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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김창종 (세종대학교, 세종대학교 일반대학원)

지도교수
김종성
발행연도
2023
저작권
세종대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2023

극한 충격하중이 작용하는 사용후핵연료 운반용기의 구조건전성 평가
김창종 원자력공학과 원자력공학과 2023.01 학위논문

2022

항공기 엔진 충돌 시 사용후핵연료 운반용기의 충돌해석
김창종 ,  김종성 대한기계학회 춘추학술대회 2022.11 학술대회자료
항공기 엔진 충돌시 사용후핵연료 운반용기의 건전성 평가
김창종 ,  김종성 대한기계학회 춘추학술대회 2022.03 학술대회자료

초록· 키워드

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2001년 9월 11일 미국에서 발생한 항공기 자살 테러 사건으로 인해 국가기반 시설의 사보타주 공격에 대한 대비를 요구받고 있기 때문에 사보타주 공격에 대한 원자력 관련 시설의 구조 건전성 또한 입증을 요구받고 있다. 최근 원자력발전소내 사용후핵연료 저장조가 포화상태에 이를 것으로 예상됨에 따라 운반용기를 이용하여 처분시설로의 운반이 빈번하게 발생할 것으로 예상된다. 운반용기의 사보타주 공격으로 인한 방사성물질 누출과 같은 2차적인 피해가 확산될 수 있기 때문에 사보타주 공격에 따른 극한 충격 하중이 작용하는 사용후핵연료 운반용기의 구조 건전성을 확인하여야 한다. 해외 연구들 [1-6]이 사보타주 공격시 사용후핵연료 운반용기에 대해 다양한 충돌시나리오를 적용한 구조 건전성 평가를 수행한 바 있으나 국내 운반용기에 대해 다양한 충돌시나리오를 적용한 신뢰성 있는 평가는 미비한 실정이다. 충돌시나리오 중 운반용기 몸체 중앙부 충돌로 인한 운반용기의 몸체의 구조 건전성 평가 뿐만 아니라 운반용기 뚜껑부 충돌로 인한 뚜껑의 기밀성 유지 여부 확인 또한 중요하다. 따라서 사용후핵연료 운반용기에 대해 다양한 충돌시나리오를 적용한 신뢰성 있는 구조 건전성 평가가 필요하다.
본 논문에서는 한국원자력환경공단(KORAD)에서 개발한 사용후핵연료 운반용기 KORAD-21의 충돌지점을 세곳을 선정하여 항공기 엔진 충돌을 고려한 외연적 유한요소 해석을 수행하였다. 충돌지점 및 조건은 항공기 엔진의 운반용기 몸체 중앙부 수평충돌 및 항공기 엔진의 운반용기 뚜껑 체결부 수평충돌로 수행하였고 뚜껑 체결부 수평충돌은 항공기 엔진의 충돌 위치를 2가지로 구분하여 수행하였다. 보수적인 해석을 위해 충돌체는 상용 항공기 중 국내에서 가장 큰 B737-800의 항공기 엔진을 단순화 하여 모사하였고 충돌속도는 150 m/s로 가정하였다. 항공기 엔진 충돌에 대한 운반용기의 관통 평가는 최대누적소성변형률과 침식변형률을 비교하여 수행하였다. 운반용기의 기밀성 평가는 개스킷의 Sliding 변위와 Opening 변위를 측정하여 일본에서 제시한 평가기준을 반영하여 누설여부를 평가하였다. 또한 볼트에 작용하는 하중과 최대허용하중을 비교하여 뚜껑의 개폐여부를 평가하였다. 항공기 엔진 충돌 이후 최대 누적소성 변형률은 충돌 지점과 관계 없이 모두 침식변형률 3.0보다 낮은 값을 보이므로 운반용기가 관통되지 않음을 확인 하였다. 운반용기 기밀성 평가결과는 충돌지점과 관계없이 모두 누설이 발생함을 확인하였으며, 운반용기 뚜껑 개폐 여부 평가는 볼트의 최대 허용하중인 1162.560 kN과 비교한 결과 몸체 중앙부 충돌결과 볼트에 걸리는 하중은 1162.109 kN으로 뚜껑이 열리지 않았음을 확인하였지만 상단부 전체 및 절반 충돌결과 볼트에 걸리는 하중은 각각 1162.660 kN, 1162.650 kN이므로 뚜껑이 열리는 것을 확인하였다.
#사용후핵연료 운반용기(Spent Nuclear Fuel Transportation Cask) #항공기 엔진 충돌(Aircraft Engine Crash) #유한요소 충격해석(Finite Element Impact Analysis) #존슨쿡 모델(Johnson-cook model)

목차

초록 ⅰ
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구배경 및 필요성 1
2. 연구개요 및 목적 3
Ⅱ. 본 론 4
1. 유한요소 충돌해석 4
1.1 해석 대상 4
1.2 유한요소 모델 6
1.3 재료 물성 정보 8
1.4 해석 조건 11
1.5 개스킷 기밀성 평가기준 12
2. 해석결과평가 13
2.1 최대 누적 등가소성변형률 평가 13
2.2 개스킷 기밀성 평가 16
2.3 운반용기 뚜껑 개폐여부 평가 18
Ⅲ. 결 론 20
참고문헌 21
Abstract 23

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