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論文

長距離にわたる温度分布の移動による累積塑性ひずみ分布形状の経路独立性に関する検討

岡島 智史

日本機械学会論文集(インターネット), 85(874), p.18-00348_1 - 18-00348_9, 2019/06

The prevention of excessive deformation by thermal ratcheting is important in the elevated temperature design of fast breeder reactors (FBR). In an experimental study that simulated a fast breeder reactor vessel near the coolant surface, it was reported that the long distance travel of temperature distribution causes a new type of thermal ratcheting, even in the absence of primary stress. Without excessive stress and travel distance, the inclement of the plastic strain derived from the above mechanism reduced each cycle of thermal transient, and finally reaches to approximately 0. In this paper, we investigate path independency on saturated distribution of plastic strain. For this purpose, we carried out several cases of finite element analyses with initial strain distribution, which simulated plastic strain distribution in the middle of accumulating. As the result, we confirmed that the shape of saturated distribution has small dependency on the shape of distribution in the middle of accumulating. Additionally, in the case using conservative initial strain distribution, further accumulation of plastic strain was not observed. This result suggests the possibility of the method that evaluate whether the accumulation of the plastic strain go beyond design limits.

論文

長距離にわたる温度分布の移動による累積塑性ひずみ分布形状の経路独立性に関する検討

岡島 智史

第23回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 5 Pages, 2018/06

円筒容器に生じた軸対称温度分布が、長距離にわたって繰返し移動するとき、繰り返しごとに継続的に塑性ひずみが累積することが知られている。熱応力及び温度分布移動距離が過大でない場合には、塑性ひずみ累積は最終的に終了する。この塑性ひずみ累積メカニズムについて、弾塑性有限要素解析に基づく検討を行った。結果として、最終的に進行が終了した時点での塑性ひずみ分布の形状は、途中段階での塑性ひずみ分布形状への依存性が小さいことを明らかにした。

論文

Study on a unified criterion for preventing plastic strain accumulation due to long distance travel of temperature distribution

岡島 智史; 若井 隆純; 川崎 信史

Mechanical Engineering Journal (Internet), 4(5), p.16-00641_1 - 16-00641_11, 2017/10

The prevention of excessive deformation by thermal ratcheting is important in the design of high-temperature components of fast breeder reactors (FBR). As a result of experimental study that simulated the fast breeder reactor vessel nearby the coolant surface, it was reported that long distance traveling of temperature distribution causes new type of thermal ratcheting, even if there is no primary stress. In this paper, we propose a simple screening criterion to prevent continuous accumulation of plastic strain derived from long distance traveling of temperature distribution. The major cause of this ratcheting mechanism is lack of residual stress that brings shakedown behavior at the center of yielding area. Because the residual stresses are derived from constraint against the elastic part, we focused on the distance from the center of yielding area to the elastic region. So, the proposed criterion restricts the axial length of the area with full-section yield state, which is the double of the above distance. We validated the proposed criterion based on finite element analyses using elastic-perfectly plastic material. As the result of the validation analyses, we confirmed that the accumulation of the plastic strain saturates before 2nd cycles in the cases that satisfy the proposed criterion, regardless of the shape of temperature distribution.

論文

非弾性解析による弾性追従係数の算定方法の検討

渡邊 壮太*; 久保 幸士*; 岡島 智史; 若井 隆純

日本機械学会M&M2017材料力学カンファレンス講演論文集(インターネット), p.581 - 585, 2017/10

高速炉の高温構造設計規格では、内圧が低く、熱応力が大きい高速炉の荷重条件の特徴を考慮し、設計者が応力緩和時の弾性追従の程度を特に意識することなく評価できるよう弾性追従係数を一意にq=3と定めた長期一次応力が低い場合の規定がある。非弾性解析を用いてより現実的な弾性追従係数を算定すれば、より合理的な設計が可能となる。そこで、設計への適用性に配慮して非弾性解析による弾性追従係数の算定方法を具体化し、非弾性解析結果から直接求めたクリープ損傷値と、弾性追従係数を用いたクリープ損傷値を比較し、評価手法の適用性を確認した。

論文

長距離にわたる温度分布の移動による熱ラチェットひずみの飽和挙動

岡島 智史; 若井 隆純

日本機械学会2017年度年次大会講演論文集(DVD-ROM), 5 Pages, 2017/09

高速炉容器液面近傍部には急峻な温度分布が生じる。この温度分布が長距離にわたって移動する場合、たとえ一次応力がなくても継続的に塑性ひずみが累積する、新たな様式の熱ラチェットが生じうることが報告されている。本報では、生じる熱応力が相対的に小さい温度分布が、長距離にわたって移動する薄肉円筒モデルについて、有限要素解析結果の分析を実施した。この結果、温度分布が通過する領域における累積塑性ひずみは、中央部が最大となる分布形状となることを明らかにした。また温度分布移動距離が過大でなければ、温度分布が通過する領域の中央部においても、最終的にシェイクダウン挙動を示すのに必要な残留応力が確保され、塑性ひずみの累積が飽和することを明らかにした。

