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강체간의 충돌에 의한 충격력에 대한 수학적 정해 및 고준위폐기물 처분용기의 지면 추락낙하사고 시의 충돌충격에의 응용: 적용(수치해석)
Analytical Closed Form Solution for the Impact Load of a Collision between Rigid Bodies and its Application to a Spent Nuclear Fuel Disposal Canister Accidentally Dropped and Impacted on the Ground: Application(Numerical Analysis) 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.28 no.5, 2015년, pp.451 - 457  

권영주 (홍익대학교 기계정보공학과)

초록
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본 논문은 강체간의 충돌에 의한 충격력에 대한 수학적 정해 및 고준위폐기물 처분용기의 지면 추락낙하사고 시의 충돌충격에의 응용 논문으로 강체간 충돌에 의해 발생하는 충격력 특히 고준위폐기물 처분용기의 지면 추락낙하 충격사고 시 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 기구동역학 수치해석 연구를 수행하였다. 이를 통하여 고준위폐기물 처분용기의 구조안전성 설계과정에서 요구되는 처분용기 처분 시 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력을 수치적으로 구하였다. 수치해석 연구의 주된 내용은 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드를 이용하여 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운반중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 기술적인 방법에 관한 것이며 이를 토대로 지면과 충돌하는 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 문제를 수치적으로 다루었다. 이렇게 수치적으로 구한 충격력을 이론적으로 구한 값들과 비교하였다. 비교결과 이론값들과 잘 일치함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the analytical closed form solution for the impact load of a collision between rigid bodies and its application to a spent nuclear fuel disposal canister accidentally dropped and impacted on the ground. This paper performed a study on the numerical rigid body dynamic analysis to ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 운반중 처분용기가 추락낙하 하여 지면과 충돌 시에 접촉 부분이 한 개의 점인 경우에는 마찰의 영향을 무시할 수도 있다. 따라서 본 연구에서는 비교적 저가인 컴퓨터 해석코드인 RecurDyn을 이용하여 처분장에서 운반 중 사고로 추락낙하 하는 처분용기에 대하여 기구동역학해석을 수행하여 지면과 충돌 시 처분용기에 가해지는 충격력을 구하여 이론식으로 구한 충격력과 비교 검토하였다. 본 논문에서 수행한 처분장에서 운반 중 운송차량에서 사고로 추락낙하 하는 처분용기가 지면과 충돌하는 기구동역학 해석은 이미 수행한 기존의 해석(Kwon, 2013)과 동일하다.
  • 본 논문은 처분장에서 운반 중 사고로 지면에 추락낙하 충돌하는 고준위폐기물 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 기구동역학 해석에 관한 논문으로 기구동역학 해석 상용 컴퓨터코드를 이용한 수치해석 문제를 다루고 있다. 사용 후 핵연료와 같은 고준위폐기물의 관리를 위하여 가장 가능하고 안전한 해결방법으로 현재 고려되고 있는 기술인 심지층 처분 기술의 핵심기술 중 하나인 사용 후 핵연료 처분용기가 한국원자력연구원을 중심으로 개발되었다(Lee et al.
  • 본 절에서는 이론적으로 유도한 사고로 운반차량에서 추락 낙하 하여 지면과 충돌하는 처분용기에 가해지는 충격력을 실제 처분용기에 적용하여 상용 컴퓨터 해석코드인 RecurDyn을 이용하여 구한 수치적 충격력 값과 비교 검토하는 문제를 다루고자 한다. 처분용기가 추락낙하 하여 지면과 충돌 시 충돌부분은 보통 한 개의 일점 혹은 일직선으로 여겨진다.
  • 그러나 이 모든 경우의 수들에 대한 해석들을 수행할 필요는 없다. 왜냐하면 본 논문의 목적은 수치해석결과와 이론적 수학적 정해결과 값과의 비교검토에 있기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 운반차량의 바퀴와 지면과의 마찰계수 값만을 입력값으로 설정 조정하여 최악의 경우를 고려한 수치해석을 수행한다.

