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Experimental demonstration of failure modes on bellows structures subject to internal pressure

内圧を受けるベローズ構造における破壊モードの実験的検証

安藤 勝訓; 矢田 浩基; 月森 和之; 一宮 正和*; 安濃田 良成*

Ando, Masanori; Yada, Hiroki; Tsukimori, Kazuyuki; Ichimiya, Masakazu*; Anoda, Yoshinari*

本研究では、設計基準を超えた状況におけるベローズ構造の限界圧力評価法を開発するためベローズ構造の耐圧破壊試験と有限要素解析を行った。内圧試験は、室温下でベローズ試験体に加圧された水を供給することにより行い、漏えいが観察されるまで加圧した。ガードパイプ付き0.5mm厚ベローズ試験体の最大圧力はガードパイプなしの試験体の最大圧力よりも大きく、ベローズ構造が大きく膨らみ延性破損が観察された。一方、0.5mm厚のガードパイプなしの試験体では、ベローズの初期設定条件にかかわらず、局部破損が確認された。1.0mmの厚さのベローズ試験体では、1層および2層ベローズの両方で延性破損が観察された。すべての試験で得られた最大圧力は、EJMA標準によるインプレーン不安定性に基づく設計圧力の制限の推定結果より約10倍大きかった。しかし、試験で確認された3つの破壊モードは、複雑な変形挙動を伴うため通常の有限要素法解析で模擬することは難しくため、いくつかの限界圧力の評価手順を適用し試験結果の対比を整理した。

In this study, in order to develop the evaluation method of the pressure toughness of bellows structure under the beyond design base event, the pressure failure tests and finite element analysis (FEA) of the bellows structure subjected to internal pressure were performed. In the test of five convolutions 0.5 mm-thickness bellows specimen with guard pipe, the maximum pressure was larger than those in the tests without guard pipe specimens and ductile failure was observed. On the other hand, in the test of five convolutions 0.5 mm-thickness bellows specimen without guard pipe, local failure was observed. In the test of the six convolutions 1.0 mm-thickness bellows specimen, ductile failure was observed in the both single and double ply bellows. The maximum pressure obtained in all tests were about 10 times larger than the estimated results of limiting design pressure based on in-plain instability by the EJMA standards.

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