Response of irradiated nuclear fuel rods to quasi-static and dynamic loads Translated title: Mechanisches Verhalten abgebrannter Kernbrennstäbe unter statischen und dynamischen Belastungen

Abstract

This paper presents the methodology applied for the experimental and numerical investigation of the mechanical response of spent nuclear fuel rods under static and dynamic loads. The experimental activities were conducted at the JRC Karlsruhe where a 3-point bending test device and an impact tower have been developed and commissioned at the hot-cell facilities. Results are provided for two PWR samples. Load-displacement curves describe the mechanical response of the sample in the 3point bending tests, whereas an image analysis methodology has been developed to comprehend the sample's behaviour under dynamic loads (recorded using a high-speed camera). Finite Element Analysis (FEA) are used to simulate the rod's response based on static and transient structural models in ANSYS Mechanical.

Kurzfassung

Diese Arbeit stellt die angewandte Methodik für die experimentellen und numerischen Untersuchungen hinsichtlich des mechanischen Verhaltens abgebrannter Kernbrennstäbe unter statischen und dynamischen Belastungen vor. Die experimentellen Arbeiten wurden bei der JRC Karlsruhe durchgeführt. Ein 3-Punkt-Biegeprüfgerät und ein Schlagtest-Vorrichtung wurden entwickelt und in den Heissen Zellen in Betrieb genommen. Die Ergebnisse bezüglich zweier DWR-Brennstabproben sind hier dargestellt. Die gemessenen Last-Weg-Kurven beschreiben das mechanische Verhalten der Probe in den 3-Punkt-Biegeversuchen. Zudem wurde eine Bildanalyse-Methode unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeitskamera entwickelt, um das Verhalten der Probe unter dynamischen Belastungen zu erfassen. Finite-Elemente-Analysen (FEA) basierend auf statischen und transienten Strukturmodellen in ANSYS-Mechanical werden verwendet, um das Brennstabverhalten unter Lastbedingungen simulieren zu können.