zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-10-59-70zldm-2626Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSИспытания макетов транспортных упаковочных комплектов для отработавшего ядерного топлива на внешние ударные воздействияTesting of transport layouts packaging kits for spent effects of nuclear fuel on external impactsКазанцевА. Г.KazantsevA. G.

Александр Георгиевич Казанцев.

115628, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4А.

Alexander G. Kazantsev.

4A, Sharikopodshipnikovskaya ul., Moscow, 115628.

kazantsev_a_g@mail.ruАбрамовВ. В.AbramovV. V.

Владимир Владимирович Абрамов.

115628, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4А.

Vladimir V. Abramov.

4A, Sharikopodshipnikovskaya ul., Moscow, 115628.

ПетровО. М.PetrovO. M.

Олег Максимович Петров.

115628, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4А.

Oleg M. Petrov.

4A, Sharikopodshipnikovskaya ul., Moscow, 115628.

РадченкоМ. В.RadchenkoM. V.

Михаил Владимирович Радченко.

129085, Москва, просп. Мира, д. 81Б.

Mikhail V. Radchenko.

81B, prosp. Mira, Moscow, 129085.

АО «НПО «ЦНИИТМАШ»РоссияJSC «NPO «TsNIITMASh»Russian FederationАО «Атомспецтранс»РоссияJSC «Atomspetstrans»Russian Federation20252610202591105970Copyright © Казанцев А.Г., Абрамов В.В., Петров О.М., Радченко М.В., 20252025Казанцев А.Г., Абрамов В.В., Петров О.М., Радченко М.В.Kazantsev A.G., Abramov V.V., Petrov O.M., Radchenko M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2626

Описана методика испытаний макетов транспортных упаковочных комплектов (ТУК) для отработавшего ядерного топлива на внешние ударные воздействия (падение на штырь, падение на демпферы, удар падающего самолета), учитывающая масштабные эффекты и наличие в корпусе ТУК технологических дефектов. Основная идея методики заключается в том, что в корпусе макета в зоне действия максимальных растягивающих напряжений создаются искусственные трещиноподобные дефекты. Их размеры определяются допускаемой при изготовлении ТУК технологической дефектностью корпусного материала (поковок, отливок, сварных швов), масштабом макетов и рассеянием характеристик вязкости разрушения материала корпуса. Консервативность результатов имитационных испытаний обеспечивается тем, что вероятность разрушения макета с искусственными дефектами превышает вероятность разрушения натурного ТУК. Приведены результаты расчетов напряженно-деформированного состояния и прочности макетов транспортных упаковочных комплектов для РУ БРЕСТ-ОД-300 при бросковых испытаниях и испытаниях на удар падающего самолета. С использованием концепции мастер-кривой выполнена оценка вероятностей разрушения натурного ТУК и уменьшенных макетов в зависимости от температуры испытания. Показано, что используемая для изготовления корпусов ТУК для РУ БРЕСТ-ОД-300 сталь 09Н2МФБА-А имеет высокие показатели динамической вязкости разрушения, обеспечивающие сохранение целостности ТУК при пониженных температурах — до –60 °C.

A test procedure for models of transport packaging sets (TPSs) for spent nuclear fuel for external shock effects (falling on a pin, falling on dampers, impact of a falling aircraft) is presented, taking into account large-scale effects and the presence of technological defects in the TPS body. The main idea of the technique is that artificial crack-like defects are created in the body of the model in the area of maximum tensile stresses. Their dimensions are determined by the technological defects of forgings, castings, welds, the scale of the layouts, and the dispersion of the fracture toughness characteristics of the body material. The conservativeness of the simulation test results is ensured by the fact that the probability of destruction of a mock-up with artificial defects exceeds the probability of destruction of a full-scale TPS. The results of calculations of the stress-strain state and strength of mock-ups of transport packaging sets (TPSs) for the BREST-OD-300 during throwing tests and impact tests of a falling aircraft are presented. Using the concept of a master curve, the probabilities of destruction of full-scale TPS and reduced layouts were estimated depending on the test temperature. It is shown that the steel 09N2MFBA-A used for the manufacture of TPS housings has high dynamic fracture toughness, ensuring the integrity of the TPS at temperatures lowered to –60°C.

