• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권2호
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• pp.588-599
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• 2019

This research presents a structural design of high-level waste (HLW) container using ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) material. The proposed design aims to overcome the drawbacks of the existing concrete containers which are heavy, difficult to fabricate, and expensive. In this study, the dry storage container (DSC) that commonly used at Canadian Nuclear facilities is selected to present the proposed design. The design has been performed such that the new UHP-FRC alternative has a structural stiffness equivalent to the existing steel-concrete-steel container under various loading scenarios. Size optimization technique is used with the aim of maximizing stiffness, and minimizing the cost while satisfying both the design stresses and construction requirements. Then, the integrity of the new design has been evaluated against accidental drop-impact events based on realistic drop scenarios. The optimization results showed: the stiffness of the UHP-FRC container (300 mm wall thick) is being in the range of 1.35-1.75 times the stiffness of existing DSC (550 mm wall thick). The use of UHP-FRC leads to decrease the container weight by more than 60%. The UHP-FRC container showed a significant enhancement in performance in comparison to the existing DSC design under considered accidental drop impact scenarios.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권5호
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• pp.359-371
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• 2013

본 논문은 두 편으로 구성된 사고로 지면에 추락낙하 충돌하는 고준위폐기물 처분용기에 대한 기구동역학 해석 논문 중 첫 번째 논문으로 기구동역학 해석에 대한 일반 이론연구를 수행하였다. 이를 통하여 고준위폐기물 처분용기의 구조 안전성 설계에 요구되는 처분용기 처분 시 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력을 이론적으로 구하고자 하였다. 이론 연구의 주된 내용은 다물체 동역학의 운동방정식에 관한 것이며 이를 토대로 다물체간 충돌 시 발생하는 충격력을 구하는 문제를 이론적으로 다루었다. 이렇게 이론적으로 구한 충격력을 처분장에서 처분용기 운송 시 운반차량에서 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 문제에의 적용을 검토하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권11호
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• pp.4146-4158
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• 2022

Ultra-high performance concrete (UHPC) has been widely utilized in military and civil protective structures to resist intensive loadings attributed to its excellent properties, e.g., high tensile/compressive strength, high dynamic toughness and impact resistance. At present, aiming to improve the defects of the traditional vertical concrete cask (VCC), i.e., the external storage facility of spent fuel, with normal strength concrete (NSC) shield, e.g., heavy weight and difficult to fabricate/transform, the feasibility of UHPC applied in the shield of VCC is numerically examined considering its high radiation and corrosion resistance. Firstly, the finite element (FE) analyses approach and material model parameters of NSC and UHPC are verified based on the 1/3 scaled VCC tip-over test and drop hammer test on UHPC members, respectively. Then, the refined FE model of prototypical VCC is established and utilized to examine its dynamic behaviors and damage distribution in accidental tip-over and end-drop events, in which the various influential factors, e.g., UHPC shield thickness, concrete ground thickness, and sealing methods of steel container are considered. In conclusion, by quantitatively evaluating the safety of VCC in terms of the shield damage and vibrations, it is found that adopting the 300 mm-thick UHPC shield instead of the conventional 650 mm-thick NSC shield can reduce about 1/3 of the total weight of VCC, i.e., about 50 t, and 37% floor space, as well as guarantee the structural integrity of VCC during the accidental drop simultaneously. Besides, based on the parametric analyses, the thickness of concrete ground in the VCC storage site is recommended as less than 500 mm, and the welded connection is recommended for the sealing method of steel containers.

• 대한기계학회논문집
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• 제18권11호
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• pp.2805-2816
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• 1994

This paper describes dynamic finite element analyses performed to study the dynamic behaviors of a shipping container under the impact onto rigid target due to the accidental fall from the hight of 9 m. Using two and three dimensional techniques, the shipping container which gave the maximum damage, ten different drop orientations are considered ; at intervals of $5^{\circ}$ from $45^{\circ}$ to $90^{\circ}$ According to the present results, the orientation of the shipping container which gave the maximum damage is $85^{\circ}$ from horizontal for oblique drop in the primary impact. In the optimal design of the shipping container, the impact limiter material must be considered importantly because it's proper selection affects the weight and the manufacturing cost of the shipping container. The analysis of the shipping container in this paper demonstrated that the shipping container is structurally sound relative to the regulatory drop test requirements.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.451-457
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• 2015

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.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.415-425
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• 2017

고준위폐기물 처분용기를 처분장에서 처분 시 사고로 운송차량에서 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력에 의해 처분용기에 응력이 발생한다. 본 논문에서는 고준위폐기물 처분용기의 구조안전성 설계과정의 일환으로 이와 같은 충격력에 의하여 여러 가지 처분용기 모델에 발생하는 응력에 대한 비교연구를 수행하였다. 연구의 주된 내용은 이와 같은 비교연구를 통하여 구조적으로 건전한 처분용기의 설계에 관한 것이다. 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운반 중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력은 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드인 RecurDyn으로 구하였다. 이렇게 구한 충격력에 의하여 여러 가지 처분용기 모델에 발생하는 응력 및 변형은 유한요소해석상용 컴퓨터코드인 NISA를 이용하여 구하였다. 이 응력과 변형 값들의 비교 검토를 통하여 구조적으로 건전한 처분용기에 대한 연구를 수행하였다. 연구결과 처분용기 내부 고준위폐기물 다발을 감싸는 외곽 벽의 두께가 두꺼워 질수록 또는 처분용기의 직경이 커질수록 처분용기에 발생하는 응력이 커지는 것을 알 수 있었다. 그러나 처분용기에 가해지는 충격력도 처분용기의 직경이 커짐에 따라 증가하였다. 그럼에도 불구하고, 단위 충격력 당 발생하는 변형의 크기는 직경이 증가함에 따라 감소하였다. 따라서 결론적으로 직경이 증가할수록 처분용기는 구조적으로 건전함을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권5호
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• pp.373-384
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• 2013

