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.
Park, Jung-Wook;Rutqvist, Jonny;Ryu, Dongwoo;Synn, Joong-Ho;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.25
no.2
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pp.155-167
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2015
The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) operated for a period of 30 years has been investigated by TOUGH2-FLAC3D simulator. As a fundamental study for the development of prediction and control technologies for the environmental change and rock mass behavior associated with CTES, the key concerns were focused on the hydrological-thermal multiphase flow and the consequential mechanical behavior of the surrounding rock mass, where the insulator performance was not taken into account. In the present study, we considered a large-scale cylindrical cavern at shallow depth storing thermal energy of $350^{\circ}C$. The numerical results showed that the dominant heat transfer mechanism was the conduction in rock mass, and the mechanical behavior of rock mass was influenced by thermal factor (heat) more than hydrological factor (pressure). The effective stress redistribution, displacement and surface uplift caused by heating of rock and boiling of ground-water were discussed, and the potential of shear failure was quantitatively examined. Thermal expansion of rock mass led to the ground-surface uplift on the order of a few centimeters and the development of tensile stress above the storage cavern, increasing the potential of shear failure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.8
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pp.1461-1471
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2002
Linear motor has a lot of advantages in comparison with conventional feed mechanisms: high velocity, high acceleration, good positioning accuracy and a long lifetime. An important disadvantage of linear motor is its high power loss and heating up of motor and neighboring machine components in operation. For the application of the linear motors to precision machine tools an effective cooling method and thermal optimizing measures are required. In this paper Finite-Element-Method for the thermal behavior of synchronous linear motor is introduced, which is useful for the design and manufacturing of linear motors. By modeling the linear motor the orthotropic physical properties of the sheet metal and windings were considered and convective coefficient in the water cooler and to the surroundings was defined by analytical and experimental method. The calculated isothermal lines could analyze the heat flow in the linear motor.
MgO-C refractories are used in basic furnaces and steel ladles due to their many desirable properties, such as excellent thermal shock resistance via low thermal expansion, and high thermal conductivity. However, the mechanical and thermal properties of the refractory continuously deteriorate by spalling phenomena and pore generation due to the oxidation of graphite, used as a carbon source, indicating that the characteristics and performance of MgO-C refractories need to be improved by using a new material or composition. In this study, the use of a Hertzian indentation test as a method for determining the damage and fracture behavior of an MgO-C refractory is described. The results highlight that Hertzain indentation tests can be one of the important evaluation tools for quasi-plastic damage accumulation of MgO-C refractories during falling process of scrap metal.
In nuclear power plant (NPP) accidents, the containment is subject to high temperatures and high internal pressures, which may further trigger serious chain accidents such as core meltdown and hydrogen explosion, resulting in a significantly higher accident level. Therefore, studying the mechanical performance of a containment under high temperature and high internal pressure is relevant to the safety of NPPs. Based on similarity principles, the 1:3.2 scale model of a prestressed concrete containment vessel (PCCV) of a NPP was designed. The loading method, which considers the thermal-pressure coupling conditions, was used. The mechanical response of the PCCV was investigated with a simultaneous increase in internal pressure and temperature, and the failure mechanism of the PCCV under thermal-pressure coupling conditions was revealed.
Liquid silicon rubber (LSR) has fine thermal compatibility and is widely used in various fields such as medical care and automobiles because it is easy to implement products with good fluidity. With the recent development of flexible sensors, the focus has been on manufacturing conductive elastomers, such as silicone as elastic materials, and carbon black, CNT, and graphene are mainly used as nanomaterials that impart conductive phases. In this study, mechanical behavior and curing behavior were measured and analyzed to manufacture a CB-LSR complex by adding Carbon Black to LSR and to identify properties. As a result of the compression test, the elastic modulus tended to increase as carbon black was added. When the swelling test and the compression set test were conducted, the swelling rate tended to decrease as the content of carbon black increased, and the compression set tended to increase. In addition, DSC measurements showed that the total amount of reaction heat increased slightly as the carbon black content increased. It is considered that carbon black was involved in the crosslinking of LSR to increase the crosslinking density and have a positive effect on oil resistance reinforcement.
Adequate design of engineered barriers, including canister, buffer and backfill, is important for the safe disposal of high-level radioactive waste. Three-dimensional computer simulations were carried out under different condition to examine the thermal and mechanical behavior of engineered barriers and rock mass. The research looked at five areas of importance, the effect of the swelling pressure, water content of buffer, density of compacted bentonite, emplacement type and the selection of failure criteria. The results highlighted the need to consider tensile stress in the outer shell of a canister due to thermal expansion of the canister and the swelling pressure from the buffer for a more reliable design of an underground repository system. In addition, an adequate failure criterion should be used for the buffer and backfill.
Fe-Ni has been of great interest because it is known as one of low thermal expansion alloys as various application areas. This alloy was fabricated by electroforming process, and effect of heat treatment on thermal expansion and hardness was investigated. Nano-crystalline structure of 13.3 - 63.5 nm in size was observed in the as-deposited alloy. To investigate the effect of heat treatment on grain growth and mechanical/thermal properties, we conducted hardness and coefficient of thermal expansion (CTE). From this, we confirmed these properties were varied by heat treatment. In this nano-crystalline alloy, we could observe abnormal behavior in thermal expansion between $350-400^{\circ}C$. Additionally, an abrupt change in hardness has also been observed. However, once the grains grow up to micro-sized the mechanical and thermal properties mentioned above were stabilized similar to those of bulk alloys due to heat treatment.
Cho, Won-Jin;Kim, Jin Seop;Lee, Changsoo;Choi, Heui-Joo
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.10
no.4
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pp.281-294
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2012
The current status of the computer codes for the analysis of coupled thermal-hydrological-mechanical behavior occurred in a high-level waste repository was investigated. Based on the reported results on the comparison between the predictions using the computer codes and the experimental data from the in-situ tests, the reliability of the existing computer codes was analyzed. The presented codes simulated considerably well the coupled thermal-hydrological-mechanical behavior in the near-field rock of the repository without buffer, but the predictions for the engineered barrier system of the repository located at saturated hard rock were not satisfactory. To apply the current thermal-hydrological-mechanical models to the assessment of the performance of engineered barrier system, a major improvement on the mathematical models which analyze the distribution of water content and total pressure in the buffer is required.
In this paper, thermal vibration behavior of nanoscale beams made of functionally graded (FG) materials subjected to various types of thermal loading are investigated. A Reddy shear deformation beam theory which captures both the microstructural and shear deformation effects without the need for any shear correction factors is employed. Material properties of FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and vary gradually along the thickness according to the power-law form. The influence of small scale is captured based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal equations of motion are derived through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. The comparison of the obtained results is conducted with those of nonlocal Euler-Bernoulli beam theory and it is demonstrated that the proposed modeling predict correctly the vibration responses of FG nanobeams. The effects of nonlocal parameter, material graduation, mode number, slenderness ratio and thermal loading on vibration behavior of the nanobeams are studied in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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