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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김종성
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 세종대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
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2011년 3월 11일 동일본에서 일본 관측 사상 최대 리히터 9.0 규모의 대지진이 발생하여 쓰나미와 함께 후쿠시마 원전 사고의 원인이 되었다. 그 이후로도 전 세계적으로 BDBE(Beyond Design Basis Earthquakes) 등의 심각한 지진이 계속 발생하고 있으며, 우리나라 또한 최근 경주, 포항 등에서 규모 5.0 이상의 지진이 발생하면서 원전 지진 안전성에 대한 관심이 높아지기 시작했다. 이런 관심의 일환으로 우리나라 정부는 2023년까지 원전 내진 성능을 0.6g으로 상향시키기로 발표했다. 아직까지 국내 원전의 경우 응답 스펙트럼 탄성 동적 해석과 응력기반에 근거한 0.3g의 지진에 대한 내진설계를 수행하고 있으며, 이는 과다한 보수성으로 인해 원전 전체 차원에서의 내진한계 성능평가에만 적용할 수 있다. 그러나 적절한 내진 성능평가를 위해서는 기기 차원의 세밀한 안전 여유도를 분석할 필요가 있으며, 이를 위해 변형률 기반의 내진 성능 평가 개발이 필요하다. 또 변형률을 수용하기 위해서는 소성을 고려한 시간이력 탄소성 지진 해석 수행이 필요하다. 하지만 탄소성 지진 해석 또한 해석 수행을 위해 많은 데이터와 해석 시간이 필요한 문제점이 있으며, 이는 공학적 관점에서 매우 비실용적이다. 따라서 ASME B&PV 절차에 제시된 기존의 탄성 지진해석과 페널티 계수를 바탕으로 한 단순화된 탄소성 지진해석 절차를 개발할 필요가 있다.
본 논문에서는 실제 상용 원전의 안전 1등급 배관계에 대하여 정상운전 중 심각한 지진 하중 작용 시 변형률 기반 피로평가를 위한 단순화된 탄소성 해석 절차를 제안한다. 제안된 단순 탄소성 해석 절차는 ASME Code Sec. Ⅲ 및 Code Case N-779의 페널티 계수, 단순 탄소성 해석 절차와 정상운전 및 지진 하중에 해당하는 응력 범주를 기반으로 하였다. 제안된 해석 절차를 적용하기 위해 지진에 의한 관성 하중, 지진 앵커 운동 하중 그리고 자중 등의 복합 하중을 받는 가압기 밀림 배관 계통에 대하여 유한요소 탄성 응력 해석과 탄성 지진해석을 개별적으로 수행하였으며, 각 해석 결과를 단순화된 탄소성 해석 절차에 적용하여 총 변형률 진폭을 계산하였다. 계산된 총 변형률 진폭에 대하여 ASME B&PV Code, sec.Ⅲ, Subsec. NB, Article NB-3200의 변형률 기반 피로 허용 기준을 적용하여 피로평가를 수행하였다. 마지막으로 단순 탄소성 해석 절차를 적용하여 계산된 총 변형률 진폭과 피로평가 결과를 상세 동적 유한요소 탄소성 지진 해석 결과와 비교함으로서 단순 탄소성 해석 절차의 타당성을 검증하였다. 검증 결과 제안된 해석절차는 가장 보수적으로 계산된 결과에 대하여 상대차이 31%로 합리적인 수준 내에서 보수적인 값을 도출하였으며, 피로평가 결과 상대 대비 최대 27% 안전여유도가 감소하지만, 여전히 안전성을 만족하였다. 따라서 단순화된 탄소성 해석 절차는 원자력 안전 관련 기기 설계의 보수적인 관점에서 적절한 절차로 판단된다.
본 논문에서는 실제 상용 원전의 안전 1등급 배관계에 대하여 정상운전 중 심각한 지진 하중 작용 시 변형률 기반 피로평가를 위한 단순화된 탄소성 해석 절차를 제안한다. 제안된 단순 탄소성 해석 절차는 ASME Code Sec. Ⅲ 및 Code Case N-779의 페널티 계수, 단순 탄소성 해석 절차와 정상운전 및 지진 하중에 해당하는 응력 범주를 기반으로 하였다. 제안된 해석 절차를 적용하기 위해 지진에 의한 관성 하중, 지진 앵커 운동 하중 그리고 자중 등의 복합 하중을 받는 가압기 밀림 배관 계통에 대하여 유한요소 탄성 응력 해석과 탄성 지진해석을 개별적으로 수행하였으며, 각 해석 결과를 단순화된 탄소성 해석 절차에 적용하여 총 변형률 진폭을 계산하였다. 계산된 총 변형률 진폭에 대하여 ASME B&PV Code, sec.Ⅲ, Subsec. NB, Article NB-3200의 변형률 기반 피로 허용 기준을 적용하여 피로평가를 수행하였다. 마지막으로 단순 탄소성 해석 절차를 적용하여 계산된 총 변형률 진폭과 피로평가 결과를 상세 동적 유한요소 탄소성 지진 해석 결과와 비교함으로서 단순 탄소성 해석 절차의 타당성을 검증하였다. 검증 결과 제안된 해석절차는 가장 보수적으로 계산된 결과에 대하여 상대차이 31%로 합리적인 수준 내에서 보수적인 값을 도출하였으며, 피로평가 결과 상대 대비 최대 27% 안전여유도가 감소하지만, 여전히 안전성을 만족하였다. 따라서 단순화된 탄소성 해석 절차는 원자력 안전 관련 기기 설계의 보수적인 관점에서 적절한 절차로 판단된다.
목차
초록 ⅰ그림 목차 ⅲ표 목차 ⅴⅠ. 서 론 11. 연구배경 및 필요성 12. 연구개요 3Ⅱ. 본 론 51. 변형률 기반 단순화된 탄소성 해석 절차 제안 51.1 ASME B&PV Code Sec. Ⅲ, Subsec. NB Article 51.2 ASME B&PV Code, Sec. Ⅲ, Code Case N-779 101.3 변형률 기반 단순화된 탄소성 해석 절차 132. 제안된 단순화된 변형률 기반 탄소성 해석 절차 적용 162.1 적용 대상 172.2 상세 동적 유한요소 시간이력 탄소성 지진 해석 292.3 변형률 기반 단순화된 탄소성 해석 절차 적용 423. 피로평가 483.1 변형률 기반 피로평가 절차 483.2 피로평가 결과 504. 단순화된 탄소성 해석 절차 타당성 검토 54Ⅲ. 결 론 58참고문헌 59Abstract 62
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