잔류응력의 영향을 고려한 용접부 내진 평가

국문 초록 (Abstract)

BDBE 와 같이 심각한 지진 하중 하에서 원자력 발전소의 안전성을 검증하기 위해 APR-1400의 가압기와 고온관을 연결하는 밀림배관의 탄소성 유한요소 해석을 수행하였다 [1~2]. 이전 연구에서 지진에 중요한 위치인 가압기 노즐과 핫레그 노즐의 용접부 모사할 때 3case (용접부의 기하학적 형상을 고려하지 않은 경우, 기하학적 형상과 용접 물성을 고려한 경우, 잔류응력을 고려한 경우)에 대해서 지진해석을 수행하였다. 잔류응력을 고려하여 지진해석을 수행한 경우, 누적소성변형률과 등가소성변형률이 다른 경우에 비해 상당히 크게 발생하였다. 잔류응력 해석시 용접부가 융착되는 시간은 매우 짧다. 따라서 본 연구에서는 잔류응력을 고려한 지진해석의 누적소성변형률과 등가소성변형률을 좀 더 현실적으로 시뮬레이션 하기 위해서 어닐링 온도를 고려하여 잔류응력 해석을 수행하였다. 용접 재료인 ER308l의 물성은 주기적인 테스트 결과를 가지고 있지 않기 때문에, 간단한 인장 실험의 결과를 통해 샤보세 경화 모델을 정의하였다. 또한 분석 변수(예: 지진 변위 시간 이력)는 이전 연구에 사용하였던 것과 동일한 값을 사용하였다. 잔류응력을 고려한 지진 해석시 핫레그 노즐과 용접부 사이에서 취약부위가 발생하였다. 취약 부위에 대해 ASME code [3]의 변형률 기반 허용 기준 평가를 수행하였고, 무결성이 만족되었다. 어닐링 온도는 잔류응력 해석에 의해 발생한 누적소성변형률과 등가소성변형률에 상당한 영향을 미치고, 그에 따라 잔류응력을 고려한 용접부의 내진 평가 시 여유도에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To verify the safety of nuclear power plants under severe seismic loads, such as BDBE, the finite element elastic-plastic analysis of the surge line system connecting the pressurizer and the hot-leg of APR-1400 was conducted. In the previous study, seismic analysis was conducted on 3 cases (not considering geometry shape of weld, considering geometry shape of welds and material properties of welds, considering welding residual stress) when simulating welds in pressurizer nozzles and hot-leg nozzles, which are critical location for earthquakes. When seismic analysis was conducted in consideration of welding residual stress, accumulated plastic strain and equivalent plastic strain were significantly larger than those of other cases. When conducting welding residual stress, the time for weld to fuse is very short. Therefore, in this study, welding residual stress analysis was conducted considering annealing temperature to more realistic simulation of accumulated plastic strain and equivalent plastic strain of seismic analysis considering welding residual stress. The welding material was used as ER308l instead of TP316 which was previously used material. Since the properties of ER308l do not have cyclic test results, define the Chaboche hardening model through the results of a simple tensile experiment. Furthermore, the analytical variables (such as seismic displacement time history) used the same values as those used in previous study. The seismic analysis was conducted considering the effects of welding residual stress, and vulnerable point occurred between hot-leg nozzles and welds. The integrity was satisfied by performing strain-based acceptance criteria evaluation of ASME code. The annealing temperature was confirmed to have a significant effect on the accumulated plastic strain and the equivalent plastic strain caused by welding residual stress analysis. Accordingly, it was confirmed that the seismic evaluation of welds considering welding residual stress affects the margin.