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論文

Core seismic experiment and analysis of full scale single model for fast reactor

山本 智彦; 北村 誠司; 岩崎 晃久*; 松原 慎一郎*; 岡村 茂樹*

Proceedings of 2017 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2017) (CD-ROM), 10 Pages, 2017/07

高速炉の地震時における炉心群振動挙動を把握するため、炉心の流体構造連成、鉛直方向変位(跳び上がり)を含めた地震時炉心の3次元群振動挙動を評価するための炉心耐震解析手法を構築した。また、実寸大単体、1/1.5縮尺群体系、1/1.5縮尺列体系、1/2.5縮尺多数体系と、段階的に検証データを取得するための振動試験を実施し、開発した3次元炉心群振動解析コード(REVIAN-3D)の比較検証を実施した。本論文は、実寸大単体試験の結果及びこの試験結果を用いた炉心耐震解析手法の検証結果をまとめたものである。高速炉炉心は、下部支持板に自立した数百の炉心構成要素で構成されており、それぞれは微小な隙間を持って流体中に配置されている。炉心構成要素は熱伸びとスウェリングの影響を回避するため、鉛直方向変位を拘束するための支持を持っていない。近年、日本では想定される地震動が大きくなり、鉛直方向の地震動が重力加速度を超えることで、炉心構成要素の鉛直方向変位(跳び上がり)と水平方向変位を同時に考慮する必要が生じた。この3次元振動挙動は、周囲冷却材からの流体力や周囲構造物との干渉の影響を受ける。

論文

Ultimate strength of a thin wall elbow for sodium cooled fast reactors under seismic loads

渡壁 智祥; 月森 和之; 北村 誠司; 森下 正樹

Journal of Pressure Vessel Technology, 138(2), p.021801_1 - 021801_10, 2016/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.25(Engineering, Mechanical)

配管の終局強度や破損様式を把握することは、設計評価の信頼性及び合理化の観点から重要である。軽水炉で使用される外径/板厚比が比較的小さい厚肉配管については、破損様式が疲労破壊であることが過去の検討によって示されてきたが、外径/板厚比が比較的大きい高速炉用薄肉配管の破壊試験データはほとんどない。本研究では、高速炉で用いられる薄肉配管の破損様式を把握するために実施した動的破壊試験結果について報告する。結果から、地震荷重下での薄肉配管の破損様式は疲労であることを示し、現行の配管設計評価には、大きな余裕が含まれていることを確認した。

論文

配管の多入力応答に関する研究; 3点支持された配管試験体の3入力加振試験

渡壁 智祥; 金子 尚昭*; 相田 重一*; 大谷 章仁*; 月森 和之; 森泉 真; 北村 誠司

Dynamics and Design Conference 2013(D&D 2013)講演論文集(USB Flash Drive), 8 Pages, 2013/08

配管系の地震応答解析を実際の振動応答挙動に近いものとするためには、多点入力解析を取り入れる必要がある。多点入力解析手法に関する理論的検討は過去に複数実施されているものの、解析手法の妥当性について配管実挙動と比較したものは少なく、十分な検討がなされているとは言えない。そこで、本研究では、多点入力解析法の妥当性及び適用性を検証することを目的とし、本報では、複数の支持点を有する3次元配管モデルを用いた多点入力加振試験を実施した。

論文

多質点系モデルを用いた振動破損実験におけるエネルギーの振る舞い

関 一*; 藤田 聡*; 皆川 佳祐*; 北村 誠司; 渡壁 智祥

Dynamics and Design Conference 2013(D&D 2013)講演論文集(USB Flash Drive), 8 Pages, 2013/08

本研究では、現行耐震評価手法の合理化を目的として、構造物に蓄積されるエネルギーに着目した振動挙動の検討を進めてきた。本報では、構造物に蓄積されるエネルギーに着目し、2質点系モデルの振動実験を行い、総エネルギー入力と破損の相関関係について確認した。

論文

Study on ultimate strength of thin-wall piping components for fast breeder reactors under seismic loading

渡壁 智祥; 北村 誠司; 月森 和之; 森下 正樹

Transactions of 22nd International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-22) (CD-ROM), 10 Pages, 2013/08

