ナトリウム炉配管の構造解析(2)-大型炉ホットレグ配管の固有値解析-

Structural analyses on piping systems of sodium reactors(2); Eigenvalue analyses of hot-leg pipelines of large scale sodium reactors

古橋 一郎*; 笠原 直人

Furuhashi, Ichiro*; kasahara, Naoto

実用化戦略調査研究Phase Iで検討されたアドバンストループ炉のホットレグ配管を対象に、通常の配管解析にしようするビーム要素モデルと、薄肉大口口径特有モードの評価を目的とした三次元シェル要素によるモデルを用いて固有値解析をおこない、以下の結果を得た。1) 1次固有振動については、ビーム解析およびシェル解析とも共通の振動モードが得られた。 1次固有振動モードの摘出にはビーム解析が適用できる。2)せん断変形を無視したビーム解析ではシェル解析と比較して固有振動数が最大14%大きくなった。せん断変形を考慮するとシェル解析に近い結果となった。 水平X方向面内1次振動:ビーム解析B2(せん断無視)=13.47Hz,ビーム解析B2B(せん断考慮)=12.03Hz,ビーム解析S2 (せん断考慮)=11.84Hz、水平Y方向面外1次振動:ビーム解析B2(せん断無視)=13.51Hz,ビーム解析B2B(せん断考慮)=12.06Hz,ビーム解析S2(せん断考慮)=11.82Hz、鉛直Z方向上下1次振動:ビーム解析B2(せん断無視)=46.33Hz,ビーム解析B2B(せん断考慮)=45.33Hz,ビーム解析S2 (せん断考慮)=43.75Hz 3)水平1次振動はYピース部が振り子のように水平に振動し、曲げ剛性が小さいエルボがヒンジのように振舞うモードとなった。外筒の曲げ及びせん断剛性が支配要因であることがわかった。4)鉛直1次振動は内筒と外筒の鉛直部が上下軸方向に引張圧縮ピストン振動し、水平配管が方持ち梁のように上下振動し、エルボがヒンジのように振舞うモードとなった。外筒の軸方向引張剛性が支配要因であることがわかった。5)シェル特有の振動モードは有効質量および刺激係数とも小さいことがわかった。

Two types of finite element models analyzed eigenvalues of hot-leg pipelines of a large-scale sodium reactor. One is a beam element model, which is usual for pipe analyses. The other is a shell element model to evaluate particular modes in thin pipes with large diameters. Summary of analysis results: (1)A beam element model and a shell element model evaluated the same mode for the first order natural frequency. A beam element model is available to get the first order vibration mode. (2)The maximum difference ratio of beam mode natural frequencies was 14% between a beam element model with no shear deformations and a shell element model. However, its difference becomes very small, when shear deformations are considered in beam element. Beam analysis Beam analysis Shell analysis Shear ignored Shear considered Shear considered The first order X-directional horizontal mode 13.47Hz 12.03Hz 11.84Hz The first order Y-directional horizontal mode 13.51Hz 12.06Hz 11.82Hz The first order Z-directional vertical mode 46.33Hz 45.33Hz 43.75Hz (3)In the first order horizontal mode, the Y-piece acts like a pendulum, and the elbow acts like the hinge. The natural frequency is strongly affected by the bending and shear rigidities of the outer supporting pipe. (4)In the first order vertical mode, the vertical sections of the outer and inner pipes moves in the axial-directional piston mode, the horizontal section of inner pipe behaves like the cantilever, and the elbow acts Hke the hinge. The natural frequency is strongly affected by the axial rigidity of outer supporting pipe. (5)Both effective masses and participation factors were small for particular shell modes.