Crack propagation and arrest in pressurized water reactor vessels (draft version)
Description
In complement of the studies of harmfulness of defects, generally realized in term of initiation, the concept of crack arrest could be used as complementary analyses to the studies of safety. The stop occurs when the stress intensity factor becomes lower than crack arrest toughness (Kla) calculated in elasto-static. The aim of this thesis is to understand and predict the stop of a crack propagating at high speed in 18MND5 steel used in the pressure water reactor (PWR). The test chosen to study crack arrest is the disc thermal shock test. The observations under the scanning electron microscope of the fracture surface showed that the crack arrest always occurs in cleavage mode and that the critical microstructural entity with respect to the propagation and crack arrest corresponds to at least the size of the prior austenitic grain. The numerical analyses in elasto-statics confirm the conservatism of the codified curve of the RCC-M with respect to the values of KIa. The dynamic numerical analyses show that the deceleration of the crack measured at the end of the propagation is related to the global dynamic of the structure (vibrations). The transferability to components of crack arrest toughness obtained from tests analysed in static is thus not assured. The disc thermal shock tests were also modelled by considering a criterion of propagation and arrest of the type 'RKR' characterized by a critical stress of which depends on the temperature. The results obtained account well for the crack jump measured in experiments as well as the shape of crack arrest front. (author)
Abstract (French)
L'objectif de cette etude est de comprendre et de prevoir l'arret de fissure se propageant a grande vitesse dans un acier 18MND5; le mode de rupture a l'amorcage et durant la propagation etant le clivage. L'essai qui se rapproche le plus des conditions accidentelles qui pourraient intervenir lors de la propagation d'une fissure dans l'epaisseur d'une cuve REP, et qui a ete choisi par EDF pour etudier l'arret de fissure, est l'essai de choc thermique sur disque. L'etude de ces essais vis-a-vis des analyses statiques et dynamiques nous permettra d'une part de determiner l'influence des effets dynamiques et d'autre part de determiner l'influence du comportement du materiau. Enfin, afin de comprendre les mecanismes microscopiques mis en jeu lors de l'arret de fissure, une etude basee sur l'observation fractographique des surfaces de rupture a ete effectuee. Dans le second chapitre, on mettra en place les outils necessaires au traitement des problemes en mecanique de la rupture dynamique. On presentera les principaux resultats des etudes precedentes sur l'arret de fissure, ainsi que les differents essais permettant de determiner la tenacite a l'arret. Enfin on donnera quelques outils necessaires a la modelisation de la propagation des fissures. Dans le troixieme chapitre, on presentera le materiau de l'etude, sa microstructure et ses caracteristiques mecaniques. Ce chapitre est egalement consacree a l'exploitation des resultats experimentaux obtenus lors des essais de choc thermique sur disque (champ de temperature, saut de fissure, vitesse de fissuration). Enfin une etude fractographique des surfaces de rupture est presentee. Le but de cette etude etant de caracteriser la propagation et l'arret de fissure a l'echelle microscopique. Le chapitre IV est consacre a l'analyse thermo-mecanique des essais de choc thermique. En effet la determination de la tenacite a l'arret pour cet essai ne peut se faire que via un calcul numerique. Outre la determination de la tenacite a l'arret en utilisant la codification du RCC-M (analyse statique), on presentera des analyses dynamiques et on s'interresera particulierement a l'influence de la loi de comportement du materiau et de la vitesse 'reelle' de fissuration sur le calcul du facteur d'intensite des contraintes. Enfin a partir des analyses precedentes on tentera de proposer un critere permettant de modeliser la propagation et l'arret de fissure. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Propagation et arret de fissure dans les cuves des reacteurs a eau pressurisee (Version provisoire)
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 105 p.
- Report number
- FRNC-TH--12412
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 53012186
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE; S21: SPECIFIC NUCLEAR REACTORS AND ASSOCIATED PLANTS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- CLEAVAGE; CRACK PROPAGATION; DYNAMIC LOADS; ELASTICITY; FRACTURE PROPERTIES; GRAIN ORIENTATION; LOW ALLOY STEELS; MECHANICAL TESTS; PLASTICITY; PWR TYPE REACTORS; REACTOR VESSELS; RUPTURES; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; STATIC LOADS; TEMPERATURE DISTRIBUTION; THERMAL CONDUCTION; THERMAL SHOCK
- Descriptors DEC
- ALLOYS; CARBON ADDITIONS; CONTAINERS; ELECTRON MICROSCOPY; ENERGY TRANSFER; ENRICHED URANIUM REACTORS; FAILURES; HEAT TRANSFER; IRON ALLOYS; IRON BASE ALLOYS; MATERIALS TESTING; MECHANICAL PROPERTIES; MICROSCOPY; MICROSTRUCTURE; ORIENTATION; POWER REACTORS; REACTORS; STEELS; TESTING; THERMAL REACTORS; TRANSITION ELEMENT ALLOYS; WATER COOLED REACTORS; WATER MODERATED REACTORS
Optional Information
- Notes
- 95 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses