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- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (4)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (4)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (4)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (4)
- 9 Komponentensicherheit (4)
- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (4)
- 2.2 Prozesssimulation (2)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (2)
Eingeladener Vortrag
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Porous ceramics prepared by the foam replication technique have a high porosity and low mechanical stability. It has been reported that coating such porous ceramics with gelatin allows for an improved compressive strength. Little details regarding the influence of important gelatin parameters such as concentration, temperature and drying conditions as well as bloom number which is a measure of the gel rigidity, on this toughening effect are available. This paper investigates the influence of these parameters on compressive strength of gelatin coated porous hydroxyapatite ceramics. It was found that concentration in the gelatin sols has a marked impact whereas sol temperature, bloom number and differing conditions during subsequent drying have only little influence on the compressive strength of the coated ceramics.
Germany had been transporting spent fuel to the reprocessing plant in Sellafield and La Hague for decades until around 2005. Resulting from the obligation to take back the vitrified high-level waste from reprocessing six CASTOR® HAW28M filled with 168 canisters with radioactive waste in vitrified form were transported from Sellafield to the interim storage facility Biblis in 2020. Rail wagons were used for the transport to the port in Barrow-in-Furness, where they were loaded into a dedicated seagoing vessel, certified as INF Class 3 according to the INF Code. This was the first time that vitrified high level waste with considerable heat load was transported under a German design approval certificate.
BAM was involved in the authority assessment of the conditions for the sea transport. For the first transport BAM required among others, assessment of temperature distribution during transport, logging of temperatures of cargo bays and graphical imaging of temperatures of the bay with the cask in order to ensure compliance with temperature specifications, e.g. maximal neutron absorber and gasket temperatures. Special interest was taken in the identification of possible events exceeding the specified temperatures considering the different philosophies of IMDG code and its supplement INF code regarding temperature control of hatches. Results show compliance with assumed conditions.
Transportbehälter für radioaktive Stoffe mit einer Typ-B-Versandstückzulassung müssen auch bei schweren Unfallbeanspruchungen sicherstellen, dass das radioaktive Inventar sicher umschlossen, eine unterkritische Anordnung gewährleistet und ionisierende Strahlung ausreichend abgeschirmt ist. Bei der Bewertung von Transportbehältern für radioaktive Stoffe im Rahmen der Bauartprüfung sowie für Risikoanalysen beim Transport radioaktiver Stoffe ist eine Simulation des Verhaltens holzgefüllter, stoßdämpfender Bauteile von Transportbehältern von großem Interesse, da diese in einer Unfallsituation einen Großteil der Aufprallenergie aufnehmen und damit die maximale Stoßkraft deutlich verringern. Damit haben die stoßdämpfenden Bauteile maßgeblichen Einfluss auf die Einhaltung der vom Versandstück zu gewährleistenden Schutzziele. Das Verhalten stoßdämpfender Bauteile wird von einer Vielzahl von Parametern wie Stoßdämpferkonstruktion, Materialeigenschaften und Beanspruchungsrandbedingungen beeinflusst. Es bestehen Unsicherheiten bei der Anwendung von vereinfachten numerischen Verfahren zur Berechnung derartiger Bauteile. Für die Simulation mit Hilfe von komplexen numerischen Verfahren wie dynamische Finite-Elemente-Methoden (FEM) ist bisher keine Modellbildung für die Kompression von Holz in axialer Richtung bei großen Deformationen erfolgt. