Experimental and analytical studies on the effect of excessive loading on fatigue crack propagation in piping materials

配管材料での疲労き裂進展における過大荷重の影響の実験及び解析による評価

山口 義仁 ; 勝山 仁哉  ; 鬼沢 邦雄 ; 杉野 英治*; Li, Y.* ; 矢川 元基*

Yamaguchi, Yoshihito; Katsuyama, Jinya; Onizawa, Kunio; Sugino, Hideharu*; Li, Y.*; Yagawa, Genki*

耐震設計審査指針の改定に伴い、設計基準地震動を超えるような大きな地震動に対する残余のリスクの評価が求められている。また、新潟県中越沖地震では設計基準地震動を上回る大きさの地震が発生した。このため、SCCや疲労き裂を有する配管に負荷される過大な地震荷重の影響評価が必要である。き裂進展に及ぼす過大荷重の影響として、き裂進展速度の遅延が知られている。そこで、本研究では、沸騰水型原子力発電所の配管系で用いられる炭素鋼(STS410)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316)について、実験及びFEM解析により、過大荷重によるき裂進展遅延効果の定量評価を行った。また、これらの結果を踏まえた決定論的解析及び確率論的破壊力学(PFM)解析により、大地震時におけるき裂進展及び破壊に及ぼす過大荷重の影響を評価した。決定論的き裂進展解析からは、SUS316と比較してSTS410において、き裂進展遅延効果が大きく現れることが示された。PFM解析では、破壊確率に与える地震時のき裂進展遅延の影響を検討した。

Niigata-ken Chuetsu-oki earthquake was actually happened, whose magnitude was beyond the assumed one provided in seismic design, in July 2007. Through these events, it is becoming the focus of attention to evaluate an effect of large scale earthquake while the SCC and/or fatigue-crack are assumed to piping. Many previous papers have been already published about the retardation effect on fatigue crack growth by excessive loading. The retardation effect is treated qualitatively relating to plastic strain generated by excessive loading. In this work, the crack growth after the excessive loading is evaluated for carbon steel and austenitic stainless steel. Some cyclic excessive loading patterns such as stepwise increase or decrease were applied to fatigue-crack-growth experiments. The FEM analyses were conducted to evaluate the plastic region size during such loading conditions. The PFM analyses were conducted to evaluate the retardation of crack growth influence the probability of failure.