Modelling of the deformation process under thermo-mechanical fatigue conditions

Okrajni, J.; Junak, G.; Marek, A.

doi:10.1016/j.ijfatigue.2007.01.043

Cited by 26 publications

(18 citation statements)

References 1 publication

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Similarly, numerous constitutive models that can explicitly account for temperature and strain-rate -or equivalently, plastic shear rate -effects exist (Beyerlein and Tomé, 2008;Khan and Baig, 2011;Khan and Liang, 1999;Sung et al, 2010;Uenishi and Teodosiu, 2004;Voyiadjis and Abed, 2005b;Zerilli and Armstrong, 1987) but they are generally restricted by their applicability and capability to be extended to materials other than the subject material therein. Although preliminary efforts have shown promise (Okrajni et al, 2008), further progress in the development of constitutive models that can account for thermo-mechanical loads also still faces challenges (Aktaa and Petersen, 2009). Therefore, there is an ever-increasing need for generalized analytical frameworks based on sound underlying mechanics that can link all the relevant parameters of importance with minimal fitting parameters.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

WITHDRAWN: Dislocation-based constitutive modeling of martensitic/ferritic steels at elevated temperatures. Part II: Cyclic behavior without hold time effects

Kalyanasundaram

Saxena

Holdsworth

2013

International Journal of Plasticity

View full text Add to dashboard Cite

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

WITHDRAWN: Dislocation-based constitutive modeling of martensitic/ferritic steels at elevated temperatures. Part II: Cyclic behavior without hold time effects

Kalyanasundaram

Saxena

Holdsworth

2013

International Journal of Plasticity

View full text Add to dashboard Cite

“…T k [4,15] E [18] Q ∞ [15] b [15] A [15] n [15] C 1 [4,15] γ 1 [4,15] C 2 [4,15] γ 2 [4,15] B ˚C 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 …”

Section: Discussionunclassified

“…Work carried out in [3] has recognised that repeated start and stop operations lead to creep-fatigue loading on power plant components. In [4], thermo-mechanical modelling of P91steel in complex power plant geometries, including 2 effects of varying thermal and mechanical loads representative of plant start-up was carried out using an elastic-plastic material model (without strain-rate effects). In [5], [6], [7] the inservice life of 2 1 / 4 Cr-1Mo steel power plant components has been investigated, based on a linear elastic finite-element analysis, which is expected to underestimate the component lifetime.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Development of life assessment procedures for power plant headers operated under flexible loading scenarios

Farragher

Scully²,

O’Dowd

et al. 2013

International Journal of Fatigue

View full text Add to dashboard Cite

Publication InformationFarragher, TP, Scully, S, O Dowd, NP, Leen, SB (2013) 'Development of life assessment procedures for power plant headers operated under flexible loading scenarios'. International Journal Of Fatigue, 49 :50-61. PublisherElsevier ScienceDirect 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 Abstract A finite element methodology for thermomechanical fatigue analysis of a subcritical power plant outlet header under realistic loading conditions is presented. The methodology consists of (i) a transient heat transfer model, (ii) a sequential anisothermal cyclic viscoplastic model and (iii) a multiaxial, criticalplane implementation of the Ostergren fatigue indicator parameter. The methodology permits identification of the local thermomechanical stress-strain response at critical locations and prediction of fatigue life and cracking orientation for complex transient, anisothermal, cyclic elastic-plastic-creep material behaviour. Measured plant data, in the form of steam and pipe temperature transients and steam pressure data, are employed to identify heat transfer constants and validate the predicted thermal response, with particular attention given to plant start-up and attemperation effects. The predictions indicate out-of-phase temperature-strain response at the header inside surface and in-phase response on the outside surface. Cooling transients are predicted to control damage and crack initiation at the inner bore, whereas heating transients are predicted to have a more damaging effect at weld locations. A representative test cycle is presented, which is shown to capture the salient thermo-mechanical cyclic damage of the realistic cycle. The predicted results correlate well with industrial experience in terms of crack (initiation) orientation, location and life. IntroductionThere is a need to understand the performance of candidate power plant materials for higher temperatures and pressures. 9-12% Cr steels are an example of such candidate materials, owing to their excellent mechanical properties, and steels such as P91 and P92 are already being utilised in power generation plant [1]. There is an increasing trend towards shifting of energy supply from conventional fossil fuel power plant to sustainable energies, e.g. wind power. To allow for the variable nature of renewable energy supply, there is a requirement to operate existing plant, designed for 'base-load' operation, with relatively infrequent shutdown and start-up, in 'load-following' mode, characterised by increased frequency of shutdown and start-up. This issue has increased the importance of design and assessment of materials and components for high temperature, pressurised plant with respect to thermomechanical fatigue (TMF) and creep-fatigue failure.Current header design does not consider cyclic thermal stresses and load cycling that can lead to creep-f...

