Projekti / Programi
Večnivojski model inicializacije in napredovanja kratkih razpok v komponentu tlačne meje reaktorskega hladila jedrske elektrarne
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.03.04 |
Tehnika |
Energetika |
Energetski postroji |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T160 |
Tehnološke vede |
Jedrsko inženirstvo in tehnologija |
življenjska doba, varnost, materialne lastnosti, utrujanje materiala, napredovanje kratkih razpok
Raziskovalci (4)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
07025 |
dr. Leon Cizelj |
Energetika |
Raziskovalec |
2007 - 2009 |
963 |
| 2. |
04143 |
mag. Ljubo Fabjan |
Energetika |
Tehnični sodelavec |
2007 - 2009 |
177 |
| 3. |
21181 |
Zoran Petrič |
Energetika |
Raziskovalec |
2007 - 2009 |
15 |
| 4. |
19910 |
dr. Igor Simonovski |
Konstruiranje |
Vodja |
2007 - 2009 |
149 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.742 |
Povzetek
Velika večina komponent tlačne meje reaktorskega hladila jedrske elektrarne je v svoji življenjski dobi podvržena časovno odvisnim obremenitvam. Tlačna meja ločuje primarni, visokotlačni sistem od drugih delov jedrske elektrarne. Sestavljena je iz tlačnih posod, cevi, ventilov, cevnih in instrumentacijskih priključkov, njena integriteta pa je izrednega pomena za varno obratovanje jedrske elektrarne. Časovno odvisne obremenitve privedejo do utrujanja (nastanek in nabiranje trajnih poškodb) materiala, kar neposredno vpliva na življenjsko dobo komponent tlačne meje. Eden izmed prvih znanilcev poškodb v materialu je nastanek mikro-razpok. Napredovanje teh razpok je lahko zelo različno, saj nekatere zaustavijo kristalne meje, druge pa napredujejo in se lahko združijo ter s časom prerastejo v makro-razpoko. Delež obdobja nastanka in napredovanja mikro-razpok je zelo pomemben saj lahko predstavlja tudi do 80 % celotne življenjske dobe. Nastanka in napredovanja mikro-razpok še vedno ne razumemo v celoti zato je raziskovanje tega področja zelo aktivno. Pri tem je zelo pomembno, da fizikalni modeli teh razpok zajemajo lastnosti polikristalne strukture in mehanizme deformacij na teh velikostnih razredih saj je obnašanje mikro-razpok pogojeno tudi z lokalno strukturo materiala.
Raziskovalna skupina je že razvila določene metode in orodja za neposredno simulacijo polikristalne strukture materiala (skupkov naključno orientiranih in oblikovanih kristalnih zrn). Sem sodijo orodja za generacijo naključnih Voronojevih mozaikov, za mreženje naključnih mozaikov s končnimi elementi in preverjeni modeli kristalne plastičnosti, primernimi predvsem pri monotonem obremenjevanju. Poteka tudi razvoj metod za vključitev mikro-razpoke. V dosedanjem razvoju teh metod smo se zaradi kompleksnosti problema omejili na monotone obremenitve.
V ponujenem raziskovalnem projektu predlagamo nadaljnji razvoj in pomembne izboljšave teh metod s katerimi bi omogočili simulacijo ciklične obremenitve mikro-razpok. Pri tem se bomo omejili na jekla, iz katerih je izdelana celotna za varnost jedrske elektrarne najpomembnejša tlačna meja reaktorskega hladila, poleg nje pa še velika večina preostalih za varnost pomembnih komponent jedrske elektrarne.
Uresničitev zastavljenih projektnih ciljev in pričakovanih projektnih rezultatov predstavlja bistveni prispevek k razumevanju in modeliranju nastanka in zgodnjega razvoja mikro-razpok v kovinskih materialih. Predvidena diseminacija rezultatov vključuje članke v SCI revijah, konferenčne prispevke, neposreden vpliv na slovensko in evropsko podiplomsko izobraževanje na področju jedrske tehnike z neposrednim projektnim delom učiteljev in študentov, ter sodelovanje v evropski mreži odličnosti NULIFE.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave so usmerjene v podporo varnemu predvidenemu in podaljšanemu obratovanju obstoječe 2. generacije jedrskih elektrarn, gradnji in zagonu današnjih elektrarn 3. generacije in razvoju in načrtovanju bodočih elektrarn 4. generacije. Projekt se nanaša na zgodnji razvoj (inicializacijo in napredovanje) medkristalnih napetostno-korozijskih razpok nerjavnih jekel, ki se pogosto uporabljajo v industrijskih ter jedrskih elektrarnah in so predvidena tudi za številne komponente mednarodnega termonuklearnega reaktorja ITER (Thermonuclear Experimental Reactor). Tematika zajema do sedaj še ne popolnoma razumljene probleme na področjih staranje materialov in strukturne mehanike. Projekt prispeva k poglobljenem razumevanju nastanka in napredovanja mikrostrukturno kratkih razpok v polikristalnih materialih kar povečuje naše poznavanje procesa utrujanja v kovinah in zlitinah ter izvora raztrosa življenjske dobe geometrično podobnih komponent. S projektom prispevamo k znanstvenemu napredku na področju večnivojskega obravnavanja problemov lomne mehanike in obnašanja jekel na mezoskopskem nivoju kar bo nedvomno imelo pozitivne učinke na potencialne strukturne težave v jedrskih elektrarnah in v širši industriji. Razumevanje procesa staranja je namreč najpomembnejši predpogoj za oceno in obvladovanje staranja v jedrskih elektrarnah. To je ključnega pomena za varno in gospodarno obratovanje ter obnovo obratovalnega dovoljenje (license renewal). S pričakovanim podaljšanjem obratovanja jedrskih elektrarn bo to področje postalo še bolj pomembno. Hkrati bo pridobljeno znanje uporabno tudi širše v procesni industriji in splošni strojegradnji.
Pomen za razvoj Slovenije
Cilj skupnih raziskav je razvoj računalniških simulacijskih modelov, ki bodo lahko zanesljivo napovedovali nastanek in rast mikrostrukturno kratkih razpok. Potencialne učinke rezultatov vidimo predvsem v pridobljenih novih znanjih o inicializaciji in napredovanju kratkih razpok ter posledično celovitejšemu obravnavanju življenjske dobe strojnih komponent. Pridobljeno temeljno znanje bo nedvomno prispevalo k varnejšemu obratovanju strojnih komponent tako v jedrskih elektrarnah kot v širši strojegradnji in realnejši oceni življenjske dobe. Izboljšano obvladovanje zgodnjega nastanka napetostno-korozijskih razpok bo dolgoročno nedvomno imelo pozitiven učinek na zniževanje obratovalnih stroškov ter varno, zanesljivo in konkurenčno obratovanje industrijskih naprav.
V projektu sodeluje tudi izr. prof. dr. Leon Cizelj, ki predava mehaniko konstrukcij in lomno mehaniko na podiplomskem študiju jedrske tehnike v okviru Fakultete za Matematiko in Fiziko, Univerze v Ljubljani. Prenosa znanja na študente podiplomskega študija jedrske tehnike bo imel pozitivni vpliv na razvoj podiplomskega študija.
Raziskovalna tematika projekta je zelo aktualna tudi v EU. Projekt torej plemeniti prispevek nacionalnih osnovnih raziskav na področju lomne mehanike oz. razvoja večnivojskih modelov tako v okviru EU kot tudi širše.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
