Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.13
no.2
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pp.115-121
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2011
The size of hydrogen molecule is not so small as to invade into the lattice of material, and therefore, hydrogen invades into the material as atom. Hydrogen movement is done by diffusion or dislocation movement in the near crack tip or plastic deformation. Hydrogen appeared to have many effects on the mechanical properties of the Cr-Mo steel alloys. The materials for this study are 1.25Cr-0.5Mo and 2.25Cr-1Mo steels used at high temperature and pressure. The hydrogen amount obtained by theoretical calculation was almost same with the result solved by finite element analysis. The distribution of hydrogen concentration and average concentration was calculated for a flat specimen. Also, finite element analysis was employed to simulate the redistribution of hydrogen due to stress gradient. The calculation of hydrogen concentration diffused into the material by finite element method will provide the basis for the prediction of delayed fracture of notched specimen. The distribution of hydrogen concentration invaded into the smooth and notched specimen was obtained by finite element analysis. The hydrogen amount is much in smooth specimen and tends to concentrate in the vicinity of surface. Hydrogen embrittlement susceptibility of notched specimen after hydrogen charging is more remarkable than that of smooth specimen.
Alloy 600/182 with excellent mechanical/chemical properties have been utilized for nuclear power plants. Although both alloys are known to have superior corrosion resistance, stress corrosion cracking failure has been an issue in primary water environment of nuclear power plants. Therefore, primary water stress corrosion crack (PWSCC) growth rate tests were conducted to investigate crack growth properties of Alloy 600/182. To investigate PWSCC growth rate, test facilities including water chemistry loop, autoclave, and loading system were constructed. In PWSCC crack growth rate tests, half compact-tension specimens were manufactured. These specimens were then placed inside of the autoclave connected to the loop to provide primary water environment. Tested conditions were set at temperature of $360^{\circ}C$ and pressure of 20MPa. Real time crack growth rates of specimens inside the autoclave were measured by Direct Current potential drop (DCPD) method. To confirm inter-granular (IG) crack as a characteristic of PWSCC, fracture surfaces of tested specimens were observed by SEM. Finally, crack growth rate was derived in a specific stress intensity factor (K) range and similarity with overseas database was identified.
This paper presents a review study for energy-efficient gas turbines (GTs) with cycles which contributes significantly towards sustainable usage. Nonetheless, these progressive engines, operative at turbine inlet temperatures as high as $1600^{\circ}C$, require the employment of highly creep resistant materials for use in hotter section components of gas turbines like combustion chamber and blades. However, the gas turbine obtain its driving power by utilizing the energy of treated gases and air which is at piercing temperature and pushing by expanding through the several rings of steady and vibratory blades. Since the turbine blades works at very high temperature and pressure, high stress concentration are observed on the blades. With the increasing demand of service, to provide adequate efficiency and power within the optimized level, turbine blades are to be made of those materials which can withstand high thermal and working load condition for longer cycle time. This paper depicts the recent developments in the field of implementing the best suited materials for the GTs, selection of proper Thermal Barrier Coating (TBC), fracture analysis and experiments on failed or used turbine blades and several other designing and operating factors which are effecting the blade life and efficiency. It is revealed that Nickel based Superalloys were promising, Cast Iron with Zirconium and Pt-Al coatings are used as best TBC material, material defects are the foremost and prominent reason for blade failure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.3
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pp.199-203
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2019
The penetration depth of a hypervelocity jet exceeding 4 km/s is described by the density ratio of the jet and the target. In the case of the same density, the difference in strength between the targets does not affect the penetration depth difference. This study focuses on the "strength irrelevance" of such a hypervelocity jet. For this purpose, the change of crater pressure caused by shaped charge jet(SCJ) was calculated by finite element analysis and the possibility of polymorphic phase transition of steel material was investigated. Hypervelocity jets were found to cause polymorphic phase transitions in the steel target craters, and the decrease in the fracture toughness of the target is predicted as the cause of the strength irrelevance.
Hydrogen permeation through dense palladium-based membranes has attracted the attention of many scientists largely due to their unmatched potential as hydrogen-selective membranes for membrane reactor applications. Although it is well known that the permeation mechanism of hydrogen through Pd involves various processes such as dissociative adsorption, transitions to and from the bulk Pd, diffusion within Pd, and recombinative desorption, it is still unclear which process mainly limits hydrogen permeation at a given temperature and hydrogen partial pressure. In this study, we report an all-electron density-functional theory study of hydrogen permeation through Pd membrane (using VASP code). Especially, we focus on the variation of the energy barrier of the penetration process from the surface to the bulk with hydrogen coverage, which means the large reduction of the fracture stress in the brittle crack propagation considering Griffith's criterion. It is also found that the penetration energy barrier from the surface to the bulk largely decreases so that it almost vanishes at the coverage 1.25, which means that the penetration process cannot be the rate determining process.
Nanopowders of $Fe_3N$ and Si were fabricated by high-energy ball milling. A dense nanostructured $12Fe-Si_3N_4$ composite was simultaneously synthesized and consolidated using a high-frequency induction-heated sintering method for 2 minutes or less from mechanically activated powders of $Fe_3N$ and Si. Highly dense $12Fe-Si_3N_4$ with a relative density of up to 99% was produced under simultaneous application of 80 MPa pressure and the induced current. The microstructure and mechanical properties of the composite were investigated.
Nanopowders of Mo, Ti and Si were made by high-energy ball milling. A dense nanostructured $(Ti,Mo)Si_2$ compound was sintered by the pulsed current activated combustion method within two minutes from mechanically activated powder of Mo, Ti and Si. A highly dense $(Ti,Mo)Si_2$ compound was produced under simultaneous application of 80 MPa pressure and a pulsed current. The mechanical properties and micorostructure were investigated. The hardness and fracture toughness of the $(Ti,Mo)Si_2$ were $1030kg/mm^2$ and $4.9MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively. The mechanical properties were higher than monolithic $TiSi_2$.
In this study, binderless-WC, WC-6 wt%Co, WC-6wt% 1 and 2.5 B4C materials are fabricated by spark plasma sintering process (SPS process). Each fabricated WC material is almost completely dense, with a relative density up to 99.5 % after the simultaneous application of pressure of 60 MPa. The WC added Co and Co-B4C materials resulted in crystalline growth. The WC with HCP crystal structure has respective interfacial energy (basal facet direction: 1.07 ~ 1.34 J·m-2, prismatic direction: 1.43 ~ 3.02 J·m-2) that depends on the grain growth direction. It is confirmed that the continuous grain growth, biased by the basal facet, which has relatively low energy, is promoted at the WC/Co interface. As abnormal grain growth takes place, the grain size increases more than twice from 0.37 to 0.8 um. It is found through analysis that the hardness property also greatly decreases from about 2661.4 to 1721.4 kg/mm2, along with the grain growth.
Zhang, Peiyao;Guo, Quanquan;Pang, Sen;Sun, Yunlun;Chen, Yan
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.357-373
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2022
The high-temperature gas-cooled reactor pebble-bed module project is the first commercial Generation-IV NPP(Nuclear Power Plant) in China. A new joint is used for the vertical support of RPV(Reactor Pressure Vessel). The steel corbel is integrally embedded into the reactor-cabin wall through eight asymmetrically arranged pre-stressed high-strength bolts, achieving the different path transmission of shear force and moment. The vertical monotonic loading test of two specimens is conducted. The results show that the failure mode of the joint is bolt fracture. There is no prominent yield stage in the whole loading process. The stress of bolts is linearly distributed along the height of corbel at initial loading. As the load increases, the height of neutral axis of bolts gradually decreases. The upper and lower edges of the wall opening contact the corbel plate to restrict the rotation of the corbel. During the loading, the pre-stress of some bolts decreases. The increase of the pre-stress strength ratio of bolts has no noticeable effect on the structure stiffness, but it reduces the ultimate bearing capacity of the joint. A simplified calculation model for the elastic stage of the joint is established, and the estimation results are in good agreement with the experimental results.
Spent resin often exceeds radiation limits for safe disposal, creating a need for commercial-scale treatment techniques to reduce resin radioactivity. In this study, the radiological safety of a commercialized spent resin treatment device with a treatment capacity of 1 ton/day was evaluated. The results confirm that the device is radiologically safe in the event of an accident. This device desorbs 14C from the spent resin, allowing disposal as low-level waste instead of intermediate-level waste. The device also reduces overall waste by recycling the extracted 14C. Potential accident scenarios were explored to enable dose assessments for both internal and external exposure while preventing further spillage of the device and processing the spilled resin. The scenarios involved the development of a surface fracture on the resin mixture separator and microwave systems, which were operated under pressure and temperature of 0-6 bar and 0-150 ℃, respectively. In the case of accidents with separator and microwave device, the maximum allowable working time of worker were derived, respectively, considering external and internal exposures. When wearing the respirator corresponding to APF 50, in the case of the microwave device accident scenario, the radiological safety was confirmed when the maximum worker worked within 132.1 h.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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