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국문 초록 (Abstract)

원자력 발전소는 설계수명이 60년에 이르며 이 기간 동안 안정성이 충분히 확보되어야 한다. 원자력 발전소 내부에는 다양한 구조 및 시스템 기기가 존재하며 각 대상 구조물에 따라 피해를 유발할 수 있는 하중의 형태는 다르기 때문에 대상 구조물이 취약할 수 있는 하중을 고려하여 안정성 평가를 수행해야 한다. 또한 실제 운영 중이 원자력 발전소의 구조 및 시스템 기기에 대한 실험적 성능평가는 현실적으로 어려움이 있으며 경제적, 공간적 제약이 존재한다.
본 연구는 원자력 발전소의 격납건물과 배관 시스템, 전기 캐비닛의 실험적 연구 데이터를 기반으로 고충실도 유한요소 모델을 구축하였으며 각 대상 구조물의 극한 하중에 대한 거동을 분석하였다.
배관 시스템의 경우 지진에 의한 대부분이 피해가 큰 상대변위로 인한 저주파 피로파괴이므로 반복하중 실험을 통해 내진성능을 검토하였으며 실험결과를 기반으로 유한요소 모델을 개발하였다. 결과적으로 구축된 유한요소 모델이 압착식 조인트가 적용된 입상배관 시스템의 거동을 잘 모사할 수 있으며 실험과 해석 모두 충분한 내진성능을 갖는 것으로 나타났다.
전기 캐비닛은 진동대 실험을 기반으로 전자기기 위치의 응답과 구조적 응답을 포착할 수 있는 고충실도 유한요소 모델을 구축하였다. 실험과 해석결과를 비교하였을 때 대체적으로 일치하는 경향을 보여 구축된 모델이 전기 캐비닛의 동적 거동을 잘 모사할 수 있을 것으로 판단된다.
마지막으로 격납건물의 경우 Sandia National Laboratory에서 수행된 1:4 축소규모 격납건물의 극한내압 성능평가 실험을 기반으로 유한요소 모델을 구축하였다. 방위각과 높이에 따른 변위 응답과 라이너의 변형률 응답을 비교하였을 때 상당히 일치하는 것으로 나타났으며 라이너의 변형률 응답은 라이너의 찢김이 발생한 0.98MPa 내압까지 유사한 경향을 보이는 것으로 나타나 구축된 모델이 격납건물의 전체 거동을 모사하기에 충분한 것으로 판단된다. 추가적으로 콘크리트 재료의 불확실성을 고려한 극한내압 거동을 분석하였으며 자유장으로 규정된 방위각 135°가 적절함을 확인하였고 격납건물의 중단부가 내압에 의해 가장 취약한 것을 확인하였다.

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원자력 발전소는 설계수명이 60년에 이르며 이 기간 동안 안정성이 충분히 확보되어야 한다. 원자력 발전소 내부에는 다양한 구조 및 시스템 기기가 존재하며 각 대상 구조물에 따라 피해를 ...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A nuclear power plant has a design life of 60 years, and stability must be sufficiently secured during this period. Various structures and system equipment exist inside a nuclear power plant, and the type of load that can cause damage is different for each target structure. In addition, the experimental performance evaluation of the structure and system equipment of nuclear power plant in actual operation is difficult in reality, and there are economic and spatial limitations.
In this study, a high-fidelity finite element model was built based on experimental research data of the containment building, piping system, and electrical cabinet of a nuclear power plant, and the behavior of each target structure under extreme loads was analyzed.
In the case of piping systems, since most of the earthquakes cause low-frequency fatigue failure due to relative displacement, which causes great damage, seismic performance was reviewed through cyclic load tests, and a finite element model was developed based on the experimental results. As a result, it was found that the constructed finite element model can well simulate the behavior of the upright piping system to which the compression joint is applied, and that it has sufficient seismic performance in both experiments and analysis.
The electric cabinet built a high-fidelity finite element model that can capture the electronic device position response and structural response based on the vibration table experiment. When the experimental and analysis results are compared, it is judged that the built model can well simulate the dynamic behavior of the electric cabinet, showing a generally consistent tendency.
Lastly, for the containment building, a finite element model was constructed based on the ultimate internal pressure performance evaluation experiment of the 1:4 scale containment building at the Sandia National Laboratory. When the displacement response according to the azimuth and height and the strain response of the liner were compared, they were found to be quite consistent, and the strain response of the liner showed a similar trend up to the 0.98 MPa withstand pressure where the tearing of the liner occurred. It is considered to be sufficient to simulate the overall behavior. Additionally, the ultimate pressure behavior in consideration of the uncertainty of the concrete material was analyzed, and it was confirmed that the azimuth angle of 135° defined as the free field was appropriate, and the middle part of the containment building was confirmed to be the most vulnerable due to the pressure resistance.

