クリープ疲労損傷評価に用いる設計係数の策定に係わる解析,1; 切欠付き丸棒・フィレット付き帯板の解析

Analysis on the determination of design factors for creep-fatigue damage evaluation

根岸 仁 ; 谷川 雅之*; 霜越 穣*; 永田 敬*; 岩田 耕司

not registered; not registered; not registered; not registered; Iwata, Koji

高速炉主要機器の構造設計ではクリープ疲労損傷の制限が主たる設計支配因子となるため、信頼性及び経済性に優れた構造設計を行うには、合理的なクリープ疲労損傷評価法の策定が重要となる。しかし、局部的構造不連続と系全体の総体的構造不連続が重畳した場合の応力・ひずみ挙動に関する知見の蓄積は乏しく、また総体的構造不連続効果の評価に使用する弾性追従パラメータについて、現行規定値(q=3)を、構造・負荷に応じた合理的な値に変更することが期待されているが、その具体的方法(合理的かつ保守的な評価方法)が見出されていないことなどにより評価法又は設計係数の高度化が妨げられている。ここでは、基本的な形状,材料持性及び負荷に関するパラメータ解析を行うことにより、合理的クリープ疲労強度評価法の策定に必要な解析データベースの拡充を図った。検討の結果以下の知見を得た。切欠き付き丸棒の場合(タイプ1)とフィレット付き帯板又はフィレット付き変断面丸棒の場合(タイプ2)とでは応力集中部のひずみ挙動が異なる。すなわち、弾塑性変形について、断面全体が降伏した場合、タイプ1ではひずみ集中が一層著しくなる(局所的構造不連続と総体的構造不連続の重畳が乗算型)のに対して、タイプ2ではひずみ集中が低減する傾向が示される(重畳効果が両者の最大値の使用で包絡できる。)。応力緩和挙動について、系の総体的構造不連続効果を表す弾性追従パラメータをq,弾性応力集中係数をKとするとタイプ1での応力緩和時のひずみ増大挙動は等価弾性追従パラメータqK3/4で包絡できる。タイプ2の場合はqをそのまま使用可能。合理的且つ保守的な弾性追従パラメータは、材料特性として弾完全塑性体を想定することにより算出される見通しを得た。今後は、上記の結果が実機についても適用できるかどうかを確認するため、簡易モデルと実機との対応を図る必要がある。

In the structual design for main components of FBR, it is important to determine the rational evaluation of creep-fatigue damage for the purpose of reliable and ecomonical structual design, because limit to creep-fatigue damage is dominant factor. But the improvement of the evaluation methods have been disturbed by scarcely knowledge of the stress-strain behaviors at local structual discontinuity overlapped with gross structual discontinuity. We performed inelastic parametric analysis concerned with the fundamental shapes, material properties and loads. The results are as follows. (1)There are differences in the strain concentration behavior at the part of stress concentration between round bar with a U groove (TYPE I) and stepped flat bar with shoulder fillets, stepped round bar with a shohlder fillet (TYPE II). Namely in TYPE I, local strains are enlarged both by the local discontinuity and the gross discontinuity and their effects should be considered in the form of multiplication. In TYPE II, the effects can be evaluated by selection of the larger between them. (2)In TYPE I, the stress relaxation behaviors could be estimated conservatively by using the equivalent elastic follow-up parameter qK, where q is the elastic follow-up parameter for gross discontinuities and K is the elastic stress concentration factor. And the equivalent elastic follow-up parameter would be q in TYPE II. (3)It could be estimate rational and conservative elastic follow-up parameters to assumed to be elastic-fully-plastic material property. As a next step, it is neccesary to confirm the application of the previous results.