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

配管材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; Li, Y.*; 矢川 元基*

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

耐震設計審査指針の改定や、新潟県中越沖地震で観測された設計基準地震動を上回る大きさの地震に対して、SCCや疲労き裂が存在する配管にこのような過大な地震荷重が及ぼす影響の評価が必要である。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)を用いて、繰返し荷重を受ける場合のき裂進展挙動に関し、実験及びFEM解析により評価を行った。繰返し荷重の振幅及び最大荷重が増加する場合と低減する場合を設定し、荷重低下後におけるき裂進展の遅延効果を確認した。このき裂進展遅延効果は、SUS316よりSTS410において大きく現れることが示された。また、遅延効果に対して提案されているWheelerモデルについて、適用性を明らかにした。さらに、これらの結果を踏まえた確率論的破壊力学(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。Wheelerモデルを用いた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はほとんど現れないことを確認した。

Since the seismic regulatory guide was revised and the Niigata-ken Chuetsu-oki earthquake occurred, attention is being drawn to the evaluation of the effects of large scale earthquakes for piping systems in which cracks may potentially occur. In this work, crack growth behaviors after excessive loading were experimentally and analytically evaluated for carbon steel and austenitic stainless steel. Increase and decrease pattern of load amplitude and maximum load of cyclic loading were applied to fatigue crack growth test. According to these results, retardation effect of crack growth was confirmed after excessive loading. In addition, applicability to the retardation effect of the modified Wheeler model was elucidated. We confirmed the retardation effect hardly influence the failure probability based on seismic loading by the probabilistic fracture mechanics (PFM) analyses with the Wheeler model.

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パーセンタイル:62.1

分野:Engineering, Mechanical

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