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목차 (Table of Contents)

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 방법 7
제 2 장 배관 시스템의 내진성능 평가 8
2.1 연구 개요 8

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 방법 7
제 2 장 배관 시스템의 내진성능 평가 8
2.1 연구 개요 8
2.1.1 연구 배경 및 목적 8
2.1.2 연구동향 10
2.1.3 연구 방법 11
2.2 압착식 조인트가 적용된 입상배관 시스템의 반복하중 실험 12
2.2.1 실험개요 및 방법 12
2.2.2 실험결과 13
2.3 해석적 내진성능 평가 18
2.3.1 재료 인장실험 18
2.3.2 유한요소모델 21
2.3.4 유한요소 모델 검증 및 응력 여유도 검토 24
2.4 소결 26
제 3 장 진동대 실험 기반 전기 캐비닛의 3차원 유한요소 모델 검증 27
3.1 개요 27
3.1.1 연구배경 및 목적 27
3.1.2 연구 동향 28
3.1.3 연구 방법 31
3.2 단문형 전기 캐비닛의 진동대 실험 32
3.2.1 실험개요 32
3.2.2 실험방법 34
3.2.3 실험결과 38
3.3 단문형 전기 캐비닛의 유한요소 모델 47
3.3.1 재료 및 요소 특성 47
3.3.2 연결부 모델 50
3.3.2 고충실도 유한요소 모델 검증 53
3.4 소결 62
제 4 장 축소규모 원전 격납건물의 극한내압 거동 분석 64
4.1 개요 64
4.1.1 연구배경 및 목적 64
4.1.2 연구 동향 66
4.1.3 연구 방법 68
4.2 1:4 축소규모 격납건물의 극한내압 성능평가 69
4.2.1 대상 구조물 69
4.2.2 실험방법 76
4.3 1:4 축소규모 격납건물의 유한요소 모델 78
4.3.1 형상모델 78
4.3.2 재료 모델 83
4.3.3 경계조건 및 요소 모델 87
4.3.4 유한요소 모델의 타당성 검토 93
4.4 콘크리트의 재료 불확실성을 고려한 격납건물의 극한내압 거동 분석 109
4.4.1 콘크리트의 재료 불확실성 샘플링 109
4.4.2 극한내압 거동 분석 114
4.5 소결 123
제 5 장 결 론 125
참고문헌 127

참고문헌 (Reference)

1 Dassault Systems, "ABAQUS v2021 Analysis User ’ s Guide", 2013

2 H ? bel , H., "Basic conditions for material and structural ratcheting.", 162 ( 1 ) , 55-65 ., 1996

3 곽신영, 임승현, 오진호, 곽진성, "원전 배관 지진응답 거통특성 및 내진성능 평가.", 복합신소재구조학회논문집, 11(1), 54-62, 2020

4 김성완, 전법규, 윤다운, 김재봉, "무용접 조인트가 연결된 입상배관의 지진거동분석.", 한국구조물진단유지관리공학회 2021년도 봄 학술발표회 논문집, 2021

5 NUREG/CR-6906, "Containment Integrity Research at Sandia National Laboratories : An Overview", 2006

6 NUREG/CR-6685, "Pretest Analysis of a 1:4-Scale Prestressed Concrete Containment Vessel Model", 2000

7 김민규, 최인길, "원전 전기캐비넷의 지진취약도 재평가를 위한 진동대 실 험.", 한국전산구조공학회 논문집, 24(3), 295, 2011

8 임승현, 최인길, 전법규, 장성진, "지진하중 하에서 로킹모드에 의한 캐비닛 의 응답특성 분석.", 한국소음진동공학회논문집, 29(6), 735-744, 2019

9 신용재, 정우영, 전법규, 윤다운, "진동대 시험을 이용한 수력발전소 RTU 패 널의 내진성능평가.", 한국소음진동공학회논문집, 29(6), 770-779, 2019

10 NUREG/CR-6810, "Overpressurization Test of a 1:4-Scale Prestressed Concrete Containment Vessel Model", 2003