사장교는 공공성이 매우 높은 사회기반시설물로 운용 중 안전성 확보가 필수적이며, 붕괴 또는 파손 시 신속한 대처가 필요하다. 사장교의 붕괴 또는 파손을 야기시킬 수 있는 원인은 크게 자연재난과 사회재난으로 분류할 수 있다. 이 중 사회재난에 속하는 충돌사고 는 차량이 교량 하부구조인 교각에 충돌하는 사고, 항공기의 결함으로 인한 추락사고 등이 있을 것이며, 해상교량의 경우 주탑 하단에서의 선박 충돌사고가 있을 것이다. 본 연구에서는 수치해석적 접근법을 기반으로 항공기 충돌에 대한 사장교의 구조거동을 평가하는 절차를 제안하고, 충돌해석을 수행하여 절차의 타당성을 보였다. 제안된 절차에는 1) 적절한 항공기 충돌 시나리오 설정, 2) 사장교의 복잡한 거동 메커니즘을 고려한 구조 모델링, 3) 충돌해석을 통한 구조거동 평가가 포함된다. 해석 결과, 본 연구에서 설정한 시나 리오는 대상 교량에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났지만, 향후 다양한 시나리오를 통한 충돌해석을 수행한다면 교량에 심각한 손상을 일으키는 하중 위치 및 임계 하중 수준을 결정할 수 있을 것으로 판단한다. 본 연구에서 수행한 충돌해석 절차를 바탕으로 사장교에서 발생하는 항공기 충돌에 대한 간접적인 평가가 가능할 것으로 기대된다.

항공교통 수요 증가로 항공기의 운항이 증가하면서 항공기 동체와 조류가 충돌하는 조류 충돌 사고가 매년 증가하고 있다. 이에 각 공항에서는 조류 충돌 사고기록을 바탕으로 항공기에 피해를 줄 것으로 예상되는 조류 종을 파악하고 순위를 매겨 충돌 위험을 효과적으로 평가 및 관리할 수 있는 연구를 수행하고 있다. 본 연구는 김포, 김해 및 제주국제공항에서 2005년부터 2013년까지 수집된 통합운항정보시스템 (Integrated Flight Information Service, IFIS) 자료를 바탕으로 항공기 에 피해를 줄 것으로 예측되는 조류 종을 파악하고, 단일 및 다중 매트릭스 모델 간 위험성 평가 결과를 비교 분석 및 고찰하기 위해 수행되었다. 단일 매트릭스 모델을 통한 평가 결과 김포국제공항 및 김해국제공항에서는 왜가리, 독수리 2종과 백로류, 기러기류, 오리류, 갈매기류, 비둘기류 및 까마귀류가, 제주국제공항에서는 독수리, 까치 2종과 기러기류, 오리류, 갈매기류, 비둘기류 및 까마귀류가 ‘매우 높음’ 또는 ‘높음’으로 평가되었다. 다중 매트릭스 모델을 통한 평가 결과 김포국제공 항에서는 왜가리, 독수리, 까치 3종과 백로류, 기러기류, 오리류, 도요류 및 비둘기류가, 김해국제공항에서는 왜가리, 독수리, 찌르레기, 까치 4종과 백로류, 기러기류, 오리류, 도요류 및 비둘기류가, 제주국제공항에서는 왜가리, 까치 2종과 오리류, 도요류, 비둘기류가 ‘매우 심각’ 또는 ‘매우 높음’으로 평가되었다. 모델 간 예측 결과에 있어 김포국제공항과 김해국제공항은 차이가 없었으나, 제주국제공항은 유의한 차이가 있었다. 이는 김포와 김해국제공항은 모두 하천의 하류에 위치하고 있어 대형 수조류들이 주로 관찰된 것에 반해 제주국제공항은 바다와 도심에 가까이 위치하고 있어 몸무게가 작은 소형 조류들이 많이 관찰되었기 때문이다. 이러한 종들과의 충돌이 항공기 동체에 미치는 영향이 적어 모델 간의 공통된 변수의 영향은 적었고, 추가적인 변수에 의해 두 모델의 평가 결과 간 큰 차이가 발생한 것으로 판단된다.

