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본 연구에서 3차원 유한요소해석을 이용하여 증기발생기 전열관에 가해지는 굽힘 모멘트가 마모전열관의 파열 압력에 미치는 영향을 정량화하였다. 다양한 길이와 깊이의 마모 형상이 고려되었다. 굽힘 모멘트를 전열관에 가한 다음에 내압을 가하여 마모 전열관의 파열 압력이 계산되었다. 전열관은 관지지판으로 지지되어 있으므로 압력을 가하는 동안 전열관의 회전 변위는 일정하도록 설정되었다. 마모 형상이 길거나 얕은 경우에는 굽힘 모멘트가 파열 압력에 영향이 미미하다. 내압이 가해지는 동안 마모 부위와 전열관의 소성 변형에 의해 응력이 재분배되어 굽힘 모멘트가 증가함에 따라 파열 압력이 감소하지 않는다. 마모 길이가 매우 짧고 깊은 경우에는 구조적 불연속에 의한 국부적 응력 증가가 발생하고 응력 재분배가 어려우므로, 굽힘 모멘트가 파열 압력에 미미하게 영향을 미쳐 감소한다. EPRI에서 제시하는 마모 전열관의 파열 압력식은 유한요소해석에서 계산된 파열 압력보다 대체적으로 낮은(보수적인) 값을 예측한다.
In this study, the effect of bending moment on the burst pressures of steam generator tubes with wear degradation was quantified using three-dimensional finite element analysis. Various length and depth wear shapes were considered. The bending moment was applied to the tubes, and then, internal pressure was applied to the tubes to determine the burst pressures of worn tubes. Because steam generator tubes were supported by tube support plates, the rotational displacement of tubes under bending moment was set to be constant while applying pressure. When the wear shape was long or thin, the bending moment did not affect the burst pressure. As internal pressure increased, the stress at the wear site was redistributed by plastic deformation. Hence, the burst pressure of worn tubes did not decrease as the bending moment increased. When the wear length was very short and deep, the stress redistribution was difficult owing to structural discontinuity. Hence, the bending moment had a small influence on the burst pressure. The burst pressure equation proposed by the Electric Power Research Institute (EPRI) predicts a value that is generally lower (conservative) than the burst pressures calculated by the finite element analyses.
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Burst Pressure, Bending Moment, Steam Generator, Tube, Wear