論文

機械工学分野における信頼性評価の導入と展開; 圧力設備の減肉評価に対する部分安全係数法の導入

岡島 智史

日本機械学会2017年度年次大会講演論文集(DVD-ROM), 3 Pages, 2017/09

減肉を受けた圧力設備の供用適性評価にあたって、検査等をはじめとする日常の保全活動に応じた安全係数を設定することが期待されており、そのためには検査結果および荷重のばらつきを考慮した信頼性評価を行うことが有効と考えられた。日本高圧力技術協会では、テクニカルレポートHPIS Z 109TR「信頼性に基づく圧力設備の減肉評価方法」を制定し、信頼性に基づく減肉評価の方法とその技術基盤を与えている。この評価方法の一つとして、部分安全係数法を用いた減肉評価方法を与えており、従来の経験的な安全係数を用いた手法と同等の簡便さで減肉評価を行うことを可能とした。本報では、HPIS Z 109TRに与えられた、部分安全係数法を用いた減肉評価方法について紹介する。

論文

確率分布母数の不確実さが確率論的破壊力学評価結果に与える影響の簡易評価手法の開発

岡島 智史; 高屋 茂; 浅山 泰

日本機械学会論文集(インターネット), 83(845), p.16-00434_1 - 16-00434_13, 2017/01

確率論的破壊力学の入力となる基本変数について、確率分布を設定するためのデータが不足していた場合、確率分布の母数、及び評価結果である破損確率に不確実さが生じる。本論文では、データ不足により、確率分布母数が上限値と下限値を与えた区間内にある状況を想定する。これによって破損確率評価結果に生じる不確実さに対し、上限値及び下限値を簡易に推定する手法を提案する。また、不確実さの低減を行うべき確率分布母数を抽出するため、確率分布母数のそれぞれについての想定区間が、評価結果に与える影響の大きさを表す指標を提案する。提案手法の有効性は、実機評価事例に基づく例題に対して適用することで検証した。

論文

A Screening method for prevention of ratcheting strain derived from movement of temperature distribution

岡島 智史; 若井 隆純; 安藤 勝訓; 井上 康弘*; 渡邊 壮太*

Journal of Pressure Vessel Technology, 138(5), p.051204_1 - 051204_6, 2016/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:80.86(Engineering, Mechanical)

In this paper, we simplify the existing method and propose a screening method to prevent thermal ratcheting strain in the design of practical components. The proposed method consists of two steps to prevent the continuous accumulation of ratcheting strain. The first step is to determine whether all points through the wall thickness are in the plastic state. The second step is to determine whether the accumulation of the plastic strain saturates. To validate the proposed method, we performed a set of elastoplastic finite element method (FEM) analyses, with the assumption of elastic perfectly plastic material. Not only did we investigate about the effect of the axial length of the area with full section yield state but also we investigated about effects of spatial distribution of temperature, existence of primary stress, and radius thickness ratio.

論文

A Study on plastic strain accumulation caused by traveling of temperature distribution synchronizing with temperature rise

岡島 智史

Mechanical Engineering Journal (Internet), 3(3), p.15-00574_1 - 15-00574_10, 2016/06

The prevention of excessive deformation by thermal ratcheting is important in the design of high-temperature components of fast breeder reactors (FBR). This includes evaluation methods for a new type of thermal ratcheting caused by an axial traveling of temperature distribution, which corresponds to moving-up of liquid sodium surface in startup phase. In this paper, we examined characteristics of the accumulation of the plastic strain caused by realistic heat transients, namely, traveling of temperature distribution synchronizing with temperature rise. This examination was based on finite element analyses using elastic-perfectly plastic material. As a result, we confirmed that the shakedown limit depends not on the traveling range of the temperature distribution but the plastic deformation range, which was predicted by the elastic analysis.

論文

A Study on plastic strain accumulation caused by traveling of temperature distribution synchronizing with temperature rise

岡島 智史

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05

Repeating of long range traveling of temperature distribution brings continuous accumulation of the plastic strain, even if there is no primary stress. In contrast, in the case with short range traveling, residual stress is caused by constraint against elastic part, and finally it results in shakedown. Because of this mechanism, limit for the shakedown behavior depends on distance from the elastic part (i.e. half length of region with plastic deformation). In the actual design of the fast reactor vessel nearby liquid sodium surface, the temperature distribution moves up synchronizing with the temperature rise, without any intentional control. In this paper, we examined characteristics of the accumulation of the plastic strain caused by realistic heat transients, namely, traveling of temperature distribution synchronizing with temperature rise. As a result, we confirmed that the shakedown limit depends on not the traveling range of the temperature distribution but the plastic deformation range, which was predicted by the elastic analysis. We can control the plastic deformation range by changing rate of the moving-up of liquid sodium surface.

