High-temperature mechanical behaviors of Type 316L stainless steel (SS), which is considered as one of the major structural materials of Generation-IV nuclear reactors, were investigated through the tension and creep tests at elevated temperatures. The tension tests were performed under the strain rate of 6.67×10-4 (1/s) from room temperature to 650℃, and the creep tests were conducted under different applied stresses at 550℃, 600℃, 650℃, and 700℃. The tensile behavior was investigated, and the modeling equations for tensile strengths and elongation were proposed as a function of temperature. The creep behavior was analyzed in terms of various creep equations: Norton's power law, modified Monkman-Grant relation, damage tolerance factor(λ), and Z-parameter, and the creep constants were proposed. In addition, the tested tensile and creep strengths were compared with those of RCC-MRx. Results showed that creep exponent value decreased from n=13.55 to n=7.58 with increasing temperature, λ = 6.3, and Z-parameter obeyed well a power-law form of Z=5.79E52(σ/E)9.12. RCC-MRx showed lower creep strength and marginally different in creep strain rate, compared to the tested results. Same creep deformation was operative for dislocation movement regardless of the temperatures.
When crystalline rocks are heated, thermal stress is induced by the differences in thermal expansion of the mineral composition and its orientation. In this study, high temperature uniaxial compressive tests were carried out for Iksan and Hwangdeung granites to study the deformation and failure behavior due to thermal loading. Compressive and tensile strength of Hwangdeung granite for 20$0^{\circ}C$ decreased to 80% and 82% of the room temperature strength, and those of Iksan granite decreased to 90% and 92% for 20$0^{\circ}C$, respectively. Elastic moduli of both granites were decreased sharply at the stress level of 80% of ultimate failure strength. Elastic moduli of both granites by variation of temperature at 50% of ultimate failure strength was decreased as almost linearly.
A high-fidelity numerical analysis methodology was proposed for evaluating the fuel rod cladding integrity of a Prototype Gen IV Sodium Fast Reactor (PGSFR) during normal operation and Design basis events (DBEs). The MARS-LMR code, system transient safety analysis code, was applied to analyze the DBEs. The results of the MARS-LMR code were used as boundary condition for a 3D computational fluid dynamics (CFD) analysis. The peak temperatures considering HCFs satisfied the cladding temperature limit. The temperature and pressure distributions were calculated by ANSYS CFX code, and applied to structural analysis. Structural analysis was performed using ANSYS Mechanical code. The seismic reactivity insertion SSE accident among DBEs had the highest peak cladding temperature and the maximum stress, as the value of 87 MPa. The fuel cladding had over 40 % safety margin, and the strain was below the strain limit. Deformation behavior was elucidated for providing relative coordinate data on each active fuel rod center. Bending deformation resulted in a flower shape, and bowing bundle did not interact with the duct of fuel assemblies. Fuel rod maximum expansion was generated with highest stress. Therefore, it was concluded that the fuel rod cladding of the PGSFR has sufficient structural safety margin during DBEs.
방사성 폐기물의 안전한 처분을 위해서는 암반의 역학적, 열적, 유체 거동 뿐 아니라 암반과 물 사이의 물리 화학적 상호작용을 이해할 필요가 있다. 또한 지질구조, 지하현지응력, 습곡, 열수작용, 마그마의 관입, 판구조 등과 같은 많은 조건을 모델링하고 예측하기 위해서는 암석의 역학적, 수리적 특성을 알아야 한다. 이 연구는 심부 암반에 폐기물 처분과 관련된 암석역학적인 사항들에 대해 연구들에 기초하고 있다. 이 논문은 변하는 온도 상태에서 암반의 역학적 수리적 거동, 암반의 열-수리-역학적 상호작용 해석과 불연속 암석의 거동 특성 등을 포함한다. 역학적 특성은 Interaken 암석역학 시험 시스템으로 측정되었으며, 수리적 특성에는 순간 증압 투수계수 측정 시스템이 사용되었다. 모든 결과에서 암석 특성은 온도 변화에 민감함을 보였다.
Hot ductility behavior of precipitation-hardened low-carbon iron alloys containing 0.02 wt% Ti and 0.05 wt% Nb was characterized by a hot tensile stress test. Carbon (0.05, 0.1, 0.25 wt%) and boron (0.002 wt%) contents were varied to study the effect of precipitates on the high-temperature embrittlement of the alloys in the temperature range of $600{\sim}800^{\circ}C$. Ductility loss was observed at $700^{\circ}C$ for the tested alloys. The cause of the ductility loss was mainly attributed to the carbides and ferrite films formed at the grain boundaries during deformation. Although the carbon content tended to raise the total fraction of Nb (C, N), the precipitates were formed mostly in the grain interior as the precipitation temperature was raised above the deformation temperature by the high carbon content. Hence, carbon in excess suppressed the hot ductility loss. Meanwhile, boron addition improved the hot ductility of the alloys. The improvement is likely due to the boron atoms capturing carbon atoms and thus retarding the carbide formation.
