Kwon, Jin Su;Kim, Doh Hyeon;Shin, Sung Gil;Lee, Jeong Ik;Kim, Sang Ji
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.3
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pp.1085-1097
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2022
A printed circuit steam generator (PCSG) is being considered as the component for pressurized water reactor (PWR) type small modular reactor (SMR) that can further reduce the physical size of the system. Since a steam generator in many PWR-type SMR generates superheated steam, it is expected that dryout front oscillation can potentially cause thermal fatigue failure due to cyclic thermal stresses induced by the transition in boiling regimes between convective evaporation and film boiling. To investigate the fatigue issue of a PCSG, a reference PCSG is designed in this study first using an in-house PCSG design tool. For the stress analysis, a finite element method analysis model is developed to obtain the temperature and stress fields of the designed PCSG. Fatigue estimation is performed based on ASME Boiler and pressure vessel code to identify the major parameters influencing the fatigue life time originating from the dryout front oscillation. As a result of this study, the limit on the temperature difference between the hot side and cold side fluids is obtained. Moreover, it is found that the heat transfer coefficient of convective evaporation and film boiling regimes play an essential role in the fatigue life cycle as well as the temperature difference.
There have been many researches for small scale packages such as CSP, BGA, and Flipchip. Underfill encapsulant technology is one of the latest assembly technologies. The underfill encapsulant could enhance the reliability of the packages by flowing into the gap between die and substrate. In this paper, the effects of underfill packages by both aspects of thermal and mechanical reliabilities are studied. Especially, it is focused to value board-level reliability whether by the underfill is applied or not. First of all, The predicted thermal fatigue lifes of underfilled and no underfilled $\mu$ BGA solder joints are performed by Coffin-Manson's equation and FEA program, ANSYS(version 5.62). Also, the thermal fatigue lifes of $\mu$ BGA solder joints are experimented by thermal cycle test during the temperature, 218K to 423k. Consequently, both experimental and numerical study show that $\mu$ BGA with underfill has over ten times better fatigue lift than $\mu$ BGA without underfill.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.1
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pp.122-129
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2004
Finite element analysis was performed to analyze structural safety of a new heavy-duty direct injection diesel engine. A half section of the in-line 6-cylinder engine was selected as a computational domain. A mapping method was used to project heat transfer coefficients from CFD results of engine coolant flow onto the FE model. The accurate setting of thermal boundary condition on the FE model was expected to result in improved prediction of temperature, cylinder bore distortion, and stresses. Characteristics of high cycle fatigue were investigated by assuming the engine was operated under the following five loading conditions repeatedly; assembly force, assembly force with thermal loading, alternating maximum gas pressure loading at each cylinder combined with assembly force and thermal loading. Distribution of fatigue safety factor was calculated by using it Haigh diagram in which the maximum and the minimum stresses were selected from the five loading cases.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.43-48
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2000
Composite materials have been increasingly used in automotive and aircraft industries, naturally leading to active researches on the materials. The carbon-epoxy composite is selected to study its thermal characteristics. During multiple thermal cycles composed of repeated cooling and heating variations of elastic constants are investigated to understand thermal effects on the carbon-epoxy composite. In this investigation longitudinal resonance method and flexural resonance method was used to characterize. The values of $E_1$ show small amount of increases depending on number of cycles of the thermal fatigue processes whereas values of $G_13$ do not indicate noticeable changes. Also, in cases of $E_2$ and $G_23$ their values decrease to a certain extend in initial stages after applications of thermal fatigue processes. However, the number of cycles of the applied thermal fatigue processes does not seem to affect their values.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.415-418
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2011
Thermal fatigue is one of the life-limiting damage mechanisms in the nuclear power plant conditions. The turbulent mixing of fluids of different temperatures induces rapid temperature changes to the pipe wall. The successive thermal transients cause varying cyclic thermal stresses. These cyclic thermal stresses cause fatigue crack nucleation and growth similar to the cyclic mechanical stresses. The aim of this study was to fulfil the need by developing an real crack manufacturing method, which would produce realistic cracks. The test material was austenitic STS 304, which is used as pipelines in the reactor coolant system of a nuclear power plants. In order to fabricate thermal fatigue crack similar to realistic crack, successive thermal transients were applied to the specimen. Thermal transient cycles were combined with heating (60sec) and cooling cycle (30sec). And, In order to identify ultrasonic characteristic, it was performed the ultrasonic reflection measuring method for the fabricated specimen. From the results of ultrasonic reflection measuring testing, it was conformed that A-scan results(average 83% of real crack depth) for the TFC reference specimen was more enhanced NDT reliability than results(average 38% of real crack depth) for the EDM notch reference specimen.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.6
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pp.669-676
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2014
A three-way catalyst substrate for domestic passenger car satisfies the design criteria for exhaust gas exchange and pressure drop but does not have satisfactory thermal fatigue performance. Prefracture faults in this three-way catalyst substrate has often been discovered in vehicle repair or vehicle inspection facilities. This paper presents a thermal fatigue performance estimation method for a three-way catalyst substrate using a probabilistic strength reduction factor model. This method is superior to the thermal fatigue performance estimation method for a three-way catalyst substrate that uses a deterministic strength model.