항공기 충돌사고는 1970년대부터 원자력발전소의 인허가에 중요하게 고려되어 온 외부 사건의 하나였다. 9.11 테러 이후 세계 각국에서는 사고로 인한 항공기 충돌에 더하여 의도된 항공기 충돌에 대비한 안전성 평가를 수행해오고 있으며 일부 국가에서는 이를 법제화하여 인허가의 중요한 요건으로 다루고 있다. 항공기 충돌에 대한 안전성 평가는 여러가지 요인으로 인하여 쉽지 않은 작업이며 보다 신뢰성 있는 평가를 위한 연구개발이 세계 각국에서 진행 중이다. 본 논문에서는 각국의 항공기 충돌에 대비한 안전성 평가 요건의 법제화 현황을 사고로 인한 충돌과 의도된 충돌의 경우로 분리하여 정리하였다. 다 양한 조건의 항공기 충돌에 대한 안전성 평가를 위하여 수행되어 온 연구 중 주요한 것들을 정리하였으며 특히 사용후핵연 료 건식저장시설에 대한 내용을 위주로 다루었다.

원전의 항공기 충돌 리스크 평가에 사용되는 대표매개변수를 선정하기 위한 방법론을 개발하였다. 대상 원전은 국내의 대표적인 경수로형 원전 중 하나로 선정하여 3차원 유한요소 해석 모델을 구축하였다. 콘크리트 재료모델에는 소성손상모델이 적용되었으며, 강재는 다중선형곡선거동을 가지는 것으로 모델링하였다. 운동에너지, 전체 충격량, 최대 충격량, 최대 하중 등 4종의 대표매개변수 후보군을 선정하였다. 각각의 매개변수 후보군은 모두 충돌 속도와 질량의 함수로 표현되므로, 충돌속도 50~200m/s, 항공유량 30~90%의 범위에 대하여 매개변수값을 도출하고 충돌 해석을 수행하여, 충돌 시의 구조 응답과의 상관관계를 분석하였다. 모든 해석에서 항공기의 기종은 보잉767 기종으로 선정하였다. 충돌해석에는 Riera의 하중-시간이력 함수를 이용한 해석기법을 적용하였다. 매개변수와 충돌 시 응답의 상관관계 적합성은 결정계수값을 이용하여 분석하였다. 4 종의 대표매개변수 후보군 중 최대 하중값이 가장 직관적일 뿐만 아니라 본 연구에서의 해석 케이스에서는 응답과의 상관성도 가장 뛰어난 것으로 나타남에 따라, 항공기충돌 리스크 평가를 위하여 가장 적합한 매개변수라 할 수 있을 것으로 판단되었다.

본 연구에서는 국내외 항공기 충돌에 대한 원자력발 전소의 안전성 평가 및 규제 현황과 연구용원자로의 안 전성 평가 및 규제 현황을 살펴보았다. 이러한 현황과 평가와 관련하여 연구용원자로에 적용할 수 있는 항공 기 충돌 안전성 평가 및 대비설계 기준을 원자력발전소 에 적용되는 기준을 기반으로 정리하였다. 본 연구를 바탕으로 후속되는 연구에서는 연구용원자로에 대한 실질적인 항공기 충돌 안전성 평가 및 대비설계 기준을 도출할 수 있으며, 평가 및 대비설계 방법을 상세히 정 립할 수 있을 것이다. 결과적으로, 이를 바탕으로는 항 공기 충돌에 대비한 연구용원자로 건물의 예비개념설 계 모델을 개발할 수 있을 것으로 예상된다.

항공기 연료셀은 추락 상황에서 승무원의 생존성과 직결되는 중요 구성품으로 회전익 항공기에 적용되고 있는 내충격성 연료셀은 추락시 승무원의 생존성 향상에 큰 역할을 하고 있다. 미육군은 항공기가 처할수 있는 다양한 상황에서 연료셀이제 기능을 발휘할 수 있도록 1960년대 초부터 MIL-DTL-27422 이라는 연료셀 개발규격을 제정하여 현재까지 적용해 오고있다. 해당 개발규격에 규정된 시험 중에서 충돌충격시험은 연료셀의 내충격 성능을 검증하는 시험으로써, 해당 시험을 통과하는 연료셀은 생존가능 충돌환경에서 화재가 발생하지 않아 승무원의 생존성이 대폭 향상될 수 있음을 의미한다. 그러나 충돌충격시험은 작용하는 하중 수준이 너무 높기 때문에 실패 위험성이 가장 큰 시험이기도 하다. 연료셀이 해당 시험을 통과하지 못하는 경우에는 재시험을 위한 비용과 준비기간이 상당히 소요되어 항공기 개발일정에 심각한 지장을 초래할 가능성도 높다. 따라서, 연료셀 설계 초기부터 내충격성능 만족여부에 대한 예측을 위해 충돌충격시험의 수치해석을 통한 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화해야 한다는 필요성이 제기되어 왔다. 본 연구에서는 충돌모사 프로그램인 LS-DYNA에서 지원하는 유체-구조 연성해석 방법인 SPH 방법을 사용하여 연료셀 충돌충격시험 수치 모사를 수행하였다. 수치해석 조건으로 MIL-DTL-27422에서 요구하는 시험조건을 고려하였고, 실물 연료셀의 시편시험을 통해 확보한 물성데이타를 해석에 반영하였다. 그 결과로 연료셀 자체의 응력수준을 평가하고 취약부위에 대한 고찰을 수행하였다.

