Development of Stress intensity factor coefficients database for a surface crack of an RPV considering the stress discontinuity between cladding and base metal

肉盛溶接と母材境界の応力不連続を考慮した原子炉圧力容器の表面き裂に対する応力拡大係数データベースの開発

鬼沢 邦雄 ; 柴田 勝之*; 鈴木 雅秀

Onizawa, Kunio; Shibata, Katsuyuki*; Suzuki, Masahide

原子炉圧力容器に対する加圧熱衝撃事象においては、内面肉盛溶接材と母材との境界で、熱膨張係数の違いにより応力の不連続が生じる。健全性評価のための破壊力学解析においては、この境界付近に存在するき裂に対しては、応力不連続を考慮して応力拡大係数を算出する必要がある。確率論的破壊力学解析においては、膨大な数の破壊力学解析を実施するため、この算出に時間をかけずに、かつ精度の高い手法が必要である。このため、半楕円表面き裂に対する応力不連続に対応できる無次元化応力拡大係数を作成した。この無次元化応力拡大係数は、3次元モデルによるFEM解析から求めた。表面点では、表面付近内部の応力拡大係数から外挿して求める。この無次元化応力拡大係数を用いて、表面及び最深点における応力拡大係数を精度よく、短時間で算出できる。

Under a transient loading like pressurized thermal shock (PTS), the stress discontinuity near the interface between cladding and base metal of a reactor pressure vessel (RPV) is caused by the difference in their thermal expansion factors. So the stress intensity factor (SIF) of a surface crack which the deepest point exceeds the interface should be calculated by taking account of the stress discontinuity. Many SIF calculations are performed in Monte Carlo simulation of the probabilistic fracture mechanics (PFM) analysis. To avoid the time consuming process from the SIF calculation in the PFM analysis, the non-dimensional SIF coefficients corresponding to the stress distributions in the cladding and base metal were developed. The non-dimensional SIF coefficients database were obtained from 3D FEM analyses. The SIF value at the surface was determined by linear extrapolation of SIF value near the surface. Using the SIF coefficients database, the SIF values at both surface and deepest points of a surface crack can be evaluated precisely and in a reasonable time.