Effect of local plastic component on crack opening displacement and on J-integral of a circumferential penetrated crack

周方向貫通亀裂の開口変位及びJ積分に及ぼす局所塑性変形の影響

町田 秀夫*; 荒川 学*; 若井 隆純 

Machida, Hideo*; Arakawa, Manabu*; Wakai, Takashi

本研究は、Na冷却高速炉(SFR)の破断前漏えい(LBB)評価に適用可能な周方向貫通き裂の開口変位(COD)とJ積分評価に及ぼす局所塑性変形の影響について述べる。J積分とCOD評価法は一般に弾性成分と塑性成分の和として定式化され、これまでにこれら2つの成分に基づく評価式が数多く提案されている。しかしながら、厳密には、塑性成分は、局所塑性成分と大規模塑性成分とからなる。従来の評価方法の多くは、塑性成分として大規模塑性成分のみを考慮することが多い。その理由は、局所塑性成分の影響は、加工硬化の小さい材料を除いて、大規模塑性成分のそれよりはるかに小さいからである。ただ、SFR配管の候補材料の1つである改良9Cr-1Mo鋼のように、降伏応力が大きく加工硬化が小さい材料では、J積分およびCODに対する局所塑性成分の影響は無視できない。そこで、有限要素解析(FEA)結果に基づいて、J積分およびCODに対する局所塑性成分の影響を考慮した式を提案し、亀裂評価に適用しやすいようにした。計算式は、日本機械学会から発行されるSFR機器のLBB評価に関するガイドラインで採用される。

This paper describes the effect of local plastic component on J-integral and crack opening displacement (COD) evaluation of a circumferential penetrated crack, applicable to the leak before break (LBB) assessment for sodium cooled fast reactor (SFR) components. J-integral COD evaluation methods are generally formulated as a summation of elastic and plastic components, and so far many evaluation formulae based on these two components have been proposed. However, strictly, the plastic component consists of local plastic and fully plastic components. Many of the conventional evaluation methods often consider only the fully plastic component as the plastic component. The reason for this is that the effect of the local plastic component is much smaller than that of the fully plastic component excluding materials with extremely small work hardening. In contrast, for materials with high yield stress and small work hardening, such as modified 9Cr-1Mo steel which is one of the candidate materials for SFR piping, the effect of the local plastic component on J-integral and COD cannot be ignored. Therefore, the authors propose formulae taking the effect of local plastic component on J-integral and COD into account, based on finite element analysis (FEA) results, so that it is easy to apply to crack evaluation. The formulae will be employed in the guidelines on LBB assessment for SFR components published from Japan Society of Mechanical Engineers (JSME).