Proposal of simulation materials test technique and their constitutive equations for structural tests and analyses simulating severe accident conditions

橋立 竜太; 加藤 章一; 鬼澤 高志; 若井 隆純; 笠原 直人*

Proceedings of ASME 2020 Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2020) (Internet), 9 Pages, 2020/08

https://doi.org/10.1115/PVP2020-21397

シビアアクシデント時には、原子力発電所の構造材料は過度の高温にさらされる。過酷事故時の構造物の終局破損様式を把握することは非常に重要であるが、そのようなシビアアクシデント時の破壊メカニズムは明らかにされていない。しかしながら、実際の構造材料を用いて構造物破壊試験を実施することは非常に難しく、かつ高価な試験になる。そこで、実際の構造材料の代わりに鉛合金を使用した構造物破壊試験を提案する。低温での鉛合金構造の破損メカニズムと高温での実際の構造の破損メカニズムとの類似性を実証するには、数値解析が必要である。2019年に数値解析のための非弾性構成方程式を提案したが、鉛合金の材料試験ではばらつきが大きく、提案式は良好に表現することができなかった。本研究では、材料特性を安定させる時効合金を用いた新しい材料試験結果に基づいて、鉛合金の改良非弾性構成方程式を提案する。

Development of a best estimate analysis method on two-phase flow thermal-hydraulics for reduced-moderation water reactors

高瀬 和之; 玉井 秀定; 吉田 啓之; 秋本 肇

Proceedings of International Meeting on Updates in Best EstimateMethods in Nuclear Installations Safety Analysis (BE-2004) (CD-ROM), p.151 - 152, 2004/11

水冷却炉の炉心熱設計は、一般にシステム解析コードやサブチャンネル解析コードを使って行われる。これらのコードは、炉心条件を模擬した体系で行われた膨大な二相流実験の結果をもとに導出された実験式や構成式を使用することで予測性能の向上を図っている。しかしながら、革新的な水冷却炉を実現するためには、これらの実験式や構成式の適用範囲を超える領域での熱流動評価解析手法の確立が要求されている。そこで著者らは、従来の熱設計手法に炉心内の複雑な沸騰二相流挙動を3次元的に予測できる詳細二相流解析手法を組合せたハイブリッドな評価解析手法を提案した。これは、サブチャンネル解析コードNASCAと二相流解析コードTPFITから構成され、NASCAでは炉心全体の解析を行い、TPFITでは炉心局所の3次元情報を解析する。本提案の手法を革新的水冷却炉の熱設計に使用した結果、スペーサー効果,流動様式遷移,液膜流挙動等に関する3次元二相流現象を従来手法より忠実に再現できる見通しが得られた。

Pressure drop characteristics in tight-lattice bundles for reduced-moderation water reactors

玉井 秀定; 呉田 昌俊; 吉田 啓之; 秋本 肇

JSME International Journal, Series B, 47(2), p.293 - 298, 2004/05

低減速軽水炉の熱水力設計のためには稠密燃料集合体における圧力損失特性の把握及びその評価方法が重要である。本論文では、既存の45バンドル試験と原研で実施した7本バンドル試験の結果との比較により、Martinelli-Nelson及びHancoxの評価方法の予測精度を検討した。その結果、二相流の摩擦圧力損失は、水力等価直径が3mm以下の稠密燃料集合体では等価な円管より小さくなることがわかった。この理由は、稠密燃料集合体と円管の流路形状の相違とマイクロチャンネルの効果によるものである。

ハステロイXRのクリープ構成式の定式化; 900および950Cの場合

菊地 賢司; H.J.Penkalla*; 西 宏

日本機械学会論文集,A, 63(613), p.2032 - 2037, 1997/09

https://doi.org/10.1299/kikaia.63.2032

ニッケル基耐熱合金のクリープ構成式を新粘弾性材料モデルに基づいて900,950Cの場合について構成式を導出し、すでに報告した850Cの場合と併せてパラメータqとの温度依存性、並びに含有ホウ素量をコントロールし延性と強度を高め最小クリープ速度を抑えたハステロイXRと、ホウ素量をコントロールしていないハステロイXRに見られるパラメータ特性の相違をも検討した。XRの場合には温度が850から900Cに上昇するとクリープ指数が1.8から1.1に減少したのに対し、950CハステロイXRでは1.4となった。は850CのXRに較べて、900CのXR及び950CのXRは低応力側で急激にが大きくなっている。は900,950Cの場合にはが低応力側で大きく一次クリープの期間が応力の低下につれて相対的に短くなることがわかった。

Effect of the rapid evaporation on the motion of melt drops during the coarse mixing process of vapor explosions

Y.Yang*; 大橋 弘忠*; 杉本 純

Eighth Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-8), 2, p.663 - 670, 1997/00

蒸気爆発の粗混合過程を解析するコードで使用される構成式では、通常、抵抗力に対する蒸気の影響を考えていない。しかし、高温溶融物の周りで蒸発が不均一であると、圧力分布も非常に不均一になり易い。この不均一な圧力分布は高温溶融物の受ける抵抗力に影響を及ぼす。本論文では冷却材の自由界面にある高温粒子と冷却材中にある高温粒子について、周囲の蒸気膜中での圧力分布を分析し、蒸気抵抗力モデルを開発した。自由界面では、蒸気が全部高温粒子の下部のみで発生するので、蒸気の圧力は一方向に働くため、大きな抵抗力で粒子の落下速度は大幅に低下する。特に、粒子温度が2500K以上なら、この蒸気抵抗力は無視できないことを明らかにした。水中の粒子については、蒸気抵抗力が蒸気の圧力と冷却材の圧力の比に正比例することを示した。この蒸気抵抗力モデルを蒸気爆発解析コードCHAMP/VEに組込んで、Winfrith Technology Centre(UK)で行った蒸気爆発の粗混合実験MIXA06を解析し、従来の抵抗力モデルとの比較を行った。本モデルの有効性を明らかにした。

