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오스테나이트계 스테인리스강 배관의 온도에 따른 환경 피로 영향
이봉희(Bong Hee Lee),남일권(Il Kwun Nam),박상윤(Sang Yun Park),김수겸(Soo Kyum Kim),김용백(Yong Baek Kim),김태순(Soo Kyum Kim) 대한기계학회 2019 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.7 No.2
환경 피로 평가의 기술적 배경을 제시했던 NUREG/CR-6909는 JNES의 피로 실험 데이터 및 산업계의 의견을 반영하고자 2018년 5월에 개정되었다. 하지만 개정본에서 환경 보정 계수(Fen)의 온도 적용범위를 325℃로 제한함에 따라 이를 초과하는 온도 조건에서의 환경 피로 평가에 한계가 주어졌다. 본 연구에서는 개정본에서 제시하지 않은 325℃ 초과 온도에 대해 오스테나이트계 스테인리스강 배관의 환경 피로 영향을 평가하였다. 온도에 대한 환경 피로 영향을 분석하기 위해 EPRI에서 제시한 예제 문제를 사용하였다. 그리고 NUREG/CR-6909 개정본을 이용하여 원자로 냉각재 환경에서의 예측 수명을 계산하였으며, 이를 NUREG/CR-6909 Rev.0 및 JNES-SS-1005를 이용한 예측 수명과 비교하였다. 또한, 325℃를 초과하는 온도 조건을 갖는 가압기 살수 배관을 대상으로 환경 피로 평가를 수행하였다. NUREG/CR-6909 which had provided the technical background for the environmental fatigue evaluation was revised in May 2018 to incorporate the JNES’s fatigue test results and to address interested stakeholder’s concerns. The revised NUREG/CR-6909 set limits of the temperature range to 325 ℃ for the application of the environmental fatigue correction factor(Fen), so the environmental fatigue evaluation is not applicable to the piping whose temperature is higher than 325 ℃. In this paper, the environmental fatigue effect on the austenitic stainless steel piping with temperature higher than 325 ℃, which is not covered in NUREG/CR-6909 Rev.1 was evaluated. The EPRI sample problem was used for the analysis of temperature effect on the environmental fatigue. And NUREG/CR-6909 Rev.1-based predicted lives was calculated, and then compared with the predicted lives based on NUREG/CR-6909 Rev.0 and JNES-SS-1005. Effect of temperature on the environmental fatigue was also evaluated for the pressurizer spray piping which experiences the operating temperature over 325 ℃.
몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 325℃이상의 환경피로 변환 온도 결정에 대한 연구
이봉희(Bong Hee Lee),박상윤(Sang Yun Park),남일권(Il Kwun Nam),이찬교(Chan Kyo Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
환경 피로 평가의 기술적 배경을 제시하였던 NUREG/CR-6909는 JNES의 광범위한 피로 실험 데이터 및 관련 산업계의 의견을 반영하고자 2018 년 5 월에 개정되었다. 하지만 NUREG/CR-6909 개정본에서 환경피로보정계수(F<sub>en</sub>)의 온도 적용 범위를 325℃로 제한하였다. 따라서, NUREG/CR-6909 개정본을 이용한 환경피로평가는 325℃를 초과하는 온도 조건의 재료에 대해 적용이 불가능하다. 본 논문은 NUREG/CR-6909 개정본에서 제시하지 않은 각 재료에 대한 325℃ 이상의 변환 온도를 결정하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 원자로 냉각재 환경에서의 피로 수명 분포를 결정하기 위해 NUREG/CR-6909 개정본 및 JNES-SS-1005에서 제시한 환경피로수명모델 및 변환 변수를 사용하여 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 원자로 냉각재 환경의 피로 수명에 영향을 미치는 변환 변수는 균등 분포 기반으로 랜덤하게 선택하였으며, 이를 이용하여 각 재료에 대해 100,000 번의 시뮬레이션을 수행하였다. 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 결정된 원자로 냉각재 환경에서의 피로 수명 분포는 누적 분포를 추정하기 위해 로그 정규 곡선에 피팅 시켰다. 그리고, 원자로 냉각재 환경의 325℃ 이상에서 온도 효과(F<sub>T,effect</sub>)를 분석하기 위해 온도 범위100 ~ 325℃ 와 325 ~ 350℃ 에서의 피로 수명에 대한 누적 분포를 각각 추정하였다. 여기서 온도 효과는 원자로 냉각재 환경에서 온도 범위 100 ~ 325℃의 피로 수명 대비 325 ~ 350℃의 피로 수명 비를 나타낸다. NUREG/CR-6909 개정본과 JNES-SS-1005의 325℃ 이상에서 온도 효과를 서로 비교한 검토 결과에 따라 NUREG/CR-6909 개정본에 적용 가능한 각 재료의 325℃ 이상에 대한 변환 온도를 제시하였다. The NUREG/CR-6909, which had provided the technical background for the environmental fatigue evaluation, was revised in May 2018 to incorporate the Japan Nuclear Energy Safety (JNES) organization’s extensive fatigue ε-N data and to address concerns from interested stakeholders over the original NUREG/CR-6909. But the revised NUREG/CR-6909 sets limit of the temperature ranges to 325℃ for the application of the environmental fatigue correction factor (F<sub>en</sub>). Therefore, the revised NUREG/CR-6909-based environmental fatigue evaluation is not applicable to the materials whose temperature are higher than 325℃. In this paper, Monte Carlo simulations have been performed to determine the transformed temperatures over 325℃ for the material which are not covered in the revised NUREG/CR-6909. To determine the distributions of fatigue lives in LWR environments, Monte Carlo simulations were performed using the fatigue life models in the LWR (Light Water Reactor) environments and transformed parameters provided in the revised NUREG.CR-6909 and JNES-SS-1005. The transformed parameters which affect the fatigue lives in the LWR environments were selected randomly using the uniform distribution. And a total of 100,000 simulations were performed for each material. The distributions of fatigue lives in LWR environments obtained from Monte Carlo simulations were fit to lognormal curves to estimate the cumulative distributions. The estimated cumulative distributions were individually determined in the temperature ranges of 100 ~ 325℃ and 325 ~ 350℃ to investigate the temperature effect, F<sub>T,effect</sub>, over 325℃. The temperature effect is defined as ratio of fatigue lives in the LWR environments in the temperature range of 100 ~ 325℃ to that in the temperature range of 325 ~ 350℃ in this paper. As a results of reviewing the temperature effects between the revised NUREG/CR-6909 and JNES-SS-1005, the transformed temperature over 325℃ for each material have been suggested for the application of the revised NUREG/CR-6909.