본 논문은 두 편으로 구성된 사고로 지면에 추락낙하 충돌하는 고준위폐기물 처분용기에 대한 기구동역학 해석 논문 중 두 번째 논문으로 기구동역학 해석에 대한 수치해석연구를 수행하였다. 이를 통하여 고준위폐기물 처분용기의 구조 안전성 설계에 요구되는 처분용기 처분 시 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력을 수치적으로 구하였다. 수치해석 연구의 주된 내용은 상용 기구동역학 해석코드를 이용하여 처분장에서 운송차량으로 처분용기 취급 시 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 기술적인 방법에 관한 것이며 이를 토대로 지면과 충돌 시 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 문제를 수치적으로 다루었다. 이렇게 수치적으로 구한 처분장에서 처분용기 운송 시 운반차량에서 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 처분용기에 발생하는 충격력을 분석한 결과 처분용기의 무게가 증가 할수록 충격력도 증가하며 처분용기는 추락낙하 하여 세 가지 유형으로 지면과 충돌함을 알 수 있었다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제4권2호
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• pp.139-152
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• 2006

사용후핵연료 건식저장용기는 낙하사고조건에서 캐니스터의 건전성이 입증되어야 한다. 낙하사고조건은 캐니스터를 건식저장용기에 장입하기 위하여 저장용기의 상부에서 크레인으로 취급하는 도중에 캐니스터가 저장용기 내부의 받침대로 자유 낙하하는 조건이다. 저장용기 내부의 받침대는 이러한 조건에서 캐니스터의 구조적 건전성을 유지하도록 완충효과가 좋아야 한다. 본 연구에서는 다양한 저장용기 내부 받침대 에 대한 3차원 유한요소해석을 통하여 낙하사고조건에서 캐니스터의 구조적 건전성을 향상시킬 수 있는 구조를 결정하였다. 저장용기 내부 받침대는 탄소강으로 만들어진 원통 쉘의 내부에 콘크리트를 장입한 구조와 받침대 높이의 변화 없이 콘크리트 높이의 1/4정도에 탄소강과 폴리우레탄폼을 이용한 구조물을 사용하여 완충효과를 보완하고자 수정된 구조를 고려하였다. 완충체의 형상 및 구조를 결정하기 위하여 십자형상이나 원형의 탄소강 구조물을 받침대 상부에 위치하여 그 영향을 알아보았다. 이때 탄소강 구조물의 두께를 24 mm, 12 mm, 6mm로 변화를 주었다. 또한, 탄소강 구조물 사이에 충진하는 폴리우레탄폼의 밀도에 대한 영향을 알아보았다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권10호
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• pp.3745-3765
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• 2022

The concrete structures related to nuclear safety are threatened by accidental impact loadings, mainly including the low-velocity drop-weight impact (e.g., spent fuel cask and assembly, etc. with the velocity less than 20 m/s) and high-speed projectile impact (e.g., steel pipe, valve, turbine bucket, etc. with the velocity higher than 20 m/s), while the existing studies are still limited in the impact resistant design of nuclear power plant (NPP), especially the primary RC slab. This paper aims to propose the numerical simulation and theoretical approaches to assist the impact-resistant design of RC slab in NPP. Firstly, the continuous surface cap (CSC) model parameters for concrete with the compressive strength of 20-70 MPa are fully calibrated and verified, and the refined numerical simulation approach is proposed. Secondly, the two-degree freedom (TDOF) model with considering the mutual effect of flexural and shear resistance of RC slab are developed. Furthermore, based on the low-velocity drop hammer tests and high-speed soft/hard projectile impact tests on RC slabs, the adopted numerical simulation and TDOF model approaches are fully validated by the flexural and punching shear damage, deflection, and impact force time-histories of RC slabs. Finally, as for the two low-velocity impact scenarios, the design procedure of RC slab based on TDOF model is validated and recommended. Meanwhile, as for the four actual high-speed impact scenarios, the impact-resistant design specification in Chinese code NB/T 20012-2019 is evaluated, the over conservation of which is found, and the proposed numerical approach is recommended. The present work could beneficially guide the impact-resistant design and safety assessment of NPPs against the accidental impact loadings.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권2호
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• pp.75-86
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• 2019

원자력발전의 최대 걸림돌은 사용 후 핵연료인 고준위폐기물이다. 높은 방사능과 발생하는 열은 사용 후 핵연료의 안전한 처분을 어렵게 하고 있다. 현재 유일한 처리방법은 심지층 처분기술이다. 본 논문은 이와 같은 심지층 처분기술의 핵심기술 중의 하나인 처분용기의 구조안전성 설계문제를 다루고 있다. 특히 처분장에서 처분용기 처분 시 사고로 운송차량에서 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력에 의하여 처분용기에 발생하는 응력 및 변형에 대한 비선형구조해석을 수행하였다. 해석의 주된 내용은 심지층 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운반 중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력을 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드인 RecurDyn으로 구하고 이 충격력에 의하여 처분용기에 발생하는 응력 및 변형을 유한요소 정적 구조해석 상용 컴퓨터코드인 NISA를 이용하여 구한 것이다. 해석결과는 충돌 충격 시간 중 발생하여 처분용기에 가해지는 충격력에 의하여 처분용기, 특히 처분용기의 위 덮개 혹은 아래 덮개에 큰 응력과 대변형이 발생함을 보여주고 있다.