Una piccola disparità tra un modello matematico stabilito per prevedere il comportamento di crescita delle crepe da scorrimento nei materiali in ambienti ad alta temperatura e i dati reali ha spinto il Dr. Warwick Payten a rivalutare l'approccio e rivedere il modello.

In una ricerca pubblicata in Ingegneria meccanica delle fratture , Payten ha condiviso un modello rivisto per prevedere i tassi di crescita del creep che è stato convalidato in una gamma di materiali.

"Essere in grado di prevedere in modo più accurato la crescita delle cricche nei componenti reali è molto utile perché consente di estendere potenzialmente la vita degli impianti industriali operativi e convenzionali, centrali solari e nucleari con fiducia, "ha detto Payten, un ricercatore senior sul ciclo del combustibile nucleare.

"Gli ingegneri e quelli di noi che lavorano nella meccanica della frattura sono consapevoli da molti decenni che le attuali equazioni sviluppate negli anni '80 da Nikbin Smith e Webster (NSW) sono eccessivamente prudenti, "Ha aggiunto Payten.

Le equazioni del NSW sono state derivate dal lavoro matematico originale svolto negli anni '60 da Hutchinson Rice e Rosengren (HRR).

Nell'equazione NSW per determinare la crescita della cricca di deformazione piana, che viene utilizzato in tutti i codici di ingegneria, si moltiplica la crescita della cricca da sollecitazione piana per un fattore multiassiale di 30 o 50. Questo produce una stima elevata per il guasto, o una vita operativa più breve per il componente.

"Quando usi un fattore di 30 o 50 nell'equazione, potrebbe produrre un risultato che dice che devi ritirare la parte in tre anni quando in realtà è più probabile che duri 30 anni, ", ha detto Payten.

"Anche se Nikbin ha inventato un altro metodo che utilizzava un fattore compreso tra tre e otto, era difficile da usare e dipendeva da come interpretavi un angolo critico.

"A causa di questa disparità tra il modello e l'effettiva aspettativa di vita, Ho deciso di adottare un nuovo approccio. Ho avuto un'idea perché tutto ciò che usiamo si basa sulla duttilità. Piuttosto che duttilità, Ho guardato le energie. Sono tornato alle equazioni HRR originali, al fine di effettuare una valutazione basata sulla quantità di energia nei campi singolari associati alla propagazione della cricca, ", ha detto Payten.

Utilizzando le tavole logaritmiche originali del documento HRR e il modello di danno di Lemaitre, Payten è stato in grado di calcolare l'energia per ciascuno dei campi singolari.

"Quando ho fatto tutto questo, il fattore è sceso a 2,9, che ho arrotondato a tre. Questo ha suggerito che il fattore per cui moltiplichiamo sarebbe tre e non 30 o 50, che è una differenza significativa.

"Se vuoi essere conservatore, i tempi vanno a sei. Ma ora sappiamo che non sono 30".

Dopo aver testato e convalidato il nuovo modello, una gamma di materiali diversi, compreso il carbonio, acciai, acciai inossidabili, inconel e superleghe, i materiali utilizzati per costruire i reattori di potenza attuali e futuri, Payten ha affermato di essere fiducioso che il modello possa essere utilizzato quasi universalmente.

Payten raccomanda di modificare le equazioni universali di crescita delle cricche e il codice FEA per fornire una previsione più realistica della vita dei componenti.

"Sarà particolarmente importante per gli impianti a ciclo combinato, centrali solari, e piante convenzionali che ora stanno pedalando, quindi le piante non devono essere ritirate troppo presto a causa di previsioni imprecise sui tassi di crescita delle crepe".

Le nuove equazioni sono state aggiunte al componente "crescita delle crepe" di RemLife, un software innovativo sviluppato da Payten e distribuito da ALS Global. Lo strumento calcola i danni che i componenti della centrale elettrica subiscono durante i cicli operativi e può essere utilizzato per prevedere per quanto tempo l'impianto può funzionare in sicurezza.