search query: @supervisor Tuhkuri, Jukka / total: 83
results-list
reference: 43 / 83
« previous | next »
Author:Patalainen, Mikko
Title:Thermal analysis of a mechanical loading device for irradiation experiments
Säteilytyskokeissa käytettävän mekaanisen koestuslaitteen lämpöanalyysi
Publication type:Master's thesis
Publication year:2010
Pages:94      Language:   eng
Department/School:Sovelletun mekaniikan laitos
Main subject:Lujuusoppi   (Kul-49)
Supervisor:Tuhkuri, Jukka
Instructor:Saarenheimo, Arja
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  4712   | Archive
Abstract (eng): In this study, temperature distribution in the mechanical loading device for irradiation experiments is calculated using the finite element method.
The device is designed to study creep behaviour of the fuel cladding material under neutron radiation.
The device will produce controlled bi-axial load on a tubular test specimen.
The submitted load consists of axial tensile or compression load and internal pressure load introduced in the test specimen.
The device will also measure deformations of the test specimen on-line.
Thermal analyses are needed to support the design of the loading device since the neutron radiation increases temperature in the device.
The purpose of the calculations is to determine the design parameters in order to achieve the desired experimental conditions.
The parameters to be determined are related to specific nuclear heat, gas gap thickness for thermal regulation in the irradiation rig, and use of electrical heaters in order to produce additional heat if necessary.
The goal is to achieve a temperature of 350 °C on the test specimen surface.

The temperature distribution calculations are performed using ABAQUS code.
Due to the complicated geometry of the device and limitations in the computational capacity it was not reasonable to model the device completely.
The calculations are performed using different models which either describe a specific part of the device or a wider entity.
In addition, a CATIA V5 model is utilized in creating the calculation models.
The thermal analyses are performed with both steady-state and time-dependent transient calculations.
The first analysis type is used to determine the design parameters for the experimental conditions.
The second analysis type is used to study the heating effect of the feeler arms during diameter change measurements.

The results of each model were compared with each other and found to be consistent.
The purpose of the comparison was to verify the results since other experimental verification data was not available.
A major difference is seen between the 2D plane and the 3D section model of which the first model describes only the cross section plane in radial direction of the device while the 3D model describes a wider entity.
Hence, the 3D model can he used to model the temperature distribution in the flanges which is not possible to be modelled by using the 2D plane model, since the neutron radiation is not constant in the vertical direction.
In addition, the mesh independency and the sufficient time incrimination were ensured with sensitivity studies.
The results show that by using the design parameters determined in this work the desired temperature of 350 °C can be achieved in the research reactor conditions.
Abstract (fin): Tässä työssä tutkitaan polttoainesauvojen suojakuorimateriaalin tutkimiseen suunnitellun koelaitteen lämpötilajakaumia elementtimenetelmällä.
Koelaite on suunniteltu neutronisäteilytetyn suojakuorimateriaalin virumisen tutkimukseen.
Laite tuottaa putkimaiseen koekappaleeseen kaksiaksiaalisen jännitystilan.
Kuormitus koostuu aksiaalisuuntaisesta veto- tai puristuskuormituksesta sekä paineesta, joka kohdistetaan putken sisälle.
Laite mittaa koekappaleeseen syntyneet muodonmuutokset reaaliajassa.
Lämpöanalyyseja tarvitaan laitteen suunnittelun tueksi, koska neutronisäteily nostaa lämpötilaa.
Laskennan tarkoitus on määrittää koeolosuhteisiin vaikuttavat suunnitteluparametrit niin, että halutut koeolosuhteet saavutetaan.
Määritettäviä parametreja ovat säteilytehon voimakkuus, kaasuraon paksuus koestuskapselissa lämpötilan säätelyä varten ja lisälämpötehon tuottaminen tarvittaessa elektronisilla lämmittimillä.
Tavoitteena on saavuttaa noin 350 °C:n lämpötila koekappaleen pinnalla.

Lämpöanalyysit on suoritettu ABAQUS-ohjelmistoa käyttäen.
Laitteen geometrian monimutkaisuuden ja laskentakapasiteetin rajallisuuden vuoksi ei ollut tarkoituksenmukaista mallintaa laitetta täydellisesti.
Laskenta on suoritettu käyttäen erilaisia malleja, jotka kuvaavat joko vain tiettyä kohtaa laitteesta tai laajempaa kokonaisuutta.
Laskentamallien luomisessa on käytetty apuna 3D-malleja, jotka on luotu CATIA V5- suunnitteluohjelmalla.
Lämpöanalyyseissä on käytetty sekä ajasta riippumattomia että ajasta riippuvia analyyseja.
Ensimmäistä analyysityyppiä on käytetty suunnitteluparametrien määrittämisessä.
Ajasta riippuvaa analyysityyppiä on puolestaan käytetty koelaitteen mitta-anturien lämpövaikutuksen määrittämiseen mittausperiodin aikana.

Eri malleilla saatuja tuloksia on verrattu keskenään ja ne on todettu yhteneviksi.
Vertailun tarkoituksena on verifioida laskentatuloksia, koska kokeellista verifiointidataa ei ollut saatavilla.
Mallien erot tulevat ilmi etenkin 2D- ja 3D-malleilla, joista ensimmäinen malli kuvaa vain poikkileikkaustasoa mittalaitteen keskeltä kun taas jälkimmäinen malli kuvaa tarkempaa kokonaisuutta.
Näin ollen 3D-malli kuvaa hyvin laippoihin syntyviä lämpöjakaumia, joita ei voi kuvata 2D-tasomallilla, koska säteilystä aiheutuva lämpökuormitus ei ole vakio aksiaalisuunnassa.
Lisäksi, verkontiheyden ja aikainkrementin pituuden riittävyys varmistettiin herkkyystarkasteluilla.
Tulokset osoittavat, että tässä työssä määritetyillä suunnitteluparametreilla voidaan saavuttaa haluttu noin 350 °C:n lämpötila koereaktoriolosuhteissa.
ED:2010-10-26
INSSI record number: 41213
+ add basket
« previous | next »
INSSI