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Ermittlung dynamischer Kennwerte von Dämpferbeton für die Simulation des Beanspruchungsverhaltens
(2016)
Die Sicherheit und Integrität von Verpackungen radioaktiver Stoffe wird anhand von numerischen Berechnungen bewertet. Bei einem Anprall oder Absturz sind die mechanischen Beanspruchungen auf die Behälter auch von den Eigenschaften des Untergrunds abhängig. Um potentielle Gefahren während der Verladung zu minimieren, wird energieabsorbierender Dämpferbeton in den Handhabungsbereichen nuklearer Lager eingesetzt.
Zu einer umfassenden sicherheitstechnischen Analyse und Bewertung gehört die Berücksichtigung des Beanspruchungsverhaltens von Dämpferbeton. Hierfür ist ein numerisches Materialmodell notwendig, das in der Literatur bisher nicht vorlag. Die dafür notwendigen dynamischen Kennwerte sind in verschiedenen Druck- und Eindringversuchen ermittelt worden. Dazu wurden dynamische Druckversuche an würfelförmigen Prüfkörpern durchgeführt, sowie Eindringversuche mit unterschiedlichen Eindringkörpern und Dämpferbetonproben. Die experimentell ermittelten Kennwerte wurden verwendet, um ein Materialmodell für Dämpferbeton zu entwickeln und kritische Beanspruchungsszenarien numerisch zu berechnen. Um die Qualität des Materialmodells zu überprüfen, wurde ein realitätsnaher Fallversuch eines Behälters in Originalgröße auf ein lagertypisches Dämpferbetonfundament durchgeführt.
In dem Beitrag sollen die unterschiedlichen Untersuchungen zur Ermittlung dynamischer Kennwerte sowie deren Ergebnisse dargestellt werden. Gezeigt werden ebenso numerische Nachberechnungen einzelner Versuche sowie die ausführliche Berechnung des Fallversuchs im Originalmaßstab. Experimentelle und numerische Ergebnisse aus der Simulation werden hier gegenübergestellt.
Metal gaskets in the lid system of transport and storage casks for radioactive material have to guarantee leak-tightness and safe enclosure of the radioactive inventory under normal and accident conditions during transport, in case of accidents and for the longterm interim storage. For safety assessments by nurnerical simulation of the thermomechanical behaviour of a lid system with metal gaskets, the finite element method offers three options to use: i) special gasket elements, ii) complex three-dimensional modeHing with solid elements, and iii) a simplified axisymmetric approach. Gasket elements can be adjusted by many parameters, but they give only a global representation of the experimentally observed gasket behaviour. For calculations of the entire cask including the lid system with gaskets, nonetheless this approach is recommended. To investigate the hardly measurable impact behaviour in detail or to extrapolate the long-term behaviour, a local modeHing of all parts of a gasket and their interactions with effects like elastic-plastic deformation, creep, relaxation, and friction is necessary. The three-dimensional model can describe the change of contact area between outer jacket of the gasket and flange dependent on the load conditions, what overcomes an essential limitation of special gasket elements. To simplify the problern of investigating the underlying physical effects, an axisymmetric lid system can be modelled with axisymmetric finite elements. Usually an approximation is only necessary for the helical spring of a metal gasket. This paper explains basic ideas for an adequate finite element simulation of cask lid systems with metal gaskets and their thermo-mechanical behaviour under specific load scenarios.