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Fracture mechanics analysis including the butt joint geometry for the superconducting conductor conduit of the national centralized tokamak

トカマク国内重点化装置における超電導コンジットの突合せ溶接部破壊力学解析

高橋 弘行*; 工藤 祐介; 土屋 勝彦; 木津 要; 安藤 俊就*; 松川 誠; 玉井 広史 ; 三浦 幸俊

Takahashi, Hiroyuki*; Kudo, Yusuke; Tsuchiya, Katsuhiko; Kizu, Kaname; Ando, Toshinari*; Matsukawa, Makoto; Tamai, Hiroshi; Miura, Yukitoshi

JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)のセンターソレノイドのケーブルインコンジット(CICC)は、矩形断面のSUS製のコンジットの中心に円形に超伝導線材を配置した構造であり、全長約2.2kmのコンジットを約10mごとに溶接して製作される。この溶接部の健全性を評価するためには、想定される最大溶接欠陥の応力拡大係数を求める必要がある。この応力拡大係数は、平板表面に半楕円亀裂を想定し、Newman-Rajuの式により計算することはできるが、実形状のCICCとの相違が評価に与える影響が明らかではなかった。そこで、この形状ファクタを求めるために、三次元有限要素法を用い実形状のCICCの想定欠陥について応力拡大係数を計算した。この結果、矩形断面のCICCの最大想定欠陥の最大応力拡大係数について三次元有限要素法で求めた値は、Newman-Rajuで求めた値よりも3%大きいだけであることがわかった。このことから、Newman-Rajuの式はこのような矩形断面のCICCに関する破壊靭性の評価に用いることが適用可能であることが判明した。本論文ではこの結果も含め欠陥形状,溶接開先のシニング形状をパラメータに多数有限要素法解析の値とNewman-Rajuの値と比較した結果についての詳細を述べる。

This paper presents dependence of the stress intensity factor, around the defect in the butt joint welding of a superconducting conductor conduit, on a geometrical factor estimated by fracture mechanics analysis. The stress intensity factor can be estimated by the Newman-Raju equation about CICC section, but the effect of the difference between the geometry assumed in the equation and CICC has not been clarified yet. Therefore, the three-dimensional finite element method (3D-FEM) is performed to estimate the geometrical factor. As a result, the Newman-Raju equation is considered to be available for the assessment of the fracture toughness of the conduit of rectangular shape because the maximum stress intensity factor by 3-D FEM is only 3% larger than that by the Newman-Raju equation in the maximum postulated defect.

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パーセンタイル:18.25

分野:Nuclear Science & Technology

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