NFDC (Nuclear Fuel and materials Data Center) is designated as a one of the data center of National Standard Reference Center from Ministry of Trade Industry and Energy at Dec. 30 2008. The fields of designation were nuclear fuel and energy materials. NFDC produces standard reference data of nuclear fuel and materials. To ensure reliability of experimental data uncertainty should be estimated. There are two kinds of uncertainty: A-type uncertainty from tester and B-type uncertainty from experimental equipments. To reduce the former, the measurement should be repeated for sufficient amount of times, and to reduce the latter type uncertainty all equipment have to be calibrated. In this study self calibration process of thermo-mechanical analyzer (TMA) was established to ensure the B-type uncertainty. The self calibration was performed using the standard reference material and correction factor was obtained. The correction factor was defined as the ratio of the thermal expansion value of the standard reference material reported in the certificate and the thermal expansion value measured using TMA. It is believed that the uncertainty evaluation process of TGA data developed in this study will be helpful for increasing reliability and stability evaluation of nuclear fuel and spent fuel.

Coupled thermo-hydraulic-mechanical (THM) processes are essential for the long-term performance of deep geological disposal of high-level radioactive waste. In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to analyze the effect of rock properties on THM responses after the execution of the heater test at the Kamaishi mine in Japan. The TOUGHFLAC simulator was applied for the numerical simulation assuming a continuum model for coupled THM analysis. The rock properties included in the sensitivity study were the Young’s modulus, permeability, thermal conductivity, and thermal expansion coefficients of crystalline rock, rock salt, and clay. The responses, i.e., temperature, water content, displacement, and stress, were measured at monitoring points in the buffer and near-field rock mass during the simulations. The thermal conductivity had an overarching impact on THM responses. The influence of Young’s modulus was evident in the mechanical behavior, whereas that of permeability was noticed through the change in the temperature and water content. The difference in the THM responses of the three rock type models implies the importance of the appropriate characterization of rock mass properties with regard to the performance assessment of the deep geological disposal of high-level radioactive waste.

Discontinuum-based numerical methods can contain the multiple discontinuities in a model and reflect the thermal, hydraulic and mechanical characteristics of discontinuities. Therefore, discontinuum methods can be appropriate to simulate the model which require the detailed analysis of the coupled thermo-hydro-mechanical processes in fractured rock such as geothermal energy, CO2 geo-sequestration, and geological repository of the high-level radioactive waste. TOUGH-3DEC, the three-dimensional discontinuum simulators for the coupled thermo-hydro-mechanical analysis, was developed by linking the integral finite difference method TOUGH2 and the explicit distinct element method 3DEC to describe the coupled thermo-hydro-mechanical processes in both porous media and discontinuity. TOUGH2 handles thermo-hydraulic analysis by the internal simulation module, and 3DEC performs mechanical study based on the constitutive models of porous media and discontinuity with coupling the thermal and hydraulic response from TOUGH2. The thermal and hydraulic couplings are the key processes and should be carefully verified by sufficient cases, so this study performed the thermomechanical and hydro-mechanical simulations which are modelling the analytic solutions including the uniaxial consolidation, fracture static opening, and the heating of a hollow cylinder problems. Each thermo-mechanical and hydro-mechanical verification case is also validated by comparing with the results of the other continuum and discontinuum-based numerical methods. TOUGH-3DEC results follow the analytic solutions and show better accuracy than the continuum-based numerical methods in the static fracture opening problem. The developed TOUGH-3DEC simulator can be expanded to coupled thermo-hydro-mechanical-chemical analysis in fractured rock mass, and the simulator needs to be verified by more complicated coupled processes problems which require in the chemical coupling.

