The design of major industrial facilities for the prevention of fatigue failure is customarily done by defining a set of transients and performing a calculation of cumulative usage factor. However, sometimes, the inherent conservatism or lack of details as well as unanticipated transients in old plant may cause maintenance problems. Even though several famous on-line monitoring and diagnosis systems have been developed world-widely, in this paper, a new system fur fatigue monitoring and life evaluation of crane is proposed to reduce customizing effort and purchasing cost. With regard to the system, at first, comprehensive operating transient data has been acquired at critical locations of crane. The real-time data were classified, by using adaptive resonance theory that is one of typical artificial neural network, into representative stress groups. Then the each classified stress pattern was mapped to calculated cumulative usage factor in accordance with ASME procedure. Thereby, promising results were obtained fur the crane and it is believed that the developed system can be applicable to other major facilities extensively.
The structural integrity of mechanical components during several transients should be assured in the design stage. This requires a fatigue analysis including thermal and stress analyses. As an example, this study performs a fatigue analysis of the reactor pressure vessel of SMART during arbitrary transients. Using heat transfer coefficients determined based on the operating environments, a transient thermal analysis is performed and the results are applied to a finite element model along with the pressure to calculate the stresses. The total stress intensity range and cumulative fatigue usage factor are investigated to determine the adequacy of the design.
This paper proposes penalty factor equations that take into consideration the weld strength over-match given in the classified form similar to the revised equations presented in the Code Case N-779 via cyclic elastic-plastic finite element analysis. It was found that the $K_e$ analysis data reflecting elastic follow-up can be consolidated by normalizing the primary-plus-secondary stress intensity ranges excluding the nonlinear thermal stress intensity component, $S_n$ to over-match degree of yield strength, $M_F$. For the effect of over-match on $K_n{\times}K_{\nu}$, dispersion of the $K_n{\times}K_{\nu}$ analysis data can be sharply reduced by dividing total stress intensity range, excluding local thermal stresses, $S_{p-lt}$ by $M_F$. Finally, the proposed equations were applied to the weld between the safe end and the piping of a pressurizer surge nozzle in pressurized water reactors in order to calculate a cumulative usage factor. The cumulative usage factor was then compared with those derived by the previous $K_e$ factor equations. The result shows that application of the proposed equations can significantly reduce conservatism of fatigue assessment using the previous $K_e$ factor equations.
Although the fatigue design curve of ASME Code has enough margin with respect to alternating stress and cycles, the welding residual stress(WRS) should be included in fatigue analysis. In this paper, WRS distribution in a nozzle with dissimilar metal weldment was obtained by finite element analysis and was added in fatigue analysis. The fatigue analysis was performed by following the ASME Code including thermal and stress analysis applying with postulated 30 transient conditions. The calculated results of a cumulative fatigue usage factors(CUF) were compared for the case of the models with or without WRS effects. The results showed that the CUF at weldment and heat affected zone was affected by the WRS.
Recently, in proportion to increased demand on environmentally-friendly heat source, efficient management of district heating(DH) system becomes one of important issue. The objectives of this paper are to systematize data processing of transition temperature, investigate the effect of temperature variations on thermal fatigue and find out a way to improve design fractures of Korean DH pipes. For this purpose, reliable fatigue lift evaluation procedures are examined and applied to quantify thermal fatigue lives. Also, as a prototypal optimization analysis results, mean value of original cross sectional area of selected pipes was reduced 18.6% sustaining their sufficient margins against fatigue failure. So, it is anticipated that the output of this research can be used as useful information of optimal design and operation in the future.
International Journal of Reliability and Applications
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제18권2호
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pp.21-44
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2017
Accelerated life tests (ALTs) are frequently used in manufacturing industries to evaluate the reliability of products within a reasonable amount of time and cost. Test units are subjected to elevated stresses which yield quick failures. Most of the previous works on designing ALT plans are focused on tests that involve a single stress. Many times more than one stress factor influence the product's functioning. This paper deals with the design of optimum modified ramp-stress ALT plan for Burr type XII distribution with Type-I censoring under two stress factors, viz., voltage and switching rate each at two levels- low and high. It is assumed that usage time to failure is power law function of switching rate, and voltage increases linearly with time according to modified ramp-stress scheme. The cumulative exposure model is used to incorporate the effect of changing stresses. The optimum plan is devised using D-optimality criterion wherein the ${\log}_{10}$ of the determinant of Fisher information matrix is maximized. The method developed has been explained using a numerical example and sensitivity carried out.
During operation of nuclear power plants, the fatigue assessment should be conducted repeatedly, considering changes of operating environments. For the case that cumulative usage factors (CUFs) may exceed the acceptance limit, flaw tolerance evaluation can be an alternative method to meet the regulatory requirements. In this respect, this paper analyzes the effects of the input variables for flaw tolerance evaluation based on ASME BPVC Section XI Appendix L. The reference analysis is performed for the example problem in NUREG/CR-6934. Then effects of the crack orientation, stress intensity factor solutions, thermal stress profiles, fatigue stress decomposition and fatigue crack growth curves are considered for the sensitivity analysis. The results show that the stress analysis considering the actual environment plays a crucial role in flaw tolerance evaluation.
A detailed fatigue evaluation procedure was developed to mitigate the excessive conservativeness of the conventional environmental fatigue evaluation method for the pressurizer spray line elbow of domestic new nuclear power plants. The pressurizer spray line is made of austenitic stainless steel, which is relatively sensitive to the environmentally assisted fatigue, and has a low degree of design margin in terms of environmentally assisted fatigue due to the thermal stratification phenomenon on the pipe cross section as a whole or locally. In this study, to meet the environmental fatigue design requirements of the pressurizer spray line elbow, the new environmental fatigue evaluation has been performed, which used the ASME Code NB-3200-based detailed fatigue analysis and the environmental fatigue correction factor instead of the existing NB-3600 evaluation method. As a result, the design requirements for environmentally assisted fatigue were met in all parts of the pressurizer spray line elbow including the fatigue weakened zones by thermal stratification.
A fatigue damage caused by cyclic load is considered as one of the important failure mechanisms that threaten the integrity of structures and components in a nuclear power plant. In ASME code section III NB, the fatigue analysis procedure and standard S-N curves for the class 1 components are described and these criteria should be met at the design step of components. As the current ASME S-N curves are based on the very conservative assumptions such as a local stress concentration effect, immoderate transient frequencies and a constant Young's modulus, however, they can not precisely address the fatigue behavior of components. In order to find out the technical solution for these problems, a number of researches and discussion have been carried out continuously at home and abroad over the decades. In this study, detailed fatigue analyses for DVI nozzle with various mesh density of finite elements were performed to evaluate effect of stress concentration factors on the fatigue analysis procedure and the excessive conservatism of stress concentration factors are confirmed through the analysis results.
A district heating(DH) system supplies environmentally-friend heat and is appropriate for reduction of energy consumption and/or air pollutions. The objectives of this paper are to systematize data processing of transition temperature, investigate its effects on fatigue life of DH pipes and optimization for size of DH pipes. A relational database management system as well as reliable fatigue life evaluation procedures is established for Korean DH pipes. Also, since the prototypal evaluation results satisfied both cycle-based and stress-based fatigue criteria. Through the optimum design process, the cross section diminished 18.64% and the CUF diminished 23.35%. So, it can be used as useful information in the future for optimal design, operation and energy saving via setting of efficient condition and stabilization of water temperature.
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