транспортный упаковочный комплектудар самолетаударный импульсскорость деформациидинамическая вязкость разрушениятрещиноподобный дефектмастер-криваяtransport packaging setaircraft impactimpact pulsedeformation ratedynamic fracture toughnesscrack-like defectmaster curveReferencesСедых Н. А. Проблемы безопасности атомных электростанций / Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2014. № 1 – 2. С. 103 – 107.Sedykh N. A. Safety problems of nuclear power station / Vopr. Oboron. Tekhn. Ser. 16: Tekhn. Sredstva Protivodeistv. Terror. 2014. Nos. 1 – 2. P. 103 – 107 [in Russian].Lee K., Jung J.-W., Hong J.-W. Advanced aircraft analysis of an F-4 Phantom on a reinforced concrete building / Nucl. Eng. Design. 2014. Vol. 273. P. 505 – 528.Lee K., Jung J.-W., Hong J.-W. Advanced aircraft analysis of an F-4 Phantom on a reinforced concrete building / Nucl. Eng. Design. 2014. Vol. 273. P. 505 – 528.Shirai K., Namba K., Saegusa T. Safety analysis of dual-purpose metal cask subjected to impulsive loads due to aircraft engine crash / J. Power Energy Syst. 2009. Vol. 3. No. 1. P. 72 – 82. DOI: 10.1299/jpes.3.72Shirai K., Namba K., Saegusa T. Safety analysis of dual-purpose metal cask subjected to impulsive loads due to aircraft engine crash / J. Power Energy Syst. 2009. Vol. 3. No. 1. P. 72 – 82. DOI: 10.1299/jpes.3.72Almomani B., Jang D., Lee S., Kang H. G. Development of a probabilistic safety assessment framework for an interim dry storage facility subjected to an aircraft crash using best-estimate structural analysis / Nucl. Eng. Technol. 2017. Vol. 49. No. 2. P. 411 – 425. DOI: 10.1016/j.net.2016.12.013Almomani B., Jang D., Lee S., Kang H. G. Development of a probabilistic safety assessment framework for an interim dry storage facility subjected to an aircraft crash using best-estimate structural analysis / Nucl. Eng. Technol. 2017. Vol. 49. No. 2. P. 411 – 425. DOI: 10.1016/j.net.2016.12.013Marchaud G., Vilela L., Nallet S. Designing a radioactive material storage cask against airplane crashes with LS-DYNA / Proc. of 13th Int. LS-DYNA Users Conf. Montigny-le-Bretonneux, France, 2016. P. 68 – 74.Marchaud G., Vilela L., Nallet S. Designing a radioactive material storage cask against airplane crashes with LS-DYNA / Proc. of 13th Int. LS-DYNA Users Conf. Montigny-le-Bretonneux, France, 2016. P. 68 – 74.Курындин А. В., Киркин А. М., Каримов А. З., Лось В. А. О подходах к расчетному моделированию испытаний ТУК на ударное воздействие при падении самолета / Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2022. Вып. 4(115). С. 37 – 50.Kuryndin A. V., Kirkin A. M., Karimov A. Z., Los V. A. On approaches to computational simulation of the SP tests for impact during an airplane crash / Issues of atomic science and technology. Series: Materials Science and New Materials. 2022. Issue 4(115). P. 37 – 50 [in Russian].Бирбраер А. Н., Роледер А. Ю. Экстремальные воздействия на сооружения. — СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2009. — 600 с.Birbraer A. N., Roleder A. Yu. Extreme impacts on structures. — St. Petersburg: Izd. Politekhn. Univ., 2009. — 600 p. [in Russian].Sugano T., Tsubota H., Kasai Y., Koshika N. Full-scale aircraft impact test for evaluation of impact force / Nucl. Eng. Design. 1993. Vol. 140. No. 3. P. 373 – 385.Sugano T., Tsubota H., Kasai Y., Koshika N. Full-scale aircraft impact test for evaluation of impact force / Nucl. Eng. Design. 1993. Vol. 140. No. 3. P. 373 – 385.Абрамов В. В., Казанцев А. Г., Петров О. М. и др. Испытания макета транспортного упаковочного комплекта / Атомная энергия. 