고준위방사성폐기물의 처분터널 및 처분공 간격을 결정하고 처분시스템의 성능을 평가하기 위해서는 열-수리-역학적인 복합 거동 변화에 대한 이해가 반드시 필요하고 이를 반영하여 해석해야만 한다. 하지만 한국형 기준 처분시스템에서의 처분 터널 및 처분공 간격을 결정하기 위해 수행된 기존의 연구들은 이러한 복합거동 특성을 반영하지 않고 열 해석 결과만을 근거로 처분시스템을 설계하였다. 따라서 본 연구에서는 열-수리-역학적인 복합거동 특성을 반영하여 한국형 기준 처분시스템의 성능을 TOUGH2-MP/FLAC3D를 이용하여 평가하였다. 고준위방사성폐기물이 처분된 이후 방사성 붕괴열에 의해 처분 시스템의 온도는 급격히 증가하다가 붕괴열의 감소로 온도는 서서히 감소하였으며, 해석 기간 1,000년 동안 벤토나이트 완충재의 최고 온도는 설계 기준인 100℃ 이하로 유지되는 것으로 나타났다. 처분용기와 벤토나이트 완충재의 계면에서의 최고 온도는 약 3.21년이 지난 시점에 용기의 중간 지점에서 약 96.2℃로 나타났으며, 암반에서의 최고 온도는 폐쇄 후 약 17년 이 지난 시점에서 약 68.2℃로 계산되었다. 처분용기 부근 벤토나이트 완충재는 처분 초기에 온도 변화에 따른 건조현상이 발생하여 포화도가 감소하지만, 시간이 지남에 따라 주변 암반으로부터의 지하수 유입에 의해 포화도가 증가하는 것으로 계 산되었다. 이후, 벤토나이트 완충재 및 뒷채움재 모두 약 266년 이후 완전히 포화되는 것으로 계산되었다. 처분시스템에서의 온도 변화에 따른 열응력 그리고 벤토나이트 완충재 및 뒷채움재의 팽윤압으로 인한 응력 변화가 처분장 주변 암반에 미치는 영향을 평가하고자 수치해석에서 계산된 응력을 스폴링 강도(spalling strength)와 Mohr-coulomb 파괴 기준식과 비교 하였다. 계산 결과 일축압축강도와 스폴링 강도에 도달하지 않는 것으로 나타나 처분시스템이 스폴링에 의한 파괴는 나타나지 않을 것으로 판단되며, Mohr-coulomb 파괴 기준 역시 충족하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용된 수치해석 코드와 방법론은 다양한 조건에서의 한국형 기준 처분시스템에 대한 성능평가뿐만 아니라, 복층 처분시스템에 대한 설계와 성능평가에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

고준위방사성폐기물 처분시스템에서는 방사성 핵종의 붕괴열과 암반으로부터의 지하수 유입으로 열응력 및 팽윤압의 발생으로 열-수리-역학적 복합거동(coupled thermo-hydro-mechanical behavior)이 예상되기 때문에 한국원자력연구원은 처분시스템 및 근계암반에서의 열-수리-역학적인 복합거동 특성을 평가하기 위해서 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT)에서 2016년부터 현장시험(In-situ Demonstration of Engineered Barrier System, In-DEBS)을 수행 중에 있다. 본 연구에서는 In-DEBS 현장시험 데이터 분석하고 벤토나이트 완충재와 화강암반에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 또한 벤토나이트 블록과 KURT 화강암의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 사용된 각각의 열, 수리, 그리고 역학적 모델의 적합성을 평가하고 자 현장시험에서 계측된 온도, 상대습도, 그리고 변위의 결과와 수치해석으로 계산된 결과를 비교하였다. 온도와 상대습도의 계산 결과를 현장 데이터와 비교·분석한 결과, 전체적으로 유사한 경향을 보일 뿐만 아니라 시간에 따라 변화하는 정량적인 값 역시 유사하게 나타났다. 역학적 해석 결과를 살펴보면, 계산된 변위의 전반적인 경향은 유사하지만 해석 결과가 계측 값에 비해 상대적으로 작게 나타났다. 축대칭 모델을 이용하여 In-DEBS 현장시험에서 관측된 열-수리-역학적 복합거동 특성을 전반적으로 평가할 수 있었지만, 벤토나이트 블록 및 KURT 암반에서의 열-수리-역학적 복합거동을 면밀히 살펴보기 위해서는 추후 터널의 형상과 주변 KURT 터널의 영향을 반영한 3차원 해석이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용된 입력 물성과 열-수리-역학적 모델은 추후 In-DEBS 장기 거동 및 처분시스템에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하고 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