配管の終局強度や破損様式を把握することは、設計評価の信頼性及び合理化の観点から重要である。本件では、高速炉で用いられる外径/板厚比が比較的大きい薄肉配管の破損様式を把握するために実施した動的破壊試験結果について報告する。

論文

Study on piping response under multiple excitation, 1; Triple shaking table test of piping having three-supporting points

渡壁 智祥; 金子 尚昭*; 相田 重一*; 大谷 章仁*; 森泉 真*; 月森 和之; 北村 誠司

Proceedings of 2013 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2013) (DVD-ROM), 8 Pages, 2013/07

現行の配管耐震解析に多入力解析を適用することで配管強度評価の合理化が期待できる。本件では、3点支持配管供試体及び3振動台を用いた加振試験を実施し、多入力を受ける配管の実挙動について調査した結果をまとめたものである。

論文

Seismic isolation design for JSFR

岡村 茂樹*; 衛藤 将生*; 神島 吉郎*; 根岸 和生; 阪本 善彦; 北村 誠司; 小竹 庄司*

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR 2009) (CD-ROM), 10 Pages, 2012/00

本論文は、地震条件,免震システム及び主要機器の耐震性評価を含む、JSFRの免震設計について記載したものである。JSFRでは地震力を緩和するために免震システムを採用しているが、設計地震荷重は、2007年の新潟県中越沖地震以降、より厳しくなっており、既往の免震システムより主要機器に負荷される地震荷重を緩和する必要がある。このため、主要機器の固有振動数を考慮しつつ、既往の免震システムの性能を最適化することによって、より優れた免震性能を持つ免震システムを検討した。このナトリウム冷却炉向けに性能を最適化した新型免震システムには、既往のものより厚肉の積層ゴムとオイルダンパを採用した。また、この新型免震システムを適用した条件で原子炉構造の耐震性評価を行い、新型免震システムの性能を確認した。

論文

発電用新型炉に適用する3次元免震装置の開発; 油圧機構によるロッキング抑制機能をもつ3次元免震装置の開発

島田 貴弘*; 大谷 章仁*; 岩本 浩祐*; 北村 誠司

日本機械学会論文集,C, 77(777), p.1661 - 1673, 2011/05

高速増殖炉に適用する3次元免震装置として、油圧機構を用いたロッキング抑制装置の開発を進めている。本報告では、1/2サイズ試験体による耐圧試験を行い、想定される高圧下での摺動特性及び耐圧性を確認したことについて述べる。

論文

Shaking table tests with large test specimens of seismically isolated FBR plants, 1; Response behavior of test specimen under design ground motions

北村 誠司; 森下 正樹; 矢花 修一*; 平田 和太*; 梅木 克彦*

Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07

The ultimate behavior test was performed using one of the world largest three-dimensional shaking tables "E-Defense" of National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention of Japan. Test specimen consists of concrete blocks, reinforced concrete walls and isolation layer with six laminated rubber bearing with lead plug (LRB). The diameter of the LRB is 505 mm that reduced prototype dimensions to about 1/3. In this paper, details of the test specimen including the LRB and loading conditions are described. Response behavior of the test specimen under design ground motions is also reported. The response acceleration of a horizontal direction measured at the upper structure of the specimen was reduced. Prior to the ultimate behavior tests with strong input waves, the response reduction functions of the test specimen under design ground motions were confirmed.

論文

Shaking table tests with large test specimens of seismically isolated FBR plants, 2; Damage test of reinforced concrete wall structure

稲葉 学*; 穴吹 拓也*; 白井 和貴*; 矢花 修一*; 北村 誠司

Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07

This paper describes the dynamic damage test of a reinforced concrete (RC) wall structure with seismic isolation system. Shaking table tests were carried out at "E-Defense". The specimen was composed of an upper structure of 600 ton by weight and six lead-rubber bearings (LRBs) of 505 mm in diameter. The RC wall structure was designed so that the damage of the RC wall occurred between the shear force at the hardening of the rubber bearings and that at their breaking. The shaking table test was conducted consecutively by increasing the levels up to 225% of tentative design earthquake motion. Consequently, because of the increase of the structural response by the hardening of the rubber bearings, the damage of the wall structure with seismic isolation system suddenly happened. In addition, the preliminary finite element analysis simulated the test results fairly well.

