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治金的不連続と形状不連続を考慮した溶接構造物クリープ疲労評価法の開発 -弾性追従モデルの溶接継手への適用-

Development of creep-fatigue evaluation method for welde structures considering metallurgical and geometrical discontinuities; Application of elastic follow-up model to welded joints

笠原 直人

kasahara, Naoto

溶接継手のクリープ疲労強度は母材に対して一般に低下するが、従来の構造設計においては、保守的に決めた定数を用いて強度減少割合を評価する方法が広く用いられていた。これに対し、近年の高温構造設計の経済性と信頼性向上の要求に伴い、溶接継手の強度低下メカニズムを考慮した、より精緻な評価手法が必要とされるようになった。このため溶接継手の強度低下の主要因として以下の3点に着目し、このなかの力学的要因である、要因1と要因2の影響を弾性追従モデルの拡張により記述する方法を開発した。要因1:母材と溶接金属の治金的不連続要因2:溶接余盛り等の形状不連続要因3:溶接金属自体の材質劣化要因1の記述には、応力-ひずみ特性の異なる2種類の材料が接合された構造を記述する弾性追従モデルの提案を行った。さらに要因2については、本研究に先立ち提案した切り欠きに対する弾性追従モデルと治金的不連続に対するモデルの重畳により評価できるようにした。本モデルによる応力・ひずみ挙動の予測精度は、有限要素法による弾塑性解析結果との比較により実用的なものであることかが分かった。さらに、大洗工学センターのTTSを使用して得た溶接構造物の熱過渡強度試験データを用いて、溶接構造物クリープ疲労評価への適用性を確認した。

In order to evaluate thermal transient strength of welded components in nuclear plants, conventional structural design codes provide conservative strength reduction factors, which are desired to be rationalized. Author extended the generalized clastic follow-up model to evaluate main causes of strength reduction of welded joints. As main causes of strength reduction of welded joints subjected to cyclic thermal transients, attention was given to (1)Metallurgical discontinuity in which the different deformation response between base metal and weld metal can result in nonuniform stresses and strain across the weldment, (2)Structural discontinuity at penetration beads of welded joints, and (3)Degradation of Weld Metal. In order to evaluate (1) and (2) of above factors, an elastic follow-up model was successfully applied. Thermal transient strength test results provide further substantiation of the validity of the elastic follow-up model for ensuring adequate life in elevated temperature component weldments. Author applied the creep-fatigue life prediction methods based on the elastic follow-up model to evaluate test results of a welded vessel model. Proposed method was proved to be adequate through comparison of predicted damagc with observed cracks data.

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