In the last decade, the best estimate plus uncertainty methodologies in nuclear technology and nuclear power plant design have become a trending topic in the nuclear field. Since BEPU was allowed for licensing purposes by the most important regulator bodies, different uncertainty assessment methods have become popular, overall non-parametric methods. While non-parametric tolerance regions can be well stated and used in uncertainty quantification for licensing purposes, the propagation of the uncertainty through different codes (multi-scale, multiphysics) in cascade needs a better depiction of uncertainty than the one provided by the tolerance regions or a probability distribution. An alternative method based on the parametric or distributional probability boxes is used to perform uncertainty quantification and propagation regarding statistic uncertainty from one code to another. This method is sample-size independent and allows well-defined tolerance intervals for uncertainty quantification, manageable for uncertainty propagation. This work characterizes the distributional p-boxes behavior on uncertainty quantification and uncertainty propagation through nested random sampling.
In probabilistic design, the challenge is to estimate the uncertainty propagation, since outputs of subsystems at lower levels could constitute inputs of other systems or at higher levels of the multilevel systems. Three uncertainty propagation estimation techniques are compared in this paper in terms of numerical efficiency and accuracy: root sum square (linearization), distribution-based moment approximation, and Taguchi-based integration. When applied to reliability-based design optimization (RBDO) under uncertainty, it is investigated which type of applications each method is best suitable for. Two nonlinear analytical examples and one vehicle crashworthiness for side-impact simulation example are employed to investigate the unique features of the presented techniques for uncertainty propagation. This study aims at helping potential users to identify appropriate techniques for their applications in the multilevel design.
Heat rate is a representative index to estimate the performance of turbine cycle in nuclear power plant. Accuracy of heat rate calculation is dependent on the accuracy of measurement for plant status variables. Uncertainty of heat rate can be modeled using uncertainty propagation model. We developed practical estimation model of heat rate uncertainty using the propagation and regression model. The uncertainty model is used in the performance analysis system developed for the operating nuclear power plant.
Han, Gi Young;Kim, Do Hyun;Shin, Chang Ho;Kim, Song Hyun;Seo, Bo Kyun;Sun, Gwang Min
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.3
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pp.765-772
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2016
In analyzing residual radiation, researchers generally use a two-step Monte Carlo (MC) simulation. The first step (MC1) simulates neutron transport, and the second step (MC2) transports the decay photons emitted from the activated materials. In this process, the stochastic uncertainty estimated by the MC2 appears only as a final result, but it is underestimated because the stochastic error generated in MC1 cannot be directly included in MC2. Hence, estimating the true stochastic uncertainty requires quantifying the propagation degree of the stochastic error in MC1. The brute force technique is a straightforward method to estimate the true uncertainty. However, it is a costly method to obtain reliable results. Another method, called the adjoint-based method, can reduce the computational time needed to evaluate the true uncertainty; however, there are limitations. To address those limitations, we propose a new strategy to estimate uncertainty propagation without any additional calculations in two-step MC simulations. To verify the proposed method, we applied it to activation benchmark problems and compared the results with those of previous methods. The results show that the proposed method increases the applicability and user-friendliness preserving accuracy in quantifying uncertainty propagation. We expect that the proposed strategy will contribute to efficient and accurate two-step MC calculations.
Hysteretic energy dissipating devices (HEDDs) have been increasingly applied to building construction to improve the seismic performance. The seismic responses of such damped structures are significantly affected by HEDD's structural properties. An accurate investigation on the propagation of HEDD's structural properties is required for reasonable evaluation of the seismic performance of a structure. This study aims to develop simplified methods that can estimate the collective uncertainty-propagation to the seismic response of damped structures employing HEDDs. To achieve this, three- and six-story steel moment-resisting frames were selected and the propagations of the individual HEDD's property-uncertainties were evaluated when they are subjected to various levels of seismic demand. Based on the result of individual uncertainty-propagations, a simplified method is proposed to evaluate the variation of seismic response collectively propagated by HEDD's property-uncertainties and is verified by comparing with the exact collective uncertainty-propagation calculated using the Monte Carlo simulation method. The proposed method, called as a modified SRSS method in this study, is established from a conventional square root of the sum of the squares (SRSS) method with the relative contributions of the individual HEDD's property-uncertainty propagations. This study shows that the modified SRSS method provides a better estimation than the conventional SRSS method and can significantly reduce computational time with reasonable accuracy compared with the Monte Carlo simulation method.
