Applicability of fracture evaluation method based on local approach to an irradiated low-alloy steel

照射された低合金鋼に対するローカルアプローチに基づく破壊評価手法の適用性確認

下平 昌樹 ; 河 侑成  ; 山口 義仁 ; 端 邦樹 ; 勝山 仁哉  

Shimodaira, Masaki; Ha, Yoosung; Yamaguchi, Yoshihito; Hata, Kuniki; Katsuyama, Jinya

原子炉圧力容器(RPV)の構造健全性評価では、RPV中に想定した仮想欠陥を想定した場合の応力拡大係数と、破壊靭性試験片等により求められた破壊靭性値とを比較する。RPV中の仮想欠陥はその大きさが板厚に比べて小さく、塑性拘束が弱い。このような塑性拘束が弱い仮想欠陥から求めた応力拡大係数を、塑性拘束が強い破壊靭性試験片で得られた破壊靭性値と比較することは、過度に保守的な評価結果をもたらす可能性がある。近年、より合理的にRPVの構造健全性を行うための手法としてローカルアプローチに基づく破壊評価手法が提案されている。ローカルアプローチは、塑性拘束状態に依存しないワイブル応力を指標とすることによって、破壊靭性分布を評価可能な手法である。この評価手法を今後RPVに適用していくためには、中性子照射を受けた低合金鋼に対して適切なワイブル応力及び破壊靭性分布が得られることを確認する必要がある。本研究では、ワイブル応力の算出に必要なワイブル形状母数m及びワイブル応力から破壊確率を求めるために必要な尺度母数に着目した。中性子照射前後の低合金鋼に対して破壊靭性試験及び有限要素解析を実施することにより、上述のパラメータに対する中性子照射の影響を調べた。その結果、ワイブル応力のばらつきの大きさに相当するm値は、照射の影響をほとんど受けないことがわかった。一方、照射材の破壊靭性分布を精度よく予測するためには、照射後の引張特性の変化を考慮してを最適化する必要があることがわかった。

In the structural integrity assessment of the reactor pressure vessels (RPVs), the stress intensity factor acting on the tip of a postulated crack compares with fracture toughness evaluated by the fracture toughness test. The plastic constraint of the postulated crack is lower than the fracture toughness specimen due to the shallow crack depth. Assessing the structural integrity of the RPV with a low-constraint specimen may give an overly conservative result. Recently, a rational fracture assessment method has been developed for RPVs based on the local approach (LA). The LA can estimate the fracture toughness distribution using the Weibull stress, an index of the fracture independent of the plastic constraint. To apply the LA for RPV, it must be confirmed to accurately estimate the Weibull stress and the fracture toughness distribution. In this study, we focused on Weibull parameters, such as shape parameter m and the scaling factor , which are used to calculate the Weibull stress and the fracture probability, respectively. The effect of neutron irradiation on these parameters was investigated by conducting fracture toughness tests and finite element analyses. As a result, the m value corresponding to the uncertainty of the Weibull stress was not affected by irradiation. In contrast, it was found that the value should be optimized to accurately estimate the fracture toughness distribution for irradiated steel, considering the change in the tensile property.