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A New probabilistic evaluation model for weld residual stress

溶接残留応力に係る新たな確率論的評価モデル

真野 晃宏; 勝山 仁哉; 宮本 裕平*; 山口 義仁; Li, Y.

Mano, Akihiro; Katsuyama, Jinya; Miyamoto, Yuhei*; Yamaguchi, Yoshihito; Li, Y.

溶接残留応力(WRS)は、確率論的破壊力学(PFM)に基づく亀裂を有する配管溶接部の破損確率評価において最も重要な影響因子の一つであるとともに、大きな不確実さを有する。既存のPFM解析コードにおけるWRSの確率論的評価モデルでは、有限要素解析から得られる板厚内の複数の離散点におけるWRS値の不確実さが考慮されるが、板厚方向のWRSの分布形状が考慮されないため、板厚内におけるWRS値の相関関係や力のつり合いに関する複雑でユーザー依存の追加処理を行う必要がある。本研究では、より合理的なWRSの確率論的評価モデルとして、有限要素解析に基づくWRS解析結果をフーリエ余弦級数で表現し、WRS分布の不確実さをフーリエ余弦級数の係数の確率分布を用いて表現する確率論的評価モデルを提案した。フーリエ余弦級数の係数は、板厚内の特定位置におけるWRS値の大きさと板厚方向におけるWRSの分布形状の両方を同時に考慮して決定されるため、板厚内におけるWRS値の相関関係や力のつり合いが考慮されている。提案したWRS評価モデルは、解析コードのユーザー依存性がなく、簡単かつ合理的にWRSの不確実さを考慮できるため、PFM解析において有用であると結論した。

Weld residual stress (WRS) is one of the most important factors in the structural integrity assessment of piping welds, and it is considered a driving force for crack growth. It is characterized by large uncertainty. For more rational assessment, it is important to consider the uncertainty of WRS for evaluating crack growth behavior in probabilistic fracture mechanics (PFM) analysis. In existing PFM analysis codes, WRS uncertainty is set by statistically processing the results of multiple finite element analyses. This process depends on the individual performing PFM analysis, which may lead to uncertainties whose sources would be different from the original WRS. In this study, we developed a new WRS evaluation model based on Fourier transformation, and the model was incorporated into PASCAL-SP, which has been developed by Japan Atomic Energy Agency. Through improvements to the code, WRS uncertainty can be considered automatically and appropriately by inputting multiple WRS analysis results directly as input data for PFM analysis.

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