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The shock absorbing material damping concrete is for the foundation in dry interim storage facilities for radioactive waste in Germany. In case of a potential cask drop damping concrete minimizes the mechanical loads to the cask. In course of safety analyzes this accident scenario is considered by numerical simulations using the finite element method. To get reliable results of numerical simulations a suitable material model is needed to take the characteristics of damping concrete into account. Due to the lack of sufficient material knowledge a research project was started to characterize the material’s behavior under different load conditions. This paper presents the test program to analyze the material behavior of damping concrete which is characterized by large volume change and
strain rate hardening dependence. The determined Parameters were used to adapt an existing material model of the FE-code ABAQUS®. This model has to handle the mechanical damage behavior of damping concrete which occurs under compression and shear loads during a potential cask drop. To verify the material model numerical simulations are compared with dynamic penetration tests, which were conducted with specimens assembled similar to the real application of the damping concrete footings. The transferability of the material
model to a real accident scenario was verified by a drop test with a full-scale cask on a damping concrete footing.
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.
The safety and integrity of casks for radioactive waste in accidental scenarios is analysed by BAM Federal institute tor Materials Research and Testing. An accidental scenario in German interim storage facilities is the drop from a crane during the handling operation. To reduce the mechanical loads to the cask a shock absorbing footing with high energy absorption capability is used in these areas. In order to analyse and evaluate such impact scenarios of casks, numerical simulations are performed. For a comprehensive simulation of an accidental scenario the behaviour of the damping concrete footing has to be taken into account as well and therefor a material model is needed. Material parameters under different loading conditions are the basis for a numerical model. For that reason a government funded research project (Kasparek, 2012) was conducted to characterise damping concrete under quasi-static as well as highly dynamic impact loading conditions. The performed tests include compression tests with and without lateral constraint small-scale and midscale penetration tests with different indenters, and finally a full-scale drop test onto a damping concrete footing.
Finite element analysis (FEA) has been carried out for investigation of damping concrete under different impact loading conditions with a built-in material model and damage criteria available in FEA code ABAQUS.
At first, all parameters for the selected material model had been derived from compression Tests of cubic specimens. After that, a validation was carried out with different static and dynamic penetration tests. Finally, a 5 meter real drop test with a 23 Mg cylindrical cask could successfully be simulated.