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Die sicherheitstechnische Auslegung von Behältern aus duktilem Gusseisen mit erhöhten Reststoffanteilen wird untersucht. Ausgehend von den zu gewährleistenden Anforderungen an Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Abfälle werden Referenzbeanspruchungs- situationen definiert. Für einen ausgewählten Referenzfall (bestehend aus der Kombination der Behälterbauart Gusscontainer Typ VI, einem Absturz aus 5 m Höhe auf ein hartes Endlagergestein simulierendes Betonfundament als repräsentativer Störfall und vorgegebenen Werkstoffeigenschaften) wird eine numerische Spannungsanalyse durchgeführt. Die Berechnungen erfolgen mit der Methode der finiten Elemente an dreidimensionalen Modellen, deren numerische Stabilität und Genauigkeit überprüft wird. Zur Berechnung der Behälterbeanspruchungen in Abhängigkeit vom Reststoffanteil werden dynamische Fließkurven für definiert legierte Testabgüsse angegeben.
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.
Limiting Conditions for Compression Testing of Flat Specimens in the Split Hopkinson Pressure Bar
(1999)
In the present study, ductile cast iron from an original DCI container with a wide variety of microstructure was
investigated in order to determine the materials fracture toughness under impact loading conditions. Three-point bending
specimens with thickness of 140 mm from a cubic DCI container were investigated at elevated loading rates to
provide reliable fracture toughness parameters for the assessment procedures. In contrast to static fracture behaviour,
the fracture toughness values of thick-walled DCI at higher loading rates show a remarkable reduction with decreasing
temperature up to 50 °C and a significant shift of the transition range. The lower bound fracture toughness value used
in the BAM DCI safety concept was confirmed for impact loading conditions by these fracture mechanics tests using
large specimens. These measurements are relevant to the licensing tests for storage containers without shock absorbers,
especially to the assessment of the dynamic behaviour of crack-like defects inside a cask structure under drop test conditions.
Using extensive dynamic numerical analyses it could be shown, that for special crack configurations the dynamic
crack tip parameter (KI, or J) may be estimated by static formulae even under mechanical impact. These results
of the safety assessment were verified according to the German Konrad repository acceptance criteria by a drop test
with a cubic waste container with artificial crack-like defects from 5 m height onto a representative storage facility
foundation.