Application of a first-order method to estimate the failure probability of component subjected to thermal transients for optimization of design parameters

設計パラメータ最適化にむけた熱過渡を受ける機器の構造健全性を確率論的形式で評価する一次手法の適用

岡島 智史 ; 森 健郎 ; 菊地 紀宏  ; 田中 正暁  ; 宮崎 真之

Okajima, Satoshi; Mori, Takero; Kikuchi, Norihiro; Tanaka, Masaaki; Miyazaki, Masashi

本論文では、設計最適化のため熱過渡を受ける機器の破損確率を見積もる簡便な手順を提案する。破損確率は、機器の構造健全性の指標として多様な破損メカニズムに共通して利用できる。一回の評価に要する解析の回数を低減するため、最適化のための破損確率評価に一次近似二次モーメント法(FOSM法)を適用するとともに、実験計画法で用いられる直交表を入力パラメータ算出のための解析条件設定に利用した。また、熱過渡応力の時刻歴算出にあたり、有限要素解析に代えてランプ応答の重ね合わせを利用した。炉停止による熱過渡を受ける円筒容器の板厚最適化を行う例題を通じて、提案手法が板厚に応じた破損確率を現実的な計算コストで算出可能であることを確認した。

In this paper, we propose the simplified procedure to estimate failure probability of components subjected to thermal transient for the design optimization. Failure probability can be commonly used as an indicator of component integrity for various failure mechanisms. In order to reduce number of analyses required for one estimation, we have adopted the First Order Second Moment (FOSM) method as the estimation method of failure probability on the process of the optimization, and an orthogonal table in experiment design method is utilized to define conditions of the analyses for the evaluation of the input parameters for the FOSM method. The superposition of ramp responses is also utilized to evaluate the time history of thermal transient stress instead of finite element analysis. Through the demonstration study to optimize thickness of cylindrical vessel subjected to thermal transient derived from shutdown, we confirmed that the procedure can evaluate the failure probability depending on the cylinder thickness with practical calculation cost.