論文

Shaking table tests with large test specimens of seismically isolated FBR plants, 3; Ultimate behavior of upper structure and rubber bearings

矢花 修一*; 金澤 健司*; 永田 聖二*; 北村 誠司; 佐野 剛志*

Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 9 Pages, 2009/07

This paper describes results of shaking table tests to grasp ultimate behavior of seismic isolation system under extremely strong earthquake motions, including failure of rubber bearings. In the test, lead rubber bearings, of which the diameter is 505 mm and about 1/3 scale of a prototype in planning FBR plants, are used; the test specimens are loaded by the largest three-dimensional shaking table in E-defense of National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention of Japan. Failure of rubber bearings occurs with amplified tentative design earthquake motions. From the tests, the ultimate responses of the upper structure and rubber bearings are presented. In particular, the change of floor response spectra and restoring force characteristics of rubber bearings according to increase of input motions is discussed.

論文

Fundamental study on shape dependency of input energy for failure

皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹

Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 7 Pages, 2009/07

Energy balance equation has been proposed as a new seismic design method. The main feature of the energy balance equation is that it explains accumulated information of motion. Therefore energy balance is suitable to investigate influence of cumulative load. We have already conducted a study that applied the energy balance equation to mechanical structure, and confirmed a relationship between input energy and fatigue failure from results of an experiment. In this paper, we investigate differences in input energy for failure. An experimental model whose cross-section has the width of 12 mm and the breadth of 3 mm. The models are damaged by fatigue failure which vibration response under resonance condition causes. Then input energy for failure is calculated from experimental results. Finally the input energy for failure of this experimental model is compared with it of previous experimental model.

論文

Dynamic strength evaluation of straight pipe using energy balance method

皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹

Proceedings of 2008 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2008) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/08

The ultimate strength of a mechanical structure is investigated from a viewpoint of the energy balance equation. The energy balance is adequate for an investigation into the influence of cumulative load. Authors have already confirmed a relationship between fatigue failure and the input energy from results of experiments using simple single degree of freedom models in a previous study. In this paper, straight pipe models are adopted, and the relationship between fatigue failure and the input energy is investigated. The investigation is implemented by forced vibration experiments that lead the experimental model to fatigue failure. As a result of the experiment, much input energy for failure is needed in case of small input level. This tendency is same as the result of the previous study using simple single degree of freedom model. Therefore it is expected that any actual piping satisfy this tendency, and time for failure can be expected by using energy balance.

論文

Fracture prediction of piping using energy balance method

皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹

Transactions of 19th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-19) (CD-ROM), 7 Pages, 2007/08

配管などの機械構造物は通常弾性域内で静的に設計されている。機械構造物は十分な耐震安全性を有しているが、耐震安全性を高めるためにも終局強度を解明することは非常に重要なことである。本研究では、エネルギーの釣合いに基づく手法を用い、塑性域内における応答と振動による疲労損傷を調査している。単純一質点系モデルを用いた振動実験から、エネルギー算出手法の確立と塑性域でのエネルギーの振る舞いを調査し、塑性変形開始とともに塑性ひずみエネルギーが累積されることを確認した。同モデルを用いた振動破損実験より、破損に至るまでの時間が長いほど、破損まで入力されるエネルギーが大きくなる傾向が確認された。また、破損に至るまでに入力されるエネルギーは実験モデルの材質により異なることを確認した。

論文

Study on dynamic strength evaluation method of mechanical members based on energy balance

皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹

Proceedings of 2007 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference/8th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (PVP 2007/CREEP-8) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/07

配管系の地震時強度評価手法としてエネルギー釣合式に着目した手法を提案し、その有効性を検討している。本論文では、ステンレス鋼と炭素鋼を用いた一次自由度モデルの振動試験を実施し、疲労破損とエネルギの振る舞いを検討した。実験より、入力レベルを小さくしていくと、破損に至るまでの時間が長くなり、結果的に破損に必要となるエネルギ量が大きくなることが確認された。また、破損に至るエネルギ量は材料に依存することを確認した。

