Steam generator (SG) tubes in a nuclear power plant can undergo rapid changes in pressure and temperature during an accident; thus, an accurate model to predict short-term creep damage is essential. The theta (𝜃) projection method has been widely used for modeling creep-strain behavior under constant stress. However, many creep test data are obtained under constant load, so creep rupture behavior under a constant load cannot be accurately simulated due to the different stress conditions. This paper proposes a novel methodology to obtain the creep curve under constant stress using a modified 𝜃 projection method that considers the increase in true stress during creep deformation in a constant-load creep test. The methodology is validated using finite element analysis, and the limitations of the methodology are also discussed. The paper also proposes a creep-strain model for alloy 690 as an SG material and a novel creep hardening rule we call the damage-fraction hardening rule. The creep hardening rule is applied to evaluate the creep rupture behavior of SG tubes. The results of this study show its great potential to evaluate the rupture behavior of an SG tube governed by creep deformation.
Min-Gu Won;Si-Hwa Jeong;Nam-Su Huh;Woo-Gon Kim;Hyeong-Yeon Lee
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.1
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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.
Hu, Bin;Wei, Er-Jian;Li, Jing;Zhu, Xin;Tian, Kun-Yun;Cui, Kai
Geomechanics and Engineering
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v.27
no.5
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pp.527-535
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2021
The creep characteristics of rock is of great significance for the study of long-term stability of engineering, so it is necessary to carry out indoor creep test and creep model of rock. First of all, in different water-bearing state and different positive pressure conditions, the granite is graded loaded to conduct indoor shear creep test. Through the test, the shear creep characteristics of granite are obtained. According to the test results, the stress-strain isochronous curve is obtained, and then the long-term strength of granite under different conditions is determined. Then, the fractional-order calculus software element is introduced, and it is connected in series with the spring element and the nonlinear viscoplastic body considering the creep acceleration start time to form a nonlinear viscoplastic creep model with fewer elements and fewer parameters. Finally, based on the shear creep test data of granite, using the nonlinear curve fitting of Origin software and Levenberg-Marquardt optimization algorithm, the parameter fitting and comparative analysis of the nonlinear creep model are carried out. The results show that the test data and the model curve have a high degree of fitting, which further explains the rationality and applicability of the established nonlinear visco-elastoplastic creep model. The research in this paper can provide certain reference significance and reference value for the study of nonlinear creep model of rock in the future.
The purpose of this study is to predict and investigate the time-dependent creep behavior of composite materials. For this, firstly the evaluation method for the modulus of elasticity of whole fiber and matrix is presented from the limited information on fiber volume fraction using the singular value decomposition method. Then, the effects of fiber volume fraction on modulus of elasticity of GFRP are verified. Also, as a creep model, the nonlinear curve fitting method based on the Marquardt algorithm is proposed. Using the existing Findley's power creep model and the proposed creep model, the effect of fiber volume fraction on the nonlinear creep behavior of composite materials is verified. Then, for the time-dependent analysis of a composite material subjected to uniaxial tension and simple shear loadings, a user-provided subroutine UMAT is developed to run within ABAQUS. Finally, the creep behavior of center loaded beam structure is investigated using the Hermitian beam elements with shear deformation effect and with time-dependent elastic and shear moduli.
In this study, a small punch creep(SP-Creep) test using miniaturized specimen$(10{\times}10{\times}0.5mm)$ has been described for the development of the newly semi-destructive creep test method for high temperature structural components such as headers and tubes of boiler turbine casino and rotor and reactor vessel. The SP-Creep testing technique has been applied to 2.25Cr-1Mo(STBA24) steel used widely as boiler tube material and the creep test temperature are varied at $550^{\circ}C{\sim}600^{\circ}C$. The overall deformations of SP-Creep curves are definitely depended with applied load and creep test temperature and show the creep behaviors of three steps like conventional uniaxial creep curves. The steady state creep rate${\delta}_{ss}$ of SP-Creep curve for miniaturized specimen increases with increasing creep temperature, but the exponential value with creep loading is decreased. The activation energy$(Q_{spc})$ during SP-Creep deformation with various test temperatures shows 605.7kJ/mol that is g.eater than 467.4kJ/mol reported in uniaxial creep test. This may be caused by the difference of stress states during creep deformation In two creep test. But from the experimental results, e.g. SP-Creep curve behaviors, the steady state creep rate${\delta}_{ss}$ with creep temperature, and the exponential value(n) with creep loading, it can be summarized that the SP-Creep test may be a useful test method to evaluate the creep properties of the heat resisting material.