show abstract

“…Przyjęto również stały współczynnik przejmowania ciepła na podstawie norm projektowania naczyń ciśnieniowych [6]. W dalszej kolejności należy wziąć pod uwagę eksperymentalnie wyznaczone właści-wości zmęczeniowe rozpatrywanego materiału, a w szczególności wpływ temperatury na przebieg cyklicznych procesów odkształcania i trwałość w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego [7][8][9][10][11]. Należy również rozpatrzeć wpływ zmienności współczynnika przejmowania ciepła w zależności od parametrów pary i czasu na rozkłady temperatury w rozpatrywanych elementach [4,5].…”

Section: Podsumowanieunclassified

Modelowanie wpływu parametrów eksploatacyjnych na stan naprężenia rur grubościennych w kotłach o parametrach nadkrytycznych

Wacławiak

Okrajni

2018

ZN PRz Mechanika

View full text Add to dashboard Cite

W pracy przedstawiono przykłady modelowania procesów cieplno-mechanicznych zachodzących w rurach grubościennych podczas uruchamiania bloków energetycznych. Rozpatrzono przykłady elementów wykonanych ze stopu HR6W przeznaczonego na elementy urządzeń energetycznych o podwyższonych parametrach pracy. Omówiono zagadnienie wyznaczania pól temperatury i składowych stanu napręże-nia na przykładzie rury grubościennej o średnicy zewnętrznej wynoszącej 540 mm i grubości ściany równej 127 mm, która reprezentuje elementy bloków o nadkrytycznych parametrach pracy, projektowane z uwagi na kryterium wytrzymałości na pełzanie. Ciśnienie wewnątrz rury w warunkach pracy ustalonej wynosiło 31,4 MPa, a temperatura 610°C. Skoncentrowano się na zagadnieniu oceny wpływu krótko-trwałych zmian temperatury podczas cykli uruchamiania bloku energetycznego na rozkłady zmiennej w czasie temperatury i związane z nimi naprężenia cieplne. Przedstawiono sposób modelowania uwzględniający możliwość oceny wpływu czasu rozruchu i niestabilności parametrów pary w tym okresie na przebieg lokalnych charakterystyk procesu odkształcania materiału. Ważne dla symulacji numerycznej właściwości materiałowe przyjmowano jako zależne od temperatury. Wyznaczono lokalne charakterystyki odkształcania wybranych punktów na powierzchni rury w postaci zależności pomiędzy odkształceniem i naprężeniem obwodowym. Wykazano istotny wpływ oscylacji temperatury występujących w warunkach rozruchu na zmienne w czasie pola naprężeń i odkształceń, sprzyjające powstawaniu zjawisk o zmęczeniowym charakterze.Słowa kluczowe: zmęczenie cieplno-mechaniczne, symulacja numeryczna, rozruch kotłów energetycznych WprowadzenieCiągły wzrost parametrów pracy oraz konieczność większej dyspozycyjności uruchamianych i projektowanych obecnie bloków energetycznych, wynika-1 Autor do korespondencji/corresponding author: Krzysztof Wacławiak, Politechnika Śląska,

show abstract

Modelling of the deformation process under thermo-mechanical fatigue conditions

Cited by 26 publications

References 1 publication

WITHDRAWN: Dislocation-based constitutive modeling of martensitic/ferritic steels at elevated temperatures. Part II: Cyclic behavior without hold time effects

WITHDRAWN: Dislocation-based constitutive modeling of martensitic/ferritic steels at elevated temperatures. Part II: Cyclic behavior without hold time effects

Development of life assessment procedures for power plant headers operated under flexible loading scenarios

Modelowanie wpływu parametrów eksploatacyjnych na stan naprężenia rur grubościennych w kotłach o parametrach nadkrytycznych

Contact Info

Product

Resources

About