Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
권호 표지

Structural Analysis of PWR(pressurized water reactor) Canister for Applied Impact Force Occurring at the Moment of Falling Plumb Down Collision

추락낙하 충돌 시 가해지는 충격에 대한 경수로(PWR) 처분용기의 구조해석

  • 권영주 (홍익대학교 기계정보공학과)
  • Received : 2010.12.01
  • Accepted : 2011.02.24
  • Published : 2011.04.30
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Abstract

In this paper a structural analysis of the PWR(pressurized water reactor) canister with 102cm diameter is carried out to evaluate the structural safety of the canister for the impact force occurring at the moment of collision with the ground in the falling plumb down accident from the carriage vehicle which may happen during the canister handling at the spent nuclear fuel disposal repository. For this, a rigid body dynamic analysis of the canister is executed to compute the impact force using the commercial CAE system, RecurDyn, and a nonlinear structural analysis is performed to compute stresses and deformations occurring inside the canister for this computed impact force using the commercial FEM code, NISA. From these analysis results, the structural safety of the canister is evaluated for the falling plumb down accident from the carriage vehicle due to the inattention during the canister handling at the repository. The rigid body dynamic analysis performed assuming the canister as a rigid body shows that the canister falls plumb down to the ground in two types. And also it shows that early collision impact force is the biggest one and following impact forces decrease gradually. The height of the carriage vehicle in the repository is assumed as 5m in order to obtain the stable structural safety evaluation result. The nonlinear structural analysis of the canister is executed for the biggest early impact force. The structural analysis result of the canister shows that the structural safety of the PWR canister is not secured for the falling plumb down accident from the moving carriage vehicle because the maximum stresses occurring in the cast iron insert of canister are bigger than the yield stress of the cast iron.

본 논문에서는 고준위폐기물 처분장에서 처분용기를 취급할 때 발생할 수 있는 운송차량에서 처분용기의 추락낙하 사고시 지면에 충돌할 때 지면으로부터 받는 충격력에 대하여 직경이 102cm인 가압경수로(PWR)용 처분용기에 대한 구조해석을 수행하여 처분용기의 구조적 안정성을 평가하였다. 이를 위하여 처분용기가 추락낙하하여 지면과 충돌 시에 처분용기가 받는 충격력을 구하기 위한 기구동역학해석을 상용 CAE 시스템인 RecurDyn을 이용하여 수행하였으며, 이와 같이 구한 충격력에 대하여 상용 유한요소해석 코드인 NISA를 이용하여 처분용기의 비선형구조해석을 수행하여 처분용기 내에 발생하는 응력 및 변형을 구하였다. 이를 바탕으로 처분용기가 처분장에서 취급 시 부주의로 운송차량에서 추락낙하 하는 경우 처분용기의 구조적 안전성을 평가하였다. 처분용기를 강체로 가정하고 기구동역학해석을 수행한 결과 처분용기는 지면과 두 가지 유형으로 충돌함을 알 수 있었고, 충돌 초기 지면으로부터 받는 충격력이 가장 크고 그 이 후 충돌 시에는 충격력이 점차로 감소함을 알 수 있었다. 안정적인 구조안전성 평가결과를 얻기 위하여 처분장에서 차량 운송 시 추락낙하 사고에서의 운송차량의 높이는 충분히 높은 5m로 가정하였다. 충격력에 대한 비선형구조해석은 추락낙하하여 가장 큰 값인 충돌 초기의 충격력의 크기를 가지고 비선형구조해석을 수행하였다. 해석결과 이송 중인 차량에서 추락낙하하는 경우 처분용기의 내부 주철삽입물에 주철의 항복응력보다 더 큰 응력이 발생하였으며, 이는 처분용기에 항복이 발생하여 경수로 처분용기의 구조적 안전성이 확보되지 못함을 보여주고 있다.

Keywords

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