핵연료집합체 3 차원 축소모델 개발 및 모드해석
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2021
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Korean
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KDC
550
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학술저널
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수록면
110-110(1쪽)
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APR1400 원전의 지진해석은 집중질량 빔요소로 구성된 2 차원 모델로서 수직 방향과 수평 방향 모델로 분리되어 있다. 원자로 코어의 모든 핵연료는 모두 합쳐져서 몇 개의 빔요소와 집중질량으로 모델이 이루어져 있다. AP1000의 경우에는 3 차원 집중질량과 빔요소를 사용하여 모델을 개발하였으며, 3 차원 지진해석을 수행하였다. 본연구의 목적은 노심의 핵연료집합체를 통합하지 않고 개별 핵연료집합체에 대한 축소 동해석 모델을 개발하여 노심 동해석을 가능하게 하는 것이다. 이를 위해 본 논문에서는 최신 컴퓨터 기술 및 모델링 기술을 접목해서 핵연료집합체의 3 차원 동해석 방법론을 개발하는 것이다. 3 차원 핵연료 집합체의 축소모델을 개발하기 위해 핵연료봉은 질량으로 나타냈고, CEA 가이드 튜브와 스페이서 그리드는 빔요소를 사용하였고, 하단지지체와 상단지지체는 쉘요소로 취급하여 전체적으로 축소된 모델을 개발하였다. 이렇게 개발된 축소모델은 2,740 개의 요소와 5,148 개의 요소를 가진다. 이 모델에 대해 모드해석을 하여 시험결과와 비교를 통해 1 차모드를 수렴하도록 하였다. 모드해석을 통해 2 차, 3 차 및 4 차 모드도 시험 결과와 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 따라서 본 축소모델을 사용하여 지진해석 및 시간이력해석이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서 모드해석 결과 기존의 통합 모델에서 관찰할 수 없던 트위스트 모드를 보였다. 이 결과는 핵연료사이의 접촉가능성을 보여주는 것으로서 핵연료 사이의 동적 거동에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
더보기Currently, the seismic analysis model of APR 1400 consists of beam and lumped mass in 2D separated model in horizontal direction and vertical direction. Also in the core, fuel assemblies are aggregated and simplified into few beam and lumped masses. WEC also used beam and lumped mass elements for the AP1000 seismic analysis model, but used 3D beam and mass to represent whole core where fuel assemblies are aggregated as well. The main purpose of the lumped mass and beam modeling of fuel assembly is to simplify model and make core dynamic analysis possible without aggregating all fuels in core into few beam elements and lumped masses. This research investigates 3D dynamic analysis modeling methodology of nuclear fuel assembly reflecting performance improvement of computer technology and analysis software functionality. A 3D modeling approach of FA was proposed in which fuel rods mass was lumped, CEA guide tubes and spacer grid are represented by beam elements and lower end-fitting and upper end-fitting are represented by shell elements. The FA dynamic analysis model so developed consists of 2,740 elements and 5,148 nodes. The model was optimized for the 1st mode from the test results of FA applying modal analysis. The model was successfully represents 1st mode modal values. Also the modal analysis results exhibits similarities for 2nd, 3rd and 4th modes, hence the model can be used for further dynamic analysis of fuel assembly such as seismic analysis or time-history analysis. The corresponding mode shapes revealed additional mode of twist motion that was not shown by current FA dynamic model of APR1400 or AP1000. This research revealed there are extra modes of twist motion that could induce contact between FAs and would require further investigation of dynamic interaction between FAs.
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