Finite Element Analysis of Pipe Whip Restraint Behavior Under Jet Thrust Forces

유체 분사 추진력을 받는 배관 휩 구속장치 거동에 관한 유한요소해석

Many types of pipe whip restraints are installed to protect the structural components from the anticipated pipe whip phenomena of high energy lines in nuclear power plants. It is necessary to investigate these phenomena accurately in order to design the pipe whip restraints properly and/or to evaluate the acceptability of the pipe whip restraint design. Various research programs have been conducted in many countries to develop analytical methods and to verify the validity of the methods. In this study, various types of finite elements in ANSYS[1], the general purpose finite element computer program, was used to simulate the postulated pipe whips to obtain impact loads and the calculated results were compared with the specific experimental results from the sample pipe whip test for the U-shaped pipe whip restraints. Some calculational models, having the gap element or the spring element between the pipe whip restraint and the pipe line, give reasonably good transient responses of the restraint forces compared with the experimental results, and could be useful in evaluating the acceptability of the pipe whip restraint design.

원자력 발전소에서는 고에너지배관이 파단되는 가상 배관 휩 현상으로부터 구조물을 보호하기 위하여 많은 종류의 배관 휩 구속장치(Pipe Whip Restraint, PWR)가 설치되어 있다. 이 배관 휩 구속장치를 보다 합당하게 설계하거나 배관 휩 구속장치의 설계타당성을 평가하기 위하여 배관 휩 현상을 자세히 관찰하는 것이 필요하다. 이와 같은 이유로 배관 휩 현상을 해석하는 방법 개발자 개발된 방법의 타당성을 입증하기 위한 다양한 연구 프로그램이 여러나라에서 수행되어 왔다. 본 연구에서는 배관 휩 구속장치에 가해지는 충격하중을 계산하기 위해 범용 유한요소 전산 프로그램인 ANSYS내의 여러 형태의 유한요소들을 이용하여 가상 배관 휩 현상을 모의했으며 계산 결과는 U자형 배관 휩 구속장치를 갖는 배관계통의 배관 휩 모의시험으로부터 구해진 대상 실험 결과와 비교, 검토되었다. 배관 휩 구속장치와 배관 사이의 갭요소나 스프링요소를 갖는 계산모델의 일부는 해당 실험결과와 비교해 볼 때 배관 휩 구속장치에 걸리는 인장력을 사고기간 동안에 잘 모의함을 보여서 배관 휩 구속장치의 설계타당성을 평가하는데 유용 할 것으로 판단된다.