破壊力パラメータ解析コードCANIS-J(2D)の改良

Revisions of fracture mechanics parameters analysis code CANIS-J(2D)

古橋 一郎*; 若井 隆純 

Furuhashi, Ichiro*; Wakai, Takashi

FBR構造物の破壊力学解析手法整備の一環として、破壊力学パラメータ解析コードCANIS-J(2D)の改良を行つた。(1)2時点間の応力範囲を用いた、12時点問の応力拡大係数範囲Kの計算評価機能の追加(2)2時点間の応力範囲、ひずみ範囲および変位範囲uを用いた、2時点間のJ積分およびJhat積分の計算評価機能の追加。(3)J(J)およびJhat(Jhat)計算式の積分各項毎の計算評価機能の追加。(4)以下の3つの計算モードを1ジョプで計算実行する機能の追加。・モード0任意時点のK、J、Jhat計算・モード1任意の2時点間のK、J、Jhat計算・モード2任意の連続2時点間のクリープJ積分(J、Jhat)計算特に今回機能追加されたK、J、Jhat計算機能を確認しその適用例を示すために、ATTF環状き裂付き試験体の熱疲労き裂進展試験の破壊力学解析およびき裂進展シミュレーションを行い、以下の結果を得た。(1)熱弾性および熱弾塑性応力場では、J(J)は経路独立性が成立せず、解析評価が困難であり、適用できない。これはJ積分が、弾性応力場で定装されたことによる。(2)Jhat(Jhat)は熱弾性および熱弾塑性応力場でも経路独立性が成立し、解析評価が可能であり、適用可能性が大きい。これはJhat積分が、より一般的な応力場で定義されたことによる。(3)Jhat、熱弾性K、き裂先端近傍の応力(ひずみ)範囲、き裂断面リガメントの正味(曲げ)応力範囲Sn、これらは共通の2時点問でほぼ最大値をとる。(4)Jhatを用いたき裂進展シミェレーションは試験結果に良く対応している。(5)これらの解析結果から、複雑な熱弾塑性荷重サイクルを受けるき裂付き構造物の破壊力学解析および評価において、Jhat(Jhat)が、き裂先端領域の応力(範囲)、ひずみ(範囲)、リガメントの正味断面応力(範囲)およびき裂進展カなどの力学情報を代表する単一の破壊カ学パラメータとして有力であることが示された。

Revisions have been done on CANIS-J(2D) that calculates fracture mechanics parameters of 2-dimensional structures containing cracks or notches. (a)Evaluation of △K between arbitrary two steps on the basis of △. (b)Evaluation of △J and △J between arbitrary two steps on the basis of △, △ε and △u. (c)Evaluation of each terms of J (△J)-integral and J (△J)-integral. (d)Execution of following three mode calculations in one job run. Mode- 0 calculation of K, J and J at any step. Mode- 1 calculation of △K, △J and △J between arbitrary two steps. Mode- 2 calculation of J and J between any continuous steps. To verify the validity of the revised code, we performed fracture mechanics analyses and crack growth simulations of thermal fatigue crack growth tests of circumferentially slitted cylinders subjected to cyclic thermal transients. And we got following results. (1)At thermal-elastic and at thermal-elasto-plastic conditions, J (△J) - integral is not path-independent and can not be properly evaluated. The reason is that J - integral is defined at elastic condition. (2)At thermal-elastic and at thermal-elasto-plastic conditions, J (△J) -integral is good enough path-independent and can be properly evaluated. The reason is that J -integral is defined at more generalized stress conditions. (3)△Jhat, thermal-elastic △K △ (or △ε) at near the crack tip, and net-section bending stress range S at crack ligament, these take approximate maximum values between the common two steps. (4)Crack growth simulations based on △J agree well with the behaviors observed at tests. (5)These results assist that, on the fracture mechanics evaluations of flawed structures subjected to complicated thermal-elasto-plastic load cycles, J (△J) -integral will be a possible fracture mechanics parameter which corresponds to ...