Experimental study on failure estimation method for circumferentially cracked pipes subjected to multi-axial loads

多軸荷重条件が負荷された場合の周方向き裂を有する配管の破壊評価手法に関する試験的研究

Li, Y. ; 長谷川 邦夫; 三浦 直樹*; 星野 克明*

Li, Y.; Hasegawa, Kunio; Miura, Naoki*; Hoshino, Katsuaki*

原子力配管系の重要な荷重条件は、内圧、曲げ荷重及びねじり荷重である。これまでの周方向き裂を有する配管の破壊評価手法は内圧及び曲げ荷重を考慮しているが、ねじり荷重を考慮していない。この背景を踏まえ、著者らはこれまでに有限要素法による極限荷重解析により、ねじり荷重の影響も考慮したき裂を有する配管の破壊評価手法を提案した。本研究では、周方向き裂を有するステンレス鋼小型配管試験体を対象に内圧による引張荷重、曲げ荷重及びねじり荷重を同時に負荷した破壊試験を実施した。これまでに提案した破壊評価手法により予測した破壊荷重は試験結果とよく一致したことから、提案手法の妥当性が確認できた。

The failure estimation method in ASME Code Section XI accounts for the bending moment and axial force due to pressure into account. The torsion moment is not considered. Recently, analytical investigations have been carried out by several authors on the limit load of cracked pipes considering multi-axial loads including torsion and two failure estimation methods for multi-axial loads including torsion moment with different ranges of values have been proposed. In this study, to investigate the failure behavior of cracked pipes subjected to multi-axial loads including the torsion moment and to provide experimental support for the failure estimation methods, failure experiments were performed on 20 mm diameter pipes with a circumferential surface crack or a through-wall crack under combined axial force and bending and torsion moments. Based on the experimental results, the proposed failure estimation methods were confirmed to be applicable to cracked pipes subjected to multi-axial loads.