Une disparité mineure entre un modèle mathématique établi pour prédire le comportement de croissance des fissures de fluage dans les matériaux dans des environnements à haute température et les données réelles a incité le Dr Warwick Payten à réévaluer l'approche et à réviser le modèle.

Dans une recherche publiée dans Ingénierie Mécanique de la Fracture , Payten a partagé un modèle révisé pour prédire les taux de croissance de fluage qui a été validé dans une gamme de matériaux.

"Être capable de prédire avec plus de précision la croissance des fissures dans les composants réels est très utile car cela vous permet de prolonger potentiellement la durée de vie des installations industrielles et conventionnelles en fonctionnement, centrales solaires et nucléaires en toute confiance, " dit Payten, chercheur principal sur le cycle du combustible nucléaire.

"Les ingénieurs et ceux d'entre nous qui travaillent dans la mécanique de la rupture savent depuis de nombreuses décennies que les équations actuelles développées dans les années 1980 par Nikbin Smith et Webster (NSW) sont trop conservatrices, " ajouta Payten.

Les équations NSW ont été dérivées de travaux mathématiques originaux effectués dans les années 1960 par Hutchinson Rice et Rosengren (HRR).

Dans l'équation NSW pour déterminer la croissance des fissures de déformation plane, qui est utilisé dans tous les codes d'ingénierie, vous multipliez la croissance des fissures sous contrainte plane par un facteur multiaxial de 30 ou 50. Cela produit une estimation élevée de la rupture, ou une durée de vie plus courte pour le composant.

"Quand vous utilisez un facteur de 30 ou 50 dans l'équation, cela pourrait produire un résultat qui dit que vous devez retirer la pièce dans trois ans alors qu'en réalité elle est plus susceptible de durer 30 ans, " dit Payten.

"Bien que Nikbin ait proposé une autre méthode qui utilise un facteur compris entre trois et huit, il était difficile à utiliser et dépendait de la façon dont vous interprétiez un angle critique.

« En raison de cette disparité entre le modèle et l'espérance de vie réelle, J'ai décidé d'adopter une nouvelle approche. J'ai eu une idée car tout ce que nous utilisons est basé sur la ductilité. Plutôt que la ductilité, J'ai regardé les énergies. Je suis revenu aux équations HRR originales, afin de faire une évaluation basée sur la quantité d'énergie dans les champs singuliers associés à la propagation des fissures, " dit Payten.

En utilisant les tables logarithmiques originales de l'article HRR et le modèle de dommages de Lemaitre, Payten a pu calculer l'énergie pour chacun des champs singuliers.

"Quand j'ai fait tout ça, le facteur est tombé à 2,9, que j'ai arrondi à trois. Cela suggérait que le facteur par lequel nous multiplions serait trois et non 30 ou 50, ce qui est une différence significative.

"Si vous voulez être conservateur, passez à six. Mais nous savons maintenant qu'il n'est pas 30."

Après avoir testé et validé le nouveau modèle une gamme de différents matériaux, dont le carbone, aciers, aciers inoxydables, inconels et superalliages, les matériaux utilisés pour construire les réacteurs de puissance actuels et futurs, Payten a déclaré qu'il était convaincu que le modèle pourrait être utilisé presque universellement.

Payten recommande que les équations universelles de croissance des fissures et le code FEA soient modifiés pour fournir une prédiction plus réaliste de la durée de vie des composants.

"Ce sera particulièrement important pour les centrales à cycle combiné, centrales solaires, et les plantes conventionnelles qui font désormais du vélo, ainsi les usines n'ont pas besoin d'être retirées trop tôt en raison de prédictions inexactes des taux de croissance des fissures."

Les nouvelles équations ont été ajoutées au composant « croissance des fissures » de RemLife, un logiciel innovant développé par Payten et distribué par ALS Global. L'outil calcule les dommages subis par les composants de la centrale pendant les cycles d'exploitation et peut être utilisé pour prédire combien de temps la centrale peut fonctionner en toute sécurité.