(STRUCTURAL MECHANICS AND NUCLEAR CONSTRUCTIONS)
CdSINGEGNERIA NUCLEARE
Codice519II
CFU12
PeriodoAnnuale
LinguaInglese
Lo studente che completa il corso con successo avrà la capacità di eseguire calcoli strutturali di componenti complessi di un impianto nucleare di potenza come recipienti a pressione, generatori di vapore, tubazioni, pompe e valvole. Lui o lei sarà in grado di applicare i criteri di crisi per collasso plastico, deformazione plastica incrementale e thermal ratcheting. Lui o lei sarà in grado di dimostrare una conoscenza avanzata degli standard di riferimento come ASME III e ASME XI.
The student who completes the course successfully will have the ability to perform structural calculations of complex components of a nuclear power plant such as pressure vessels, steam generators, piping, pumps and valves. He or she will be able to apply the failure criteria by plastic collapse, incremental plastic strain and thermal ratcheting. He or she will be able to demonstrate advanced knowledge of the relevant standards such as ASME III and ASME XI.
- Lo studente sarà valutato sulla sua capacità di illustrare i principali contenuti del corso utilizzando la terminologia appropriata. - Nella relazione scritta lo studente deve dimostrare la capacità di mettere in pratica ed eseguire, con consapevolezza critica, le attività illustrate o svolte sotto la guida dell'insegnante durante il corso.
metodi:
Prova orale finale
Rapporto di calcolo scritto
Ulteriori informazioni:
Criteri specifici di valutazione: lo studente sarà valutato ponderando il rapporto scritto elaborato individualmente (30%) e l'esame orale (70%)
- The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology. - In the written report, the student must demonstrate the ability to put into practice and to execute, with critical awareness, the activities illustrated or carried out under the guidance of the teacher during the course.
Methods:
- Final oral exam
- Written report
Further information:
Specific criterium of evaluation : the student will be evaluated weighting the home made written report (30%) and the oral exam ( 70%)
Consulenza individuale
Frequenza: obbligatoria
Attività didattiche:
frequentando le lezioni
preparazione del rapporto orale / scritto
studio individuale
Metodi di insegnamento:
.lezioni
.Apprendimento basato sulle attività / apprendimento basato sui problemi / apprendimento basato sull'indagine
.lavoro di progetto
Delivery: face to face
Attendance: Mandatory
Learning activities:
- attending lectures
- preparation of oral/written report
- individual study
Teaching methods:
- Lectures
- Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
- project work
MECCANICA STRUTTURALE
1)- Richiami dei principi della teoria delle travi
- (tensioni, deformazioni in strutture monodimensionali; criteri di resistenza dei materiali duttili; Geometria delle masse e momenti statici; Travi staticamente indeterminate: metodi risolutivi ed esempi).
2)-Teoria delle piastre inflesse:
- superficie elastica di una piastra circolare caricata da una distribuzione uniforme di momenti sul contorno, determinata a partire dalle equazioni costitutive;
- piastre circolari inflesse: determinazione e soluzione dell'equazione differenziale della superficie elastica per alcuni casi notevoli
- stato di sollecitazione e deformazione in piastre circolari inflesse incastrate o appoggiate al contorno e sottoposte a carico uniforme. Dimensionamento a fronte dei criteri di resistenza
- calcolo dello stato di sollecitazione e deformazione di piastre anulari variamente vincolate e caricate
-equazione differenziale della superficie elastica di piastre di forma qualsiasi: - piastre rettangolari variamente vincolate e caricate; determinazione della soluzione con l'utilizzo di serie doppie e semplici. applicazioni a casi notevoli.
3)- Teoria dei gusci:
determinazione delle equazioni di equilibrio, congruenza e costitutive di gusci in regime membranale
- stato di sollecitazione in gusci assialsimmetrici sottoposti al peso proprio. Verifiche di resistenza
determinazione dello stato di sollecitazione in recipienti contenenti liquidi; equazioni di equilibrio di gusci cilindrici in regime membranale
- Applicazione della teoria membranale a gusci cilindrici pieni di liquido con asse variamente inclinato sull'orizzontale
- Equazioni costitutive di un guscio di rivoluzione in regime membranale e determinazione degli spostamenti.