A fuel cell is an energy conversion device that converts a chemical energy directly into an electrical energy and has higher energy efficiency than an internal combustion engine, but solid oxide fuel cell (SOFC) consisting of brittle ceramic material remains as a major issue regarding the mechanical properties as the crack formation and propagation. In this study, the stress distribution and crack behavior around the crack tip were evaluated, due to investigated the effects of the surface crack at the operating condition of high temperature. As a result, the difference of the generated stress was insignificant at operating conditions of high temperature according to the surface crack length changes. This is because, the high stiffness interconnect has a closed structure to suppress cell deformation about thermal expansion. The stress intensity factor ratio $K_{II}/K_I$ increased as the crack depth increased, at that time the effect of $K_{II}$ is larger than that of $K_I$. Also the maximum stress intensity factor increased as the crack depth increased, but the location of crack was generated at the electrolyte/anode interface, not at the crack tip.
The rupture disk corrosion test (RDCT) method was recently developed to evaluate stress corrosion cracking (SCC) and was found to have great potential for the real-time detection of SCC initiation in a high temperature and pressure environment, simulating the primary water coolant of pressurized water reactors. However, it is difficult to directly measure the stress applied to a disk specimen, which is an essential factor in SCC initiation. In this work, finite element analysis (FEA) was performed using ABAQUSTM to calculate the stress and deformation of a disk specimen. To determine the best mesh design for a thin disk specimen, hexahedron, hex-dominated, and tetrahedron models were used in FEA. All models revealed similar dome-shaped deformation behavior of the disk specimen. However, there was a considerable difference in stress distribution in the disk specimens. In the hex-dominated model, the applied stress was calculated to be the maximum at the dome center, whereas the stress was calculated to be the maximum at the dome edge in the hexahedron and tetrahedron models. From a comparison of the FEA results with deformation behavior and SCC location on the disk specimen after RDCT, the most proper FE model was found to be the tetrahedron model.
점토의 거동은 온도변화에 민감하기 때문에 고온이력을 받는 점토의 공학적 성질에 관한 연구가 최근 증가하고 있다. 이러한 증가 현상은 온도의 영향을 연구함으로서 점토의 거동을 지배하는 본질적인 메커니즘을 해명할 수 있고 최근 경제활동의 증가와 더불어 화학적인 지반개량, 토양 열 비축시스템 및 방사성 핵폐기물 지하처리 시스템 등 지반이 고온환경에 노출되는 기회가 증가하고 있기 때문이다. 이러한 측면에서 열 이력을 받는 점토 지반의 압밀 및 강도특성을 파악하는 것은 매우 중요하다 따라서 본 연구에서는 고온조건에 있는 점토의 역학적 거동을 삼축압축 시험을 통해 조사하였다. 구체적인 방법으로는 고온고압형 삼축압축시험기를 이용해서 압밀비배수 삼축압축시험을 $20^{\circ}C,\;50^{\circ}C,\;75^{\circ}C,\;80^{\circ}C$ 및 $100^{\circ}C$등으로 온도를 변화시켜 실온 및 고온조건에 있는 점토의 변형${\cdot}$전단강도 및 압축${\cdot}$압밀특성 등을 조사하였다.
During a loss-of-coolant accident (LOCA) in the pressurized water reactor (PWR), there is a possibility that high temperature and internal pressure of the fuel rods lead to ballooning of the cladding, which causes a partial blockage of flow area in a subchannel. Such flow blockage would influence the core coolant flow, thus affecting the core heat transfer during a reflooding phase and subsequent severe accident. However, most of the system analysis codes simulate the accident process based on the assumed channel blockage ratio, resulting in the fact that the simulation results are not consistent with the actual situation. This paper integrates the developed core Fuel Rod Thermal-Mechanical Behavior analysis (FRTMB) module into the self-developed severe accident analysis code ISAA. At the same time, the existing flow blockage model is improved to make it possible to simulate the change of flow distribution due to fuel rod deformation. Finally, the ISAA-FRTMB is used to simulate the QUENCH-LOCA-0 experiment to verify the correctness and effectiveness of the improved flow blockage model, and then the effect of clad ballooning on core heat transfer and subsequent parts of core degradation is analyzed.
Multicomponent $Zr_{41.2}Ti_{13.8}Cu_{12.5}Ni_{10}Be_{22.5}$ bulk matallic glass alloy shows good bulk glass forming ability due to its high resistance to crystallization in the undercooled liquid state.1) In this study, DSC and X-ray diffractometry have been performed to confirm the amorphous structure of the master $Zr_{41.2}Ti_{13.8}Cu_{12.5}Ni_{10}Be_{22.5}$ alloy. To investigate the mechanical properties and deformation behaviors of the bulk metallic $Zr_{41.2}Ti_{13.8}Cu_{12.5}Ni_{10}Be_{22.5}$ alloy, a series of compression tests has been carried out at the temperatures ranging from $351^{\circ}C$ to $461^{\circ}C$ and at the various initial strain rates from $2{\times}10^{-4}s^{-1}\;to\;2{\times}10^{-2}s^{-1}$. There are two types of nominal stress-strain curves. The one shows linear stress-strain relationship meaning fracture at maximum stress, the other shows plastic deformation including steady-state flow. Also DSC analysis for the compressed specimens has been performed to investigate the change of thermal stability and crystallization behavior for the various test conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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