流体温度ゆらぎに対する応力拡大係数の周波数応答関数

Frequency response function of stress intensity factors to fluid temperature fluctuations

笠原 直人; 古橋 一郎*; 陳 富全*; 安藤 昌教; 高正 英樹*

Kasahara, Naoto; Furuhashi, Ichiro*; not registered; Ando, Masanori; not registered

原子力プラントの機器、配管において温度が異なる冷却材が合流する領域では、流体混合による不規則な温度ゆらぎが生じるため、接液する構造物では繰り返し熱応力による高サイクル疲労破損に注意する必要がある。著者らはこれまで、疲労損傷係数によるき裂の発生評価への適用可能な、流体温度ゆらぎに対する表面熱応力の周波数応答関数を提案してきた。こうしたアプローチに加え、実機の破損は、き裂の発生、進展、貫通といった過程を経ることから、き裂進展特性に基づく適切な検査と補修、き裂の停留評価等も破損防止の有効な手段となり得る。本研究では、き裂進展特性に着目した熱疲労評価への適用を目的として、流体温度ゆらぎに対する応力拡大係数の周波数応答関数を提案した。応力拡大係数は、温度ゆらぎの周波数が高くなると、き裂の進展と共に現象する傾向を示す。これに対して、低周波でかつき裂面に垂直な方向の熱膨張が拘束される場合は、応力拡大係数がき裂の進展と共に増加することから注意が必要となる。

Temperature fluctuation from incomplete fluid mixing induces fatigue damages on structures of nuclear components, which should be prevented. For rational evaluation of fatigue crack initiation against this phenomenon, the authors have developed a frequency response function of thermal stress to fluid temperature. Since an actual failure mode has crack initiation, propagation and penetration processes, Fracture mechanics approach such as repair based on crack propagation characteristics and crack arrest evaluation are effective to prevent failure. This study proposed a frequency response function of stress intensity factors to fluid temperature fluctuations in order to evaluate thermal fatigue based on crack propagations. Stress intensity factor decreases according to crack propagation under high cycle fluctuation. On the other han, it increases under low cycle one and membrane constraint conditions.