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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이상훈
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 계명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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원자력발전소에서 발생되는 사용후핵연료의 재고량은 지속적으로 증가하고 있으며, 습식저장조 포화에 대비하여 다양한 해결 방안이 제시되고 있다. 경제적이고 효율적인 관리를 위하여 사용후핵연료의 구조적 건전성 유지는 매우 중요하며 이를 위해 핵연료를 감싸고 있는 피복관은 핵연료의 파손을 초래하는 물리적?기계적 열화로부터 보호되어야 한다고 안전 규정에서 정하고 있다. 본 논문에서는 열화의 영향을 받는 고연소도 사용후핵연료봉의 구조적 건전성 평가를 위한 세 가지 연구를 진행하였다.
단일 고연소도핵연료봉의 수평 낙하충격 시 연료봉의 구조적 건전성에 영향을 미칠 것으로 보이는 네 가지 불확실한 인자에 대해 요인효과분석을 수행하였으며, 이를 통하여 네 가지 요인들 중 펠릿-피복관 계면접합조건과 재료특성이 낙하충격 시 연료봉 응답과 연료봉 피복관 파손에 중요함을 확인하였다. 특히 펠릿-피복관 계면접합조건에서 펠릿들의 관성 작용으로 인해 피복관에 큰 응력을 생성하므로, 계면접합조건이 연료봉 동적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로 판단된다.
연료다발 단위의 해석을 수행하기 위하여 단일 연료봉을 대체할 수 있는 단순화 모델을 개발하였으며 연료봉 동적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 계면접합조건 중 극단적인 두 가지 조건을 고려하여 단순화 모델의 물성을 보정하였다. 두 가지 개발 전략에 따라 단순화 모델이 개발이 되었으며 이 결과 굽힘 모멘트를 고려하여 개발한 단순화 모델이 기준 연료봉세그먼트의 길이에 대한 의존성을 가지지 않았으며, 동적충격해석을 통해 정적해석에서 교정된 물성을 가진 단순화 모델과 상세 모델간의 진동 특성 상관관계 파악이 가능한 것으로 판단된다.
사용후핵연료를 수송?저장하는 캐스크의 연료봉 집합체에 계면접합조건을 고려하여 개발한 단순화 모델들을 적용하여 수평 낙하충격해석을 진행하였고, 이를 통해 연료봉의 파손비율을 평가하였다. 본 연구 결과는 추후 사용후핵연료의 수송 및 저장조건 하에 사용후핵연료의 구조 건전성 평가에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
단일 고연소도핵연료봉의 수평 낙하충격 시 연료봉의 구조적 건전성에 영향을 미칠 것으로 보이는 네 가지 불확실한 인자에 대해 요인효과분석을 수행하였으며, 이를 통하여 네 가지 요인들 중 펠릿-피복관 계면접합조건과 재료특성이 낙하충격 시 연료봉 응답과 연료봉 피복관 파손에 중요함을 확인하였다. 특히 펠릿-피복관 계면접합조건에서 펠릿들의 관성 작용으로 인해 피복관에 큰 응력을 생성하므로, 계면접합조건이 연료봉 동적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로 판단된다.
연료다발 단위의 해석을 수행하기 위하여 단일 연료봉을 대체할 수 있는 단순화 모델을 개발하였으며 연료봉 동적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 계면접합조건 중 극단적인 두 가지 조건을 고려하여 단순화 모델의 물성을 보정하였다. 두 가지 개발 전략에 따라 단순화 모델이 개발이 되었으며 이 결과 굽힘 모멘트를 고려하여 개발한 단순화 모델이 기준 연료봉세그먼트의 길이에 대한 의존성을 가지지 않았으며, 동적충격해석을 통해 정적해석에서 교정된 물성을 가진 단순화 모델과 상세 모델간의 진동 특성 상관관계 파악이 가능한 것으로 판단된다.
사용후핵연료를 수송?저장하는 캐스크의 연료봉 집합체에 계면접합조건을 고려하여 개발한 단순화 모델들을 적용하여 수평 낙하충격해석을 진행하였고, 이를 통해 연료봉의 파손비율을 평가하였다. 본 연구 결과는 추후 사용후핵연료의 수송 및 저장조건 하에 사용후핵연료의 구조 건전성 평가에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 및 동향 11.2 연구 목적 및 내용 4제 2 장 고연소도핵연료봉의 요인효과분석 72.1 요인효과분석 대상 모델 72.1.1 고연소도핵연료봉 해석모델 72.2 고연소도핵연료봉 특성 112.2.1 펠릿과 피복관의 접합 구성 112.2.2 물성모델 132.2.3 지지격자 강성 162.2.4 연료봉 내부 압력 172.3 낙하충격해석 기반 요인효과분석 182.3.1 요인효과분석 방법 182.3.2 실험계획법을 이용한 분산분석 202.3.3 낙하충격해석 방법 222.3.4 낙하충격해석 기반 요인효과분석 결과 23제 3 장 연료봉 단순화 모델 개발 333.1 단순화 대상 핵연료봉 333.1.1 대상 연료봉 모델 333.1.2 연료봉 세그먼트 재료특성 363.2 집중하중을 고려한 단순화 모델 개발 413.2.1 연료봉 세그먼트 유한요소 상세 모델 413.2.2 단순화 모델 개발 전략 443.2.3 단순화 모델 물성 교정 473.2.4 단순화 모델 길이별 정적해석 결과 533.2.5 동적충격해석을 통한 단순화 모델 적용성 검증 573.2.6 동적충격해석을 통한 단순화 모델 적용성 검증 결과 593.3 굽힘 모멘트를 고려한 단순화 모델 개발 653.3.1 연료봉 세그먼트 유한요소 상세 모델 653.3.2 단순화 모델 개발 전략 673.3.3 단순화 모델 물성 교정 743.3.4 단순화 모델 길이별 정적해석 결과 853.3.5 동적충격해석을 통한 단순화 모델 적용성 검증 883.3.6 동적충격해석을 통한 단순화 모델 적용성 검증 결과 90제 4 장 단순화 모델 적용 캐스크 해석 964.1 캐스크 연구방법 964.2 동적충격해석 유한요소모델 974.2.1 캐스크 유한요소모델 974.2.2 연료봉 집합체 유한요소모델 984.3 동적충격해석 유한요소모델 물성치 1034.4 캐스크 동적충격해석 방법 1054.5 캐스크 동적충격해석 결과 1064.5.1 기존 사용후핵연료봉 대체 빔 모델 적용 결과 1064.5.2 집중하중을 고려한 단순화 빔 모델 적용 결과 1104.5.3 굽힘 모멘트를 고려한 단순화 빔 모델 적용 결과 1144.5.4 캐스크 동적충격해석 종합 결과 119제 5 장 결론 120참고문헌 123영문초록 126국문초록 129
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