Una disparidad menor entre un modelo matemático establecido para predecir el comportamiento de crecimiento de grietas por fluencia en materiales en entornos de alta temperatura y datos reales ha llevado al Dr. Warwick Payten a reevaluar el enfoque y revisar el modelo.
En una investigación publicada en Engineering Fracture Mechanics, Payten compartió un modelo revisado para predecir las tasas de crecimiento lento que fue validado en una variedad de materiales.
"Ser capaz de predecir con mayor precisión el crecimiento de grietas en componentes reales es muy útil porque le permite extender la vida útil de las plantas industriales y las centrales convencionales de energía solar y nuclear con confianza", dijo Payten, investigador senior del ciclo del combustible nuclear.
"Los ingenieros y aquellos de nosotros que trabajamos en mecánica de fracturas hemos sido conscientes durante muchas décadas de que las ecuaciones actuales desarrolladas en la década de 1980 por Nikbin Smith y Webster (NSW) son demasiado conservadoras", agregó Payten.
Las ecuaciones NSW se derivaron del trabajo matemático original realizado en la década de 1960 por Hutchinson Rice y Rosengren (HRR).
En la ecuación de NSW para determinar el crecimiento de grietas por deformación plana, que se utiliza en todos los códigos de ingeniería, se multiplica el crecimiento de grietas por tensión plana por un factor multiaxial de 30 o 50. Esto produce una alta estimación de falla o una vida operativa más corta para componente.
"Cuando usas un factor de 30 o 50 en la ecuación, puede producir un resultado que dice que tienes que retirar la parte en tres años, cuando en realidad es más probable que dure 30 años", dijo Payten.
"Aunque a Nikbin se le ocurrió otro método que usaba un factor entre tres y ocho, era difícil de usar y dependía de cómo interpretara un ángulo crítico".
"Ser capaz de predecir con mayor precisión el crecimiento de grietas en componentes reales es muy útil porque le permite extender la vida útil de las plantas industriales y las centrales convencionales de energía solar y nuclear con confianza", dijo Payten, investigador senior del ciclo del combustible nuclear.
"Los ingenieros y aquellos de nosotros que trabajamos en mecánica de fracturas hemos sido conscientes durante muchas décadas de que las ecuaciones actuales desarrolladas en la década de 1980 por Nikbin Smith y Webster (NSW) son demasiado conservadoras", agregó Payten.
Las ecuaciones NSW se derivaron del trabajo matemático original realizado en la década de 1960 por Hutchinson Rice y Rosengren (HRR).
En la ecuación de NSW para determinar el crecimiento de grietas por deformación plana, que se utiliza en todos los códigos de ingeniería, se multiplica el crecimiento de grietas por tensión plana por un factor multiaxial de 30 o 50. Esto produce una alta estimación de falla o una vida operativa más corta para componente.
"Cuando usas un factor de 30 o 50 en la ecuación, puede producir un resultado que dice que tienes que retirar la parte en tres años, cuando en realidad es más probable que dure 30 años", dijo Payten.
"Aunque a Nikbin se le ocurrió otro método que usaba un factor entre tres y ocho, era difícil de usar y dependía de cómo interpretara un ángulo crítico".
"Debido a esta disparidad entre el modelo y la esperanza de vida real, decidí adoptar un nuevo enfoque. Tuve una idea porque todo lo que usamos se basa en la ductilidad. En lugar de la ductilidad, miré las energías. Volví a la HRR original ecuaciones, para hacer una evaluación basada en la cantidad de energía en los campos singulares asociados con la propagación de grietas ", dijo Payten.
Utilizando las tablas de logaritmos originales del documento HRR y el modelo de daño de Lemaitre, Payten pudo calcular la energía para cada uno de los campos singulares.
Utilizando las tablas de logaritmos originales del documento HRR y el modelo de daño de Lemaitre, Payten pudo calcular la energía para cada uno de los campos singulares.
"Cuando hice todo eso, el factor cayó a 2.9, que redondeé a tres. Esto sugirió que el factor por el que multiplicamos sería tres y no 30 o 50, que es una diferencia significativa".
"Si quieres ser conservador, ve a las seis. Pero ahora sabemos que no son 30."
Después de probar y validar el nuevo modelo con una gama de diferentes materiales, incluidos carbono, aceros, aceros inoxidables, inconel y superaleaciones, los materiales utilizados para construir reactores de potencia actuales y futuros, Payten dijo que confiaba en que el modelo podría usarse casi universalmente.
Payten recomienda que se modifiquen las ecuaciones universales de crecimiento de grietas y el código FEA para proporcionar una predicción más realista de la vida útil de los componentes.
"Será particularmente importante para las plantas de ciclo combinado, las estaciones de energía solar y las plantas convencionales que ahora están en ciclo, por lo que las plantas no tienen que retirarse demasiado pronto debido a las predicciones inexactas de las tasas de crecimiento de grietas".
Las nuevas ecuaciones se han agregado al componente de "crecimiento de crack" de RemLife, un software innovador desarrollado por Payten y distribuido por ALS Global. La herramienta calcula el daño que los componentes de la estación de energía sufren durante los ciclos de operación y puede usarse para predecir cuánto tiempo la planta puede operar de manera segura.
"Si quieres ser conservador, ve a las seis. Pero ahora sabemos que no son 30."
Después de probar y validar el nuevo modelo con una gama de diferentes materiales, incluidos carbono, aceros, aceros inoxidables, inconel y superaleaciones, los materiales utilizados para construir reactores de potencia actuales y futuros, Payten dijo que confiaba en que el modelo podría usarse casi universalmente.
Payten recomienda que se modifiquen las ecuaciones universales de crecimiento de grietas y el código FEA para proporcionar una predicción más realista de la vida útil de los componentes.
"Será particularmente importante para las plantas de ciclo combinado, las estaciones de energía solar y las plantas convencionales que ahora están en ciclo, por lo que las plantas no tienen que retirarse demasiado pronto debido a las predicciones inexactas de las tasas de crecimiento de grietas".
Las nuevas ecuaciones se han agregado al componente de "crecimiento de crack" de RemLife, un software innovador desarrollado por Payten y distribuido por ALS Global. La herramienta calcula el daño que los componentes de la estación de energía sufren durante los ciclos de operación y puede usarse para predecir cuánto tiempo la planta puede operar de manera segura.
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