지진 및 냉각재상실사고시의 핵연료집합체 응력해석에 관한 연구

A Study on the Fuel Assembly Stress Analysis for Seismic and Blowdown Events

지진 및 냉각재상시사고시 핵연료집합체의 건전성 확인은 원자로심모델의 핵연료집합체 집중질량모델을 이용하여 지지격자에 발생한 충격 해석치와 동적좌굴시험치와의 비교를 통해 사고시의 핵연료집합체 건전성을 평가하여 왔다. 그러나 이 방법은 사고시 핵연료집합체 부품별 설계 요구사항 만족여부를 평가하는데 미흡하여 본 연구에서는 지진 및 냉각재상실사고시 핵연료집합체 구조적건전성 평가를 위한 수평방향 핵연료집합체 응력해석모델을 개발하였다. 이를 위해 첫번째 단계로써 원자로심모델의 해석 결과인 각 절점에서의 변위와 회전각으로부터 응력을 계산하고 가장 큰 응력을 갖는 핵연료를 찾아내는 MAIN이라는 전산프로그램을 개발하였다. 그리고 다음단계로써 이 .프로그램에서 구한 핵연료집합체 변위와 회전각을 이용하여 핵연료집합체의 주요부품에 가해지는 응력을 계산하기 위한 핵연료집합체 응력해석모델을 개발하였다. 이 모델은 집합체주요부품인 안내관과 연료봉을 3차원보요소로, 지지격자스프링을 선형 및 회전스프링으로 각각 모델링 하였으며, MAIN 프로그램의 출력인 집합체의 변위를 구속조건으로 사용하였다. 또한, 개발된 프로그램과 응력해석모델을 이용하여 하나의 적용 예로써 임의의 지진하중하에서 16$\times$16형 핵연료집합체에 대한 응력해석을 수행하였다. 이 모델을 개발하므로써 지진 및 냉각재상실사고시 핵연료집합체 설계용구사항 만족여부를 평가할 수 있는 기틀을 마련하였다.

In this study, the detailed fuel assembly stress analysis model to evaluate the structural integrity for seismic and blowdown accidents is developed. For this purpose, as the first step, the program MAIN which identifies the worst bending mode shaped fuel assembly(FA) in core model is made. And the finite element model for stress calculation of FA components is developed. In the model the fuel rods (FRs) and the guide thimbles are modelled by 3-dimensional beam elements, and the spacer grid spring is modelled by a linear and relational spring. The constraints come from the results of the program MAIN. The stress analysis of the 16$\times$16 type FA under arbitary seismic load is performed using the developed program and modelling technique as an example. The developed stress model is helpful for the stress calculation of FA components for seismic and blowdown loads to evaluate the structural integrity of FA.