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.
The creep life of 9Cr1MoVNb steel, in terms of Larson-Miller parameter(LMP), was evaluated by small punch(SP) creep simulation and verified by uniaxial creep test. By employing the elastoplastic FEM(finite element method), the small punch creep behaviors associated with various friction coefficients were simulated to identify a real friction phenomena. The friction coefficient, ${\mu}$=0.7, determined by comparing deflection history was used in the small punch creep simulation to find the equivalent stresses with which the relationship between punch load and uniaxial creep stress was found. The creep life was then predicted by the LMP, which was the relationship among the rupture time, temperature, and stress. Finally, the LMP calculated by SP-creep simulation was compared with that had computed by the uniaxial creep test and fairly matched LMPs were found.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.5
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pp.75-83
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2023
As part of a study to analyze the excessive camber occurring in prestressed concrete railway bridges, this paper presents a calculation method and analysis results for the creep coefficient which defines the increase in camber of a concrete structure over time. Using the creep coefficient formula of the design code, the coefficient is obtained by applying the climatic conditions (relative humidity and temperature) of 12 regions in Korea. The effects of differences in climatic conditions by region and starting time of load on the creep coefficient are analyzed. In order to properly calculate the creep, most of which occurs in the early stages of loading, a detailed analysis is performed by applying a time step analysis method to consider varying climate conditions through loaded period. The creep coefficient obtained by applying the average climate conditions of the region is similar to the average of the creep coefficients obtained by time step analysis. Through time step analysis, it is shown that the offset and overlap effects of relative humidity and temperature on the creep coefficient and the climate effect at the time of initial loading can be appropriately represented.
Kim, Bum-Joon;Cho, Nam-Hyuck;Kim, Moon-K;Lim, Byeong-Soo
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.7
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pp.515-521
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2011
Small punch creep testing has received attention due to the convenience of using smaller specimens than those of conventional uniaxial creep tests, which enables creep testing on developing or currently operational components. However, precedent studies have shown that it is necessary to consider friction between the punch and specimen when computing uniaxial equivalent stress from a finite element model. In this study, small punch creep behaviors of AISI 316L stainless steel, which is widely used in high temperature-high pressure machineries, have been compared for the two different ceramic balls such as $Si_3N_4$ and $Al_2O_3$. The optimal range of the friction coefficient is 0.4~0.5 at $650^{\circ}C$ for the best fit between experimental and simulation data of AISI 316 L stainless steel. The higher the friction coefficient, the longer the creep rupture time is. Therefore, the type of ceramic ball used must be specified for standardization of small punch creep testing.
Creep and shrinkage behaviour of an ultra lightweight cement composite (ULCC) up to 450 days was evaluated in comparison with those of a normal weight aggregate concrete (NWAC) and a lightweight aggregate concrete (LWAC) with similar 28-day compressive strength. The ULCC is characterized by low density < 1500 $kg/m^3$ and high compressive strength about 60 MPa. Autogenous shrinkage increased rapidly in the ULCC at early-age and almost 95% occurred prior to the start of creep test at 28 days. Hence, majority of shrinkage of the ULCC during creep test was drying shrinkage. Total shrinkage of the ULCC during the 450-day creep test was the lowest compared to the NWAC and LWAC. However, corresponding total creep in the ULCC was the highest with high proportion attributed to basic creep (${\geq}$ ~90%) and limited drying creep. The high creep of the ULCC is likely due to its low elastic modulus. Specific creep of the ULCC was similar to that of the NWAC, but more than 80% higher than the LWAC. Creep coefficient of the ULCC was about 47% lower than that of the NWAC but about 18% higher than that of the LWAC. Among five creep models evaluated which tend to over-estimate the creep coefficient of the ULCC, EC2 model gives acceptable prediction within +25% deviations. The EC2 model may be used as a first approximate for the creep of ULCC in the designs of steel-concrete composites or sandwich structures in the absence of other relevant creep data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.12
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pp.1455-1463
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2009
Theoretical mechanics analysis and finite element simulation were performed to investigate creep deformation behavior at the crack tip of transversely isotropic materials under small scale creep (SCC) conditions. Mechanical behavior of material was assumed as an elastic-$2^{nd}$ creep, which elastic modulus ( E ), Poisson's ratio ( ${\nu}$ ) and creep stress exponent ( n ) were isotropic and creep coefficient was only transversely isotropic. Based on the mechanics analysis for material behavior, a constitutive equation for transversely isotropic creep behavior was formulated and an equivalent creep coefficient was proposed under plain strain conditions. Creep deformation behavior at the crack tip was investigated through the finite element analysis. The results of the finite element analysis showed that creep deformation in transversely isotropic materials is dominant at the rear of the crack-tip. This result was more obvious when a load was applied to principal axis of anisotropy. Based on the results of the mechanics analysis and the finite element simulation, a corrected estimation scheme of the creep zone size was proposed in order to evaluate the creep deformation behavior at the crack tip of transversely isotropic creeping materials.
