Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7309

High temperature creep-fatigue structural design criteria for fusion components built from EUROFER 97

J. Aktaa, M. Weick, M. Walter

Abstract
High temperature creep-fatigue design rules already established in the ASME and RCC-MR codes have been reviewed, analysed and reformulated for the assessment of components built from EUROFER 97. For the verification of the rules isothermal two-steps fatigue, thermo- mechanical fatigue and isothermal multiaxial fatigue tests have been performed and evaluated. It has been found that the conventional design rules are not straightforward applicable for EUROFER 97. They can not cover the strong lifetime reduction observed under thermo-mechanical and multiaxial cyclic loadings which has been mainly attributed to the different cyclic softening behaviour under these loading modes in comparison to isothermal uniaxial loading. Hence, the rules have been modified by deriving new fatigue design curves taking into account cyclic softening effects. Thereby, a damage model recently developed to describe the deterioration of EUROFER 97 under creep fatigue loading has been used. Even the improved rules have been sufficiently conservative when considering the verification tests performed further verifications are recommended.

Hochtemperatur-Auslegungsregeln für Kriech-Ermüdung von Fusionskomponenten aus EUROFER 97

Zusammenfassung
Die Hochtemperaturregeln für Kriech-Ermüdung der bereits etablierten ASME- und RCCMR-Auslegungscodes wurden betrachtet, analysiert und für die Bewertung von aus EUROFER 97 gefertigten Bauteilen angepasst. Für die Verifikation der angepassten Regeln wurden isotherme Zwei-Stufen-Ermüdungs-, thermo-mechanische Ermüdungs- und isotherme mehrachsige Ermüdungsversuche durchgeführt und ausgewertet. Dabei wurde festgestellt, dass die herkömlichen Auslegungsregeln nicht ohne weiteres anwendbar auf EUROFER 97 sind. Sie können die beobachtete starke Lebensdauerabnahme unter thermo-mechanischen und mehrachsigen zyklischen Belastungen nicht erfassen, was hauptsächlich auf das unterschiedliche zyklische Entfestigungsverhalten unter diesen Belastungen im Vergleich zur isothermen einachsigen Belastung zurückgeführt wird. Aus diesem Grund wurden die Regeln durch die Herleitung neuer Ermüdungs-Auslegungskurven unter Berücksichtigung des zyklischen Entfestigungseinflusses modifiziert. Dabei wurde ein Schädigungsmodell verwendet, das zuletzt zur Beschreibung der Degradation von EUROFER 97 unter Kriech-Ermüdungsbelastungen entwickelt wurde. Auch wenn die verbesserten Regeln hinreichend bei der Betrachtung der Verifikationsversuche waren, werden weitere Verifikationen empfohlen.

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