Within the last years BAM has carried out numerous drop tests with prototype casks made of ductile cast iron onto targets according to the requirements for final disposal of non-heat generating waste in the German KONRAD repository. The results have shown that the target specifications in the acceptance criteria have to be defined more accurately to get reproducible test results with high precision. Hence, a suitable test stand foundation was developed with much effort. The integrity of the upper concrete layer of this target must be preserved during a test.
Recently the geometrical properties of a tested cubic cast iron container led to a concentration of the impact forces beneath the container walls. The target was damaged strongly with the consequence of inadmissible reduction of cask stresses. For that reason the target construction was modified. However, the basic design was not changed. A prefabricated concrete slab was still joined by a mortar layer to the IAEA target of the BAM drop test facility. In the course of the optimization of the test stand foundation the concrete slab dimensions and the reinforcement were enlarged. During the drop test repetition the target kept intact. Additionally, the mechanical behavior of the cast iron container and the target was analyzed by finite element calculations.
This improved target construction is suggested as a reference target for drop tests with casks whose mass and base area are covered by the container types VI or VII respectively according to the KONRAD repository acceptance criteria.
The measurements during the drop tests with cast iron casks have provided the strains on the cask surface at selected positions. This allows the verification of finite element simulations of drop tests which show the stress distribution also inside the component. In September 2008 a drop test was carried out with a cylindrical cast iron cask containing an artificial material defect which was designed under consideration of critical stress states in the cask body. This drop test could demonstrate the safety against failure by fracture of a cask made of a special cast iron with reduced fracture toughness.
Practical methods for the safety assessment of postulated crack-like material defects of cubic containers made of ductile cast iron are presented. A formula for the stress intensity factor of a crack in a fillet with a radius from 20 to 200 mm under static load conditions is given. From that, an assessment diagram is derived for the critical depth of a crack in a fillet. The formula may be used to estimate the stress intensity factor of a dynamically loaded crack for special cases. As an application the results of the estimation procedure are compared with the results of a dynamic finite element calculation.
Der erhöhte Zusatz metallischer Reststoffe aus der Stilliegung und dem Rückbau
kerntechnischer Einrichtungen bei der Herstellung von Behältern aus Gusseisen mit
Kugelgraphit führt einerseits durch das Recycling zu einer Reduzierung der Menge
des endzulagernden radioaktiven Metallschrottes, aber andererseits auch zu einer
nachteiligen Beeinflussung sicherheitsrelevanter Werkstoffeigenschaften. Unter den
hochdynamischen Beanspruchungsbedingungen der nicht mit Stoßdämpfern ausgerüsteten Behälter liegt die Bruchzähigkeit um mehr als die Hälfte unter dem Mindestwert für die bisher genehmigten Werkstoffqualitäten, was eine Anpassung der sicherheitstechnischen Bewertungsmethoden für Behälter aus Gusseisen mit Kugelgraphit an den neuen Werkstoff erfordert. Im ersten Teil des Projektes EBER wurden dazu die Grundlagen erarbeitet. In diesem zweiten Teil wird die Beanspruchungsanalyse der Behälter weiter vervollkommnet. Die Werkstoffdämpfung wird mittels einer Analyse der Ausbreitung von Spannungswellen im Gusseisen berechnet. Die Behälterstruktur wird genauer als bei den bisherigen Berechnungen in den Modellen abgebildet. Im Mittelpunkt steht die Weiterentwicklung des sicherheitstechnischen Bewertungskonzeptes. Zur Bewertung von rissartigen Werkstofffehlern in geometrisch
komplexen Behälterpartien wurden statische und dynamische bruchmechanische nu-
merische Berechnungen eines Risses in einer Hohlkehle und in der Mitte einer Behälterwand durchgeführt. Die Berechnungsergebnisse wurden für spezielle Anwendungsfälle verifiziert, für die bereits Lösungen bekannt sind. Die gewonnenen Erkenntnisse
wurden in einfach zu handhabende Bewertungsdiagramme umgesetzt. Das sicherheitstechnische Bewertungskonzept wurde schließlich bei einem Fallversuch mit einem
rissbehafteten Prototypbehälter definierter Werkstoffqualität überprüft. Eine Minderung
der Beanspruchung infolge konstruktiver Verbesserungen (größere Hohlkehlen, Bodenleiste) durch den Behälterkonstrukteur konnte dabei bestätigt werden.