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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.85.2020.tde-12032020-083247
Document
Author
Full name
Danilo Pinheiro Faria
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Silva, Antonio Teixeira e (President)
Baliño, Jorge Luis
Motta, Claudia Giovedi
Title in Portuguese
Análise mecânico-estrutural de uma vareta de combustível de aço inoxidável sob condições de ensaio de arrebentamento
Keywords in Portuguese
aço inoxidável 348
análise estrutural
ensaio de arrebentamento
Abstract in Portuguese
Após o acidente nuclear de Fukushima em 2011, a comunidade científica intensificou as pesquisas para desenvolver combustíveis com tecnologia avançada. Nesse contexto, ligas à base de ferro surgiram como uma boa alternativa para ligas à base de zircônio. Para que a substituição do material do revestimento seja possível, são necessários estudos relacionados a suas propriedades mecânicas. Dessa forma, o presente trabalho realizou avaliações mecânico-estruturais a partir das propriedades mecânicas do aço inoxidável AISI 348, especificamente sob condições do ensaio de arrebentamento. Os ensaios de arrebentamento foram projetados para o intervalo de temperatura de 32°C a 450°. Em seguida, um modelo computacional foi criado baseado no corpo de prova do ensaio experimental. A simulação numérica foi realizada considerando as propriedades mecânicas do material específicas para o intervalo de temperatura de interesse. Os resultados numéricos foram comparados aos experimentais e o modelo foi validado. Como os aços inoxidáveis austeníticos possuem estabilidade estrutural para baixas e altas temperaturas, os resultados puderam ser extrapolados para temperaturas além daquelas fixadas no ensaio de arrebentamento. Após a validação do modelo computacional, foram realizadas simulações para temperaturas superiores a 450°C, e então foi obtida uma correlação entre a pressão de arrebentamento e a temperatura para o aço inoxidável AISI 348. A função encontrada pode então ser implementada em códigos de desempenho de combustível, como o FRAPTRAN e o TRANSURANUS, para que seja possível avaliar o comportamento de varetas de combustível com revestimento em aço inoxidável AISI 348 sob condições de acidente.
Title in English
Mechanical-structural analysis of a stainless steel fuel rod under burst test conditions
Keywords in English
burst test
mechanical analysis
stainless steel 348
Abstract in English
After the Fukushima nuclear accident in 2011, the nuclear research community has initiated research into the development of advanced technology fuels. In this context, iron-based alloys have emerged as a good alternative to zirconium-based alloys. In order to make possible the cladding material replacement, studies related to their mechanical properties are necessary. Thus, the present study carried out a mechanical-structural evaluation from the literature available data regarding the mechanical properties of stainless steel AISI 348, specifically in the conditions of burst test. Burst tests were performed in a temperature range from 32°C up to 450°C. Then, a computational model was created based on the specimen of the burst test. Numerical simulations were performed considering the tensile tests of stainless steel at various temperatures. The numerical results were compared with the results of the burst test. Test and simulations were comparable leading to computational model validation. As austenitic stainless steels have structural stability for low and high temperatures, the results could be extrapolated to temperatures higher than those applied in the burst test. After the validation of the computational model, simulations were performed for temperatures higher than 450°C, thus obtaining a burst pressure curve as a function of the temperature for stainless steel AISI 348. The correlation of burst data as function of temperature could be implemented in FRAPTRAN or TRANSURANUS codes, in order to make possible the evaluation of the behavior of a fuel rod using stainless steel AISI 348 as cladding material under postulated accident conditions.
 
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2020FariaAnalise.pdf (3.30 Mbytes)
Publishing Date
2020-03-12
 
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