Een kleine discrepantie tussen een gevestigd wiskundig model om het groeigedrag van kruipscheuren in materialen in omgevingen met hoge temperaturen te voorspellen en feitelijke gegevens heeft Dr. Warwick Payten ertoe aangezet de benadering opnieuw te beoordelen en het model te herzien.

In onderzoek gepubliceerd in Technische breukmechanica , Payten deelde een herzien model om de groeisnelheid van kruip te voorspellen, dat werd gevalideerd in een reeks materialen.

"Het is zeer nuttig om de scheurgroei in echte componenten nauwkeuriger te kunnen voorspellen, omdat het je in staat stelt om de levensduur van operationele industriële installaties en conventionele, zonne- en kerncentrales met vertrouwen, " zei Payten, een senior onderzoeker van de splijtstofcyclus.

"Ingenieurs en degenen onder ons die in de breukmechanica werken, weten al tientallen jaren dat de huidige vergelijkingen die in de jaren tachtig door Nikbin Smith en Webster (NSW) zijn ontwikkeld, overdreven conservatief zijn, " voegde Payten eraan toe.

De NSW-vergelijkingen zijn afgeleid van origineel wiskundig werk dat in de jaren zestig door Hutchinson Rice en Rosengren (HRR) is gedaan.

In de NSW-vergelijking om de groei van scheurvorming in het vlak te bepalen, die wordt gebruikt in alle technische codes, je vermenigvuldigt de vlakspanningsscheurgroei met een multiaxiale factor van 30 of 50. Dit geeft een hoge schatting voor falen, of een kortere levensduur van het onderdeel.

"Als je een factor 30 of 50 gebruikt in de vergelijking, het kan een resultaat opleveren dat zegt dat u het onderdeel in drie jaar moet afbouwen, terwijl het in werkelijkheid waarschijnlijker is dat het 30 jaar meegaat, ' zei Payten.

"Hoewel Nikbin een andere methode bedacht die een factor tussen de drie en acht gebruikte, het was moeilijk te gebruiken en was afhankelijk van hoe je een kritische hoek interpreteerde.

"Vanwege dit verschil tussen het model en de werkelijke levensverwachting, Ik besloot een nieuwe aanpak te kiezen. Ik had een idee omdat alles wat we gebruiken is gebaseerd op vervormbaarheid. In plaats van taaiheid, Ik keek naar energieën. Ik ging terug naar de originele HRR-vergelijkingen, om een ​​beoordeling te maken op basis van de hoeveelheid energie in de singuliere velden die verband houden met scheurvoortplanting, ' zei Payten.

Met behulp van de originele logaritmetabellen uit het HRR-papier en het Lemaitre-schademodel, Payten kon de energie voor elk van de singuliere velden berekenen.

"Toen ik dat allemaal deed, de factor viel uit op 2,9, die ik op drie heb afgerond. Dit suggereerde dat de factor waarmee we vermenigvuldigen drie zou zijn en niet 30 of 50, wat een significant verschil is.

"Als je conservatieve tijden wilt hebben, ga dan naar zes. Maar we weten nu dat het geen 30 is."

Na het testen en valideren van het nieuwe model een reeks verschillende materialen, inclusief koolstof, staal, roestvrij staal, inconels en superlegeringen, de materialen die worden gebruikt om huidige en toekomstige kernreactoren te bouwen, Payten zei dat hij er zeker van was dat het model bijna universeel zou kunnen worden gebruikt.

Payten beveelt aan om de universele scheurgroeivergelijkingen en de FEA-code te wijzigen om een ​​meer realistische voorspelling van de levensduur van componenten te geven.

"Het zal vooral belangrijk zijn voor installaties met een gecombineerde cyclus, zonnekrachtcentrales, en conventionele planten die nu fietsen, dus planten hoeven niet te vroeg te worden teruggetrokken vanwege onnauwkeurige voorspellingen van scheurgroeisnelheid."

De nieuwe vergelijkingen zijn toegevoegd aan de component 'crack groei' van RemLife, een innovatieve software ontwikkeld door Payten en gedistribueerd door ALS Global. De tool berekent de schade die onderdelen van de krachtcentrale oplopen tijdens bedrijfscycli en kan worden gebruikt om te voorspellen hoe lang de installatie veilig kan werken.