The effect of porous matrix on thermal fatigue behavior of 3D-orthogonally woven SiC/SiC composite was evaluated in comparison with that having relatively dense matrix. The porous matrix yields open air passages through its thickness which can be utilized for transpiration cooling. On the other hand, the latter matrix is so dense that the air passages are sealed. A quantity of the matrix was varied by changing the number of repetition cycles of the polymer impregnation pyrolysis (PIP). Strength degradation of composites under thermal cycling conditions was evaluated by the $1200^{\circ}C$/RT thermal cycles with a combination of burner heating and air cooling for 200 cycles. It was found that the SiC/SiC composite with the porous matrix revealed little degradation in strength during the thermal cycles, while the other sample showed a 25% decrease in strength. Finally it was demonstrated that the porous structure in 3D-SiC/SiC composite improved the thermal fatigue durability.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.12
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pp.1155-1159
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2014
Thermal barrier coating (TBC) which is used to protect the substrate of gas turbine is exposed to high temperature environment. Because of high temperature environment, thermally grown oxide (TGO) is grown at the interface of thermal barrier coating in operation of gas turbine. The growth of TGO critically affects to durability of TBC, so the evaluation about durability of TBC with TGOs of various thickness is needed. In this research, TGO was inserted by aging of TBC specimen to evaluate the effect of the TGO growth. Then thickness of TGO was defined by microstructure analysis, and thermal fatigue test was performed with these aging specimens. Finally, the relation between thermal fatigue life and the TGO growth according to aging time was obtained.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.8
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pp.660-667
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2008
During the last two decades, lots of efforts have been devoted to resolve thermal stratification phenomenon and primary water environment issues. While several effective methods were proposed especially in related to thermally stratified flow analyses and corrosive material resistance experiments, however, lack of details on specific stress and fatigue evaluation make it difficult to quantify structural behaviors. In the present work, effects of the thermal stratification and primary water are numerically examined from a structural integrity point of view. First, a representative austenitic nuclear piping is selected and its stress components at critical locations are calculated in use of four stratified temperature inputs and eight transient conditions. Subsequently, both metal and environmental fatigue usage factors of the piping are determined by manipulating the stress components in accordance with NUREG/CR-5704 as well as ASME B&PV Codes. Key findings from the fatigue evaluation with applicability of pipe and three-dimensional solid finite elements are fully discussed and a recommendation for realistic evaluation is suggested.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.4
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pp.150-159
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2018
The present research deals with a finite element analysis and fatigue evaluation of a steam separator of a high-pressure evaporator for the Heat Recovery Steam Generator (HRSG). The fatigue during the expected life of the HRSG was evaluated according to the ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Division 2 (ASME Code). First, based on the eight transient operating conditions prescribed for the HRSG, temperature distribution of the steam separator was analyzed by a transient thermal analysis. Results of the thermal analysis were used as a thermal load for the structural analysis and used to determine the mean cycle temperature. Next, a structural analysis for the transient conditions was carried out with the thermal load, steam pressure, and nozzle load. The maximum stress location was found to be the riser nozzle bore, and hence fatigue was evaluated at that location, as per ASME Code. As a result, the cumulative usage factor was calculated as 0.00072 (much less than 1). In conclusion, the steam separator was found to be safe from fatigue failure during the expected life.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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