- teoria flessionale dei gusci cilindrici: determinazione dell'equazioni di equilibrio. Deformazioni e spostamenti di un guscio cilindrico in regime flessionale: interpretazione ed approssimazione delle equazioni costitutive; determinazione delle equazioni differenziali degli spostamenti della superficie media
- applicazione della teoria flessionale dei gusci cilindrici e confronto con i risultati della teoria membranale; serbatoi cilindrici contenenti liquido; analisi di discontinuità e condizioni di congruenza per cilindri variamente vincolati
- tensioni flessionali all'intersezione fra un guscio cilindrico ed un guscio sferico
4)- Tensioni di origine termica:
- condizione di esistenza delle tensioni termiche in un continuo non vincolato
- tensioni di origine termica in strutture con vincoli esterni (travi e piastre)
- tensioni di origine termica in dischi sottili, in una sfera ed in una lastra. Estensione dei risultati della lastra a cilindri sottili
- Tensioni di origine termica in slab e cilindri sottili
- Tensioni di origine termica in cilindri sottili con bordo libero e gradiente di temperatura nello spessore
- determinazione numerica di tensioni termiche in gusci e piastre
5)- Analisi Limite di travi, piastre e gusci
- teoria dell'analisi limite di strutture; equazioni di equilibrio e geometriche di gusci sferici; principio dei lavori virtuali; postulati del comportamento rigido-plastico dei materiali
- teoremi dell'analisi limite; condizioni di snervamento di gusci; condizioni di snervamento approssimate ad interazione limitata. Legge di scorrimento (legame fra velocità di deformazione e condizione di snervamento).
- carico di collasso di piastre circolari variamente vincolate
- analisi limite di gusci cilindrici: applicazione a gusci cilindrici in pressione con estremità variamente vincolate
- analisi limite di gusci sferici: applicazione ad un settore di guscio sferico con estremità variamente vincolate
6)- Meccanica Della Frattura Lineare Elastica
- Principi e criteri della meccanica della frattura; temperatura di transizione; prove per la determinazione della NDT e della resilienza
- Prove standard per la determinazione del KIC. Verifica di meccanica della frattura secondo le norme ASME III e XI
COSTRUZIONI NUCLEARI
7)- Analisi sismica
-progetto e verifica sismica di un impianto nucleare e dei suoi componenti;
-schematizzazione a parametri concentrati di una struttura e determinazione delle equazioni del moto.
-risoluzione delle equazioni del moto con l'analisi modale; metodo degli spettri di risposta
8)- Norme ASME
- Norme ASME per la verifica dei componenti di un impianto nucleare. Limiti e condizioni di carico
- tensioni primarie, secondarie e di picco. Verifica ai modi di rottura tipici dei recipienti in pressione
- analisi dei transitori operazionali a cui è soggetto un pressure vessel di un reattore nucleare
- categorizzazione delle tensioni di un recipente in pressione secondo le norme ASME III
- condizione di shakedown in recipienti in pressione
- Thermal Ratcheting in recipienti in pressione
9) Componenti di un impianto nucleare con reattori ad acqua leggera
- tecnologia e dimensionamento dei recipienti in pressione di reattori ad acqua leggera - applicazione delle Norme ASME alla progettazione del Pressure Vessel di un PWR.
- Generatore di vapore: problematiche dei materiali e di progettazione
- dimensionamento e tecnologia di fabbricazione di generatori di vapore per reattori nucleari ad acqua in pressione;
-dimensionamento e tecnologia di fabbricazione di pompe
- dimensionamento e tecnologia di fabbricazione valvole del circuito primario di un impianto nucleare.
-progettazione delle tubazioni del circuito primario di un reattore ad acqua leggera e tecnologia di costruzione
The specific topics of the course are:
STRUCTURAL MECHANICS
1) – Recall of the principles of beam theory
- (stresses, strains in one-dimensional structures, criteria of resistance of ductile materials, Geometry of masses and static moments, Statically indeterminate beams: methods for opening the indeterminacy and examples).
2) -The theory of the bending plates
- elastic surface of a circular plate loaded by a uniform distribution of moments on the contour, determined starting from the constitutive equations;
- bending of circular plates: determination and solution of the differential equation of the elastic surface for some particular cases
- state of stress and strain of the bending of circular plates simply supported or clamped on the contour and subjected to a uniform load. Sizing with resistance criteria
- calculation of the stress and strain state of annular plates variously constrained and loaded
- differential equation of the elastic surface of plates of general shape: - rectangular plates variously constrained and loaded; determination of the solution with the use of double and simple series. applications to particular cases.