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen haben sich daher auf die Modellbildung sowie die Untersuchung der Anwendbarkeit verschiedener Modellierungsformen konzentriert. Auf Basis von Erkenntnissen aus der Analyse stoßdämpfender Bauteile von Prototypen von Brennelementtransportbehältern nach einer 9-m-Fallprüfung auf ein unnachgiebiges Fundament und von in dieser Arbeit durchgeführten Stoßversuchen auf Holzproben wurde ein Modell für das Verhalten von Holz bei axialer Beanspruchung und großen Deformationen entwickelt. Das Modell beschreibt die bei der axialen Druckbeanspruchung von Holz auftretende Entfestigung als Funktion der seitlichen Dehnungsbehinderung. Die Energie, die vom Holz absorbiert werden kann, ist umso größer, je größer die seitliche Dehnungsbehinderung ist. Für das stoßdämpfende Bauteil resultiert daraus, dass die Energieabsorptionsfähigkeit des Stoßdämpfers von der Fähigkeit der äußeren Blechstruktur, ein Ausweichen der hoch belasteten Holzpakete zu verhindern, abhängt. Damit wurde ein Modell für das Verhalten von holzgefüllten Stoßdämpfern abgeleitet. Holz muss, um signifikant Energie zu absorbieren, durch starre Behälter- oder Stoßdämpferstrukturen lagestabilisierend abgedeckt sein. Für einen realistischen Vergleich zwischen gemessener und berechneter Stoßdämpferdeformation ist zu der gemessenen Verformung noch eine elastische Rückfederung des stoßdämpfenden Bauteils nach dem Aufprall zu addieren. Das optische, zur Vermessung von dreidimensionalen Objekten entwickelte Messverfahren der Streifenprojektion wurde erstmalig für die Vermessung von stoßdämpfenden Bauteilen von Transportbehältern für radioaktive Stoffe eingesetzt. Das Verfahren ermöglicht die Aufnahme der genauen Objektgeometrie vor und nach dem Versuch und eignet sich somit sehr gut für eine Schadens- und Verformungsdokumentation der stoßdämpfenden Bauteile von in Fallversuchen untersuchten Prüfmustern. Es wurde gezeigt, dass für Behälter mit großen, relativ zueinander beweglichen Massen das verbreitete Bewertungsschema der Begrenzung der Starrkörperverzögerung für eine Beanspruchungsermittlung an den Komponenten des Versandstücks nicht geeignet ist, da das System nicht mehr als Starrkörper aufgefasst werden kann. Es wurde das vereinfachte numerische Verfahren „ImpactCalc“', mit dem Starrkörperverzögerungen und Stoßdämpferdeformationen ermittelt werden können, entwickelt und bewertet. Das Verfahren kann für mechanische Nachweise der Einhaltung der Schutzziele für Versandstücke mit radioaktiven Stoffen in der Bauartprüfung zielführend eingesetzt werden, wenn das Versandstück exklusive der Stoßdämpfer als Starrkörper betrachtet werden kann und ein entsprechender Sicherheitsfaktor angewendet wird. Für die Risikoanalyse können auf einfache und kostengünstige Weise Beanspruchungen durch verschiedene Unfallsituationen, beispielsweise der Aufprall auf reale Fundamente, abgeschätzt und mit dem Aufprall auf das unnachgiebige Prüfstandsfundament verglichen werden. Für Finite-Elemente-Verfahren wurde aufbauend auf den Schlussfolgerungen zum Verhalten von Holz bei Kompression unter großen Deformationen ein kontinuumsmechanisches Ersatzmodell vorgeschlagen, das die seitliche Dehnungsbehinderung als Mehrachsigkeit des Spannungszustandes im Ersatzkontinuum in Betracht zieht. Mit Hilfe des kommerziellen Finite-Elemente-Programms LS-DYNA wurde die Anwendbarkeit verschiedener Materialmodelle auf dieses Ersatzmodell sowie weitere vorgeschlagene Modellierungsformen untersucht. Mit keiner der untersuchten Kombinationen ist es gelungen, global das Verhalten von Holz im Nachbruchbereich inkl. Entfestigung zu modellieren. Durch Simulation eines Fallversuchs mit einer behälterähnlichen Ersatzmasse und stoßdämpfenden Bauteilen wurden verschiedene Modellierungsformen und Detaillierungsgrade für stoßdämpfende Bauteile von Transportbehältern für radioaktive Stoffe untersucht und bewertet. Kann eine weitreichende Verifikation mit experimentellen Methoden vorausgesetzt werden, lässt sich die FEM in Bauartprüfung und Risikoanalyse zielführend für die Beanspruchungsermittlung anwenden. Durch eine experimentelle Verifikation muss das Simulationsmodell an die im Versuch herrschenden Randbedingungen bezüglich der seitlichen Stützung des Holzes angepasst werden.
Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) is the responsible authority for the
assessment of mechanical and thermal safety as well as quality issues within the licensing procedure
for transport casks for radioactive materials. The assessment includes a brittle fracture analysis of all
relevant cask components.
For cask bodies where a steel bottom is welded to a steel shell, specimens for testing of sufficient
fracture resistance can normally not be extracted directly from the welding seam area of the cask.
Therefore, a methodology has to be developed to ensure compliance with the safety analysis
considerations and the approved design specification. This paper describes such a methodology
including brittle fracture analysis and de-termination of required material properties as well as aspects
of quality assurance during manufacturing.
