degradation of thermal creep was found. Therefore, it was believed that this phenomenon strongly related to the hydride precipitation at room temperature.
본 논문은 고온에서의 콘크리트 재료모델을 연구하였다. 콘크리트 응력-변형률 곡선은 온도가 증가함에 따라 그 형태가 변한다. 온도에 따른 콘크리트 재료거동의 변화를 나타내기 위하여 변형된 Saenz 제안식을 이용하여 응력-변형률 관계를 표시하였다. 고온에서의 급격한 변형률의 증가현상을 설명하기 위하여, 콘크리트의 변형률 성분을 순수 열팽창 변형률, 열적크리프 변형률, 과도 변형률 및 역학적 변형률로 구분하여 나타내었다. 열적크리프 변형률은 Baily-Norton의 장기크리프 곡선 식을 수정.제안하여 1축 실험 결과를 온도, 시간 및 응력의 함수로 표현하였고, 또한 유효응력 및 유효변형률 개념을 도입하여 다차원에서도 적용할 수 있는 모델을 제시하였다. 과도 변형률을 제안하여 다공탄성 거동을 가정한 콘크리트 내에 포함된 공극 및 수분의 작용을 역학적 거동의 영향을 분석하고자 하였다. 마지막으로, 본 논문에서 제시한 고온에서의 콘크리트 재료모델을 이용한 해석결과를 실제 화재실험자료와 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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