FBRプラントにおけるき裂進展評価手法の高度化に関する研究(Phase II) 共同研究報告書

Development of Advanced Methodology for Defect Assessment in FBR Power Plants (Phase II)

飯井 俊行*; 渡士 克己; 土井 基尾; 橋本 貴司

Meshii, Toshiyuki*; Watashi, Katsumi; Doi, Motoo; Hashimoto, Takashi

本研究では平成12年度の同名研究で得られた成果をもとに、平成13-15年度の3年間の予定でFBRプラントの維持規格立案に向け具体的展開を図るべく、クリープ域にて想定すべきき裂の健全性評価手法の調査・開発および熱応力下疲労き裂進展挙動の評価(特に、評価不要欠陥選定の基礎となる低荷重域のき裂進展データ取得)を実施し、き裂進展評価手法の高度化を進めた。具体的な成果は次の通りである。(1)亀甲状欠陥の強度評価手法の開発モデル化した亀甲状き裂の強度評価を行う場合に、軸方向複数き裂、周方向複数き裂各々が独立に存在する場合と近似的に考えてよいことを破面調査により確認した。その後現状にて解が存在しない周方向複数き裂の軸対称曲げ荷重条件下内表面環状き裂K値解の簡易評価法を開発し、その妥当性を確認した。(2)クリープ疲労き裂進展評価手法の高度化 仏国規格A16、JNC作成欠陥評価指針の比較を行った。その結果、現在提案されている簡易クリープ疲労き裂進展評価手法の基本的な考え方には大差がなく、K値を用いて断塑性破壊力学パラメータを推定し、これによりき裂進展評価を行うものであることが確認できた。この方向については今後とも変わることがないと考えられる。そこで昨今の計算機能力の飛躍的な向上を背景に、任意構造中のき裂に対するK値を容易に評価可能とする「目標K値精度を指定しうる三次元き裂進展評価手法の高度化を提案した。(3)熱応力下疲労き裂進展挙動の評価 熱応力対策が十分に施されたFBRプラントを念頭におき、熱応力下疲労き裂進展挙動を精度よく推定するため、S55C,SUS304,HT60,SS400, 2.25Cr-1Mo, SUS316, SUS321, T91, Inconel718の低荷重域の疲労き裂進展データを取得した。今回得られたデータをASME pressure vessel code Sec.XI, JSME軽水炉プラント維持規格中の疲労き裂進展評価線図と比較した結果、今回のデータはS55C,HT60を除きこの線図の上限にほぼ対応していることが確認できた。またKmax増により⊿Kthが漸減する材料を予測する手法を提案し、その有用性を確認した。

Based on the results of the Phase I of the titled research, we started Phase II scheduled to reach conclusion (develop basic methods necessary for FBR post-construction code) in three years. The following results were obtained. (1) Development of assessment procedure for multiple defects due to creep damage: We first confirmed that multiple surface cracks in axial and circumferential direction inside a cylinder can be evaluated independently by investigating multiple flaws found in a cylinder due to cyclic thermal shock. Then we developed a method to evaluate the stress intensity factors (SIFs) of the multiple circumferential cracks in a finite legth cylinder under axisymmetric loads. (2) Improving creep-fatigue crack grown (C-FCG) assessment pfodedure: We reviewed the French code A16 for flaw assessment and compared it with the JNC proposal. Since the fundamenfal philosophy for both was to evaluate the C-FCG by estimating elastic-plastic fracture mechanics parameter from the SIF, we developed a "3D crack finite element analysis system that can specify the target error in SIF." (3) Crack propagation assessment under thermal stresses (fatigue crack grown (FCG) resistace for small load): To improve accuracy of FCG assesment for components in FBR power plants (designed to minimize thermal stresses) under thermal cycles, we obtained near threshold FCG data for S55C, SUS304, HT60, SS400, 2.25Cr-1Mo, SUS316, SUS321, T91, Inconel718 by Kmax = constant test method. The results showed that FCG curves in the JSME post construction code (which is an extrapolation of the curves in ASME PVP code sec. XI) are valid in general. However, precise review of S55C, HT60's data suggested that the JSME FCG, evaluation curve may not have enough safety margin. In addition, we proposed a method to predict the decrease in the threshold SIF range DeltaKth due to high Kmax and showed its validity.