BAM Federal Institute for Materials Research and Testing is the competent authority for mechanical safety assessment of transport packages for radioactive material in Germany. The further development of state-of-the-art technology concerning assessment methods is essential for a qualified work of involved designers and authority experts. The paper gives an example of current development done to improve understanding and modeling capabilities of wood filled impact limiter. In order to reduce the loads applied to the package containment, which result from regulatory drop tests, most packages are protected by energy dissipating impact limiter. Wood, encapsulated by steel sheets, is one of the materials typically used for energy dissipation in these impact limiter. Very often, mechanical safety cases regarding the 9 m drop test are performed computationally, where it is essential to use reliable and verified computational methods and models. In this context, the paper presents an approach for a finite element material model for wood. Thereby, the mechanical behavior of wood under compression loading is the focus of the development work. Additionally, material orientation as well as strain rate, temperature and lateral constraint may vary. A large number of experiments, particularly compression tests, was designed and performed to establish an adequate experimental database for modeling verification. The experimental results enabled the derivation of necessary requirements: The material model has to take into account strain rate and temperature dependencies as well as the anisotropic characteristics of the material, a proper yield criterion, flow rule and hardening law. Such a material model is currently not available in established commercial dynamic finite element codes. Thus it is necessary to create a user-defined material model considering the mentioned requirements. A first step was done by determining a yield surface as well as detecting flow and hardening mechanisms from experimental force-deflection curves. In a next step the LS-DYNA material model MAT_75 was altered according to conclusions of former BAM development work, regarding the modeling of post-peak softening as a function of lateral constraint. Future research will contain the further development, implementation and verification of a material model for wood.
An extensive series of large deformation crushing tests with spruce wood specimens was conducted. Material orientation, lateral constraint and loading rate were varied. Regarding material orientation, a reduction in the softening effect and the general force level was observed with a higher fiber-load angle. A comparison with characteristics gained by application of Hankinson's formula showed discrepancies in compression strength and the beginning of the hardening effect. Lateral constraint of the specimens caused a multiaxial stress state in the specimens, which was quantified with the applied measuring method. Further, a higher force level compared to specimens without lateral constraint and significant hardening effect at large deformations resulted. Thus, the influence of a multiaxial stress state on the force level could be determined. An increase in the loading rate led to higher force levels at any displacement value and material orientation.
The moisture content of wood is known to have a significant influence on the woods mechanical properties. Using wood as an energy absorber in impact limiter of packages for the transport of radioactive material, it is of particu-lar importance to ensure the moisture content and thus relevant mechanical properties to be in specified limits. The paper surveys the influence of wood moisture content on the mechanical properties of wood. Different measuring methods are discussed with respect to in-situ applicability, accuracy and effort. The results of an experimental ana-lysis of the accuracy of hand-held moisture meters using the electrical resistance method are discussed. Conclu-sions are drawn regarding the measurement of moisture content of wood upon delivery as well as of complete im-pact limiter assemblies. Requirements for quality surveillance during manufacturing of wood filled impact limiter are derived and it is exemplified how to meet them. Construction, manufacturing and inspection of impact limiter encapsulation with regard to leak-tightness are addressed.
Using Scale Model Impact Limiter in the Type Assessment of Transport Casks for Radioactive Material
(2007)
Modified Yoldas sols can be used to prepare crack-free well adherent layers on different substrate materials such as sodalime glass, corundum and metal (IN-718). These layers having thicknesses of 0.6 µm are strain tolerant and withstand thermal cycling between 810 °C and room temperature. Introducing alpha-Al2O3 filler particles into modified Yoldas sols allows the preparation of thicker layers of 1.6 µm, which as well can be thermally cycled without noticeable delaminations. Chemical bonding seems to be the predominant layer bonding mechanism.
Using scale model impact limiter in the type assessment of transport casks for radioactive material
(2007)
Die Kenntnis des Brenn- und Explosionsverhaltens von Stäuben ermöglicht die Festlegung geeig-neter Explosionsschutzmaßnahmen. Am Beispiel von Steinkohle- Mahlanlagen werden Untersu-chungen zur Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen (STK) von Stäuben vorgestellt. Hier-bei erfolgt zunächst die auf den Anwendungsfall abgestimmte Auswahl geeigneter Untersuchungs-verfahren und deren Anpassung an vorliegende Randbedingungen. Aufbauend auf die gewonnenen Erkenntnisse werden Schlussfolgerungen für den sicheren Betrieb von Steinkohle- Mahlanlagen getroffen.
Alumina coatings with differing phase compositions were deposited on Inconel-718 (IN-718) Ni-base
superalloy substrates using solgel processing. Mass gain measurements served for studying the oxidation
behavior of coated metal surfaces if exposed to 800°C and 900°C for up to 4000 h in static air. Itwas found, that
alumina coatings significantly reduce the oxidation related mass gain of IN-718 even after heating to 900°C
for 4000 h. Transmission electron microscopy (TEM) studies revealed diffusion of elements from the metal
substrate (IN-718) into the alumina coatings and to a much lower degree from the coating into the
substrate. These diffusion processes are greatly influenced by the phase composition of the coatings, especially
by the presence of alpha-alumina.
Simulation of the Crushing of Wood Filled Impact Limiters for Packages of Radioactive Material
(2008)
Mechanical and thermal safety assessment of packages for transport of radioactive material in Germany is carried out by the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). Both experimental and computational (analytical, numerical) methods combined with material and/or component tests are the basis for the state of the art safety assessment concept at BAM. The required mechanical tests according to IAEA regulations include, among others, a 9-m-drop-test on an unyielding target. Impact limiting components, which are attached to the cask at both ends, limit forces applied on the cask body and lid system by absorbing a major part of the impact energy. In Germany, impact limiters of packages for transport of radioactive materials are typically of steel-wood-sandwich construction, combining a relatively stiff steel structure bolted to the cask body, outer steel plates and different types of wood. By crushing the wood-steel-sandwich-structure between an unyielding target and the cask, the kinetic energy of a 9-m-free-fall is absorbed. The main energy absorber is wood under a high level of deformation. Wood under large deformations exhibits destruction of the fibre matrix. By analysing compression of the impact limiter wood after the drop tests with prototype casks for radioactive material, underlying mechanisms of wood crushing and corresponding energy absorption under large deformations are identified. Softening occuring at compression of the wood is a function of the lateral strain restriction of wood. Against the background of continuum mechanics an analogous model for compression of the fibre bundle is presented. The model takes the lateral strain restriction as triaxiality of the stress state into account. Further modelling possibilities for wood with a continuum approach are described. Different material laws in the explicit finite element code LS-DYNA are analysed for possible application using the analogous model for the fibre bundle. Small scale compression tests with wooden specimens are modelled in order to evaluate the ability of different modelling techniques to simulate softening. Although modelling of the compression of wood under large deformations is possible, softening could not be simulated purposefully. A drop test of a cask with impact limiting devices similar to existing impact limiters is simulated with different material laws for wood. The behaviour of impact limiting devices could not be simulated universally including the influence of the lateral strain restriction; nevertheless loading of the cask by crushing of the impact limiter could be simulated purposefully. Verification with experimental results is essential.
The moisture content of wood is known to have a significant influence on the wood's mechanical properties. Using wood as an energy absorber in impact limiters of packages for the transport of radioactive material, it is of particular importance to ensure the moisture content and thus relevant mechanical properties to be in specified limits. The paper surveys the influence of wood moisture content on the mechanical properties of wood. Different measuring methods are discussed with respect to in situ applicability, accuracy and effort. The results of an experimental analysis of the accuracy of hand held moisture metres using the electrical resistance method are discussed. Conclusions are drawn regarding the measurement of moisture content of wood upon delivery as well as of complete impact limiter assemblies. Requirements for quality surveillance during manufacturing of wood filled impact limiters are derived and it is exemplified how to meet them. Construction, manufacturing and inspection of impact limiter encapsulation with regard to leak tightness are addressed.
Impact limiters of packages for transport of radioactive materials are in Germany typically steel-wood-sandwich-constructions, combining a relatively stiff steel structure bolted to the cask body, outer steel plates and different types of wood. By crushing the wood-steel-sandwich-structure between unyielding target and cask, kinetic energy of 9-m-free-fall is absorbed. Main energy absorber is wood under a high level of deformation. Wood under large deformations exhibits destruction of the fibre matrix. By analysing compression of impact limiter wood after drop tests with prototype casks for radioactive material, underlying mechanisms of wood crushing and corresponding energy absorption under large deformations are identified. Softening occurring at compression of wood is a function of lateral strain restriction of wood. Against the background of continuum mechanics an analogous model for compression of fibre bundle is presented. The model takes lateral strain restriction as triaxiality of stress state into account. Further modelling possibilities for wood with a continuum approach are described. Different material laws in the explicit Finite Element code LS-DYNA are analysed for possible application on the analogous model for the fibre bundle. Small scale compression tests with wooden specimens were modelled in order to evaluate the ability of different modelling techniques to simulate softening. Although modelling of compression of wood under large deformations is possible, softening could not be simulated purposefully. A drop test of a cask with impact limiting devices similar to existing impact limiters is simulated with different material laws for wood. Behaviour of impact limiting devices could not be simulated universally including influence of lateral strain restriction; nevertheless loading of the cask by crushing of impact limiter could be simulated purposefully. Verification with experimental results is compulsory.
Alumosols in combination with well dispersed corundum were successfully used to form up to 2.5 ìm thick coatings on the Ni-base alloy SC16. These coatings withstood heat treatments at 700 °C in a water vapour containing atmosphere. The heat treatment caused formation of delta-alumina in the coating and diffusion of chromium and titanium into the coating.
Dynamic and quasi-static FE calculation of impact from 9 metre drop of spent fuel transport cask
(2009)
The drop from 9 m height onto a rigid target is one of the required proofs of safety for packages of radioactive materials. Direct dynamic finite element method (FEM) calculations and combined two step analytical quasi-static finite element (FE) calculations are both applied for the simulation of a 9 m drop test. This paper gives a comparative example of both approaches for the 9 m side drop simulation of the spent fuel transport cask with wood filled impact limiter. The model for dynamic FEM consists of cask body and impact limiter. Detailed material properties and geometry descriptions from each component of the impact limiter are required. The results (stress fields in the cask body) are obtained directly from the calculation. The combined method provides as intermediate results the force-deformation characteristic of impact limiter. The maximum impact limiter force determined by the law of energy conservation during the drop is then - in a second step - applied on the cask body in a quasi-static FE model in order to calculate the stresses. In this paper, the rigid body deceleration and the maximum stress in the middle of the cask body are used for the comparison between the dynamic FEM and the combined method. Similar maximum rigid body deceleration-time curves were obtained by both methods for the horizontal 9 m free fall. Concerning the stress in the cask body the dynamic FEM results oscillate about values calculated by the combined quasi-static approach. If the combined quasi-static approach is used in the safety assessment of a cask, a suitable factor has to be applied on its results to take into account the additional dynamic effects.
Basierend auf Fallversuchen mit Transportbehältern für radioaktive Stoffe sowie auf einem Versuchsprogramm mit Holzproben wurden die Energieabsorptionsmechanismen identifiziert und ein Modell für das Verhalten von Fichtenholz bei axialer Belastung entwickelt. Das Modell zieht für die Kompression von Holz die seitliche Dehnungsbehinderung – im kontinuumsmechanischen Zusammenhang wäre das die Mehrachsigkeit des Spannungszustandes im Kontinuum – in Betracht. Die Energie, die vom Holz absorbiert werden kann, ist umso größer, je größer die seitliche Dehnungsbehinderung ist.
Für die Modellierung mit Finite Elemente Methoden wurden verschiedene Modellierungsstrategien untersucht, keine der vorgeschlagenen Modellierungsstrategien war in der Lage, dass Verhalten von Holz bei Druckbeanspruchung und großen Deformationen inkl. der Entfestigung zu modellieren. Bei Verwendung einer entfestigenden Fließkurve zeigt das Modell ausgeprägte Netzabhängigkeiten und numerischen Instabilitäten.
Für die Modellierung der Entfestigung mit Hilfe einer von der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes gesteuerten Fließflächenevolution ist kein geeignetes Materialmodell vorhanden.
Anhand der Simulation eines Fallversuchs mit einem Behälterkörper und stoßdämpfenden Bauteilen im Maßstab 1:2 wurde gezeigt, dass zwar eine vollständige Modellierung des Stoßdämpferverhaltens inkl. Entfestigung nicht möglich war, aber das Stoßdämpferverhalten mit einer nicht-entfestigenden Fließkurve sinnvoll modelliert werden konnte. Eine Verifikation des Modellierungsansatzes am real zu modellierenden Bauteil ist zwingend erforderlich. Wenn signifikante Änderungen zwischen Verifikations- und Simulationsobjekt auftreten, ist die Zuverlässigkeit der Rechenergebnis als gering zu bewerten. Nur wenn die auftretenden Kompressionsmechanismen durch eine Analyse des Stoßdämpferholzes bestimmt werden können, ist eine zuverlässige Ermittlung von Stoßdämpferkräften- und verformungen möglich.