2023. Т. 134. № 3 – 4. С. 164 – 169. DOI: 10.1007/s10512-024-01045-3Abramov V. V., Kazantsev A. G., Petrov O. M., et al. Tests of the shipping package mock-up / Atomic Energy. 2023. Vol. 134. Nos. 3 – 4. P. 164 – 169 [in Russian]. DOI: 10.1007/s10512-024-01045-3Махутов Н. А. Актуальные проблемы безопасности критически и стратегически важных объектов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 1. С. 5 – 9. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-1-i-05-09Makhutov N. A. Topical security issues of critical and strategic facilities / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2018. Vol. 84. No. 1. P. 5 – 9 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-1-i-05-09Казанцев А. Г., Скоробогатых В. Н., Погорелов Е. В. и др. Определение температурной зависимости вязкости разрушения металла толстостенной обечайки с учетом ее неоднородности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 3. С. 46 – 56. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-3-46-56Kazantsev A. G., Skorobogatykh V. N., Pogorelov E. V., et al. Determination of the temperature dependence of the fracture toughness of a thick-walled shell metal taking into account its heterogeneity / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. No. 3. P. 46 – 56 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-3-46-56Kazantsev A. G., Markochev V. M., Sugirbekov B. A. Statistical estimate of determining the critical temperature of brittleness for metal of the VVER-1000 reactor vessel using impact bending test data / Inorg. Mater. 2018. Vol. 54. No. 15. P. 55 – 63. DOI: 10.1134/s0020168518150074Kazantsev A. G., Markochev V. M., Sugirbekov B. A. Statistical estimate of determining the critical temperature of brittleness for metal of the VVER-1000 reactor vessel using impact bending test data / Inorg. Mater. 2018. Vol. 54. No. 15. P. 55 – 63. DOI: 10.1134/s0020168518150074Ipifia J. P., Berejnoy C. Analysis of specimen size conversion in ductile to brittle region of ferritic steels / Draft. 21st Eur. Conf. on Fracture, ECF21, Catania, Italy. 2016. P. 769 – 776.Ipifia J. P., Berejnoy C. Analysis of specimen size conversion in ductile to brittle region of ferritic steels / Draft. 21st Eur. Conf. on Fracture, ECF21, Catania, Italy. 2016. P. 769 – 776.Казанцев А. Г., Радченко М. В., Петров О. М. и др. Определение параметров метаемого тела при имитационных испытаниях на удар самолета транспортных упаковочных комплектов / Тяжелое машиностроение. 2022. № 7 – 8. С. 15 – 24.Kazantsev A. G., Radchenko M. V., Petrov O. M., et al. Determination of the thrown body parameters during simulated aircraft impact tests of the shipping packages / Tyazh. Mashinostr. 2023. Nos. 7 – 8. P. 15 – 24 [in Russian].Wallin K., Mahidhara R. K., Geltmatcher A. B., Sadananda K. Effect of strain rate on the fracture toughness reference temperature T0 for ferritic steels / Recent Advances on fracture. Proc. of a symposium held at the Annual Meeting of the Minerals, Metals and Materials Society. Orlando, United States. 1997. P. 171 – 182.Wallin K., Mahidhara R. K., Geltmatcher A. B., Sadananda K. Effect of strain rate on the fracture toughness reference temperature T0 for ferritic steels / Recent Advances on fracture. Proc. of a symposium held at the Annual Meeting of the Minerals, Metals and Materials Society. Orlando, United States. 1997. P. 171 – 182.Григорьев В. В., Исаков С. Н., Петров Р. Л., Юркин С. В. Газодинамическое исследование пневматического линемета / Журнал технической физики. 2006. Т. 76. № 3. С. 75 – 81.Grigoriev V. V., Isakov S. N., Petrov R. L., Yurkin S. V. Gasdynamic study of a pneumatic line gun / Techn. Phys. 2006. Vol. 76. No. 3. P. 75 – 81 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.