Constraint effect on fracture behavior of underclad crack in reactor pressure vessel

原子炉圧力容器のクラッド下亀裂の破壊挙動に及ぼす拘束効果

下平 昌樹 ; 飛田 徹; 高見澤 悠 ; 勝山 仁哉  ; 塙 悟史 

Shimodaira, Masaki; Tobita, Toru; Takamizawa, Hisashi; Katsuyama, Jinya; Hanawa, Satoshi

JEAC4206-2016における原子炉圧力容器の構造健全性評価では、材料の破壊靭性が、想定欠陥であるクラッド下半楕円亀裂の先端における応力拡大係数よりも高いことが求められている。しかしながら、破壊靭性試験片と想定亀裂の亀裂深さやクラッドの有無といった違いにより、塑性拘束状態や破壊靭性評価に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、クラッド下亀裂が破壊靭性評価に及ぼす影響を調べるため、3点曲げ破壊靭性試験及び有限要素解析を実施した。その結果、クラッド下亀裂の塑性拘束が表面亀裂のそれに比べて弱いことを解析によって示した。さらに、クラッド下亀裂の弱い塑性拘束の影響により、クラッド下亀裂の破壊靭性が表面亀裂よりも見かけ上高くなることを実験及びローカルアプローチによって明らかにした。

In the structural integrity assessment of a reactor pressure vessel (RPV), the fracture toughness (K) should be higher than the stress intensity factor at the crack tip of an under-clad crack (UCC), which is prescribed in JEAC4206-2016. However, differences in crack depth and existence of cladding between the postulated crack and fracture toughness test specimens would be affected to the plastic constraint state and K evaluation. In this study, we performed fracture toughness tests and finite element analyses (FEAs) to investigate the effect of cladding on K evaluation. FEA showed that the cladding decreased the plastic constraint in the UCC rather than the surface crack. Moreover, it was also found that the apparent K for the UCC was higher than that for the surface crack from tests and the local approach.