가설 설정

  • 처분용기가 추락낙하 하여 지면과 충돌 시 충돌부분은 보통 한 개의 일점 혹은 일직선으로 여겨진다. 또한, 처분용기를 길이 L인 일차원 원형단면보로 가정한다. 그러면 충격력에 대한 수학적 정해(Kwon, 2015)는 다음과 같이 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사용 후 핵연료 처분용기란? 본 논문은 처분장에서 운반 중 사고로 지면에 추락낙하 충돌하는 고준위폐기물 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 기구동역학 해석에 관한 논문으로 기구동역학 해석 상용 컴퓨터코드를 이용한 수치해석 문제를 다루고 있다. 사용 후 핵연료와 같은 고준위폐기물의 관리를 위하여 가장 가능하고 안전한 해결방법으로 현재 고려되고 있는 기술인 심지층 처분 기술의 핵심기술 중 하나인 사용 후 핵연료 처분용기가 한국원자력연구원을 중심으로 개발되었다(Lee et al., 2007; Kwon, 2010).
RecurDyn을 이용할 때의 장점은? RecurDyn을 이용하여 기구동역학 수치해석을 수행하는 경우 운반차량에서 사고로 고준위폐기물 처분용기가 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 다양한 경우를 가정하여 수치해석을 수행하는 것이 가능하다. 이 경우 운반차량의 속도, 마찰계수등과 같은 여러 변수들이 수치해석결과에 영향을 미칠수 있다.
처분용기가 조심스럽게 운송되어야 하는 이유는? 비록 처분용기가 기술적으로 가볍게 설계되어 있다 하더라도 설계된 처분용기는 여전히 무거우며(Fig. 1참조) 다루는 것이 어렵다. 따라서 내부에 밀봉된 위험한 방사능물질이 노출되지 않도록 처분장에서 특수하게 제작된 전용 운송차량을 이용하여 조심스럽게 운송되어야 한다.
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참고문헌 (10)

  1. IAEA(International Atomic Energy Agency) (1985) Regulations for the Safe Transport of Radioactive Materials, Vienna, Austria. 

  2. Jaeger, J. (1994) Analytical Solutions of Contact Impact Problems, Appl. Mech. Rev., 47(2), pp.35-54. 

  3. Kwon, Y.J. (2010) Finite Element Analysis of Transient Heat Transfer in and Around a Deep Geological Repository for a Spent Nuclear Fuel Disposal Canister and the Heat Generation of the Spent Nuclear Fuel, Nucl. Sci. & Eng., 164, pp.264-296. 

  4. Kwon, Y.J. (2013) Rigid Body Dynamic Analysis on the Spent Nuclear Fuel Disposal Canister under Accidental Drop and Impact to the Ground: Numerical Analysis, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 26(5), pp.373-384. 

  5. Kwon, Y.J. (2015) Analytical Closed Form Solution for the Impact Load of a Collision between Rigid Bodies and its Application to a Spent Nuclear Fuel Disposal Canister Accidentally Dropped and Impacted on the Ground: Theory, Submitted to a Journal for Publication and under review. 

  6. Lee, J.Y., Cho, D.K., Choi, H.J., Choi, J.W. (2007) Concept of a Korean Reference Disposal System for Spent Fuel, J. Nucl. Sci. & Tech., 44(12), pp.1565-1573. 

  7. Miller, G.K. (1992) Calculation of Impact Loads for High Energy Drops of Cylindrical Containers, International J. Impact Eng., 13(4), pp.511-526. 

  8. Teper, W.W., Suave, R.G. (1989) Simplified Method for Predicting Impact Loads of Solid-walled Transportation Packagings for Radioactive Materials, J. Press. Vessel Tech., 111, pp.316-321. 

  9. Zhong, Z.H., Mackerie, J. (1994) Contact-impact problems: A Review with Bibliography, Appl. Mech. Rev., 47(2), pp.55-76. 

  10. Zhou, W., Apted, M.J., Kessler, J.H. (2010) The Thermal-hydrological Impact on Increased Spent Fuel Storage Capacity in Yucca Mountain Repository, Nucl. Tech., 170. pp.336-352. 

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