Impact analysis of three-dimensional frame structures; An Application for piping structures of a nuclear power plant

3次元フレーム構造物の衝撃解析; 原子力プラントの配管系構造への適用

西田 明美  

Nishida, Akemi

原子力プラントにおいてその安全性と機能性を維持し続けることは、非常に重要な課題である。特に、最近配管系の損傷による事故が発生し、配管系構造物の挙動解明の必要性が強く要求されている。本研究の目的は、詳細解析ツールを開発し、複雑な構造の集合体である原子力プラントの配管系構造の動的挙動を調査することにある。本研究では、チモシェンコ理論を基礎とするスペクトル要素法(SEM)による波動伝播解析のための3次元フレーム要素の定式化を示す。適用例として大洗研究開発センターの高温工学試験研究炉(HTTR)の配管系の波動伝播解析及び固有値解析を行い、従来よりも高周波数域での応答を精度よくとらえていることを確認した。また、模型実験結果と解析結果を比較し、本定式化の有効性を示した。

Because some accidents caused by high-frequency vibrations of piping have been recently reported, the clarification of the dynamic behavior of the piping structure during operation is imperative in order to avoid such accidents. The aim of our research is to develop detailed analysis tools and to determine the dynamic behavior of piping systems in nuclear power plants, which are complicated assemblages of different parts. In this study, a three-dimensional frame element for wave propagation analysis is formulated by using the spectral element method based on the Timoshenko beam theory. An application example to the wave propagation analysis and eigenvalue analysis for one of the piping systems of the High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR) of The Oarai Research and Development Center, JAEA, is shown. Further, a multi-connected structure is analyzed and compared with the experimental results. Consequently, the applicability of the SEM is shown.