薄肉円筒殻のせん断曲げ座屈試験(そのI) -座屈挙動に及ぼす形状パラメータの影響に関する検討-

Buckling Test of circular cylindrical shells under shear forces(Part I); Study of shell parameter effects on buckling behavior

岡田 純二; 中村 貢*; 月森 和之; 山下 卓哉; 岩田 耕司

not registered; not registered; Tsukimori, Kazuyuki; not registered; not registered

高速増殖炉(Fast Breeder Reactor:FBR)の容器や配管は、基本的に薄肉構造であるため地震時等の座屈の防止に対する配慮が重要となる。本報告書は、座屈評価法を開発することを目的として実施している薄肉円筒殻のせん断曲げ座屈試験に関する第1報である。ここでは、特に円筒殻形状と座屈挙動の関係を明らかにすることを目的とし、形状の異なる円筒殻に生ずる座屈挙動の特徴を形状パラメータで整理することを試みた。同時に、座屈挙動に及ぼす初期形状不整や端部拘束条件の影響についても検討した。試験体には、原子炉容器をモデル化した内径500mmのSUS304鋼製薄肉円筒殻試験体を用いた。試験では、下端を固定した試験体の上端にせん断方向強制変位を静的に負荷した。せん断変位負荷により生ずる荷重,変位,ひずみ及び変形形状を測定し、その結果を基に曲げ及びせん断座屈の特徴を明らかにした。以下に、本研究で得られた知見を示す。(1) 曲げ座屈変形は負荷方向の円筒殻下部の膨らみとして、せん断座屈変形は側面中央部の斜めの皺として現われる。(2) 円筒殻の長さ半径の比(L/R)が増加するとともに、生ずる座屈モードはせん断座屈から曲げ座屈に移行する。両者の境界はL/R 2.0である。(3) 円筒殻の半径板厚の比(R/t)が増加するほど、座屈に至るまでに塑性する領域は減少し、生ずる座屈は弾性座屈に近づく。(4) 円筒殻に半径の1%程度の形状不整が存在する場合、座屈荷重(Qcr)は7%(軸方向2波)8%(周方向6波)低下した。Qcrの低下量は、座屈モードによる変形形状と形状不整パターンの関係により変化する。(5) 円筒殻端部の接続方法にTIG溶接を用いた場合とはめ板構造を用いた場合のQcrを比較すると、溶接の方が約5%小さくなる。(6) L/R及びR/tが増加するとともにQcrは低下し、その傾向は塑性の影響を考慮した簡易評価式から求めた座屈荷重(Qcr.ep)でほぼ説明できる。今後、円筒殻のせん断曲げ座屈に対する簡易評価式を高度化していくためには、塑性の影響に加え初期形状不整及び端部拘束条件の影響について検討していくことが必要である。

Since vessel and piping components of FBR plants are generally thin wall structures, prevention of buckling against seismic loadings is important. This paper is the first report on buckling tests of circular cylindrical shells by shear forces with the purpose of rationalizing the design method for FBR components. In this report, we tries to classify the type of buckling behaviors for different shapes by using shell parameters and explain the effects of initial shape imperfection and edge constraint conditions on the bending behavior. Test specimens are thin wall circular cylindrical shells made of SUS304 with the inner diameter of 500mm. In these tests, shear displacements were applied statically at the free end of the specimens. The characteristics or bending or shear buckling behavior were analyzed from the measured data of the force, displacements, strains and deformed shapes. The following results were obtained. (1)Bending buckling deformation is characterized by bulging near the fixed end, while shear buckling deformation is characterized by oblique wrinkle of both sides between both ends of the shell. (2)Buckling mode changes from shear to bending type with the increase of the ratio of length to radius(L/R). The transition boundary of these modes is the line of L/R 2.0. (3)The effect of plasticity on buckling behaviors becomes small, as the ratio of radius to thickness(R/t) increases. (4)The buckling load(Q ) of the shell with 2-wave artificial axial imperfection was 7% smaller and Q of the shell with 6-wave artificial circumferential imperfection was 8% smaller than that of the shell without imperfection. (5)The buckling load of the shell with TIG welded end was 5% smaller than that with squeezing type constraint end. (6)The value of Q decreases with the increase of R/t and L/R. This tendency can be explained by the effect or plasticity, that is, the plastic buckling load(Q , ). In order to develop a ...