Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.22
no.3
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pp.339-346
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2024
The spent nuclear fuel, combusted and released in the nuclear power plant, is stored in the spent fuel pool (SFP) located in the fuel buildings interconnected with the reactors. In Korea, spent fuel has been stored exclusively in SFPs, prompting initiatives to expand storage capacity by either installing additional SFPs or replacing them with high-density spent fuel storage racks. The installation of these fuel racks necessitates obtaining a regulatory license contingent upon ensuring safe fuel handling and storage systems. Regulatory agencies mandate the formulation of various postulated accident scenarios and assessments covering criticality, shielding, thermal behavior, and structural integrity to ensure safe fuel handling and storage systems. This study describes an evaluation method for assessing the structural damage to storage racks resulting from fuel dropping as a part of the functional safety evaluation of these racks. A scenario was envisaged wherein fuel was dropped onto the base plates of the upper and lower sections of the storage racks, and the impact load was analyzed using the ABAQUS/Explicit program. The evaluation results revealed localized plastic deformation but affirmed the structural integrity and safety of the storage racks.
Kwon, Oh Joon;Park, Nam Gyu;Lee, Seong Ki;Kim, Jae Ik
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.14
no.2
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pp.149-156
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2016
The spent fuel stored in the pool is vulnerable to external impacts, since the severe reactor conditions degrade the structural integrity of the fuel. Therefore an accident during shipping and handling should be considered. In an extreme case, the fuel assembly drop can be happened accidentally during handling the nuclear fuel in the spent fuel pool. The rod failure during such drop accident can be evaluated by calculating the impact force acting on the fuel assembly at the bottom of the spent fuel pool. The impact force can be evaluated with the impact velocity at the bottom of the spent fuel pool. Since fuel rods occupies most of weight and volume of a nuclear fuel assembly, the information of the rods are important to estimate the hydraulic resistance force. In this study, the hydraulic force acting on the $3{\times}3$ short rod bundle model during the drop accident is calculated, and the result is verified by comparing the numerical simulations. The methodology suggested by this study is expected to be useful for evaluating the integrity of the spent fuel.
Cho, Sang Soon;Choi, Woo Seok;Seo, Ki-Seog;Yang, Yun-Young
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2017.05a
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pp.155-156
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2017
In this study, the structural integrity of the spent nuclear fuel assemblies was evaluated by carrying out a 0.3 m drop impact analysis, one of the normal transportation conditions of the nuclear fuel assemblies. For this purpose, the spent nuclear fuel assembly was modeled in detail as beam elements, and a coupled model for impact analysis was developed by inserting the modeled nuclear fuel assemblies into a cask.
A parametric study of several parameters relevant to design safety on the spent nuclear fuel (SNF) rod response under a drop accident is presented. In the view of the complexity of interactions between the independent safety-related parameters, a factorial design of experiment is employed as an efficient method to investigate the main effects and the interactions between them. A detailed single full-length fuel rod is used with consideration of post-irradiated fuel conditions under horizontal and vertical free-drops onto an unyielding surface using finite-element analysis. Critical drop heights and critical g-loads that yield the threshold plastic strain in the cladding are numerically estimated to evaluate the fuel rod structural resistance to impact load. The combinatory effects of four uncertain parameters (pellet-cladding interfacial bonding, material properties, spacer grid stiffness, rod internal pressure) and the interactions between them on the fuel rod response are investigated. The principal finding of this research showed that the effects of above-mentioned parameters on the load-carrying capacity of fuel rod are significantly different. This study could help to prioritize the importance of data in managing and studying the structural integrity of the SNF.
