Direct damage evaluation method for thermal fatigue based on power spectrum density functions

パワースペクトル密度関数に基づく熱疲労による疲労損傷の直接評価法

酒井 信介*; 本田 圭*; 岡島 智史*; 泉 聡志*; 笠原 直人

Sakai, Shinsuke*; Honda, Kei*; Okajima, Satoshi*; Izumi, Satoshi*; Kasahara, Naoto

原子力プラントの高低温流体の合流部では、サーマルストライピング現象による疲労損傷に対する健全性の評価が求められる。笠原らは、本現象によって配管壁面に発生する、熱応力のパワースペクトル密度(PSD)を評価する手法を提案している。評価された応力PSDから、応力変動のシミュレーションとレインフロー法による応力振幅の計数を行うことで、疲労損傷量の評価が可能である。しかしこの手順は、設計時にパラメータスタディを行うためには計算負荷が大きく、より簡便な評価手法が求められている。そこで、応力PSDの統計的特徴量から疲労損傷量を簡易評価する手法として有望な、損傷量近似値及び上下限値を評価可能なLCC法を取り上げ、本現象への適用性を調査し、それに基づき本現象に適した簡易評価手法を開発した。

At an incomplete mixing area of high and low temperature fluids, fluid temperature fluctuation often occurs. It induces cyclic thermal stresses in the wall, which may result in fatigue crack initiation. Kasahara et al. proposed the thermal fatigue evaluation method based on power spectrum density (PSD). This method generalizes the evaluation procedure by preparing PSD charts of fluid and frequency transfer functions of stress for various kinds of plant components. From design point of view, however, this method is too complicated due to the inverse Fourier transform and wave decomposition procedures named Rain Flow Cycle Counting (RFC). In this paper, simplified damage evaluation method for thermal fatigue is proposed by directly evaluating fatigue damage from PSD of stress.