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사고로 지면에 추락낙하 충돌하는 고준위폐기물 처분용기에 발생하는 충격력
Impact Force Applied on the Spent Nuclear Fuel Disposal Canister that Accidentally Drops and Collides onto the Ground 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.40 no.5, 2016년, pp.469 - 481  

권영주 (홍익대학교 기계정보공학과)

초록
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본 논문에서는 강체 간 충돌에 의해 발생하는 충격력을 얻는 수학적 방법이 이론적으로 연구되었다. 이 이론적 방법은 사고로 지면에 추락낙하 하는 고준위폐기물 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 데에 적용되었다. 이 연구로부터 고준위폐기물 처분용기의 구조 안전성 설계에 요구되는 충격력이 이론적으로 유도되었다. 이론연구의 주된 내용은 두 강체의 충돌 시 강체운동학과 운동방정식에 관한 것이다. 이를 토대로 두 물체 간 충돌 시 발생하는 충격력을 구하는 일반적인 충격이론이 개발되었다. 이 충격이론을 처분장에서 처분용기 운송 시 운반차량에서 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 문제에 적용하여 충격력에 대한 수학적 근사해를 이론적으로 구하였다. 동시에 컴퓨터코드를 이용한 수치해석을 수행하여 구한 수치해를 수학적 근사해와 비교하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a mathematical methodology was theoretically studied to obtain the impact force caused by the collision between rigid bodies. This theoretical methodology was applied to compute the impact force applied on the spent nuclear fuel disposal canister that accidentally drops and collides o...

주제어

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
처분용기의 추락낙하 충돌 충격에 대한 구조해석의 목적은 무엇인가? 이런 경우 처분용기 설계자의 주된 관심은 추락낙하 충돌 충격 시 처분용기에 가해지는 충격력이다. 처분용기의 추락낙하 충돌 충격에 대한 구조해석의 근본적인 목적은 이와 같은 충격력에도 처분용기가 파괴되지 않고 내부 방사성물질이 누출되지 않도록 처분용기가 충분한 강도를 갖도록 하는 것이다. 따라서 처분 용기 내부를 포함한 모든 구성부분들이 추락낙하 충돌 충격 시 처분용기에 가해지는 충격력을 충분히 견딜 수 있도록 처분용기가 설계되어야 한다.
강체의 운동 방정식을 유도하는 방법은 무엇이 있는가? 강체의 운동에 대한 방정식을 유도하는 방법에는 가상일의 원리(principle of virtual work)를 이용하여 유도하는 방법, 재귀적 방법(recursive method)을 이용하여 유도하는 방법 등이 있다. 이들 방법들을 이용하면 물체계에 대한 운동방정식을 유도할 때 여전히 라그란즈 승수(λ)를 식에 포함하고 있는 불편함이 있다.
고준위폐기물 처분용기에 충격흡수체를 붙일 경우 단점은? 운송 중 발생할 수있는 추락낙하 사고 시 처분용기에 가해지는 충격력을 흡수하기 위하여 종종 처분용기에 충격흡수체(impact limiter)를 부착하기도 한다. 이 경우 처분용기의 전체 중량 및 재료비등이 증가하여 제작단가가 고가가 되어 한 두 개의 운송 시에는 큰 부담이 없으나 현재 원자력발전소에 저장되어 있는 대량의 고준위폐기물을 처리 운송할경우에는 엄청난 비용이 유발되는 문제가 있다.그러나 이러한 충격 흡수체 없이 현재 설계된 고준위폐기물 처분용기에 대한 추락낙하 건전성 평가를 위한 실험은 현실적으로 어렵고 위험하기때문에 추락낙하 건전성 평가를 위한 실험적 연구는 충격 흡수체를 부착한 처분용기에 대하여 수행(15,16)되고 있는 실정이다.
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참고문헌 (23)

  1. Lee, J. Y., Cho, D. K., Choi, H. J. and Choi, J. W., 2007, "Concept of a Korean Reference Disposal System for Spent Fuel," Journal of Nuclear Science and Technology, Vol. 44, No. 12, pp. 1565-1573. 