This study investigates the effect of thermo-mechanical treatment on the damping capacity of the Fe-20Mn-12Cr- 3Ni-3Si alloy with deformation induced martensite transformation. Dislocation, αʹ and ε-martensite are formed, and the grain size is refined by deformation and thermo-mechanical treatment. With an increasing number cycles in the thermo-mechanical treatment, the volume fraction of ε-martensite increases and then decreases, whereas dislocation and α'-martensite increases, and the grain size is refined. In thermo-mechanical treated specimens with five cycles, more than 10 % of the volume fraction of ε-martensite and less than 3 % of the volume fraction of αʹ-martensite are attained. Damping capacity decreases by thermomechanical treatment and with an increasing number of cycles of thermo-mechanical treatment, and this result shows an opposite tendency for general metal with deformation induced martensite transformation. The damping capacity of the thermomechanical treated damping alloy with deformation induced martensite transformation greatly affect the formation of dislocation, grain refining and α'-martensite and then ε-martensite formation by thermo-mechanical treatment.

이 연구는 화재에 노출된 구조물의 역학적 거동을 평가하기 위한 기반연구로서 화재 유동해석과 열응력해석의 통합 프레 임워크를 확립하고 이를 강재와 콘크리트로 이루어진 대표체적에 적용한 결과를 제시하였다. 먼저 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 이용해 임의의 화재곡선으로 모델링되는 화원으로부터 구조물 표면까지 유동해석을 실시하였다. 이를 통 해 구조물 표면에서 시간에 따른 온도 분포를 계산하였고, 이 결과를 비선형 열응력해석에 경계조건으로 적용하였다. 이후의 과정은 화재의 성장 또는 감소에 따라 구조물 표면온도의 변화를 반영하는 열전달해석과 구조해석으로 이루어진다. 제시한 통합 프레임워크에 의해 화재 구조해석을 수행한 결과, 강재와 콘크리트의 대표체적 모두 동일한 하중이 작용할 때 상온 조 건에서는 탄성 거동을 보였지만 화재로 인한 온도 조건을 고려할 경우 소성 거동을 보였다. 이는 구조물이 화재에 노출되는 경우 설계하중보다 작은 하중에서도 한계상태에 이를 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 원전구조물이나 교량과 같은 중요 사회기반구조물의 설계 시 구조물의 화재거동 평가가 고려되어야 한다고 할 수 있다.

이 연구는 화재에 노출된 구조물의 역학적 거동을 평가하기 위한 기반연구로서 화재 유동해석과 열응력해석의 통합 프레임워크를 확립하고 이를 강재와 콘크리트로 이루어진 대표체적에 적용한 결과를 제시하였다. 먼저 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 이용해 임의의 화재곡선으로 모델링되는 화원으로부터 구조물 표면까지 유동해석을 실시하였다. 이를 통해 구조물 표면에서 시간에 따른 온도 분포를 계산하였고, 이 결과를 비선형 열응력해석에 경계조건으로 적용하였다. 이후의 과정은 화재의 성장 또는 감소에 따라 구조물 표면온도의 변화를 반영하는 열전달해석과 구조해석으로 이루어진다. 제시한 통합 프레임워크에 의해 화재 구조해석을 수행한 결과, 강재와 콘크리트의 대표체적 모두 동일한 하중이 작용할 때 상온 조건에서는 탄성 거동을 보였지만 화재로 인한 온도 조건을 고려할 경우 소성 거동을 보였다. 이는 구조물이 화재에 노출되는 경우 설계하중보다 작은 하중에서도 한계상태에 이를 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 원전구조물이나 교량과 같은 중요 사회기반구조물의 설계 시 구조물의 화재거동 평가가 고려되어야 한다고 할 수 있다.

