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コイルばねのクリープ挙動解析手法の検討

Investigation of creep behavior analysis of a coiI spring

月森 和之

Tsukimori, Kazuyuki

プラント工学室におけるリサイクル炉の概念検討の中で燃料集合体のホールドダウンについてメカニカルホールドダウン方式が検討されている。**この具体的な構造はコイルばねであり、クリープ温度域で所定の押付け力を維持することが必要となる。コイルばねのクリープ挙動の詳細数値解析を概念検討の段階で実施することはあまり得策ではない。本報告書は、このような背景からコイルばねのクリープ挙動解析手法について検討した結果をまとめたものである。コイルばねの断面の応力場として純せん断を仮定し、ひずみの径方向線形分布とクリープ特性式からトルクを求め、力の釣合いからばね力の時間的変化を評価する。この方法によれば、径方向応力分布が非線形になるため簡単なプログラムを作成する必要があるが、任意の形状・寸法および材料のコイルばねのクリープ挙動についての広範なパラメトリックサーベイが可能となる。

A mechanical hold down method is under discussion as the means to prevent fuel assemblies from being lifted up in the scope of investigation of the recycle reactor conception at Plant Engineering Section. The device of the mechanical hold down system is a coil spring. In this case it is necessary to maintain enough pressure force in high temperature region. Therefore, it is needed to analize creep behaviors of coil springs. At this stage it is desirable to survay parametrically the creep behaviors of various dimensions of coil springs rather than to analize detailed behaviors by FEM. This paper describes the investigation of a creep behavior analysis method of coil springs. In the development process of the method the torque of the spring is derived from the assumption of shear stress field and hear distribution of shear strain in the radius direction and the constitutive equation of creep, and finally the spring force can be obtained by the equilibrium equation as the function of time. For implementation of this method a simple program should be created since the shear stress distribution in the radius direction is nonlinear, however, a wide ranged parametric survay can be done on the creep behavior of coil springs of arbitrary shape, dimension and material.

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