Diffusion of Cr, Fe, and Ti ions from Ni-base alloy inconel-718 into a transition alumina coating
(2012)
Heat treating metals at high temperatures trigger diffusion processes which may lead to the formation of oxide layers. In this work the diffusion of Cr, Fe and Ti into an alumina coating applied to Inconel-718 is being investigated. Mass gain measurements, UV–vis spectroscopy and transmission electron microscopy were applied in order to study the evolution of the diffusion process. It was found that mainly Cr as well as minor amounts of Fe and Ti are being incorporated into the alumina coating upon prolonged heat treatment at 700 °C. It could be shown that alumina coatings being void of Cr have the same oxidation related mass gain as uncoated samples. However, incorporation of Cr into the alumina coating decreased their mass gain below that of uncoated substrates forming a Cr oxide scale only.
This paper demonstrates exemplarily how numerical and experimental approaches can be combined reasonably in mechanical assessment of package integrity according to the IAEA regulations. The paper also concentrates on the question about how static mechanical approaches can be applied, and what their problems are in relation to dynamic calculation approaches. Under defined impact tests, which represent accident transport conditions, the package has to withstand impact loading, e.g. resulting from a 9 m free drop onto an unyielding target in sequence with a 1 m puncture drop test. Owing to the local character of the interaction between the puncture bar and the cask body, it is possible to develop a dynamic numerical model for the 1 m puncture drop which allows an appropriate simulation of the interaction area. Results from existing experimental drop tests with prototype or small scale cask models can be used for verification and validation of applied analysis codes and models. The link between analysis and experimental drop testing is described exemplarily by considering a regulatory 1 m puncture bar drop test onto the cask body of a recently approved German high level waste transport package. For the 9 m drop test of the package, it is difficult to develop a dynamic numerical model of the package due to the complexity of the interaction between cask body, impact limiters and unyielding target. Dynamic calculations require an extensive verification with experimental results. The simulation of a 9 m drop of a package with impact limiters is thereby often more complex than the simulation of a 1 m puncture drop onto the cask body. A different approximation method can be applied for the consideration of dynamic effects on the impact loading of the package. In a first step, maximum impact force and rigid body deceleration of the cask body during the impact process can be calculated with simplified numerical tools. This rigid body deceleration can subsequently be applied on a verified static numerical model. Dynamic effects, which cannot be covered by the static numerical analysis, have therefore to be considered by using an additional dynamic factor. The paper describes this approach exemplarily for a 9 m horizontal drop of a typical spent fuel cask design.
With integration of the new para 613A into SSR-6 [1] the consideration of ageing mechanisms is now obligatory for the design of packages and their approval. In addition, para 809(f) of SSR-6 [1] requires consideration of the effects of storage on ageing mechanisms, safety analyses and operation and maintenance instructions.
German competent authorities Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) and Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) are considering the aspect of ageing in approval procedures. Ageing assessment is mainly focused on dual purpose casks (DPC) package designs which are long-term stored in interim storage facilities. For these package designs, the evaluation of ageing management is now mandatory for the maintenance of the package design approvals with a validity period of 5 years and beyond. The ageing management includes amongst others a gap analysis, the assessment of ageing effects and operational experiences during operation and interim storage.
BAM works on the compilation of a guideline for implementation of paras 613A, 809(f) and 809(k) for packages requiring competent authority approval at the application procedure in Germany. The paper describes essential items of ageing mechanisms and will give a foresight to the ageing management evaluation by BAM.
Die BAM-GGR 016 erläutert die Anforderungen des ADR, RID, ADN und IMDG hinsichtlich notwendiger Maßnahmen zum Qualitäts- und Alterungsmanagement bei der Auslegung, Herstellung, Prüfung, Dokumentation, Gebrauch, Wartung und Inspektion von nicht-zulassungspflichtigen Versandstücken für radioaktive Stoffe für alle Bauarten von freigestellten Versandstücken, Industrieversandstücken des Typs IP-1, IP-2 und IP-3 und Versandstücken des Typs A.