  2. 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," Nuclear Science and Engineering, Vol. 164, pp. 264-296. 

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

  4. Salo, J. P. and Raiko, H., 1990, "The Copper/Steel Canister Design for Nuclear Waste Disposal," TVO/KPA Turvallisuus Ja Tekniikka, Work Report 90-10, Rev. 1., Teollisuuden Voima Oy, Helsinki, Finland. 

  5. Zhou, C. Y., Yu, T. X. and Lee, Ricky S. W., 2008, "Drop/Impact Tests and Analysis of Typical Portable Eletronic Devices," Internationl Journal of Mechanical Sciences, Vol. 50, pp. 905-917. 

  6. Jaeger, J., 1994, "Analytical Solutions of Contact Impact Problems," Applied Mechanics Review, Vol. 47, No. 2, pp. 35-54. 

  7. Wittenburg, J., 2007, Dynamics of Multibody Systems, Springer, New York, p. 223. 

  8. Johnson, K. L., 1985, Contact Mechanics, Cambrige University Press, UK, p. 447. 

  9. Johnson, W., 1972, Impact Strength of Materials, Edward Arnold, London, UK, p. 361. 

  10. Hunter, S. C., 1957, "Energy Absorbed by Elastic Waves during Impact," Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 5, pp. 162-171. 

  11. Goldsmith, W, 2001, Impact, Dover Publications, Inc., Mineola, New York, USA, p. 309. 

  12. Stronge, W. J., Impact Mechanics, Cambridge University Press, UK, p. 280. 

  13. Teper, W. W. and Suave, R. G., 1989, "Simplified Method for Predicting Impact Loads of Solidwalled Transportation Packagings for Radioactive Materials," Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 111, pp. 316-321. 

  14. Miller, G. K., 1993, "Calculation of Impact Loads for High Energy Drops of Cylindrical Containers," International Journal of Impact Engineering, Vol. 13, No. 4, pp. 511-526. 

  15. Aquaro, D. and Forassasi, G., 1983, "Impact Tests on Scale Models of a Shock Absorber for LWR Spent Fuel Transport Packaging," In: 7th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology, Chicago, USA. 

  16. Dierch, R., Weiss, M. and Dreier, G., 1994, "Investigation of the Impact Behaviour of Wooden Impact Limiter," Nuclear Engineering and Design, Vol. 150, pp. 341-348. 

  17. Choi, W. S. and Seo, K. S., 2010, "A Simple Sizing Optimization Technique for an Impact Limiter Based on Dynamic Material Properties," Nuclear Engineering and Design, Vol. 240, pp. 925-932. 

  18. Pugliese, G., Frano, R. L. and Forasassi, G., 2010, "Spent Fuel Transport Cask Thermal Evaluation under Normal and Accident Conditions," Nuclear Engineering and Design, Vol. 240, pp. 1699-1706. 

  19. Crook, A. W., 1952, "A Study of Some Impacts between Metal Bodies by a Piezo-Electric Method," Proceedings of the Royal Society of London, Series A, Mathematical and Physical Sciences, Vol. 212, No. 1110, pp. 377-390. 

  20. Ahn, K. Y. and Ryu B. J., 2005, "A Modeling of Impact Dynamics and its Application to Impact Force Prediction," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 19, No. 1, pp. 422-428. 

  21. Calvit, H. H., 1967, "Numerical Solution of the Problem of Impact of a Rigid Sphere onto a Linear Viscoelastic Half-Space and Comparison with Experiment," International Journal of Solids and Structures, Vol. 3, pp. 951-966. 

  22. 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," Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, Vol. 26, No. 5, pp. 373-384. 

  23. Kwon, Y. J., 2016, "Theoretical and Numerical Computation of Impact Impulse Occurring due to Frictionless Collision Experienced by a Spent Nuclear Fuel Disposal Canister Accidentally Dropped on the Ground," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 30, No. 2, pp. 637-642. 

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