円筒構造物試験データを用いた熱過渡強度評価法の検討 -高速原型炉クリープ疲労損傷評価法と高度化案の比較-

Study on thermal transient strength evaluation method using cylindrical struetural test data; Proposal of an advanced creep-fatigue damage evaluation method and comparison with a conventional one for the prototype fast reactor

川崎 信史 ; 笠原 直人

Kawasaki, Nobuchika; kasahara, Naoto

高速炉の主要構造物としては原子炉容器,配管,熱交換器,ノズル等などが挙げられる。高温構造設計基準では,これらの構造物の構造健全性維持を目的として,1次応力,ひずみ,クリープ疲労損傷の制限を設けている。特に高速炉のような高温で繰返し荷重(熱過渡)を受ける低圧の構造物においては,クリープ疲労損傷が構造物の支配的な破損形態となり,設計成立範囲を限定する要因となっている。本研究では,一般化弾性追従モデルを採用したクリープ疲労損傷評価高度化案を使用し,円筒構造物の強度評価を行った。さらに,熱過渡強度試験より得られた円筒構造物試験データと強度評価より得られた損傷値の比較を行い,もんじゅの方法と高度化案の評価精度について検討した。その結果,以下の知見を得た。1.累積疲労損傷係数Dfは,円筒構造物において高度化案の方がもんじゅの方法より低目の損傷値を示した。(ただし,弾性追従が大きい構造不連続部では高度化案が高目の損傷値となった。)2.累積クリープ損傷係数Dcも,高度化案の方が低目の損傷値を示す。(構造不連続部を持つ円筒構造STF-3で約0.7倍,構造不連続部を持たない円筒構造STF-10で約0.1倍)3.STF-3のき裂未発生部には,もんじゅの方法では制限損傷値を超えている部位が存在するが,高度化案では制限値内の評価であり,高度化案ではより正確なクリープ疲労損傷評価ができる。上記の結果から,高度化案はもんじゅの方法と比較してDf,Dc共により実験結果に近い損傷値を予測した。この損傷評価精度の向上により,設計成立範囲の拡大の見通しを得ることができた。

As main components of fast reactors, there are reactor vessels, pipes, heat exchangers, nozzles. In order to keep their structural integrity, the elevated temperature structural design guide evaluates primary stress, strain, and creep-fatigue damage of them. Especially in fast reactors which operate under low pressure and high temperature conditions, creep-fatigue damage is dominant, and limits a design range. For the purpose of extending a design range, author evaluated strength of cylindrical structures by an advanced proposed method based on the generalized elastic follow-up model. Furthermore we studied evaluation accuracy of a method of 'monjyu" and a proposed method, through comparison of thermal transient strength test data with damage calculated by two strength evaluation methods. Results are summarized as follows. (1)An advanced proposed method predicted lower fatigue damage (Df) than a method of 'monjyu'. (However, in structural discontinuities where an elastic follow up is large, a proposed method shows higher damage than a method of 'monjyu'.) (2)An advanced proposed method calculated lower creep damage (Dc) than a method of 'monjyu'. (About 0.7 times lower in a cylindrical structure with a structural discontinuity (STF-3). About 0.1 times lower in a cylindrical structure without a structural discontinuity (STF-10). (3)On no-crack portions in STF-3, prediction of a method of 'monjyu' is out of a limit of crack initiation, nevertheless one of an advanced proposed method is within the range. Through above results, an advanced proposed method was evaluated to be more accurate in prediction of creep-fatigue damage. We concluded from the above investigation that we calculated more rational and lower damage by proposed method, and it has the possibilities to get extension of a design range.