원전 안전 1등급 배관계의 효율적인 동적 시간이력 탄소성 지진해석을 위한 해석 변수의 영향 고찰 = An Investigation on Effect of Analysis Variables for Efficient Dynamic Time History Seismic Analysis of Safety Class 1 Piping in Nuclear Power Plants

국문 초록 (Abstract)

동일본 대지진으로 인한 피해로 후쿠시마 원자력 발전소의 노심이 용융되어 방사능이 노출되는 큰 사고가 발생하였고, 최근 우리나라에서는 경주, 포항에서 진도 규모 5.0 이상의 지진이 발생하면서 원자력 발전소 안전에 대한 연구의 필요성이 대두되며 원전 설비의 건전성 평가 및 추가적인 안전성 확보가 중요한 기술현안으로 부각되고 있다. 현재 우리나라의 경우 지진 발생 후 손상정도를 판정하고 손상 정도가 높은 등급일 경우, 원전 설비의 안전성을 평가한 후 충분한 안전성을 확보했다는 것을 입증을 해야 한다. 현행중인 평가기술은 ASME Code를 이용하여 응력기반의 허용기준을 만족시킴으로써 구조적 건전성을 평가한다. 하지만 응력기반평가의 경우 과도한 보수성이 존재하며 지진과 같은 반복하중에 의한 누적손상 효과를 고려를 할 수 없기 때문에 비현실적인 평가가 이뤄질 수 있다. 본 논문에서는 이를 보완하기 위해 지진과 같은 반복하중에 의한 소성변형을 고려할 수 있는 변형률 기반 평가를 위한 효율적인 동적 시간이력 탄소성해석을 위한 유한요소 해석기법에 대하여 고찰 하였다. 기준모델인 완전 연속체모델과 근사한 결과를 도출할 수 있는 빔 요소와 연속체 요소를 결합한 복합모델에 대해 요소의 종류, 천이영역의 길이, 두께 방향, 원주 방향, 길이 방향의 요소개수에 따른 결과를 도출하였다. 이에 따라 효율적인 시간이력을 위한 복합요소 모델에 대한 모델링 기법 권장 사항을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A serious accident occurred due a the big earthquake in East Japan, causing serious radiation exposure from the Fukushima nuclear plant. Recently, there was an earthquake of 5.0 magnitude or higher in Gyeongju and Pohang and the necessity of assessing the soundness of nuclear power plant facilities and additional safety assurance is becoming an important technological issue. In the case of South Korea, if the nuclear power plant's degree of damage is high after the earthquake, the nuclear power plant must demonstrate that it has obtained sufficient safety after evaluating the safety of nuclear plant facilities. The current evaluation technique evaluates the structural integrity by satisfying the allowable criteria for stress based on the ASME Code. However, for stress based assessments, excessive conservatism exists and these assessments cannot account for cumulative damage effects caused by repetitive loads such as earthquakes; therefore, it can lead to an unrealistic assessment. This paper contemplates the supplement to the assessment of the finite element analysis techniques for efficient Dynamic Time History Elasto-Plastic Seismic Analysis for evaluating plastic deformation by repetitive loads such as earthquakes.
The combined model which consists of beam and solid element can derive the approximate result compared to the full solid model by taking considerations of the number of elements in the element type transition region length, thickness direction, circumferential direction, and length direction of the combined model. Thus, this paper suggests the modeling techniques recommended for the complex element models for dynamic time history elasto-plastic seismic analysis.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 본 론 3
• 1. 평가대상 3
• 1.1 대상선정 3
• 1.2 해석대상 정보 3
• 1.2.1 기하학적 형상 3
• 1.2.2 가속도 이력 5
• 1.2.3 물성 정보 6
• 1.3 감쇠 계수 설정 9
• 1.3.1 고유진동수 해석 9
• 1.3.2 감쇠계수 도출 12
• 2. 유한요소모델 13
• 2.1 기준모델 13
• 2.2 복합모델 14
• 3. 복합모델 모델링 변수 19
• 3.1 천이영역길이에 대한 영향 고찰 19
• 3.2 요소종류에 대한 영향 고찰 25
• 3.3 요소밀도에 대한 영향 고찰 28
• 3.3.1 두께 방향 28
• 3.3.2 원주 방향 31
• 3.3.3 길이 방향 33
• 4. 최적의 복합모델 35
• 4.1 기준모델과 최적의 복합모델 비교 35
• Ⅲ. 결 론 40
• 참고문헌 41
• Abstract 43