The Kachanov and Rabotnov (K-R) creep damage model was interpreted and applied to type 316LN and HT-9 stainless steels. Seven creep constants of the model, A, B, $textsc{k}$, m, λ, ${\gamma}$, and q were determine d for type 316LN stainless steel. In order to quantify a damage parameter, the cavity was interruptedly traced during creep for measuring cavity area to be reflected into the damage equation. For type 316LN stainless steel, λ= $\varepsilon$R/$\varepsilon$* and λf=$\varepsilon$/$\varepsilon$R were 3.1 and increased with creep strain. The creep curve with λ=3.1 depleted well the experimental data to the full lifetime and its damage curve showed a good agreement when r=24. However for the HT-9 stainless steel, the values of λ and λf were different as λ=6.2 and λf=8.5, and their K-R creep curves did not agree with the experimental data. This mismatch in the HT-9 steel was due to the ductile fracture by softening of materials rather than the brittle fracture by cavity growth. The differences of the values in the above steels were attributed to creep ductilities at the secondary and the tertiary creep stages.
An AZ31 magnesium alloy was tested at constant temperatures ranging from 423 to 473 K (0.46 to 0.51 Tm) under constant stresses. All of the creep curves exhibited two types depending on stress levels. At low stress (${\sigma}/ G < 4 {\times}10^{-3}$), the creep curve was typical of class A (Alloy type) behavior. However, at high stresses (${\sigma}/ G > 4 {\times}10^{-3}$), the creep curve was typical of class M (Metal type) behavior. At low stress level, the stress exponent for the steady-state creep rate was of 3.5 and the true activation energy for creep was 101 kJ/mole which is close to that for solute diffusion. It indicates that the dominant deformation mechanism was glide-controlled dislocation creep. At low stress level where n=3.5, the present results are in good agreement with the prediction of Fridel model.
The Kachanov-Rabotnov (K-R) creep model was proposed to accurately model the long-term creep curves above $10^5$ hours of Alloy 617. To this end, a series of creep data was obtained from creep tests conducted under different stress levels at $950^{\circ}C$. Using these data, the creep constants used in the K-R model and the modified K-R model were determined by a nonlinear least square fitting (NLSF) method, respectively. The K-R model yielded poor correspondence with the experimental curves, but the modified K-R model provided good agreement with the curves. Log-log plots of ${\varepsilon}^{\ast}$-stress and ${\varepsilon}^{\ast}$-time to rupture showed good linear relationships. Constants in the modified K-R model were obtained as ${\lambda}$=2.78, and $k=1.24$, and they showed behavior close to stress independency. Using these constants, long-term creep curves above $10^5$ hours obtained from short-term creep data can be modeled by implementing the modified K-R model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.2
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pp.296-303
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2001
Kachanov-Rabotnov(K-R) creep damage theory was reviewed, and applied to design a creep curve for type 316LN stainless steel. Seven coefficients used in the theory, i.e., A, B, k, m, λ, r, and q were determined, and their physical meanings were analyzed clearly. In order to quantify a damage parameter ($\omega$), cavity amount was measured in the crept specimen taken from interrupted creep test with time variation, and then the amount was reflected into K-R damage equations. Coefficient λ, which is regarded as a creep tolerance feature of a material, increased with creep strain. Mater curve with λ=2.8 was well coincided with an experimental one to the full lifetime. The relationship between damage parameter and life fraction was matched with the theory at exponent ${\gamma}$=24 value. It is concluded that K-R damage equation was reliable as the modelling equation for type 316LN stainless steel. Coefficient data obtained from type 316LN stainless steel can be utilized for life prediction of operating material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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