Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.429-436
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1999
The best available solution to predict the fatigue life of structural steels is the implementation of EPFM approach based on the principles and techniques of elasto plastic fracture mechanics. To predict the fatigue life, the conventional Paris law has been modified by substituting the range of J-value denoted by ΔJ for ΔK that is calculated by the proposed p-version model. The proposed P-version finite element model is formulated by the incremental theory of Plasticity that consists of the constitutive equation fur elastic-perfectly plastic materials, Tresca/von-Mises yield criteria, and associated flow rule. The experimental fatigue test is conducted with five UP(Center Clucked Panels) specimens to validate the accuracy of the p-version finite element model. Also, the results obtained by LTM approach have been compared with those by EPFM approach.
The present study numerically investigate the effects of the Syngas chemical kinetics on the basic flame properties and the structure of the Syngas diffusion flames. In order to realistically represent the turbulence-chemistry interact ion and the spatial inhomogeneity of scalar dissipation rate. the Eulerian Particle Flamelet Model(EPFM) with multiple flamelets has been applied to simulate the combustion processes and NOx formation in the syngas turbulent nonpremixed flames. Due to the ability for interactively describing the transient behaviors of local flame structures with CFD solver, the EPFM model can effectively account for the detailed mechanisms of NOx format ion including thermal NO path, prompt and nitrous NOx format ion, and reburning process by hydrocarbon radical without any ad-hoc procedure. validation cases include the Syngas turbulent nonpremixed jet and swirling flames. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the sensitivity of the Syngas chemical kinetics as well as the precise structure and NOx formation characteristics of the turbulent Syngas nonpremixed flames.
The reactor pressure vessel is usually cladded with stainless steel to prevent corrosion and radiation embrittlement, and number of subclad cracks have been found during an in-service-inspection. Therefore assessment for subclad cracks should be made for normal operating conditions and faulted conditions such as PTS. Thus, in order to find the optimum fracture assessment procedures for subclad cracks under a pressurized thermal shock condition, in this paper, three different analyses were performed, ASME Sec. XI code analysis, an LEFM(Liner elastic fracture mechanics) analysis and an EPFM(Elastic plastic fracture mechanics) analysis. The stress intensity factor and the Maximum $RT_{NDT}$ were used for characterizing. Analysis based on ASME Sec. XI code does not completely consider the actual stress distribution of the crack surface, so the resulting Maximum allowable $RT_{NDTS}$ can be non-conservative, especially for deep cracks. LEFM analysis, which does not consider elastic-plastic behavior of the clad material, is much more non-conservative than EPFM analysis. Therefore, It is necessary to perform EPFM analysis for the assessment of subclad cracks under PTS.
본 글에서는 EPFM을 이용한 구조물의 건전성 평가법을 소개하였다. 이러한 방법을 원자력발 전소 NSSS평가에 적용하면 좀 더 정확한 해석결과를 얻을 수 있으며 불필요한 가동중단이나 보수작업을 피할 수 있다. 한편 ASME XI에서 현재 제정중인 EPFM 관련법규도 소개하였는데, 가까운 장래에 결정될 최종안에는 약간의 내용변화가 있으리라 생각된다. 근래에는 건전성평 가를 위한 컴퓨터 소프트웨어가 많이 개발되어 이용되고 있다. 필자들이 아는 바로는 B & W 사에서 개발한 DPFAD, Structural Integrity Associate 사에서 개발한 PC-CRACK, 그리고 LBB 설계용으로 EPRI에서 개발한 FLET등이 있다. 국내에서는 필자들에 의해 개발된 EPIES가 있 는데 자세한 내용은 관련문헌(10,11)을 참고하기 바란다. 본 글에서 소개한 EPEM 평가법은 원 자력 발전소뿐만 아니라 가동온도가 높고 연성재료가 널리 사용되는 화력 발전설비, 석유, 화 학설비 및 제철설비 등에도 공통적으로 적용될 수 있다.
The present study is focused on the development of the RIF (Representative Interactive Flamelet) model which can overcome the shortcomings of conventional approach based on the steady flamelet library. Due to the ability for interactively describing the transient behaviors of local flame structures with CFD solver, the RIF model can effectively account for the detailed mechanisms of $NO_x$ formation including thermal NO path, prompt and nitrous $NO_x$ formation, and reburning process by hydrocarbon radical without any ad-hoc procedure. The flamelet time of RIFs within a stationary turbulent flame may be thought to be Lagrangian flight time. In context with the RIF approach, this study adopts the Eulerian Particle Flamelet Model (EPFM) with mutiple flamelets which can realistically account for the spatial inhomogeneity of scalar dissipation rate. In order to systematically evaluate the capability of Eulerian particle flamelet model to predict the precise flame structure and NO formation in the multi-dimensional elliptic flames, two methanol bluffbody flames with two different injection velocities are chosen as the validation cases. Numerical results suggest that the present EPFM model has the predicative capability to realistically capture the essential features of flame structure and $NO_x$ formation in the bluff-body stabilized flames.
