Simulações numéricas de testes de queda livre de modelo em escala 1:2 de embalagem de transporte de elemento combustível irradiado de reator nuclear de pesquisa

Abstract

Parte essencial do desenvolvimento e operação da indústria nuclear, seja produção de energia seja de pesquisa, ocorre através do transporte de elementos combustíveis. Tanto órgãos nacionais como internacionais, detém normas e instruções de engenharia que regulamentam projetos de embalagens de transporte de combustível nuclear. Dessa forma, é descrito especificamente a que condições acidentais o projeto deve suportar e, portanto, um conjunto de testes deve ser aplicado contemplando essas situações. Um dos testes mais importantes é o teste de queda livre de nove metros sobre superfície rígida, onde após o impacto a embalagem mantenha a integridade estrutural e funcional de seus componentes, ou seja, deve garantir a blindagem à radiação e evitar vazamento de material radioativo. O avanço computacional e a evolução de ferramentas de análises permitiram economizar tempo e recursos, e este trabalho apresenta as bases de simulações numéricas para testes de queda livre das embalagens. Através de análises distintas foram discutidos os principais parâmetros de controle dos fenômenos conhecidos, como a deformação plástica, as propriedades dos contatos e a absorção de energia de forma qualitativa. Em seguida, um caso de estudo de modelo em escala 1:2 do conceito de embalagem de transporte foi constituído através de ferramentas de modelagem e cálculo como o ANSYS LS-DYNA. Os resultados das análises confirmaram os fenômenos esperados para o ensaio adequadamente e permitiram comparar configurações diferentes quando se tratar do uso de materiais ortotrópicos. O caso de estudo reproduziu satisfatoriamente o comportamento dos testes de queda livre de 9 m descritos.