Untersuchung des Verhaltens stoßdämpfender Bauteile von Transportbehältern für radioaktive Stoffe in Bauartprüfung und Risikoanalyse

Content Provider	Semantic Scholar
Author	Neumann, Martin
Copyright Year	2009
Abstract	Transportbehalter fur radioaktive Stoffe mit einer Typ-B-Versandstuckzulassung mussen auch bei schweren Unfallbeanspruchungen sicherstellen, dass das radioaktive Inventar sicher umschlossen, eine unterkritische Anordnung gewahrleistet und ionisierende Strahlung ausreichend abgeschirmt ist. Bei der Bewertung von Transportbehaltern fur radioaktive Stoffe im Rahmen der Bauartprufung sowie fur Risikoanalysen beim Transport radioaktiver Stoffe ist eine Simulation des Verhaltens holzgefullter, stosdampfender Bauteile von Transportbehaltern von grosem Interesse, da diese in einer Unfallsituation einen Grosteil der Aufprallenergie aufnehmen und damit die maximale Stoskraft deutlich verringern. Damit haben die stosdampfenden Bauteile masgeblichen Einfluss auf die Einhaltung der vom Versandstuck zu gewahrleistenden Schutzziele. Das Verhalten stosdampfender Bauteile wird von einer Vielzahl von Parametern wie Stosdampferkonstruktion, Materialeigenschaften und Beanspruchungsrandbedingungen beeinflusst. Es bestehen Unsicherheiten bei der Anwendung von vereinfachten numerischen Verfahren zur Berechnung derartiger Bauteile. Fur die Simulation mit Hilfe von komplexen numerischen Verfahren wie dynamische Finite-Elemente-Methoden (FEM) ist bisher keine Modellbildung fur die Kompression von Holz in axialer Richtung bei grosen Deformationen erfolgt. Die in dieser Arbeit durchgefuhrten Untersuchungen haben sich daher auf die Modellbildung sowie die Untersuchung der Anwendbarkeit verschiedener Modellierungsformen konzentriert. Auf Basis von Erkenntnissen aus der Analyse stosdampfender Bauteile von Prototypen von Brennelementtransportbehaltern nach einer 9-m-Fallprufung auf ein unnachgiebiges Fundament und von in dieser Arbeit durchgefuhrten Stosversuchen auf Holzproben wurde ein Modell fur das Verhalten von Holz bei axialer Beanspruchung und grosen Deformationen entwickelt. Das Modell beschreibt die bei der axialen Druckbeanspruchung von Holz auftretende Entfestigung als Funktion der seitlichen Dehnungsbehinderung. Die Energie, die vom Holz absorbiert werden kann, ist umso groser, je groser die seitliche Dehnungsbehinderung ist. Fur das stosdampfende Bauteil resultiert daraus, dass die Energieabsorptionsfahigkeit des Stosdampfers von der Fahigkeit der auseren Blechstruktur, ein Ausweichen der hoch belasteten Holzpakete zu verhindern, abhangt. Damit wurde ein Modell fur das Verhalten von holzgefullten Stosdampfern abgeleitet. Holz muss, um signifikant Energie zu absorbieren, durch starre Behalter- oder Stosdampferstrukturen lagestabilisierend abgedeckt sein. Fur einen realistischen Vergleich zwischen gemessener und berechneter Stosdampferdeformation ist zu der gemessenen Verformung noch eine elastische Ruckfederung des stosdampfenden Bauteils nach dem Aufprall zu addieren. Das optische, zur Vermessung von dreidimensionalen Objekten entwickelte Messverfahren der Streifenprojektion wurde erstmalig fur die Vermessung von stosdampfenden Bauteilen von Transportbehaltern fur radioaktive Stoffe eingesetzt. Das Verfahren ermoglicht die Aufnahme der genauen Objektgeometrie vor und nach dem Versuch und eignet sich somit sehr gut fur eine Schadens- und Verformungsdokumentation der stosdampfenden Bauteile von in Fallversuchen untersuchten Prufmustern. Es wurde gezeigt, dass fur Behalter mit grosen, relativ zueinander beweglichen Massen das verbreitete Bewertungsschema der Begrenzung der Starrkorperverzogerung fur eine Beanspruchungsermittlung an den Komponenten des Versandstucks nicht geeignet ist, da das System nicht mehr als Starrkorper aufgefasst werden kann. Es wurde das vereinfachte numerische Verfahren „ImpactCalc“', mit dem Starrkorperverzogerungen und Stosdampferdeformationen ermittelt werden konnen, entwickelt und bewertet. Das Verfahren kann fur mechanische Nachweise der Einhaltung der Schutzziele fur Versandstucke mit radioaktiven Stoffen in der Bauartprufung zielfuhrend eingesetzt werden, wenn das Versandstuck exklusive der Stosdampfer als Starrkorper betrachtet werden kann und ein entsprechender Sicherheitsfaktor angewendet wird. Fur die Risikoanalyse konnen auf einfache und kostengunstige Weise Beanspruchungen durch verschiedene Unfallsituationen, beispielsweise der Aufprall auf reale Fundamente, abgeschatzt und mit dem Aufprall auf das unnachgiebige Prufstandsfundament verglichen werden. Fur Finite-Elemente-Verfahren wurde aufbauend auf den Schlussfolgerungen zum Verhalten von Holz bei Kompression unter grosen Deformationen ein kontinuumsmechanisches Ersatzmodell vorgeschlagen, das die seitliche Dehnungsbehinderung als Mehrachsigkeit des Spannungszustandes im Ersatzkontinuum in Betracht zieht. Mit Hilfe des kommerziellen Finite-Elemente-Programms LS-DYNA wurde die Anwendbarkeit verschiedener Materialmodelle auf dieses Ersatzmodell sowie weitere vorgeschlagene Modellierungsformen untersucht. Mit keiner der untersuchten Kombinationen ist es gelungen, global das Verhalten von Holz im Nachbruchbereich inkl. Entfestigung zu modellieren. Durch Simulation eines Fallversuchs mit einer behalterahnlichen Ersatzmasse und stosdampfenden Bauteilen wurden verschiedene Modellierungsformen und Detaillierungsgrade fur stosdampfende Bauteile von Transportbehaltern fur radioaktive Stoffe untersucht und bewertet. Kann eine weitreichende Verifikation mit experimentellen Methoden vorausgesetzt werden, lasst sich die FEM in Bauartprufung und Risikoanalyse zielfuhrend fur die Beanspruchungsermittlung anwenden. Durch eine experimentelle Verifikation muss das Simulationsmodell an die im Versuch herrschenden Randbedingungen bezuglich der seitlichen Stutzung des Holzes angepasst werden.
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Language	English
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Resource Type	Article