弾塑性破壊力学パラメータに基づく繰返し過大荷重による配管材のき裂進展評価法の提案

A Proposal for evaluation method of crack growth due to cyclic overload for piping materials based on an elastic-plastic fracture mechanics parameter

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

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

耐震設計時に想定した地震動を超える大きさの地震動が観測された新潟県中越沖地震や残余のリスクも考慮するよう改定された耐震設計指針を受けて、原子炉機器の耐震安全性に関し、大規模な塑性変形を伴う繰返し荷重によるき裂進展評価が重要である。繰返し荷重による疲労き裂進展速度は通常、応力拡大係数範囲(K)を用いて評価される。しかし、応力拡大係数は小規模降伏条件下で適用可能な概念であるため、それを超える負荷に対して弾塑性破壊力学パラメータJ積分を用いたき裂進展評価方法を検討した。配管材料を用いたき裂進展試験結果から、繰返しき裂進展には疲労き裂進展と延性き裂進展が重畳していることが示された。また、過大荷重後のき裂進展速度の遅延効果に関して、Kに基づくWheelerモデルにJ積分を導入した新たなモデルを提案し、実験から得られた遅延効果を評価するためJを適用したモデルを提案した。これらから、疲労き裂進展及び延性き裂進展並びに過大荷重後の遅延効果を考慮したき裂進展評価法を提案した。

The magnitude of Niigata-ken Chuetsu-Oki earthquake in 2007 was beyond the assumed one provided in seismic design. Therefore it becomes an important issue to evaluate the crack growth behaviors due to the cyclic overload like large earthquake. Fatigue crack growth is usually evaluated by Paris's law using the range of stress intensity factor (K). However, K is inappropriate in a loading condition beyond small scale yielding. In this study, the crack growth behaviors for piping materials were investigated based on an elastic-plastic fracture mechanics parameter, J-integral. It was indicated that the crack growth due to the cyclic overload beyond small scale yielding could be the sum of fatigue and ductile crack growth. The retardation effect of excessive loading on the crack growth was observed after the loading. The modified Wheeler model using J-integral has been proposed for the prediction of retardation effect. Finally, an evaluation method for crack growth behaviors due to the cyclic overload was suggested.