Park, Ho Jin;Lee, Dong Hyuk;Shim, Hyung Jin;Kim, Chang Hyo
Nuclear Engineering and Technology
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v.46
no.3
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pp.291-298
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2014
This paper concerns estimating uncertainties of the core neutronics design parameters of power reactors by direct sampling method (DSM) calculations based on the two-step McCARD/MASTER design system in which McCARD is used to generate the fuel assembly (FA) homogenized few group constants (FGCs) while MASTER is used to conduct the core neutronics design computation. It presents an extended application of the uncertainty propagation analysis method originally designed for uncertainty quantification of the FA FGCs as a way to produce the covariances between the FGCs of any pair of FAs comprising the core, or the covariance matrix of the FA FGCs required for random sampling of the FA FGCs input sets into direct sampling core calculations by MASTER. For illustrative purposes, the uncertainties of core design parameters such as the effective multiplication factor ($k_{eff}$), normalized FA power densities, power peaking factors, etc. for the beginning of life (BOL) core of Yonggwang nuclear unit 4 (YGN4) at the hot zero power and all rods out are estimated by the McCARD/MASTER-based DSM computations. The results are compared with those from the uncertainty propagation analysis method based on the McCARD-predicted sensitivity coefficients of nuclear design parameters and the cross section covariance data.
The present contribution addresses uncertainty quantification and uncertainty propagation in structural mechanics using stochastic analysis. Presently available procedures to describe uncertainties in load and resistance within a suitable mathematical framework are shortly addressed. Monte Carlo methods are proposed for studying the variability in the structural properties and for their propagation to the response. The general applicability and versatility of Monte Carlo Simulation is demonstrated in the context with computational models that have been developed for deterministic structural analysis. After discussing Direct Monte Carlo Simulation for the assessment of the response variability, some recently developed advanced Monte Carlo methods applied for reliability assessment are described, such as Importance Sampling for linear uncertain structures subjected to Gaussian loading, Line Sampling in linear dynamics and Subset simulation. The numerical example demonstrates the applicability of Line Sampling to general linear uncertain FE systems under Gaussian distributed excitation.
The main objective of this article is the exploitation of a stochastic hybrid mesh-free method based on stochastic generalized finite difference (SGFD), Newmark finite difference (NFD) methods and Monte Carlo simulation for thermoelastic wave propagation and coupled thermoelasticity analysis based on GN theory (without energy dissipation). A thick hollow cylinder with Gaussian uncertainty in mechanical properties is considered as an analyzed domain for the problem. The effects of uncertainty in mechanical properties with various coefficients of variations on thermo-elastic wave propagation are studied in details. Also, the time histories and distribution on thickness of cylinder of maximum, mean and variance values of temperature and radial displacement are studied for various coefficients of variations (COVs).
This work covers an important point of the benchmark released by the expert group on Uncertainty Analysis in Modeling of Light Water Reactors. This ambitious benchmark aims to determine the uncertainty in light water reactors systems and processes in all stages of calculation, with emphasis on multi-physics (coupled) and multi-scale simulations. The Gesellschaft für Anlagen und Reaktorsicherheit methodology is used to propagate the thermal-hydraulic uncertainty of macroscopic parameters through TRACE5.0p3/PARCSv3.0 coupled code. The main innovative points achieved in this work are i) a new thermal-hydraulic model is developed with a highly-accurate 3D core discretization plus an iterative process is presented to adjust the 3D bypass flow, ii) a control rod insertion occurrence -which data is obtained from a real PWR test- is used as a transient simulation, iii) two approaches are used for the propagation process: maximum response where the uncertainty and sensitivity analysis is performed for the maximum absolute response and index dependent where the uncertainty and sensitivity analysis is performed at each time step, and iv) RESTING MATLAB code is developed to automate the model generation process and, then, propagate the thermal-hydraulic uncertainty. The input uncertainty information is found in related literature or, if not found, defined based on expert judgment. This paper, first, presents the Gesellschaft für Anlagen und Reaktorsicherheit methodology to propagate the uncertainty in thermal-hydraulic macroscopic parameters and, then, shows the results when the methodology is applied to a PWR reactor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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