Microstructural analysis of a (α+β) Ti alloy was investigated to consider phase transformation in each step of thethermo-mechanical process using by SEM and TEM EDS. The TAF (Ti-6Al-4Fe) alloy was thermo-mechanically treated withsolid solution at 880oC, rolling at 880oC and annealing at 800oC. In the STQ state, the TAF microstructure was composedof a normal hcp α and metastable β phase. In a rolled state, it was composed of fine B2 precipitates in an α phase, whichhad high Fe segregation and a coherent relationship with the β matrix. Finally, in the annealing state, the fine B2 precipitateshad disappeared in the α phase and had gone to the boundary of the α and β phase. On the other hand, in a lower rollingtemperature of 704oC, the B2 precipitates were more coarse in both the α and the boundary of α and β phase. We concludedthat microstructural change affects the mechanical properties of formability including rolling defects and cracks.

The characteristics of ceramics were influenced by the additives and the heat treatment that controls the microcrack behavior at grain boundaries. The effect of additives on ceramics were investigated in terms of mechanical properties and thermal expansion at high temperature. The were synthesized at , and for 2h by reaction sintering. The formation of phase was increased by additives that enhanced the volume of the microcrack that can lead to low thermal expansion. The mechanical properties of the stabilized ceramics were increased remarkably at , and due to the oneset of mechanical healing of grain-bondary microcracks at a high temperature. The amount of microcrack was decreased at lower sintering temperature that causes the increase of mechanical properties at high temperature.

In this study, we optimized Pb-free Sn/Ni plating thickness and conditions were optimized to counteract the environmental regulations, such as RoHS and ELV(End-of Life Vehicles). The B10 life verification method was also suggested to have been successful when used with the accelerated life test(ALT) for assessing Pb-free solder joint life of piezoelectric (PZT) ceramic resonator. In order to evaluate the solder joint life, a modified Norris-Landzberg equation and a Coffin-Manson equation were utilized. Test vehicles that were composed of 2520 PZT ceramic resonator on FR-4 PCB with Sn-3.0Ag-0.5Cu for ALT were manufactured as well. Thermal shock test was conducted with 1,500 cycles from (-40±2)˚C to (120±2)˚C, and 30 minutes dwell time at each temperature, respectively. It was discovered that the thermal shock test is a very useful method in introducing the CTE mismatch caused by thermo-mechanical stress at the solder joints. The resonance frequency of test components was measured and observed the microsection views were also observed to confirm the crack generation of the solder joints.

원자력발전소에서는 열교환 파이프에서 발생하는 열피로 균열을 비파괴 탐상장비를 이용하여 조기에 발견하는 것이 안전을 위해 매우 필요하며, 따라서 이를 모사한 인공균열시편 제작에 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 이러한 균열은 일반 기계가공으로 제작하는 것이 불가능하여 실제 조건과 유사한 열 반복하중 하에서 제작될 수밖에 없는데, 이를 위해 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 크랙성장 시뮬레이션 기법을 이용하여 이러한 균열 제작시간을 단축하기 위한 최적의 열하중 조건을 찾고자 하였다. 이를 위해 임의조건에서 시뮬레이션 및 열피로균열 발생 기초실험을 수행하여 균열 초기수명과 진전수명을 검증하였고, 이를 바탕으로 다양한 가열 및 냉각시간을 시뮬레이션 함으로써 제작시간을 최소화하는 열하중 조건을 구하였다. 시뮬레이션에서는 응력해석을 위해 상용 소프트웨어 ANSYS를 초기균열수명 계산을 위해 수치계산용 소프트웨어 ZENCRACK을 이용하여 코딩을 균열진전수명 평가를 위해 ZENCRACK 소프트웨어를 이용하였다. 그 결과 1mm 균열 제작에 소요되는 시간은 초기의 418시간에서 319시간으로 24% 단축되는 것으로 예측되었다.