Since the linear elastic fracture analysis has been proved to be insufficient in predicting the failure of strain hardening materials, a number of fracture concepts have been studied which remain applicable in the presence of plasticity near a crack tip. This work thereby presents a new finite element model to predict the elastic-plastic crack-tip field and fatigue life of center-cracked panels(CCP) with ductile fracture under large-scale yielding conditions. Also, this study has been carried out to investigate the path-dependence of J-integral within the plastic zone for elastic-perfectly plastic, bilinear elastic-plastic, and nonlinear elastic-plastic materials. Based on the incremental theory of plasticity, the p-version finite element is employed to account for the accurate values of J-integral, the most dominant fracture parameter, and the shape of plastic zone near a crack tip by using the J-integral method. To predict the fatigue life, the conventional Paris law has been modified by substituting the range of J-value denoted by ${\Delta}J$ for ${\Delta}K$. The experimental fatigue test is conducted with five CCP specimens to validate the accuracy of the proposed model. It is noted that the relationship between the crack length a and ${\Delta}K$ in LEFM analysis shows a strong linearity, on the other hand, the nonlinear relationship between a and ${\Delta}J$ is detected in EPFM analysis. Therefore, this trend will be depended especially in the case of large scale yielding. The numerical results by the proposed model are compared with the theoretical solutions in literatures, experimental results, and the numerical solutions by the conventional h-version of the finite element method.
The autoignition and subsequent flame propagation of initially nonpremixed turbulent system have been numerically analyzed. The unsteady flamelet modeling based on the RIF (Representative Interactive Flamelet) concept has been employed to account for the influences of turbulence on these essentially transient combustion processes. In this RIF approach, the partially premixed burning, diffusive combustion and formation of pollutants(NOx, soot) can be consistently modeled by utilizing the comprehensive chemical mechanism. To treat the spatially distributed inhomogeneity of scalar dissipation rate, the multiple RIFs are employed in the framework of EPFM(Eulerian Particle Flamelet Model) approach. Computations are made for the various initial conditions of pressure, temperature, and fuel composition. The present turbulent combustion model reasonably well predicts the essential features of autoignition process in the transient gaseous fuel jets injected into high pressure and temperature environment.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.5
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pp.81-89
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2002
The autoignition and subsequent flame propagation of initially nonpremixed turbulent system have been numerically analyzed. The unsteady flamelet modeling based on the RIF (representative interactive flamelet) concept has been employed to account for the influences of turbulence on these essentially transient combustion processes. In this RIF approach, the partially premixed burning, diffusive combustion and formation of pollutants(NOx, soot) can be consistently modeled by utilizing the comprehensive chemical mechanism. To treat the spatially distributed inhomogeneity of scalar dissipation rate, the multiple RIFs are employed in the framework of EPFM(Eulerian particle flamelet model) approach. Computations are made for the various initial conditions of pressure, temperature, and fuel composition. The present turbulent combustion model reasonably well predicts the essential features of autoignition process in the transient gaseous fuel jets injected into high pressure and temperature environment.
The present study numerically investigate the effects of the Syngas chemical kinetics on the basic flame properties and the structure of the Syngas nonpremixed flames. In order to realistically represent the turbulencechemistry interaction and the spatial inhomogeneity of scalar dissipation rate, the Eulerian Particle Flamelet Model (EPFM) with multiple flamelets has been applied to simulate the combustion processes and NOx formation in the syngas turbulent nonpremixed flames. Validation cases include the Syngas turbulent nonpremixed jet and swirling flames. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the effects of the chemical kinetics, the flame structure, and NOx formation characteristics in the turbulent Syngas nonpremixed flames.
The present study numerically investigate detailed flame structure of the Syngas diffusion flames. In order to realistically represent the turbulence-chemistry interaction and the spatial inhomogeneity of scalar dissipation rate, the Eulerian Particle Flamelet Model(EPFM) with multiple flamelets has been applied to simulate the combustion processes and NOx formation in the syngas turbulent nonpremixed flames. And level-set approach is also utilized to account for the partially premixing effect at fuel and oxidizer injector in KEPRI nonpremixed combustor. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the precise structure and NOx formation characteristics of the turbulent syngas nonpremixed flames.
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