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A General determination method of non-linear equivalent material properties for perforated plates

等価中実板による解析のための多孔板の平均的非弾性特性の一般的決定法

笠原 直人; 川崎 信史 ; 若井 隆純 ; 高正 英樹*

Kasahara, Naoto; Kawasaki, Nobuchika; Wakai, Takashi; Takasho, Hideki*

熱交換器に使用される管板構造は多孔板とそれを囲むリム及び支持構造物とからなる複雑な3次元構造であるため、そのままの形状で解析することは現実的でなく設計評価には専用の簡易解析法が必要とされてきた。軽水炉の分野では管板の簡易解析法として、ASME Boiler Pressure Vessel Codeの中のAppendix A-8000が基本的に参照されている。本方法はO'Donnellらにより提案されたもので、解析の簡易化のため多孔板を等価な中実板でモデル化し、等価中実板の解析から得られる公称応力(nominal stress)に応力集中係数を乗じることで孔回りの局所的応力を評価する弾性領域における解析法である。これに対し、材料の弾塑性クリープ挙動が問題となる高温で運転される高速炉の管板を解析するには、非弾性解析法が必要となる。このため等価中実板の弾塑性解析用の2直線近似式,Ludwik式,クリープ解析用のNorton則式,Blackburn式を与えるための非弾性特性の一般的決定法を開発した。

Tubesheet structures utilized in heat exchangers have complex perforated portions. For design analysis, axi-symmetric models with equivalent materials of perforated plate are conventionally adopted to simplify perforated portions. ASME Sec.III Appendix A-8000 provides elastic constants for equivalent materials of perforated plate. In the case of elevated temperature reactors, elastic-plastic-creep deformation occurs in tubesheets. Therefore, design of these structures requires simplified models with non-linear equivalent materials for perforated plate. This study proposes a general determination method of non-linear equivalent material properties for perforated plates. Perforated plates have their own effective stress ratio (ESR). ESR is a function of geometry only and is independent from constitutive equations. ESR can determine non-linear equivalent material properties of perforated plates for any kind of constitutive equations of base metals.

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