The BAM-GGR 016 explains the requirements of ADR, RID, ADN and IMDG for management systems for design, manufacturing, testing, documentation, use, maintenance, and inspection of packagings for package designs for the transport of radioactive material not requiring competent authority approval for all designs of exempted packages, packages type IP-1, IP-2, IP-3 and type A.
Im Zuge des Forschungsvorhabens ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) führt die BAM systematische Untersuchungen an stoßdämpfenden Werkstoffen, unter anderem an Fichtenholz, durch. Zweck der mit diesen Untersuchungen erzeugten Datenbasis ist die Erstellung und Parametrierung eines Finite-Elemente- (FE-) Materialmodells, das die Modellierung holzgefüllter stoßdämpfender Bauteile von Transportbehältern für radioaktive Stoffe in der FE-Simulation ermöglichen soll.
Anhand von Ergebnissen aus der ersten Versuchsphase werden der Einfluss der Dehnrate und der Faserorientierung auf das Kraft-Verformungs-Verhalten von Fichtenholz diskutiert. Anschließend wird die rechnerische Modellierung von Fichtenholz diskutiert und die Anforderungen an ein Materialmodell werden erläutert.
Commercial, off-the shelf propane cylinders are subjected to high safety regulations. Furthermore, those cylinders are equipped with safety devices like pressure relief valves (PRV). Despite these regulations and safety measures, a failure of the Container is possible if exposed to an intense fire. The result of this is severe hazard for users, rescue forces and infrastructure. Within the framework of a destructive test series, 15 identical propane cylinders, without pressure relief devices, were exposed to an intensive fire in horizontal Position until failure. Each cylinder was filled with a mass of m =11 kg of liquid propane. Three different fire sources were used (wood, petrol, propane). The experiments revealed the failure of all cylinders in a time period t < 155 s. The failure lead to a fragmentation into several major parts with throwing distances of up to l =262 m. In all trials, the temperature of the cylinder wall (top, side, bottom), of the liquid phase inside and of the surrounding fire (top, side, bottom) was recorded. In addition, the inner cylinder pressure and the induced overpressure of the blast wave after the failure were recorded. Overpressures of up to p=0.27 bar were recorded close to the cylinder (l =5 m). AM tests were documented hy video from several positions (general view, close-up, high-speed 5000 fps). This test series creates the basis for further experimental studies in the field of alternative fuels for vehicles. The aim of this test series is to assess and analyse the consequences of the failure of gas vessels (for LPG, CNG, CGH2) in the aftermath of severe incidents.
Im Rahmen des Projekts „Complex Fires – Auswirkung von Behälterversagen“ (CoFi-ABV) sollen die Auswirkungen des Versagens von Gasbehältern für alternative Treibstoffe in Fahrzeugen unter Berücksichtigung komplexer Brand- und Explosionsszenarien untersucht werden. Es wird der aktuelle Hintergrund des Forschungsvorhabens erläutert sowie die geplanten Untersuchungen und beabsichtigten Ergebnisse vorgestellt. Hauptbestandteil des Projekts ist eine Vielzahl von zerstörenden Großversuchen. Im Vorfeld dieser Großversuche werden zur Weiterentwicklung und Adaptierung von Messtechnik Versuche im kleineren Maßstab durchgeführt. Im Folgenden werden Teile dieser Ver-suchsaufbauten im „mid-scale“ sowie die dabei verwendete Messtechnik dargestellt. Weiterhin werden erste Ergebnisse aus Wärmeeintragsversuchen zur Quantifizierung verschiedener Unterfeuerungsmethoden für die zerstörenden Großversuche vorgestellt.
Germany had been transporting spent fuel to the reprocessing plant in Sellafield and La Hague for decades until around 2005. Resulting from the obligation to take back the vitrified high-level waste from reprocessing six CASTOR® HAW28M filled with 168 canisters with radioactive waste in vitrified form were transported from Sellafield to the interim storage facility Biblis in 2020. Rail wagons were used for the transport to the port in Barrow-in-Furness, where they were loaded into a dedicated seagoing vessel, certified as INF Class 3 according to the INF Code. This was the first time that vitrified high level waste with considerable heat load was transported under a German design approval certificate.
BAM was involved in the authority assessment of the conditions for the sea transport. For the first transport BAM required among others, assessment of temperature distribution during transport, logging of temperatures of cargo bays and graphical imaging of temperatures of the bay with the cask in order to ensure compliance with temperature specifications, e.g. maximal neutron absorber and gasket temperatures. Special interest was taken in the identification of possible events exceeding the specified temperatures considering the different philosophies of IMDG code and its supplement INF code regarding temperature control of hatches. Results show compliance with assumed conditions.