面内及び面外曲げ荷重下における曲がり管のクリープ疲労変形

加治 芳行; 菊地 賢司; 武藤 康

日本機械学会論文集,A, 61(586), p.1145 - 1152, 1995/06

https://doi.org/10.1299/kikaia.61.1145

空気中900Cで母材及び溶接部を有する試験体について、完全両張り変位制御の面内及び面外曲げ疲労試験を行い、破損サイクル数に及ぼす保持時間及び変位速度の影響について実験的に調べた。また有限要素法を用いた弾性クリープ解析を行い、破損寿命の予測を行った。その結果、以下の結論を得た。(1)最大変位で保持時間を挿入することにより破損サイクル数は急速に小さくなる。(2)溶接部の健全性は確保されている。(3)クリープ構成として2次クリープのみのNorton型の構成式を用いた方が、1次+2次クリープを考慮したGarofalo型の構成式を用いた場合に比べて安全側の破損寿命予測結果となる。(4)解析に用いる要素として、梁要素と厚肉シェル要素を用いた場合とでほぼ同等の破損寿命を予測する。

Creep-fatigue deformation on curved tubes of Hastelloy XR under in-plane and out-of-plane bending

加治 芳行; 武藤 康

Proc. of the 12th Int. Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology,Vol. L; SMiRT 12, p.129 - 134, 1993/00

高温ガス炉の中間熱交換器の伝熱管は、起動停止時の熱膨張による熱応力を受ける。特に曲り管は、中間熱交換器構造物の中での重要なものの1つである。冷却系の圧力境界となっていることから伝熱管の寿命に対する安全率を確認することは重要である。そこで高温曲り管多軸試験機を製作し、変位制御の面内および面外曲げ試験を行った。その結果をFEMコードABAQUSの解析結果と比較検討した。面内および面外曲げ疲労試験において主き裂の位置および進展方向は、解析結果とよく一致した。クリープ構成式を用いた非弾性解析結果をもとに時間分数和則によって予測した寿命と実験値の比較を行う。

ハステロイXRの950Cにおけるクリープ曲線の定式化

加治 芳行; 武藤 康

JAERI-M 91-023, 62 Pages, 1991/03

JAERI-M-91-023.pdf:1.88MB

Ni基耐熱合金ハステロイXRを用いて、大気中950Cにおいて応力一定のクリープ試験を行い、最小クリープひずみ速度、3次クリープ開始点及びクリープ破断時間等のパラメータと応力との関係を求めた。さらに、これらのパラメータを用い、1次+2次クリープ領域にGarofaloの式、3次クリープ領域にKachanov-Rabotnovの式を適用して、クリープ構成式を作成した。クリープ構成式を用いて算出したクリープ曲線を実験で得られたクリープ曲線と比較した結果、かなり良くクリープ挙動を再現し得ることがわかった。さらに応力一定クリープ試験におけるクリープ構成式とひずみ硬化則とを用いて、定荷重クリープ曲線を推定し、同一材料で行った定荷重クリープ試験結果と比較検討した。その結果推定曲線の方が、実際の定荷重クリープ曲線よりも大きめのクリープひずみを示し、短寿命となっていることがわかった。

定応力クリープ試験によるクリープ曲線の定式化

加治 芳行; 武藤 康

JAERI-M 89-210, 45 Pages, 1989/12

JAERI-M-89-210.pdf:1.2MB

高温ガス炉の高温構造用部材として研究対象となっているNi基耐熱合金ハステロイXR-IIを供試材料として、応力一定のクリープ試験を行い、最小クリープひずみ速度及び3次クリープ開始点、クリープ破断時間等のパラメータと応力との関係を求めた。さらに、これらのパラメータを用い、1次+2次クリープ領域にGarofaloの式、3次クリープ領域にKachanov-Rabotnovの式を適用して、クリープ構成式を作成した。クリープ構成式を用いて算出したクリープ曲線を実験で得られたクリープ曲線と比較した結果、かなり良くクリープ挙動を表し得ることがわかった。さらにクリープ構成式とひずみ硬化則とを用いて、リラクセーション解析を行い、リラクセーション試験結果と比較検討を行った。その結果、解析結果が高めの応力を推定することがわかり、クリープ構成式の精度に関してはさらに検討が必要である。

過渡熱水力解析コードMINCSの開発 (MINCS-PIPEの開発)

秋元 正幸; 平野 雅司; 新谷 文将; 原見 太幹

JAERI-M 84-202, 97 Pages, 1984/11

JAERI-M-84-202.pdf:1.86MB

軽水炉の安全解析や設計では過渡ニ相流の解析が極めて重要である。最近の関連する多くの実験や解析手法の進展と相まって過渡ニ相流の理解が深まっているが、複雑なモデル過程、相間の交換項などの構成式の精度が問題である。本報では軽水炉の過渡熱水力解析コードMINCSの開発方針と計画を報告し、併せて均質平衡流(1V1T)モデルからニ流体非平衡(2VI2T)モデルまでの各種ニ相流モデルの構成式を調べる計算コードMINCS-PIPEの開発を行ったので、この内容を報告する。