This paper aims to evaluate the structural dynamic responses and damage/failure of the nuclear fuel reprocessing plant under the free drop impact of spent fuel cask (SFC) and fuel assembly (FA) during the on-site transportation. At the present Part I of this paper, the large-scale SFC model free drop test and the corresponding numerical simulations are performed. Firstly, a composite target which is composed of the protective structure, i.e., a thin RC plate (representing the inverted U-shaped slab in the loading shaft) and/or an autoclaved aerated concrete (AAC) blocks sacrificial layer, as well as a thick RC plate (representing the bottom slab in the loading shaft) is designed and fabricated. Then, based on the large dropping tower, the free drop test of large-scale SFC model with the mass of 3 t is carried out from the height of 7 m-11 m. It indicates that the bottom slab in the loading shaft could not resist the free drop impact of SFC. The composite protective structure can effectively reduce the damage and vibrations of the bottom slab, and the inverted U-shaped slab could relieve the damage of the AAC blocks layer dramatically. Furthermore, based on the finite element (FE) program LS-DYNA, the corresponding refined numerical simulations are performed. By comparing the experimental and numerical damage and vibration accelerations of the composite structures, the present adopted numerical algorithms, constitutive models and parameters are validated, which will be applied in the further assessment of drop impact effects of full-scale SFC and FA on prototype nuclear fuel reprocessing plant in the next Part II of this paper.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.3
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pp.457-469
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1997
A nuclear spent fuel shipping cask is required by IAEA and domestic regulations to withstand a 9m free drop condition. In this paper, the structural analysis under the 9m side drop condition was performed to understand the dynamic impact behavior and to evaluate the safety of the cask for 7 PWR nuclear spent fuel assemblies. The analysis result was compared with the measured value of the 9m side drop test for the 1/3 scaled-down model and the accuracy of the 3D analysis was confirmed. Analysis in accordance with the diameter of impact limiters for the proto-type cask were performed. Through the analysis, the impact behaviors due to the side drop and the effects dependent on the diameter of impact limiters were grasped. Maximum stress intensities on each part of the cask were respectively calculated by using the stress evaluation program and the structural safety of the cask was finally evaluated in accordance with the regulations.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.4
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pp.370-377
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2009
A simple preliminary analysis is often useful to check a validity of design alternatives before the detailed analysis phase in the viewpoint of efficiency. This paper describes a preliminary analysis procedure for the selection among basket design candidates for the spent fuel shipping cask of Korean standard nuclear power plant. As the cask should maintain the structural integrity in hypothetical accident condition, the case of 9 m drop is significantly considered as the worst scenario among the accident conditions in structural design viewpoint in this paper. As basket design options, totally four different types are considered and analyzed in the point of structural integrity at drop impact and weldability for fabrication. As a result, an insertion round plate type with densely spaced supports turns out to be the best in both of the viewpoints, though the weld plate type shows a bit more design margin.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.359-371
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2013
This paper is the first paper among two papers which constitute the paper about the rigid body dynamic analysis on the spent nuclear disposal canister under accidental drop and impact on to the ground. This paper performed the general theoretical study on the rigid body dynamic analysis. Through this study the impulsive force which is occurring in the spent nuclear fuel disposal canister under accidental drop and impact to the ground and required for the structural safety design of the canister is intended to be theoretically formulated. The main content of the theoretical study is about the equation of motion in the multibody dynamics. On the basis of this study the impulsive force which is occurring in the multibody in the case of collision between multibody is theoretically formulated. The application of this theoretically formulated impulsive force to computing the impulsive force occurring in the spent nuclear fuel disposal canister under accidental drop and impact to the ground is investigated.
An integrated approach of model simplification for high burnup spent nuclear fuel is proposed based on material calibration using optimization. The spent fuel rods are simplified into a beam with a homogenous isotropic material. The proposed approach of model simplification is applied to fuel rods with two kinds of interfacial configurations between the fuel pellets and cladding. The differences among the generated models and the effects of interfacial bonding efficiency are discussed. The strategy of model simplification adopted in this work is to force the simplified beam model of spent fuel rods to possess the same compliance and failure characteristics under critical loads as those that result in the failure of detailed fuel rod models. It is envisioned that the simplified model would enable the assessment of fuel rod failure through an assembly-level analysis, without resorting to a refined model for an individual fuel rod. The effective material properties of the simplified beam model were successfully identified using the integrated optimization process. The feasibility of using the developed simplified beam models in dynamic impact simulations for a horizontal drop condition is examined, and discussions are provided.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.766-771
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2001
The package used to transport radioactive materials, which is called by cask, must be safe under normal and hypothetical accident conditions. These requirements for the cask design must be verified through test or finite element analysis. Since the cost for FE analysis is less than one for test. the verification by FE analysis is mainly used. But due to the complexity of mechanical behaviors. the results depends on how users apply the codes and it can cause severe errors during analysis. In this paper, finite element analysis is carried out for the 9 meters free drop and the puncture condition of the hypothetical accident conditions using LS-DYNA3D and ABAQUS/Explicit. We have investigated the analyzing technique for the free drop impact test of the cask and found several vulnerable cases to errors. The analyzed results were compared with each other. We have suggested a reliable and relatively simple analysis technique for the drop test of spent nuclear fuel casks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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