Till innehåll på sidan

Modelling of intergranular stress corrosion cracking mechanism

Du som saknar dator/datorvana kan kontakta alfred@kth.se för information

Tid: Ti 2020-04-21 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_kGQFlf_7QB-7Cr1yIE9cvw, Stockholm (English)

Ämnesområde: Teknisk mekanik

Respondent: Michal Sedlak Mosesson , Hållfasthetslära

Opponent: PhD Thierry Couvant, Électricité de France EDF

Handledare: Proffesor Bo Alfredsson, Hållfasthetslära

Exportera till kalender

Abstract

Spänningskorrosion (SCC) har stor inverkan vid bedömningen av kärnkraftverkens livslängd. Spänningskorrosionssprickor i kärnkraftverk är ett välkänt fenomen och är intensivt undersökta, men än i dag är den grundläggande orsaken inte helt förstådd pga. dess komplicerade natur. Det finns många olika skademekanismer bakom SCC. Fokus i denna avhandling ligger på slip-oxidation modellen. I slip-oxidation modellen diffunderar de aggressiva jonerna till sprickspetsen, de fungerar där som en katalysator för att bromsa återväxt av oxidfilmen. Vid sprickspetsen inträffar den lokaliserade anodiska upplösningen ända tills en oxidfilm byggts upp och passiverat korrosionsprocessen. En yttre last skapar konstanta spänningar, vilka i sin tur leder till att oxidfilmen spricker efter att ha växt ett tag. Detta skapar tillväxt av ny oxid och processen upprepas cykliskt.   I den första delen av arbetet introduceras en ny formulering av ett kohesivt element med utökad förmåga at simulera olika miljöförhållanden. Vilket ingår i de senare SCCmodellerna. Den nya degraderingsmetoden utvärderades mot ett väteförsprödningsexperiment (HE). Resultaten av simuleringarna med den nya modellen för degradering överensstämde bättre med experimentet än tidigare simuleringar i litteraturen.  I den andra delen skapades en fenomenologisk SCC-modell som är baserad på slipoxidation modellen. Den simulerar vattenkemin i primärkretsen hos tryckvattenreaktorer (PWR) och i kokvattenreaktorer (BWR) under normal vattenkemi (NWC).   PWR-modellen var implicit, med ett segregerad lösningsschema inklusive en diffusionsekvation baserad på Ficks andra lag och en kohesiv brottzonsbeskrivning för sprickmekanismen. Degraderingen simuleras med en anodisk slip-oxidation modell som använder den effektiva kohesiva normalkraften och koncentrationen av de aggressiva jonerna som huvudparametrar. Modellen utvärderades mot experiment som visar effekten av kallbearbetning på intergranulär spänningskorrosion (IGSCC). Modellen överensstämmer för skiftande mängd kallbearbetning, vilket illustrerades genom att endast ändra flytspänningen i bulkmaterialet. Modellen överensstämde även för olika spänningsintensitetsfaktorer. Mångsidigheten av modellen illustrerades genom att simulera IGSCC i Alloy600, även det med bra överenstämmelse.  BWR-modellen är en multifysikmodell som bygger på en slip-oxidation modell, diffusionsmodell och en adaptiv oxidtjocklek som utvecklats i det kohesiva elementet. Oxidtjockleken utgick från slip-oxidationsmodellen och uppdaterades i varje strukturell iteration för att helt koppla samman det kohesiva elementets sprickegenskaper. Den cykliska fysiken i slip-oxidationsmodellen replikerades. Modellresultaten överensstämde med experiment i litteraturen för förändringar i stressintensitetsfaktor, flytspänning som representerar kallbearbetning och miljöfaktorer som konduktivitet och korrosionspotentialen. Den adaptiva oxidmodellen utvecklades också till en duplex modell där två oxider simulerades. Den totala oxiden delades upp i en inre oxid med både logaritmisk och exponentiell tillväxtlag och en yttre oxid som styrdes av slip-oxidationsmodellens totala oxidation.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-271572