본 연구에서는 여객용 항공기 충돌 시 강섬유보강콘크리트를 사용한 철근콘크리트 원전 격납건물의 구조적 거동을 유한요소해석을 이용하여 고찰한다. 항공기 충돌에 의해 원전 격납건물에 가해지는 하중은 Riera 충격하중 시간함수와 충돌 시 접촉면적을 이용하여 모델링하였다. 강섬유보강콘크리트의 재료모델은 CSCM Concrete Model을 사용하였다. 기존에 제안된 강섬유보강콘크리트의 강도예상모델을 이용하여 재료모델의 입력변수를 결정하였다. 강섬유의 함유량에 따른 원전 격납건물의 항공기 충돌에 대한 구조적 거동을 상용 유한요소 해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 해석하였다. 해석결과를 바탕으로 항공기 충돌에 대한 저항성을 평가하였으며, 보수적인 안전성이 요구되는 원전 격납건물에 강섬유보강콘크리트를 적용할 경우 항공기 충돌에 대한 저항성 증대 효과를 기대할 수 있는 것으로 고찰되었다.

본 논문은 8절점 고체요소를 이용하여 항공기 충돌에 의한 원전 격납건물의 동적 거동을 분석하고 그 결과를 기술하였다. 콘크리트의 재료적 특성을 표현하기 위하여 Drucker-Prager항복기준을 바탕으로 항복면과 파괴면을 형성하였다. 이때 항복면과 파괴면은 콘크리트의 소성변형이 누적되면 가변하는 것으로 가정하였다. 철근의 재료특성은 변형도에 의존적인 탄성/점소성모델을 이용하여 표현하였다. 표준고체요소의 성능저하를 방지하기 위하여 Hughes가 제시한 B bar법을 바탕으로 변형도-변위관계 행렬을 형성하였다. 동적 시간이력해석을 수행하기 위하여 안정적인 수렴성을 가지는 암시적인 Newmark법을 도입하였다. 마지막으로 시간이력해석을 통하여 콘크리트 균열변형도의 수준과 충돌하는 항공기의 종류에 따른 격납건물의 동적거동변화를 조사하고 이를 정량적으로 기술하였다.

This paper presents the current status of development of assessment program for shock/Fire damage caused by aircraft impacts for NPP(nuclear power plants). According to international and domestic regulations, the design of nuclear power plants have to take into account the potential effects of the impact of a large commercial aircraft. In this study, we set up the practical application procedure to assess the shock/fire damage due to aircraft impacts for NPP in accordance with NEI(Nuclear Energy Institute)07-13 rule set and are developing the aircraft impact assessment program to reduce the effort and improve the accuracy.

In this study, sensitivity analysis to investigate the effect on analytical results of the aircraft impact analysis parameter for the nuclear power plant was carried out. Verification of the analytical model and method using the test results was performed. The eroding parameter of the Winfrith concrete material model in LS-Dyna and modelling method of the SC wall structure were studied. Finally, these results are to be used for the development of the structural safety evaluation procedure for the aircraft impact on the nuclear power plant.

According to NEI 07-13 R8, in aircraft impact analysis for new plant design, global structural damage of the target structure can be evaluated analytically using one of the following methods of evaluation: 1) Force time-history analysis method. 2) Missile-target interaction analysis method. It depends on the availability of data on the dynamic characteristics and the intended level of detail of analysis. The purpose of this study is to evaluate the effect on the analytical results of the aircraft impact analysis method. Several impact analyses using various method were performed for the simplified external SC wall of the APR+ nuclear power plant structure.

According to 10CFR50.150, all applicants for new nuclear power plant designs after July 13, 2009 must perform a design-specific assessment of the effects on the facility of the impact of a large, commercial aircraft using realistic analyses. The purpose of the work described in this paper is to evaluate the safety of the APR+ nuclear power plant with respect to the impact by a large commercial aircraft using the missile-target interaction analysis method.