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SMART 원자로 제어봉 구동 장치의 동특성해석
Dynamic Characteristics on the CRDM of SMART Reactor 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.34 no.8=no.299, 2010년, pp.1105 - 1111  

이장원 (한국원자력연구원) ,  조상순 (한국원자력연구원) ,  김동옥 (한국원자력연구원) ,  박진석 (한국원자력연구원) ,  이원재 (한국원자력연구원)

초록
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한국원자력연구원은 전력생산과 해수담수화를 동시에 수행하고 친환경적인 SMART 원자로를 개발하였다. SMART 원자로의 여러 구조물 중에 제어봉 구동 장치(CRDM)는 제어봉의 삽입 량을 조절하여 원자로의 출력을 조정하고 비상시 제어봉을 긴급 삽입하여 원자로를 정지시키기 위한 기기이다. 본 연구의 목적은 제어봉 구동 장치의 구조적 건전성을 확보하기 위해서 동특성해석을 수행하는 것이다. 또한 향후 내진해석에 활용될 단순모델의 활용을 위해 상세모델과의 비교, 검증을 수행하였다. 해석은 유한요소 해석기법을 활용하였고 상용해석 프로그램인 ABAQUS 와 ANSYS V12 를 사용하였다. 유한요소 해석모델은 상세모델인 3-D Solid 모델과 단순모델인 Beam 모델을 작성하여 비교하였고 추가로 단순모델을 오일러 보인 Beam4 요소와 티모센코 보인 Beam188 요소로 작성하여 비교 검토하였다. 향후 SMART 원자로집합체의 단순모델을 작성하여 내진해석 등 다양한 해석에 활용될 계획이므로 단순모델은 상세모델과의 오차를 줄이기 위해서 모델 보정(model updating)이 수행되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Korea Atomic Energy Research Institutes has been developing the SMART (System integrated Modular Advanced ReacTor), an environment-friendly nuclear reactor for the generation of electricity and to perform desalination. SMART reactors can be exposed to various external and internal loads caused b...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에는 제어봉 구동 장치의 상세모델과 단순모델의 동특성 결과를 비교하고 단순모델의 보정을 통해 SMART원자로 제어봉 구동 장치의 단순모델의 개발과 동특성해석 방법론에 대한 고찰 결과를 기술하였다.
  • 본 연구에서는 SMART 원자로를 구성하는 제어봉 구동 장치의 유한요소모델을 작성하고 동특성 해석의 수행결과를 기술하였다. 유한요소해석은 상세유한요소모델인 solid 모델과 단순유한요소모델인 beam 모델을 비교하였다.
  • 본 연구에서는 제어봉 구동 장치의 유한요소모델을 완성하였고 동특성해석을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 상세 유한요소모델과 단순유한요소모델을 비교한 결과 사용목적에 따라서 두 개의 해석모델 중 선택하여 활용 가능하며 모델보정기법을 통해 정확한 단순모델 작성이 가능함을 확인하였다.

가설 설정

  • 경계조건은 하단을 완전 고정 하였다. 경계조건은 SMART 원자로집합체와 제어봉 구동 장치의 조립상태를 고려하여 하단을 고정한 것으로 가정하였다.
  • 구조재는 해석모델의 모드형상에 영향을 줄 수 있는 부재로 하우징이 이에 해당하며 하우징은 제어봉 구동 장치 상부를 구성하는 봉 이송 하우징과 하부의 래치집합체를 포함하고 있는 래치 하우징으로 나누어 모델링 하였다. 반면, 비구조재는 집중질량으로 가정하며 코일집합체가 이에 해당한다. 본 논문에서는 ANSYS V12 를 활용하여 제어봉 구동 장치를 모드형상에 영향을 주며 압력경계를 이루는 봉 이송 하우징과 래치 하우징은 beam 요소로 단순화하여 모델링 하였고, 비구조재인 코일 집합체는 집중질량으로 가정하여 유한요소 해석모델을 완성하였다.
  • 원자로집합체와 같은 복잡한 구조물의 해석모델은 상세모델을 단순화시켜야 해석결과를 설계시간에 맞추어 반영할 수 있다. 제어봉 구동 장치의 단순 해석모델은 간략화 방법을 이용하여 해석모델을 크게 구조재와 비구조재로 나누어 가정하였다. 구조재는 해석모델의 모드형상에 영향을 줄 수 있는 부재로 하우징이 이에 해당하며 하우징은 제어봉 구동 장치 상부를 구성하는 봉 이송 하우징과 하부의 래치집합체를 포함하고 있는 래치 하우징으로 나누어 모델링 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원자로 집합체 모델을 단순모델로 해석해야 하는 이유는 무엇인가? 그러나 모델의 작성과 해석에 많은 시간이 소요되므로 복잡한 구조물의 거시적인 특성을 파악하기 위한 해석 모델에는 상세모델보다 단순모델을 이용하는 것이 보다 효율적이라 하겠다. 특히 원자로집합체 전체의 모델은 매우 복잡하고 많은 구조로 결합되어있고 또한 냉각재를 포함하고 있어 내진해석등 다양한 해석에 활용하기 위해서는 원자로집합체를 단순화하여 작성한 해석모델의 개발이 필요하다.
SMART 원자로란 무엇인가? SMART 원자로는 한국원자력연구원이 개발하고 있는 일체형 원자로로서 전력생산과 해수담수화를 동시에 수행하는 친환경적인 원자로이다. SMART 원자로는 가동 수명기간 동안 외부의 지진하중과 내부의 유동하중에 노출되므로 동특성해석을 통한 건전성 검토가 필요하다.
SMART 원자로가 동특성해석을 통한 건전성 검토가 필요한 이유는 무엇인가? SMART 원자로는 한국원자력연구원이 개발하고 있는 일체형 원자로로서 전력생산과 해수담수화를 동시에 수행하는 친환경적인 원자로이다. SMART 원자로는 가동 수명기간 동안 외부의 지진하중과 내부의 유동하중에 노출되므로 동특성해석을 통한 건전성 검토가 필요하다. SMART 원자로의 내·외부의 형상은 Fig.
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참고문헌 (6)

  1. Kim, D. O., Kim, J. I., Kim, J. H., Huh, H. and Park, J. S., 2001, "Equivalent Bending Stiffness of Discontinuous Beam with Periodic Cross Sections for Dynamic Analysis of SMART CEDM," Korea Nuclear Society conference. 

  2. Kim, T. W., Park, K. B., Jeong, K. H., Lee, K. M. and Choi, S., 2001, "Dynamic Characteristics of the Integral Reactor SMART," Journal of the Korean Nuclear Society ,Vol. 33, No. 1, pp.111-120. 

  3. ANSYS, Inc., 2007, "ANSYS Command Reference," ANSYS Inc., pp. 1013-1017. 

  4. US NRC Regulatory Guide 1.60 Rev.01, 1973 

  5. Kim, G. H. and Park, Y. S., 2004, "An Improved Updating Parameter Selection Method and Finite Element Model Update Using Multi Objective Optimization Technique," Journal of Mechanical System and Signal Processing, Vol. 18, No. 1, pp. 59-78. 

  6. Choi, Y. J. and Lee, Y. S., 2003, "Optimization for the Nuclear Fuel Irradiation Capsule Under Thermal Loading," Spring Conference of the Korean Society of Mechanical Engineers(KSME). 

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