論文

発電用新型炉の高温構造設計手法と3次元免震技術の開発

井上 和彦*; 柴本 宏*; 高橋 健司; 生玉 真也*; 森下 正樹; 青砥 紀身; 笠原 直人; 浅山 泰; 北村 誠司

日本原子力学会誌, 48(5), p.333 - 338, 2006/05

我が国の発電用新型炉である高速増殖炉(FBR)の実用化には、経済性,安全性を同時に満足する合理的設計が要求される。高温・低圧で運転されるFBRは、冷却材温度変動によって生じる熱応力が緩和しやすい薄肉の構造が有利になるが、薄肉化を進めると剛性の低下によって耐震性が損なわれることから、耐熱荷重設計と耐震設計の調和がFBR構造設計の要諦となる。FBR実用化に向けては、プラントの建設コスト低減を目指して小型で簡素な機器設備が計画されている。この計画に対し、従来の設計手法では熱荷重と地震荷重による応力の両者が厳しくなり、構造成立性を見通すことが難しくなる。さらに、将来的には設計上想定すべき地震動が引き上げられる方向にある。そこで、これらに対処するため、熱応力に対する耐性に優れるFBR用高クロム鋼,高温で生じる非弾性変形解析法や熱荷重設定法を含む高温構造設計法,設計・製作・運転を包括的に最適化するシステム化規格、これに加え地震荷重による制約を解決する3次元免震技術の開発を進めた。本研究は、「FBRサイクル実用化戦略調査研究」において、有望プラント概念の2005年度提示を目的とし実施したものである。その中で、2000$$sim$$2004年度実施の経済産業省受託研究「発電用新型炉技術確証試験」により、構造設計の実現性を見通しを示すために開発した技術成果を紹介する。これらの成果は、今後、検証データを蓄積し将来の規格・基準類化を促進するため暫定指針類として体系化した。

論文

Experimental study on vertical component isolation system

岡村 茂樹; 北村 誠司; 高橋 健司

Transactions of 18th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-18), 0 Pages, 2005/08

発電用新型炉に適用する3次元免震システムの開発を進めており、その一方策として、積層ゴムを用いた建屋水平免震に加えて、機器を上下方向に免震する装置を組み合わせる方式(機器上下免震システム)が考えられる。機器上下免震システムは、積層ゴムを用いた水平免震建屋を前提として、耐震上重要度の高い原子炉容器と一次系機器を共通床(コモンデッキ)で支持し、この床と基礎構造の間に上下方向の免震装置を設置し3次元免震を実現する。上下免震装置のばね要素には皿ばねを用い、皿ばねを直並列に重ねることにより所要の剛性とストロークをえ、減衰として鋼材ダンパを用いている。免震装置に過大な水平荷重を与えないように、水平荷重を支持するキーや支柱をコモンデッキとRV壁の間に配置する。機器上下免震システムの1/8縮尺モデルによる振動実験から、本システムの成立性の確認を行った。

報告書

3次元免震構造に関する研究

森下 正樹; 北村 誠司; 高橋 健司; 井上 和彦*; 加藤 朝郎*; 伏見 実*

JNC-TY9400 2005-010, 1150 Pages, 2005/07

核燃料サイクル開発機構(JNC)と日本原子力発電(原電)では、安全性と経済性に優れた実用高速炉プラント概念の構築を目的として「高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究」を実施している。ここでは、高温構造設計の高度化、新材料の採用、ならびに3次元免震が経済性向上のためのシステム改善方策の枢要技術として挙げられている。そこで、JNCと原電は、平成12年度より、高温構造設計手法高度化と3次元免震開発に関する共同研究を開始した。本報告書はそのうち、3次元免震開発に関する平成16年度の成果をとりまとめたものである。なお、本成果のなかには、原電が経済産業省から受託し、JNCがその実施に協力した「発電用新型路技術確証試験」の成果が含まれている。本研究の成果を(1)平成15年度までの研究経緯、(2)建屋3次元免震の検討(平成16年度)、(3)3次元免震技術指針(骨子)の検討、(4)機器上下免震の検討(平成16年度)、及び(5)機器上下免震技術指針(骨子)の検討、に分けて報告する。

