Bedre forudsigelser af industrikomponenters arbejdsliv

En mindre forskel mellem en etableret matematisk model til at forudsige kryberevnevækst i materialer i højtemperaturmiljøer og faktiske data har fået Dr. Warwick Payten til at revurdere tilgangen og revidere modellen.

I forskning offentliggjort i Teknisk brudmekanik , Payten delte en revideret model til at forudsige krybevækstrater, som blev valideret i en række materialer.

"At være i stand til mere præcist at forudsige revnevækst i reelle komponenter er yderst nyttigt, fordi det giver dig mulighed for potentielt at forlænge levetiden af ​​driftsmæssige industrianlæg og konventionelle, sol- og atomkraftværker med tillid, " sagde Payten, seniorforsker i nuklear brændselskredsløb.

"Ingeniører og de af os, der arbejder med brudmekanik, har i mange årtier været klar over, at de nuværende ligninger udviklet i 1980'erne af Nikbin Smith og Webster (NSW) er alt for konservative, " tilføjede Payten.

NSW-ligningerne blev afledt af originalt matematisk arbejde udført i 1960'erne af Hutchinson Rice og Rosengren (HRR).

I NSW-ligningen til at bestemme væksten af ​​flydeformationsrevner, som bruges i alle tekniske koder, du multiplicerer planspændingsrevnevæksten med en multiaksial faktor på 30 eller 50. Dette giver et højt estimat for svigt, eller kortere driftslevetid for komponenten.

"Når du bruger en faktor på 30 eller 50 i ligningen, det kan give et resultat, der siger, at du er nødt til at gå på pension om tre år, mens det i virkeligheden er mere sandsynligt, at det varer 30 år, sagde Payten.

"Selvom Nikbin fandt på en anden metode, der brugte en faktor mellem tre og otte, den var svær at bruge og var afhængig af, hvordan man fortolkede en kritisk vinkel.

"På grund af denne forskel mellem modellen og den faktiske forventede levetid, Jeg besluttede at tage en ny tilgang. Jeg havde en idé, fordi alt, hvad vi bruger, er baseret på duktilitet. I stedet for duktilitet, Jeg kiggede på energier. Jeg gik tilbage til de oprindelige HRR-ligninger, for at foretage en vurdering baseret på mængden af ​​energi i de enkelte felter forbundet med sprækkeudbredelse, sagde Payten.

Ved at bruge de originale logaritmetabeller fra HRR-papiret og Lemaitre-skademodellen, Payten var i stand til at beregne energien for hvert enkelt felt.

"Da jeg gjorde alt det, faktoren faldt til 2,9, som jeg rundede op til tre. Dette antydede, at den faktor, vi multiplicerer med, ville være tre og ikke 30 eller 50, hvilket er en væsentlig forskel.

"Hvis du vil være konservativ, gå til seks. Men vi ved nu, at det ikke er 30."

Efter at have testet og valideret den nye model en række forskellige materialer, herunder kulstof, stål, rustfrit stål, inconels og superlegeringer, de materialer, der bruges til at konstruere nuværende og fremtidige kraftreaktorer, Payten sagde, at han var sikker på, at modellen kunne bruges næsten universelt.

Payten anbefaler, at de universelle crackvækstligninger og FEA-koden ændres for at give en mere realistisk forudsigelse af komponentlevetid.

"Det vil være særligt vigtigt for kombianlæg, solcelleanlæg, og konventionelle anlæg, der nu cykler, så planter ikke behøver at blive pensioneret for tidligt på grund af unøjagtige forudsigelser af revnevæksthastigheder."

De nye ligninger er blevet tilføjet til 'revnevækst'-komponenten i RemLife, en innovativ software udviklet af Payten og distribueret af ALS Global. Værktøjet beregner den skade, som kraftværkskomponenter lider under driftscyklusser og kan bruges til at forudsige, hvor længe anlægget kan fungere sikkert.