FRACTURE MECHANICS UNCERTAINTY ANALYSIS IN THE RELIABILITY ASSESSMENT OF THE REACTOR PRESSURE VESSEL: (2D) SUBJECTED TO INTERNAL PRESSURE

Abstract

ABSTRACT

FRACTURE MECHANICS UNCERTAINTY ANALYSIS IN THE RELIABILITY ASSESSMENT OF THE REACTOR PRESSURE VESSEL: (2D) SUBJECTED TO INTERNAL PRESSURE. The reactor pressure vessel (RPV) is a pressure boundary in the PWR type reactor which serves to confine radioactive material during chain reaction process. The integrity of the RPV must be guaranteed either  in a normal operation or accident conditions. In analyzing the integrity of RPV, especially related to the crack behavior which can introduce break to the reactor pressure vessel, a fracture mechanic approach should be taken for this assessment. The uncertainty of input used in the assessment, such as mechanical properties and physical environment, becomes a reason that the assessment is not sufficient if it is perfomed only by deterministic approach. Therefore, the uncertainty approach should be applied. The aim of this study is to analize the uncertainty of fracture mechanics calculations in evaluating the reliability of PWR`s reactor pressure vessel. Random character of input quantity was generated using probabilistic principles and theories. Fracture mechanics analysis is solved by Finite Element Method (FEM) with  MSC MARC software, while uncertainty input analysis is done based on probability density function with Latin Hypercube Sampling (LHS) using python script. The output of MSC MARC is a J-integral value, which is converted into stress intensity factor for evaluating the reliability of RPV’s 2D. From the result of the calculation, it can be concluded that the SIF from  probabilistic method, reached the limit value of  fracture toughness earlier than SIF from  deterministic method.  The SIF generated by the probabilistic method is 105.240 MPa m^0.5. Meanwhile, the SIF generated by deterministic method is 100.876 MPa m^0.5.

Keywords: Uncertainty analysis, fracture mechanics, LHS, FEM, reactor pressure vessels

ABSTRAK

ANALISIS KETIDAKPASTIAN FRACTURE MECHANIC PADA EVALUASI KEANDALAN BEJANA TEKAN REAKTOR: 2D DENGAN BEBAN INTERNAL PRESSURE. Bejana tekan reaktor (RPV) merupakan pressure boundary dalam reaktor tipe PWR yang berfungsi untuk mengungkung material radioaktif  yang dihasilkan pada proses reaksi berantai. Maka dari itu integritas bejana tekan reaktor harus senantiasa terjamin baik reaktor dalam keadaan operasi normal, maupun kecelakaan. Dalam melakukan analisis integritas RPV, khususnya yang berkaitan dengan pecahnya bejana tekan reaktor akibat adanya retak dilakukan analisis secara fracture mechanics. Adanya ketidakpastian input seperti sifat mekanik bahan, lingkungan fisik, dan input pada data, maka dalam melakukan analisis keandalan tidak hanya dilakukan secara deterministik saja. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan analisis ketidakpastian input pada perhitungan fracture mechanik pada evaluasi keandalan bejana tekan reaktor PWR. Pendekatan untuk karakter random dari kuantitas input menggunakan  teori probabilistik. Analisis fracture mechanics dilakukan berdasarkan metode elemen hingga (FEM) menggunakan perangkat lunak MSC MARC. Analisis ketidakpastian input dilakukan berdasarkan probability density function dengan Latin Hypercube Sampling (LHS) menggunakan python script. Output dari MSC MARC adalah nilai J-integral untuk mendapatkan nilai stress intensity factor pada evaluasi keandalan bejana tekan reactor 2D. Dari hasil perhitungan dapat disimpulkan bahwa SIF probabilistik lebih dulu mencapai nilai batas fracture tougness  dibanding  SIF deterministik. SIF yang dihasilkan dengan metode probabilistik adalah 105,240 MPa m^0,5. Sedangkan SIF metode deterministik adalah 100,876 MPa m^0,5.

Kata kunci: Analisis ketidakpastian, fracture mechanics, LHS, FEM, bejana tekan reaktor