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Archiv: ²⁰⁰³

1 Rahmenbedingungen

1.1 Geltungsbereich

Diese Leitlinie gilt im Verantwortungsbereich der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in ihrer Zuständigkeit für gefahrgutrechtliche Bauartprüfungen und ist bei der Erstellung von Sicherheitsnachweisen für Behälterbauarten für den Transport von radioaktiven Stoffen, die teilweise oder ganz auf numerischen Berechnungen beruhen, zu berücksichtigen. In den dafür eingesetzten Berechnungsprogrammen werden mechanische und thermische Analysen des Verhaltens der Behälterbauteile unter Prüfanforderungen vorwiegend mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) erstellt. Die Richtlinie gilt sinngemäß auch für andere numerische Verfahren, wie die Finite-Differenzen-Methode (FDM) oder die Randelementmethode (boundary element method, BEM), sowie die Finite-Volumen-Methode (FVM), wie sie z.B. in vielen Programmen für die numerische Strömungsmechanik (computational fluid dynamics, CFD) eingesetzt wird.

1.2 Zweck

Die Leitlinie dient der Unterstützung der Qualitätssicherung bei der Erstellung, Kontrolle und Beurteilung von Sicherheitsnachweisen, die auf einer numerischen Analyse von Problemstellungen basieren, welche zum Prüf- und Begutachtungsumfang von Behälterbauarten für den Transport radioaktiver Stoffe gehören. Sie soll insbesondere die Grundlage für die korrekte Durchführung der numerischen Analysen nach dem Stand der Technik bilden und die Prüfbarkeit des numerischen Sicherheitsnachweises unterstützen. Ihre Anwendung soll die Nachvollziehbarkeit des Berechnungsganges und der den Berechnungen zugrundeliegenden Voraussetzungen und Annahmen gewährleisten.

1.3 Rechtliche Grundlagen

Die sicherheitstechnischen Anforderungen an die Auslegung von Behälterbauarten für den Transport von radioaktiven Stoffen basieren auf den Empfehlungen der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO): Regulations for the Safe Transport, Advisory Material und Package Design Safety Report [ 1], [ 2], [ 3]. Darin sind diejenigen Prüfbedingungen definiert, unter denen Sicherheitsnachweise im Rahmen der gefahrgutrechtlichen Verfahren für die Zulassung von Behälterbauarten [ 4] zu führen sind.

1.4 Grundlagen für numerische Simulationen

Bezüglich der Grundlagen der für Simulationen im Anwendungsbereich Mechanik und Thermik verwendeten numerischen Lösungsverfahren, insbesondere der FEM, und der Begriffsbestimmung wird auf [ 5], [ 6], [ 7], [ 8] verwiesen. Zur Erläuterung und Begriffsbestimmung hinsichtlich der Verifikation und Validierung (verification and validation, VnV) sei auf die Darstellung des Konzepts und des Standards nach ASME [ 9], [ 10], des Standards und der Richtlinien nach NAFEMS [ 11], [ 12] und die einschlägige Fachliteratur [ 13] verwiesen.

2 Modelle für numerische Sicherheitsnachweise

2.1 Allgemeines

In diesem Abschnitt werden die grundlegenden Aspekte und Bestandteile von numerischen Sicherheitsnachweisen für Behälterbauarten für den Transport von radioaktiven Stoffen beschrieben. Hinweise zu der Modellierung von einzelnen Teilen ¹ dieser Behälter werden im Anhang gegeben. Die Anforderungen an numerische Sicherheitsnachweise befinden sich im Kapitel 4.

2.2 Bestandteile des Modells

Die gewählte Form der Modellbildung und die für die numerische Lösung, z.B. mittels der FEM, darüber hinaus benötigten Lösungsparameter sind zu beschreiben und zu begründen. Die nachfolgend angegebenen Aspekte sind darzustellen:

• geometrischer Vergleich mit der Realität (Übersichtsskizzen inkl. der vorgenommenen Vereinfachungen der Bauteilgeometrien und Verweise auf die anzuwendenden technischen Zeichnungen),
• berücksichtigte Maße (Nominalmaß, Nominalmaß inklusive Toleranz oder tatsächliches Maß),
• gewählte Elementtypen,
• Diskretisierung der Gesamtstruktur und wichtiger Teilbereiche (ggf. in verschiedenen Perspektiven),
• Materialmodelle und -daten (s. auch Abschnitt 2.3),
• möglichst grafische Darstellung der Randbedingungen, Kontaktbedingungen und Zwangsbedingungen zwischen Knoten,
• Lastannahmen (z.B. gewählte Fallorientierung, Lasteinleitung, Wärmequellen) und
• Anfangs-, Rand-, Übergangs- und Kontaktbedingungen (inkl. Beschreibung der verwendeten Kontaktformulierung und ihrer Parameter).

2.3 Materialmodelle und Materialdaten

Die verwendeten Materialdaten und deren Abhängigkeit von signifikanten Einflussgrößen sind grafisch bzw. in tabellarischer Form anzugeben. Die Eignung der verwendeten Materialmodelle für die zu lösende Aufgabenstellung ist zu begründen.