Title

SIMULAÇÃO DA QUEDA LIVRE DE UMA EMBALAGEM DE TRANSPORTE DE ELEMENTOS COMBUSTÍVEIS DE REATORES DE PESQUISA

DROP TEST SIMULATION OF A CASK FOR TRANSPORTATION OF SPENT FUEL ELEMENTS OF NUCLEAR RESEARCH REACTORS

Authorship

Miranda, Carlos Alexandre de Jesus; Neto, Miguel Mattar; Fainer, Gerson

Miranda, Carlos Alexandre de Jesus

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Neto, Miguel Mattar

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Fainer, Gerson

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DOI

10.5151/2594-5327-0277

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Abstract

A qualificação estrutural de embalagens para transporte de elementos combustíveis irradiados de reatores nucleares de pesquisa deve ser realizada por meio de vários testes. A embalagem deverá manter sua integridade estrutural, preservando a função de contenção, blindagem e condição subcrítica do material irradiado nela contido. Os órgãos licenciadores recomendam a qualificação por testes, em vez de simulações numéricas, porém, elas são importantes, por exemplo, para se determinar a posição mais crítica para os testes de queda livre. A AIEA é patrocinadora de um projeto envolvendo nações da América do Sul, para desenvolver e qualificar uma embalagem para transporte de elementos combustíveis irradiados de reatores de pesquisa. A primeira fase envolve projeto, construção, testes e simulação numérica de um modelo em escala (1:2) para estabelecer parâmetros, em especial para os testes de queda livre. A embalagem tem dois amortecedores de impacto constituídos de um compósito de madeira encerrado em cascas de aço. Este trabalho destaca a caracterização das propriedades mecânicas e dos modelos dos materiais na simulação numérica da queda livre de 9m de uma embalagem. Discute o propósito de se desenvolver metodologia de cálculo para auxiliar os testes de campo, para se aplicar em futuros projetos de protótipos. Na simulação foram consideradas as características do carregamento de impacto e as não linearidades físicas associadas às propriedades mecânicas dos materiais e as geométricas associadas às deformações das partes da embalagem e aos contatos mecânicos entre elas.

The qualification of casks for transportation or storage of spent fuel elements involves the evaluation of some conditions that simulate possible accidents. The cask should maintain its safety functions through its structural and functional integrity (in any condition, there should be the containment of the radioactive products inside it, the integrity of its biological shielding and assurance against criticality). The main conditions the cask should satisfy, mainly by test, to be qualified are: a 9m drop test against a rigid surface, a penetration test, 30min of fire under 800 oC and 200m immersion during one hour. The first condition is the most critical one. The regulatory bodies stress the qualification “by test” instead of “by analysis”. However, numerical simulations are important to determine, for instance, the most critical position for the free fall tests. There is a multi-country project, sponsored by the IAEA, with the participation of South American countries with research reactors, to develop and qualify a shipping cask for their spent fuel elements. It involves, in its first phase, the project, construction, test and numerical simulation of a 1:2 model to establish parameters for the tests. There are two impact limiters contained by steel shells, which are planned to be filled with a reconstituted wood. This work describes the cask project in details, the main hypothesis and some results obtained with the 9m drop test numerical simulation. Its purpose is to develop a modeling and results evaluation methodology to help the field tests. In the simulations all non-linearities, mostly associated with the contacts among the cask several parts, the mechanical properties of the materials and the geometric changes, were considered.

Keywords

Teste de queda livre; Simulação numérica; Contato.

Drop test; Numerical simulation; Contact.