Modal Characteristics of Control Element Assembly Shroud for Korean Standard Nuclear Power Plant(I) : Pre-Test Analysis

한국표준형 원자력발전소 제어봉집합체 보호구조물의 모우드 특성

The design of reactor internals requires the accurate vibration characteristics of each component for subsequent dynamic structural response analysis. For Korean standard nuclear power plant some modifications on the Control Element Assembly shroud from the reference design have been made. Since the shroud is complex in geometry having an array of vertical round tubes and webs in a square grid pattern, and being tied down by preloaded tie rods into position, it is planned to perform a vibration measurement program consisting of both experimental and analytical modal studies upon that component. To determine the proper test conditions, the pre-test analysis has been performed using the general purpose structural analysis program ANSYS. Also the effects of the number of master degrees of freedom, holes in the web and tie-rod preload on the natural frequencies are examined prior to the pre-test analysis. After decision of appropriate finite element model, frequency analysis and harmonic analysis are performed and ideas for the test conditions such as the number of measurement points, their locations, measurement frequency range and the excitation force level are determined.

원자로 내부구조물의 설계시 필요한 동적응답해석을 위하여 각 구조물의 정확한 진동특성을 파악할 필요가 있다. 한국 표준형 원자력발전소를 위하여 설계된 제어봉집합체 보호구조물은 기존의 설계로 부터 많은 설계변경이 있었고, 또 이 구조물은 튜우브와 얇은 판이 사각격자 형태로 이루어져 있고 연결봉에 의해 고정되는 등 매우 복잡한 형태로 구성되어 있어서 해석과 시험에 의한 진동측정 프로그램을 수행할 필요성이 대두되었다. 따라서 본 논문에서는 진동측정 프로그램의 첫 단계로서 범용구조해석코드인 ANSYS를 이용하여 시험전 해석을 수행하였다. 또 자유도의 수와 얇은 판에 있는 구멍 및 연결봉의 pre-load가 구조물의 자유진동수에 미치는 영향을 검토하였다. 이로부터 결정된 유한요소모델에 대하여 모우드해석을 수행하여 구조물의 고유진동수와 모우드형상을 구하였고, 조화운동해석(Harmonic Analysis)을 행하여 주요모우드에 대한 응답을 측정함으로써 추후에 수행될 진동측정 시험조건 즉 응답측정부위, 측정위치의 수, 측정진동수의 범위 및 가진력의 크기 등을 결정하였다.