3) - Shell theory
-determination of the equilibrium equations, congruence and constitutive of shells in the membrane regime
- stress state of axially symmetric shells subjected to own weight. Resistance checks;
determination of the stress state of containers containing liquids; equilibrium equations of cylindrical shells in the membrane regime
- application of the membrane theory to cylindrical shells filled with liquid with a varied axis inclined on the horizontal
- constitutive equation of a shell of revolution in the membrane regime and determination of the displacements.
- bending theory of cylindrical shells: determination of equilibrium equations. Deformations and displacements of a cylindrical shell in bending regime: interpretation and approximation of the constitutive equations; determination of the differential equations of the displacements of the average surface
- application of the bending theory of cylindrical shells and comparison with the results of the membrane theory; cylindrical tanks containing liquid; discontinuity analysis and congruence conditions for variously constrained cylinders
- bending stresses at the intersection between a cylindrical shell and a spherical shell
4) - Thermal stresses
- condition of existence of the thermal stresses in an unconstrained continuum
- thermal stresses in structures with external constraints (beams and plates)
- thermal stresses in thin disks, in a sphere and in a plate. Extension of the results of the thin cylinder plate
- thermal stresses in slabs and thin cylinders
- thermal stresses in thin cylinders with free edge and temperature gradient in the thickness
- numerical determination of thermal stresses in shells and plates
5) - Limits analysis of beams, plates and shells
- theory of the limit analysis of structures; equilibrium and geometric equations of spherical shells; principle of virtual works; rigid-plastic behaviour of the materials
- limit analysis theorems; yield conditions of shells; yield conditions approximated to limited interaction. Flow rule (link between strain rate and yield condition).
- collapse load of variously constrained circular plates
- limit analysis of cylindrical shells: application to cylindrical shells under pressure with variously constrained ends
- limit analysis of spherical shells: application to a spherical shell sector with variously constrained ends
6) - Linear Elastic Fracture Mechanics
- Principles and criteria of fracture mechanics; transition temperature; tests for the determination of NDT and resilience
- Standard tests for determining the KIC. Fracture mechanics verification according to ASME III and XI standards
NUCLEAR CONSTRUCTIONS
7) - Seismic analysis
- designt and seismic verification of a nuclear plant and its components;
-simulation with concentrated parameters of a structure and determination of the equations of motion.
-resolution of the equations of motion with modal analysis; method of response spectra
8) - ASME standards
- ASME standards for the verification of the components of a nuclear plant. Limits and loading conditions
- primary, secondary and peak stresses. Verification of the failure modes typical of pressure vessels
- analysis of operational transients to which a nuclear reactor pressure vessel is subjected
- categorization of the stresses of a pressure vessel according to ASME III standards
- shakedown condition in pressurized vessels
- Thermal Ratcheting in pressure vessels
9) Components of a nuclear power plant with light water reactors
- technology and sizing of pressure vessels of light water reactors - application of the ASME standards to the design of the Pressure Vessel of a PWR.
- Steam generator: material and design problems
- sizing and manufacturing technology of steam generators for pressurized water nuclear reactors;
- Sizing and manufacturing technology of pumps
- sizing and manufacturing technology of valves of the primary circuit of a nuclear plant.
- design of the piping of the primary circuit of a light water reactor and manufacturing technology
The specific topics of the course are: -the methods of the elasticity theory applied to plates and shells solicited by mechanical loads and temperature gradients. - the theory of limit analysis for the determination of the collapse load of plates, shells and beams. - the theory of linear elastic fracture mechanics - the determination of seismic loads by means of modal analysis theory - failure criteria for plastic collapse, incremental plastic strain and thermal ratcheting -the relevant standards such as ASME III and ASME XI
Recommended reading includes the following works: - Notes of the teacher - Relevant Standards ( ASME III- Sect NB and ASME XI) Further bibliography will be indicated.
Recommended reading includes the following works: - Notes of the teacher - Relevant Standards ( ASME III- Sect NB and ASME XI) Further bibliography will be indicated.