Digitala Vetenskapliga Arkivet

Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Analysis of crack growth in a bar with complete circumferential surface crack: In Light Water Reactor Environment
Blekinge Institute of Technology.
2024 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This thesis is about analyzing a cylinder with a complete circumferential crack. The background of this thesis was an incident at Oskarshamn 3 in 2008, where a control rod extension was found to have cracks. This led to many investigations using different methods to analyze these cracks. The investigations showed that the cracks occurred and propagated due to thermal load. The load happens due to a cyclic temperature change, which leads to the material having different temperatures at different points, leads to stresses that are in cycles and starts cracking due to fatigue.OKG has ways and rules to follow when analyzing fractures on components. OKG needsto simulate and test the cracks; the simulations could be made in ISAAC, a calculation program for fracture mechanics assessments and damage resistance analyses. Sometimes, this software becomes hard to use for some types of loads. In a situation where a thermal load exists, ISAAC could be hard to use because it cannot create a thermal load on this specific geometry. This means investigating how thermal load is simulated in ISAAC and how well it performs is of interest. The method of predicting crack growth could be calculated in two different ways with two crack growth laws. This means that it is also of interest to see the difference between these crack growth laws. The crack growth laws are given in two reports, one in MD-02 and the other in ASME XI. The laws are not named in the reports, but in this thesis, they are named after the reports they are given in. The thesis aims to show the conservatism of the ISAAC software compared with Abaqus. It is also to show which of the crack growth laws is the most conservative.The methods used in this thesis simulate a cylinder with a complete circumferential crack and a thermal load. The thermal load is based on actual measured data but modified because it is too hard to say exactly how it acts, as the result changes occasionally. The temperature cycles between 85 ˚C and 276 ˚C with a hold time of ten seconds. The simulations are made in Abaqus and ISAAC to compare the results.The results from these simulations are the stress intensity factor (SIF). The results show a difference in SIF over crack depth between the software. The comparison between the software is that the SIF values for ISAAC become higher for deeper cracks than for small cracks. Thereis a big difference between the results, which means something is wrong when implementing the load in ISAAC. One explanation of this is the effect of using deformation-based and powerbased loads.The difference between the laws is also significant. It shows that the MD-02 has a higher crack growth rate than the modern law ASME XI. This means that the MD-02 is more conservative than ASME, but it does not mean it is the best way to analyze the crack growth rate. 

Abstract [sv]

Detta examensarbete handlar om att analysera en cylinder med en helt runtomgående spricka. Bakgrunden till examensarbetet kommer från incidenten på O3 2008 där sprickor på styrstavsförlängarna upptäcktes. Detta ledde till flera utredningar och olika metoder användes för att analysera skadorna. Utredningarna kring sprickorna visade på att det var en termisk last som gjorde att sprickorna uppstått och så att dem växer. Lasten uppkommer genom en temperaturvariation som går i cykler, detta medför att materialet kan få variation i temperatur i närstående punkter som leder till spänningar i cykler vilket i sin tur leder till termiskutmattning.OKG har metoder och regler att följa när analyser av skador samt brott sker på olika komponenter. Det krävs att genomföra simuleringar samt tester på skadorna eller sprickorna, programvara skulle kunna användas är ISAAC, vilket är ett beräkningsprogram för brottmekanik samt skadetålighetsanalyser. Men vid vissa tillfällen och vid vissa olika typer av laster blir programmet begränsat och svårare att använda. För den last som används vid denna utredning kan inte ISAAC skapa en egen termisk last på en cylindergeometri. Där av är det av intresse att undersöka metoden att simulera termisklast på en cylinder samt hur pass bra resultaten blir. Metoden som används för att förutspå spricktillväxt och hur snabbt dem växer används två olika spricktillväxtlagar. Genom att det är två olika lagar är det också av intresse att undersöka skillnaderna mellan dess resultat. Tillväxtlagarna som blir undersökta i detta examensarbete är givna i ASME XI samt MD-02, lagarna är inte givna några namn men i detta examensarbetet är de givna samma namn som rapporterna de är givna i. Målen med arbetet är att visa konservatismen av ISAAC jämfört med Abaqus. Det är också att visa vilken av spricktillväxtlagarna som är mest konservativ.Metoderna som används i detta examensarbete är att simulera en cylinder med en helt runtomgående spricka med en termisklast. Den termiska lasten är baserad på riktiga mätdatamen modifierad för att det är svårt exakt säga hur den är för att mätningarna visar väldigt olika. Temperaturvariationen i lasten är mellan 85 ˚C och 276 ˚C med en hålltid på tio sekunder. Simuleringarna är gjorda med både Abaqus och ISAAC för att kunna jämföra resultaten där Abaqus resultaten antas vara närmare verkligheten.De resultat som är av intresse är spänningsintensitetsfaktorn (SIF). Resultatet från simuleringarna visar att det skiljer sig en del mellan programvarorna samt mellan de olika lagarna. Jämförelsen mellan programvarorna är att SIF värdena för ISAAC är högre än för Abaqus vid djupa sprickor, vid småsprickor under en millimeter är dem samma. Det är en större skillnad mellan programmen än vad som var förväntat, vilket kan vara en konsekvens av implementeringen av lasten i ISAAC. En potentiell förklaring skulle kunna vara att en effekt av att använda deformationsstyrd i stället för kraftstyrd last.Skillnaderna mellan tillväxtlagarna är också stor och visar att MD-02 har större tillväxtgrad än vad den modena ASME lagen har. Detta gör att MD-02 är mer konservativ än vad ASME är men detta betyder inte att MD-02 är den bästa lagen att använda för analyser av spricktillväxt.

Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 65
Keywords [en]
Crack growth, Reactor environment, Thermal fatigue, Stress intensity factor, Fracture mechanics
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:bth-26743OAI: oai:DiVA.org:bth-26743DiVA, id: diva2:1886624
External cooperation
OKG
Subject / course
Degree Project in Master of Science in Engineering 30,0 hp
Educational program
MTACI Master of Science in Mechanical Engineering
Presentation
2024-05-21, J1640, Karlskrona, 15:00 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2024-08-26 Created: 2024-08-02 Last updated: 2024-08-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2423 kB)70 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 2423 kBChecksum SHA-512
552eaac4024f479f4ad62deceb2d9e621db47876b8d0406ea6cb85ea58a3856eef80e811412b02d4a67ecb162fbbab0c484cde9d0022fca229f66e0b633d9f4e
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Olsson, Simon
By organisation
Blekinge Institute of Technology
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 70 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 66 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf