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- 28 ms-1를 적용하였다. 1 m 파열조건은 직경 150 mm, 길이 200 mm인 연강봉을 보수적인 강체로 가정하고, 용기본체가 연강봉 위로 충돌하는 경우와 뚜껑측 충격완충체의 중앙이 연강봉 위로 충돌하는 경우에 대하여 1 m 높이에서의 자유낙하로 인한 초 기속도 4.43 ms'를 적용하였다. 경사낙하에 대하여 운반물 내부의 내용물을 강체로 모델링하는 경우 강체의 운동에 의하여 2차 충격에 영향을 미칠 수 있으므로, 내용물의 중량을 운반용기 내부에 균일하게 분포시켜 모델링하였다.
제안 방법
- 원통형 해석모델이 자유낙하로 인한 초기속도를 가지고 단단한 바닥면에 충돌하는 문제로 구성하였으며, 기하학적 특징을 고려하여 중심축을 따라 형성된 단면들은 낙하방향 이외의 방향으로는 고정시키는 대칭조건을 주었으며, 용기본체와 충격완충체 사이는 접촉면조건을 부여하였다. 9 m 자유낙하조건에 대하여 소성이 일어나지 않는 편평한 바닥면은 강체면으로 가정하고 최대손상이 예측되는 수직(용기의 중심축과 충돌면이 수직인 방향), 수평(용기의 중심축과 수평면이 평행인 방향), 코너(용기의 무게중심과 충격완충체의 최외각 모서리가 일직선인 방향) 및 경사(용기의 중심축과 바닥면이 경사각을 유지하는 방향) 등의 낙하방향에 대하여 9 m 높이에서의 자유낙하로 인한 초기속도 13.28 ms-1를 적용하였다. 1 m 파열조건은 직경 150 mm, 길이 200 mm인 연강봉을 보수적인 강체로 가정하고, 용기본체가 연강봉 위로 충돌하는 경우와 뚜껑측 충격완충체의 중앙이 연강봉 위로 충돌하는 경우에 대하여 1 m 높이에서의 자유낙하로 인한 초 기속도 4.
- 원통형 HIC 운반용기의 개념설계를 위하여 9m의 높이에서 단단하고 편평한 바닥면으로 낙하하는 자유 낙하조건 및 1m의 높이에서 연강봉 위로 낙하하는 파열조건에 대하여 외연적 유한요소 전산해석 프로그램인 ABAQUS/Explicit 코드[4]를 이용하여 3차원 동적해석을 수행하고 구조적 건전성을 평가하였다. 9 m 자유낙하조건은 관련규정의 운반용기에 최대손상을 야기하는 방향을 정의하기가 어렵기 때문에 수직, 수평, 코너, 경사방향에 대한 자유낙하 등으로 구분하여 각각 해석을 수행하였으며, 1 m 파열조건은 운반용기의 본체가 직접 연강봉 위로 낙하하는 경우와 운반용기의 충격완충체가 연강봉 위로 낙하하는 경우에 대하여 각각 해석을 수행하였다. 운반용기는 9 m 자유낙하 조건 및 1 m 파열조건에 대하여 발생한 최대응력강도가 관련규정⑸의 기술기준에 따른 허용치를 초과하지 않는 것으로 나타나 구조적 건전성을 유지하였다.
- HIC 운반용기의 개념설계를 위하여 관련규정의 B형 운반용기 요건에 따라 운반사고조건인 9 m 자유 낙하 및 1 m 파열조건에 대하여 ABAQUS 전산코드를 이용한 3차원 동적 구조해석을 수행하고 운반용 기의 구조적 건전성을 평가하였다. 운반용기가 수직, 수평, 코너 및 경사방향으로 구분하여 바닥면에 충돌하는 9 m 자유낙하조건과 용기본체 및 충격완충체 방향으로 연강봉 위로 충돌하는 1 m 파열조건에 대하여 운반용기에 발생한 최대응력강도는 모두 관련 규정의 기술기준에 따른 허용치 미만으로 운반용기는 구조적 건전성을 유지하였다.
- 43 ms'를 적용하였다. 경사낙하에 대하여 운반물 내부의 내용물을 강체로 모델링하는 경우 강체의 운동에 의하여 2차 충격에 영향을 미칠 수 있으므로, 내용물의 중량을 운반용기 내부에 균일하게 분포시켜 모델링하였다. 운반용기의 본체 및 뚜껑은 스테인리스강(SA240 Type 304)으로 탄성거동을 가정하였으며, 충격완충체인 발사나무는 역학적 특성이 우수한 나무결방향으로 고려하였고, 탄소성 거동을 가정하여 변형률속도가 탄성과 소성으로 분리되는 소성변형에 대한 증분모드를 적용하였다.
- 운반용기는 단조강의 단일 셸로 이루어진 원통형 구조물이며, 상하부의 충격완충체가 부착되어 자유 낙하 등으로 인한 충격하중을 흡수하도록 하였다. 운반용기는 Fig.
- 경사낙하에 대하여 운반물 내부의 내용물을 강체로 모델링하는 경우 강체의 운동에 의하여 2차 충격에 영향을 미칠 수 있으므로, 내용물의 중량을 운반용기 내부에 균일하게 분포시켜 모델링하였다. 운반용기의 본체 및 뚜껑은 스테인리스강(SA240 Type 304)으로 탄성거동을 가정하였으며, 충격완충체인 발사나무는 역학적 특성이 우수한 나무결방향으로 고려하였고, 탄소성 거동을 가정하여 변형률속도가 탄성과 소성으로 분리되는 소성변형에 대한 증분모드를 적용하였다. Table 1에 운반용기의 주요 재료인 스테인리스강 및 발사 나무에 대한 역학적 물성치를 나타내었다.
- 원통형 HIC 운반용기의 개념설계를 위하여 9m의 높이에서 단단하고 편평한 바닥면으로 낙하하는 자유 낙하조건 및 1m의 높이에서 연강봉 위로 낙하하는 파열조건에 대하여 외연적 유한요소 전산해석 프로그램인 ABAQUS/Explicit 코드[4]를 이용하여 3차원 동적해석을 수행하고 구조적 건전성을 평가하였다. 9 m 자유낙하조건은 관련규정의 운반용기에 최대손상을 야기하는 방향을 정의하기가 어렵기 때문에 수직, 수평, 코너, 경사방향에 대한 자유낙하 등으로 구분하여 각각 해석을 수행하였으며, 1 m 파열조건은 운반용기의 본체가 직접 연강봉 위로 낙하하는 경우와 운반용기의 충격완충체가 연강봉 위로 낙하하는 경우에 대하여 각각 해석을 수행하였다.
- 내부의 내용물은 강체요소로 고려하여 질량만을 나타낼 수 있도록 하였다. 원통형 해석모델이 자유낙하로 인한 초기속도를 가지고 단단한 바닥면에 충돌하는 문제로 구성하였으며, 기하학적 특징을 고려하여 중심축을 따라 형성된 단면들은 낙하방향 이외의 방향으로는 고정시키는 대칭조건을 주었으며, 용기본체와 충격완충체 사이는 접촉면조건을 부여하였다. 9 m 자유낙하조건에 대하여 소성이 일어나지 않는 편평한 바닥면은 강체면으로 가정하고 최대손상이 예측되는 수직(용기의 중심축과 충돌면이 수직인 방향), 수평(용기의 중심축과 수평면이 평행인 방향), 코너(용기의 무게중심과 충격완충체의 최외각 모서리가 일직선인 방향) 및 경사(용기의 중심축과 바닥면이 경사각을 유지하는 방향) 등의 낙하방향에 대하여 9 m 높이에서의 자유낙하로 인한 초기속도 13.
- 용기본체의 벽두께는 관련규정의 방사선 준위에 대한 제한치를 만족시키기에 충분한 차폐 역할을 제공한다. 충격완충체는 얇은 셸의 원통구조 물 내부에 충격흡수능력이 뛰어난 발사나무를 삽입하여 운반용기가 자유낙하 등으로 충격을 받게 될 때 분쇄되면서 충격에너지를 흡수하여 용기본체 및 내용물에 미치는 충격을 완화시키도록 하였다. 또한, 운반용기 내부의 내용물은 외경 1, 183 mm, 길이 1, 295 mm, 중량 약 1.
- 각 방향의 낙하충격으로 인하여 운반용기의 본체에 발생한 최대응력강도를 살펴보면, 수직낙하는 충돌 직후 충격완충체가 분쇄되는 면적이 일정하기 때문에 충돌거동에 따라 평균적인 응력이 발생하고, 수평, 코너 및 경사낙하의 경우 충돌 시 분쇄변형이 진행되면서 충격면적이 점점 증가하기 때문에 충격하중이 점점 증가하는 경향을 알 수 있다. 코너낙하는 용기의 무게중심과 충격완충체의 최외각 모서리가 일직선이 되는 방향(약 40°), 경사 낙하는 용기의 중심축과 바닥면이 이루는 각도인 경사각을 10° ~30°로 변화시켜가며 수행하였다. 경사낙하의 경우, 2차 충격 시 1차 충격점과 용기의 무게중심의 차이로 발생하는 회전력에 의한 가속도의 증가로 인하여 최대응력이 1차 충격에 비하여 2차 충격 시 더 높게 나타났으며, 1차 충격 시 최대응력은 30° 경사낙하, 2차 충격 시 최대응력은 10°와 20° 경사낙하의 경우에서 나타났다.
대상 데이터
- 충격완충체는 얇은 셸의 원통구조 물 내부에 충격흡수능력이 뛰어난 발사나무를 삽입하여 운반용기가 자유낙하 등으로 충격을 받게 될 때 분쇄되면서 충격에너지를 흡수하여 용기본체 및 내용물에 미치는 충격을 완화시키도록 하였다. 또한, 운반용기 내부의 내용물은 외경 1, 183 mm, 길이 1, 295 mm, 중량 약 1.9 톤인 건조폐수지를 밀봉함 유한 HIC를 기준하였다.
- 운반용기는 단조강의 단일 셸로 이루어진 원통형 구조물이며, 상하부의 충격완충체가 부착되어 자유 낙하 등으로 인한 충격하중을 흡수하도록 하였다. 운반용기는 Fig. 1에 나타낸 것처럼 방사성내용물, 용 기본체, 용기뚜껑 및 양단의 충격완충체 등으로 구성되며, 용기본체는 외경 1,580 mm, 벽두께 170 mm, 길이 1,710 mm의 원통형 셸이며, 용기뚜껑은 두께 200 mm의 원판형으로 용기본체와 볼트로 체결되어 방사성물질의 누설에 대한 격납경계를 유지하도록 하였다. 용기본체의 벽두께는 관련규정의 방사선 준위에 대한 제한치를 만족시키기에 충분한 차폐 역할을 제공한다.
- 자유낙하조건 및 파열조건 해석에 대한 해석모델은 운반용기가 중심축을 기준으로 대칭인 원통형이고 상하부가 동일한 구조이므로, Fig. 2에 나타낸 것과 같이 1/2 원통형을 기준으로 3차원 육면체요소 (C3D8R)를 이용하여 모델링을 하였으며, 사용된 절 점은 총 67,345개, 요소는 총 55,712개이다. 용기본체와 뚜껑의 볼트체결은 완전결합으로 고려하였으며, 충격완충체 외부의 얇은 셸은 배제하였다.
데이터처리
- 관련규정에 따라 운반사고조건인 9 m 자유낙하 및 1 m 파열조건에 대하여 상용 유한요소 전산해석 프로그램인 미국 ABAQUS Inc. 사의 ABAQUS/Explicit Version 6.4 코드를 이용하여 3차원 동적 구조해석을 수행하였다.
성능/효과
- HIC 운반용기의 개념설계를 위하여 관련규정의 B형 운반용기 요건에 따라 운반사고조건인 9 m 자유 낙하 및 1 m 파열조건에 대하여 ABAQUS 전산코드를 이용한 3차원 동적 구조해석을 수행하고 운반용 기의 구조적 건전성을 평가하였다. 운반용기가 수직, 수평, 코너 및 경사방향으로 구분하여 바닥면에 충돌하는 9 m 자유낙하조건과 용기본체 및 충격완충체 방향으로 연강봉 위로 충돌하는 1 m 파열조건에 대하여 운반용기에 발생한 최대응력강도는 모두 관련 규정의 기술기준에 따른 허용치 미만으로 운반용기는 구조적 건전성을 유지하였다.
- 9 m 자유낙하조건은 관련규정의 운반용기에 최대손상을 야기하는 방향을 정의하기가 어렵기 때문에 수직, 수평, 코너, 경사방향에 대한 자유낙하 등으로 구분하여 각각 해석을 수행하였으며, 1 m 파열조건은 운반용기의 본체가 직접 연강봉 위로 낙하하는 경우와 운반용기의 충격완충체가 연강봉 위로 낙하하는 경우에 대하여 각각 해석을 수행하였다. 운반용기는 9 m 자유낙하 조건 및 1 m 파열조건에 대하여 발생한 최대응력강도가 관련규정⑸의 기술기준에 따른 허용치를 초과하지 않는 것으로 나타나 구조적 건전성을 유지하였다.
후속연구
- 이러한 구조해석의 결과는 추후 기본설계단계에서 보다 상세한 해석과 평가에 대한 기초자료로 활용될 것이다.
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