原子炉配管に対する確率論的破壊力学解析コードPASCAL-SP2の使用手引き及び解析手法(受託研究)

User's manual and analysis methodology of probabilistic fracture mechanics analysis code PASCAL-SP Ver. 2 for piping (Contract research)

山口 義仁 ; 真野 晃宏 ; 勝山 仁哉  ; 眞崎 浩一*; 宮本 裕平*; Li, Y. 

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

日本原子力研究開発機構では、軽水炉機器の構造健全性評価及び耐震安全性評価に関する研究の一環として、原子炉配管を対象とした確率論的破壊力学(PFM: Probabilistic Fracture Mechanics)解析コードPASCAL-SP(PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR - Stress Corrosion Cracking at Welded Joints of Piping)の開発を進めてきた。初版は2010年に公開され、その後もより実用性の高いPFM解析の実現を目的として、最新知見を踏まえて解析対象の拡充や解析手法の高度化等を実施してきた。今般、その成果を反映し、バージョン2.0として公開することとした。最新版では、解析対象の経年劣化事象として、ニッケル合金の加圧水型原子炉一次系水質環境中の応力腐食割れ、ニッケル合金の沸騰水型原子炉環境中の応力腐食割れ、二相ステンレス鋼における熱時効等を新たに加えたほか、最新の応力拡大係数解の導入や溶接残留応力の不確実さ等の評価機能の高度化を行い、より適用範囲が広く信頼性が高い配管の破損確率評価を可能とした。また、経年配管の耐震安全性評価の高度化に資することを目的に、巨大地震を想定した大きな地震応答応力に対応した亀裂進展量評価手法等を導入し、地震フラジリティ評価を可能とした。さらに、確率論的評価に係る影響因子の不確実さを認識論的不確実さと偶然的不確実さに分類し、これらの不確実さを考慮して配管の破損確率の信頼度を評価する機能及びモジュールを新たに整備した。本報告書は、バージョン2.0としてPASCAL-SP2の使用方法及び解析手法をまとめたものである。

In Japan Atomic Energy Agency, as a part of researches on the structural integrity assessment and seismic safety assessment of aged components in nuclear power plants, a probabilistic fracture mechanics (PFM) analysis code PASCAL-SP (PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR - Stress Corrosion Cracking at Welded Joints of Piping) has been developed to evaluate failure probability of piping. The initial version was released in 2010, and after that, the evaluation targets have been expanded and analysis functions have been improved based on the state-of-the art technology. Now, it is released as Ver. 2.0. In the latest version, primary water stress corrosion cracking in the environment of Pressurized Water Reactor, nickel based alloy stress corrosion cracking in the environment of Boiling Water Reactor, and thermal embrittlement can be taken into account as target age-related degradation. Also, many analysis functions have been improved such as incorporations of the latest stress intensity factor solutions and uncertainty evaluation model of weld residual stress. Moreover, seismic fragility evaluation function has been developed by introducing evaluation methods including crack growth analysis model considering excessive cyclic loading due to large earthquake. Furthermore, confidence level evaluation function has been incorporated by considering the epistemic and aleatory uncertainties related to influence parameters in the probabilistic evaluation. This report provides the user's manual and analysis methodology of PASCAL-SP Ver. 2.0.