Flüssige und komprimierte Gase sind in Deutschland, Europa und der Welt vielfältig als alternative Kraftstoffe im Einsatz. Diese werden unter teilweise hohem Druck in robusten Behältern an Bord gespeichert. Ein Versagen des Treibstoffbehälters im Schadensfall sollen verschiedene Sicherheitseinrichtungen, auch bei einem eventuell unfallbedingt auftretenden Fahrzeugbrand, verhindern. Sind diese Sicherheitseinrichtungen unfallbedingt beschädigt oder liegen die Belastungen dieser Einrichtung außerhalb ihres Auslegungsbereichs, ist ein Versagen des Behälters dennoch möglich. Dadurch kann es zur Bildung eines explosionsfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs mit den entsprechenden Folgen für Fahrgäste, Einsatzkräfte und Umfeld kommen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) untersucht im Forschungsprojekt "CoFi-ABV" mit umfangreichen zerstörenden Versuchsreihen im Realmaßstab die Folgen des unfallbedingten Versagens von Behältern für alternative Kraftstoffe und Maßnahmen zur Reduktion dieser Folgen im Rahmen einer ganzheitlichen Auswirkungsbetrachtung. Dieser Beitrag ist der Start einer Reihe und soll die Problemstellung sowie die Projektinhalte umfassend erläutern.
Verkehrsunfälle unter Beteiligung von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen wie LPG („Autogas“, Liquefied Petroleum Gas), CNG (Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas) oder CGH2 (Compressed Gas Hydrogen, komprimierter Wasserstoff), bergen neue, komplexe Risiken für Passagiere, Einsatzkräfte und deren Umfeld. Im Rahmen des Projektes „CoFi-ABV“ beschäftigt sich die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unter Berücksichtigung komplexer Brand- und Explosionsszenarien mit einer ganzheitlichen Betrachtung der Auswirkungen des unfallbedingten Versagens von Gasbehältern für alternative Kraftstoffe. Ein wichtiger Teil des Forschungsvorhabens umfasst Entwicklung, Aufbau und Validierung einer unbemannten Flugplattform (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) zur Ferndetektion von Gaswolken. Für das sogenannte gassensitive Mini-UAV wird ein robuster Open-Path-Gasdetektor auf einer Sensorbewegungsplattform in Form eines modifizierten Kamera-Gimbals, integriert. Ziel ist es, ein leistungsfähiges und robustes Werkzeug zu entwickeln, welches Einsatzkräften im Falle eines Unfalls als Hilfe zur Abschätzung der Gefahr durch Gaswolken, ihrer Ausbreitung und der notwendigen Absperrbereiche zur Verfügung steht. Dieser Artikel ist der zweite der Reihe und legt, nach Projektvorstellung im ersten Teil, nun den Schwerpunkt auf das gassensitive Mini-UAV.
Commercial, off-the shelf propane cylinders are subjected to high safety regulations. Furthermore, those cylinders are equipped with safety devices like pressure relief valves (PRV). Despite these regulations and safety measures, a failure of the container is possible if exposed to an intense fire. The result of this is severe hazard for users, rescue forces and infrastructure. Within the framework of a destructive test series, 15 identical propane cylinders, without pressure relief devices, were exposed to an intensive fire in horizontal position until failure. Each cylinder was filled with a mass of m =11 kg of liquid propane. Three different fire sources were used (wood, petrol, propane). The experiments revealed the failure of all cylinders in a time period t < 155 s. The failure lead to a fragmentation into several major parts with throwing distances of up to l =262 m. In all trials, the temperature of the cylinder wall (top, side, bottom), of the liquid phase inside and of the surrounding fire (top, side, bottom) was recorded. In addition, the inner cylinder pressure and the induced overpressure of the blast wave after the failure were recorded. Overpressures of up to p=0.27 bar were recorded close to the cylinder (l =5 m). All tests were documented by video from several positions (general view, close-up, high-speed 5000 fps). This test series creates the basis for further experimental studies in the field of alternative fuels for vehicles. The aim of this test series is to assess and analyse the consequences of the failure of gas vessels (for LPG, CNG, CGH2) in the aftermath of severe incidents.