Probabilistic prediction of crack depth distributions observed in structures subjected to thermal fatigue

熱疲労により構造物に生じたき裂の深さ分布の確率論的評価

浅山 泰 ; 高正 英樹*; 加藤 猛彦*

Asayama, Tai; Takasho, Hideki*; Kato, Takehiko*

高速増殖炉のような新型炉の開発にあたっては、リスクベース技術を供用期間中検査にとどまらず、プラントのライフサイクルを見渡したうえで機器や系統の設計に適用してゆく必要がある。そのためには、運転経験が蓄積されていなくても機器の破損確率を評価できる解析的方法を開発する必要がある。このような方法は実際の破損メカニズムを踏まえたものである必要がある。このために、疲労破損について、確率論的構造健全性評価法を開発した。本方法は確率論的破壊力学手法の拡張であるが、き裂の発生,進展に加えて、任意のサイクルにおけるき裂深さの分布を評価することができる。本方法を検証するために熱疲労を受けた構造物のき裂深さ分布を評価したところ、良好な精度で評価できた。この事実はいままで不可能と考えられていた、確率論的破壊力学手法を実験的に検証する可能性を示すものである。本方法は将来的に原子力機器の供用期間中検査の最適化のみならず設計時の安全係数の最適化等にも適用できると考えられる。

The application of risk-based technologies is the way to be pursued for the improvement of design of new reactors such as fast breeder reactors. When doing so it is necessary to develop an analytical method that is capable of estimating failure probabilities without a large failure database that requires operational experiences. The prediction method should estimate failure probabilities based on actual mechanisms that cause failure. For this purpose, this study developed a probabilistic structural reliability evaluation method for fatigue. This method is capable of modeling crack initiation, crack propagation, as well as crack depth density distribution at a given cycle. To verify the methodology, crack depth distribution observed in thermal fatigue test specimens were evaluated, and it was shown that the method could reproduce the observed crack depth distributions fairly well. Further improvement will allow this methodology to be applied to the procedure of optimization of inservice inspection planning, as well as to the optimization of safety factors in component design of nuclear plants.