原子炉容器液面近傍を対象とした非弾性解析解の構成式依存性に関する検討(研究報告)

study about dependence of constitutive equations for inelastic analysis results at reactor vessel near the sodium surface

安藤 昌教

Ando, Masanori

高速炉の原子炉容器は、上端をコンクリート建屋より支持され、炉心上部プレナムに高温の冷却材を有することから、冷却材液面から上端支持部に至る鉛直方向に大きな温度勾配が生じる。その結果炉壁液面近傍部には降伏応力を超える高い応力が発生することになり、同部位の詳細な挙動を予測するためには非弾性解析が必要不可欠となる。しかしながら、非弾性解析には未だ決定的な構成方程式が存在しないことから、解析者による解の差異が生じやすく、設計への適用が難しいとされている。そこで本研究では、様々な非弾性構成方程式を用いて同部位について非弾性解析を行い、得られた結果を比較することで解の構成式依存性についての検討を行った。本研究により得られた主な結果は以下のとおりである。 ・単調負荷条件下の非弾性解析から得られた解は、構成方程式に依存するが、その最終点は構成方程式に依らず同一の応力緩和曲線上に存在する傾向があることがわかった。 ・弾塑性解析結果と、弾性クリープ解析結果において、発生応力値の一致する点では、非線形ひずみの分布が概ね一致することを確認した。 ・繰返し負荷条件による非弾性解析から得られた解は、応力緩和曲線から外れることがわかった。 ・上記理由として、ラチェットひずみにより非線形ひずみの分布が変化することがあげられる。 ・起動-定常運転-手動トリップの一連の事象を繰返した場合の非弾性解析を行い、応力-ひずみ関係に繰返し応力-ひずみ曲線を使用した場合に対し、単調応力-ひずみ曲線を用いるとラチェットひずみが大きめに評価されることがわかった。

Reactor vessel of fast reactor plant contains high temperature liquid sodium in its inside and its upper end is supported by a low temperature structure made of concrete. Therefore, a sharp temperature gradient will arise at the vessel wall near the sodium surface. For this reason, generated thermal stress around this part might be larger than yield stress of that materia1. Then it is necessary to use inelastic analysis for predicting detailed behavior of it. However, there are no complete constitutive equations for inelastic analysis until now. Therefore inelastic analysis results will depend on the selected constitutive equation, and it is not easy to apply to a design. In this research, author analyzed about mentioned part by using some kinds of constitutive equations, and compared their results each other to research about dependence of analysis results on constitutive equations. The results obtained in this research are as follows. (1)Results from inelastic analyses under monotonic load depend on constitutive equations, however they tend to be on the unique stress relaxation curve. (2)When both stress values in results from elastic-plastic analysis and elastic-creep analysis are the same, their inelastic strain would have also similar distributions. (3)The inelastic analysis results under cyclic loads are not on the stress relaxation curve. One of this reason, rachet strain might change the distribution of inelastic strain. (4)On the cyclic analysis case (start-up-normal operation-trip), analysis results using monotonic stress-strain curve predicted larger rachet strain than that of the results using cyclic stress-strain curve.