Park, Jung-Eun;Yang, Sung-Mo;Han, Jae-Hee;Yu, Hyo-Sun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.2
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pp.157-162
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2011
High temperature and stress are encounted in power plants and vehicle engines. Therefore, determination of the creep-fatigue life of a material is necessary prior to fabricating equipments. In this study, life design was determined on the basis of the lethargy coefficient for different temperatures, stress and rupture times. SP-Creep test data was compared with computed data. The SP-Creep test was performed to obtain the rupture time for X20CrMoV121 steel. The integration life equation was considered for three cases with various load, temperature and load-temperature. First, the lethargy coefficient was calculated by using the obtained rupture stress and the rupture time that were determined by carrying out the SP-Creep test. Next, life was predicted on the basis of the temperature condition. Finally, it was observed that life decreases considerably due to the coupling effect that results when fatigue and creep occur simultaneously.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.5
no.1
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pp.237-246
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2001
This study is to measure the creep coefficient by 3 days, 7 days and 28 days in the age when loading for the quality assessment of $350kgf/cm^2$ in the high-strength concrete. And it is to analyze the behavior of creep coefficient by applying the experimental data though the compressive strength test, the elastic modulus test and the dry shrinkage test to the ACI-209, AASHTO-94 and CEB/FIP-90, the prediction mode, and the basis of concrete structural design. Also it is to analyze the behavior of short-term creep coefficient during 91 days in the age when loading through the experiment by using the regression analysis, the statistical theory. As applying it to the long-term behavior during 365 days and comparing with the creep prediction mode and examining it, the result from the analysis of the quality of the concrete is as follows. As the result of comparison and analysis about the ACI-209, AASHTO-94 and CEB/FIP-90, the prediction mode, and the basis of concrete structural design, the normal Portland cement class 1 shows the approximate value with the prediction of GEE/PIP-90 and the basis of concrete structural design, but in case of the prediction of ACI-209 and AASHTO-94, there would be worry of underestimation in the application.
Time-dependent stress-strain behaviour significantly influences the compressibility characteristics of the clayey soil. In this paper, a series of oedometer tests were conducted in two loading patterns and investigated the time-dependent compressibility characteristics of Indian Montmorillonite Clay, also known as black cotton soil (BC) soil, during loading-unloading stages. The experimental data are analyzed using a new non-linear function of the Elasto-Visco-Plastic Model considering Swelling behaviour (EVPS model). From the experimental result, it is found that BC soil exhibits significant time-dependent behaviour during creep compared to the swelling stage. Pore water entrance restriction due to consolidated overburden pressure and decrease in cation hydrations are responsible factors. Apart from it, particle sliding is also evident during creep. The time-dependent parameters like strain limit, creep coefficient and Cαe/Cc are observed to be significant during the loading stage than the swelling stage. The relationship between creep coefficients and applied stresses is found to be nonlinear. The creep coefficient increases significantly up to 630 kPa-760 kPa (during reloading), and beyond it, the creep coefficient decreases continuously. Several parameters like loading duration, the magnitude of applied stress, loading history, and loading path have also influenced secondary compressibility characteristics. The time-dependent compressibility characteristics of BC soil are presented and discussed in detail.
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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