薄肉円筒殻のせん断曲げ座屈解析 -座屈試験に対する解析的検討-

A buckling analysis of circular cylindrical shells under shear forces; An analytical study on buckling test

岡田 純二; 山下 卓哉

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高速増殖炉(FBR)の容器や配管は、比較的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解析に関する第1報である。ここでは、当室で実施したせん断曲げ座屈試験に用いたSUS304L鋼製試験体の初期形状及び材料特性を詳細にモデル化した座屈シミュレーション解析を、汎用非線形構造解析システム「FINAS」を用いて実施した。さらに、座屈荷重に及ぼす初期形状不整の影響を定量的に評価することを試みるとともに、FEM解析手法の当該座屈問題に対する適用性を検討した。以下に、本検討で得られた知見を示す。(1) 形状不整量計測装置(CIMD)による形状測定データ及び形状近似プログラム(SAXON)を用いることにより、座屈試験体の初期形状を十分な精度でモデル化できることを確認した。(2) 円筒殻の初期形状及び材料特性のモデル化を適切に行なうことにより、せん断座屈、曲げ座屈及び両者が混在する場合の座屈現象に対し、その初期剛性及び座屈荷重をシミュレーション解析によって精度良く再現できた。試験結果と計算結果との差は座屈荷重について-2.54.5%程度であった。(3) 半径板厚比が167、長さ半径比が2.0の円筒殻においては、初期形状不整の有無により生ずる座屈モードが曲げ支配型からせん断支配型に変化する。

Since vessels of fast breeder reactors (FBRs) are relatively thin wallcd, the prevention of buckling against seismic loading is one of the key issues in their structural design. This paper is the first report on buckling analysis by use of FEM to rationalize a design method for FBR components. In this paper, we conducted FEM analyses with the FINAS computer code modelling the test conditions precisely, especially the initial shape imperfections and material nonlinearity of the test specimens. Further, the effect of the initial shape imperfections on buckling strength was evaluated quantitatively, and the applicability of FEM to the present problem was studied. The following results were obtained. (1)It was confirmed that the initial shapes of test specimens could be modeled precisely by use of SAXON and the measured data by CIMD. (2)By modelling precisely the initial shape imperfections and material nonlinearity of the test specimens, FEM results agreed well with the test data in terms of the buckling strength, regardless of the buckling mode. The deferences of buckling strength between FEM and experiment results were within -2.5% 4.5% of experimental results. (3)Concerning the case in which the ratio of length to radius is 2.0, we confirmed that the buckling mode was changed by the existence of initial shape imperfections.