Predicting the effect of large discontinuities on the fatigue strength of welds in turbine runners
Notice bibliographique
Résumé
Hydraulic turbines, made of welded assemblies, inherently contain discontinuities. The fatigue strength of martensitic stainless steel 410NiMo, which has slag-type discontinuities, can be predicted using two numerical approaches. The first approach, used by Hydro-Québec, assumes the discontinuity behaves like a crack, predicted by Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM). LEFM's fatigue strength prediction is based on discontinuity size. The second approach, Linear Elastic Notch Mechanics (LENM), treats discontinuities as notches. This method can give more accurate predictions but requires detailed characterization of the local stress field.This research aims to determine which approach better predicts the fatigue strength of welds with wormlike discontinuities, ranging from 0.18 mm to 2.94 mm in length. The process includes experimental and numerical steps. First, specimens are fabricated using robotic welding and flux addition to introduce surrogate discontinuities typical of the FCAW process. Next, the geometry of these discontinuities is characterized using high-resolution CT scanning (20 µm/voxel). Third, 3D models of welded zones with discontinuities are developed for finite element analysis (FEA) to analyze the stress field. The fourth step involves predicting fatigue strength using LEFM and LENM. The fifth step compares predictions with fatigue testing results. Post-mortem analysis of fracture surfaces using optical and electron microscopy provides insight into prediction discrepancies.Simulation results showed complex stress distributions around discontinuities, with singularity exponents ranging from 0.27 to 0.45. A singularity exponent below 0.5 is characteristic of notch-like discontinuities, suggesting that LENM might provide more accurate predictions.Fatigue tests on 15 specimens revealed fatigue strengths between 72 MPa and 171 MPa, compared to a reference value of 520 MPa for defect-free material. LENM overestimated fatigue strength by 34%, while LEFM provided more accurate predictions with an average deviation of 16%.Fractographic analysis showed cracks initiated at micro-notches filled with flux, which were undetectable by CT scanning. This suggests that large, rounded discontinuities in welds may harbor microscopic cracks, even when FEA predicts a singularity exponent below 0.5. Foreign elements from flux residues were identified at initiation sites, potentially embrittling the material and affecting fatigue predictions.This work introduces an innovative method for fabricating welded joints with controlled discontinuities and employs advanced characterization and simulations for fatigue strength prediction. The research confirms that LENM is not safe for predicting fatigue strength in FCAW-welded regions, supporting Hydro-Québec's approach.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».