論文

Development of vertical component isolation system with coned disk springs for FBR plant

北村 誠司; 岡村 茂樹; 高橋 健司; 神島 吉郎*; 杣木 孝裕*; 森下 正樹

Proceedings of 9th World Seminar on Seismic Isolation, Energy Dissipation and Active Vibration Control of Structures (CD-ROM), p.209 - 216, 2005/00

発電用新型炉に適用する3次元免震システムの開発を進めており、その一方策として、積層ゴムを用いた建屋水平免震に加えて、機器を上下方向に免震する装置を組合せる方式(機器上下免震システム)が考えられる。機器上下免震システムは、積層ゴムを用いた水平免震建屋を前提として、耐震上重要度の高い原子炉容器と一次系機器を共通床(コモンデッキ)で支持し、この床と基礎構造の間に上下方向の免震装置を設置し3次元免震を実現する。上下免震装置のばね要素には皿ばねを用い、皿ばねを直並列に重ねることにより所要の剛性とストロークをえ、減衰として鋼材ダンパを用いている。実大規模の皿ばね,ダンパの実験、及び、本システムの1/8縮尺モデルによる振動実験から、本システムの成立性を確認した。

報告書

3次元免震構造に関する研究 [平成15年度共同研究報告書]

森下 正樹; 北村 誠司; 高橋 健司; 井上 和彦; 木田 正則; 毛呂 聡*; 加藤 朝郎*; 伏見 実*

JNC-TY9400 2004-028, 921 Pages, 2004/11

核燃料サイクル開発機構(JNC)と日本原子力発電(原電)では、安全性と経済性に優れた実用高速炉プラント概念の構築を目的として「高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究」を実施している。ここでは、高温構造設計の高度化、新材料の採用、ならびに3次元免震が経済性向上のためのシステム改善方策の枢要技術として挙げられている。そこで、JNCと原電は、平成12年度より、高温構造設計手法高度化と3次元免震開発に関する共同研究を開始した。本報告書はそのうち、3次元免震開発に関する平成15年度の成果をとりまとめたものである。なお、本成果のなかには、原電が経済産業省より受託し、JNCがその実施に協力した、「発電用新型炉技術確証誠験」の成果が含まれている。本研究は、その内容を(1)開発計画の検討、(2)建屋3次元免震の検討、及び(3)機器上下免震の検討、の3つのスコープに整理して進めた。本年度の成果を要約すると、以下のとおりである。(1)開発計画の検討3次元免震(装置)に対する性能要求の検討新たな観点からの3次元免震装置への性能要求の検討として、「免震装置に支持された建屋」並びに「風荷重時の居住性」について検討した。その結果、前者の検討では、水平免震方式の建屋とほぼ同様の設計が可能であること、また後者の検討では、免震建屋内の運転員への影響はないことを確認した。3次元免震(装置)の開発目標ならびに開発計画の検討 建屋全体3次元免震装置の開発候補を絞り込むための、「評価項目とクライテリアの具体化」、並びに「3次元免震技術指針(骨子)」の検討を行った。「評価項目とクライテリアの具体化」では、平成14年度の成果をもとに、装置開発側へ要求する項目の詳細内容、具体化の検討を行った。また、3次元免震技術指針(骨子)については、装置開発状況を睨みつつ、既存の水平免震指針からの変更内容や指針化するにあたっての懸案等について検討を行った。(2)建屋3次元免震の検討 平成13年度に抽出された有望概念3案(「油圧機構を用いた3次元免震システム」、「ケーブル補強マッシュルーム型空気ばね3次元免震装置」、「ローリングシール型空気ばね方式3次元免震装置」)について性能試験を実施するとともに、新型炉プラント実機への適用性について検討を行い、今後開発を継続する候補既念(「ローリングシール型空気ばね方式3次元免震装

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