Desenvolvimento de Metodologia de Verificação e Validação de simulação computacional de desempenho mecânico de componente de Elemento Combustível

Abstract

Componentes de reatores nucleares são submetidos a condições extremas de operação. Assim, para comprovar sua integridade, normas regulatórias exigem uma análise de segurança rigorosa desde a fase de projeto até o descomissionamento. Como testes experimentais são complexos, têm alto custo financeiro e longo tempo de execução, a simulação computacional aparece como importante ferramenta na análise de segurança para a comprovação do atendimento aos requisitos de Licenciamento. Nesse sentido, o Método dos Elementos Finitos (MEF) permite simular cenários complexos discretizando o problema em elementos menores. A confiabilidade e a precisão dos resultados dessas simulações são asseguradas por meio da aplicação de uma Metodologia de Verificação e Validação (V&V). No presente estudo, a investigação da deformação e da carga crítica de flambagem de Varetas de Combustível (VC) submetidas a cargas de compressão axial foi utilizada para o desenvolvimento de uma Metodologia de V&V de simulação computacional utilizando o MEF visando a aplicação em processos de Licenciamento Nuclear. Para tal, resultados de Experimentos de Validação realizados utilizando uma máquina de ensaios mecânicos universal Instron foram comparados com resultados obtidos por meio de simulações realizadas com o código Ansys. A metodologia incluiu também a Quantificação de Incertezas por meio do Método de Monte Carlo (MMC) e a Validação dos resultados pela Métrica de Área, considerando a discrepância entre dados experimentais e simulados. Os resultados obtidos apresentaram concordância entre os dados experimentais e os simulados com diferenças inferiores a 10%, para os dois parâmetros avaliados (deformação e carga crítica de flambagem), demonstrando que a Metodologia de V&V proposta assegura a confiabilidade das simulações, e que estas representam uma ferramenta importante na análise estrutural de componentes de Elementos Combustível (EC) para fins de Licenciamento.