論文

Proposal of the screening method for prevention of the accumulation of the ratcheting strain derived from the movement of the temperature distribution

岡島 智史; 若井 隆純; 安藤 勝訓; 井上 康弘*; 渡邊 壮太*

Proceedings of 2014 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2014) (DVD-ROM), 8 Pages, 2014/07

The prevention of excessive deformation by thermal ratcheting is important in the design of high-temperature components of fast breeder reactors (FBR). This includes evaluation methods for a new type of thermal ratcheting caused by a traveling temperature distribution. Igari et al. proposed a mechanism-based evaluation method to evaluate thermal ratcheting caused by temperature distributions traveling long and short distances. In this paper, we simplify the existing method and propose a screening method to prevent thermal ratcheting strain in the design of practical components. The proposed method consists of two steps to prevent the continuous accumulation of ratcheting strain. To validate the proposed method, we performed a set of elasto-plastic finite element method (FEM) analyses, with the assumption of elastic perfectly plastic material.

論文

Development of structural codes for JSFR based on the system based code concept

浅山 泰; 若井 隆純; 安藤 勝訓; 岡島 智史; 永江 勇二; 高屋 茂; 鬼澤 高志; 月森 和之; 森下 正樹

Proceedings of 2014 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2014) (DVD-ROM), 6 Pages, 2014/07

本報は、JSFRの構造規格基準開発に係る活動を概観したものである。ナトリウム冷却型高速炉の特徴を最大限に生かすために、設計$$sim$$維持において必要となる一連の規格、すなわち、溶接規格、維持規格、破断前漏えい(LBB)評価規格、静的機器構造信頼性評価ガイドラインをシステム化規格概念に基づき体系的に開発している。これらの規格を日本機械学会規格として2016年を目途に発刊することを目指している。

論文

減肉配管に対する厚さ測定値の確率特性

戒田 拓洋*; 石崎 陽一*; 岡島 智史

圧力技術, 52(2), p.53 - 63, 2014/04

減肉評価の合理化、並びに安全裕度の明確化を目的とした信頼性解析を実機に適用するためには、圧力設備の限界状態を表す各パラメータの確率特性が明確になっている必要がある。その中でも、減肉部の厚さ測定値は重要なパラメータの一つである。日本高圧力技術協会、信頼性に基づく減肉評価専門研究委員会(略称MLR委員会)では、実機で発見された減肉配管を供試し、超音波法による厚さ測定を複数の検査員で実施するラウンドロビン試験を行っている。測定データを分析することで厚さ測定値に関する確率特性を求め、減肉評価の信頼性を明らかにすることは、減肉評価の合理化と、安全裕度の明確化の観点から解決しなければならない課題である。そこで、本研究では、厚さ測定値に関する確率特性を明らかにすることを目的に、MLR委員会が行ったラウンドロビン試験から得られたデータを調査し、その特徴を明確にする。調査にあたり、圧力設備の要求性能と対応する厚さ測定に関するばらつきの要因について整理する。得られた確率特性を用いて、内圧破壊に対する減肉配管の信頼性評価を実施したので報告する。

論文

実機配管における減肉速度の確率特性調査方法検討と信頼性評価手法への適用

栗原 朋之*; 戒田 拓洋*; 岡島 智史

圧力技術, 52(2), p.64 - 71, 2014/04

プラントの圧力設備の分野において、供用適性評価(Fitness-For-Service、以下FFSと略す)技術の検討が行われ、欧米を中心に規格化されている。FFS減肉評価では、減肉部の詳細な肉厚測定結果から対象設備の肉厚形状を想定し、その形状に対する強度の評価を行い、適性が判断されている。この際、供用中の減肉の進行については将来腐食代として、推定減肉形状に反映される。このため、供用中の減肉の進行の正確な予測、すなわち正確な減肉速度の把握が本評価において必要不可欠である。本検討では実プラントの検査データをもとに、定量的な供用適性評価を行うための手法を開発、検証することを目的とした。このため、実際のプラントの配管の肉厚測定データを活用し、統計解析を行うことで減肉速度の確率特性を求め、信頼性評価を実施した。

論文

Development of constitutive models for fast reactor design

月森 和之; 岩田 耕司*; 川崎 信史*; 岡島 智史; 矢田 浩基; 笠原 直人*

Nuclear Engineering and Design, 269, p.23 - 32, 2014/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.45(Nuclear Science & Technology)

高速増殖炉実用化のためのR&D、すなわちFaCT(Fast reactor Cycle Technology development)が日本において進められている。そのR&D項目の一つとして、従来設計で熱荷重低減のために原子炉容器の内側に取り付けられていた炉壁保護構造を取り去って、コンパクトな原子炉容器を実現する課題がある。最も重要なことは、起動,停止を繰り返すたびに上下する液面近傍の原子炉容器に累積する非弾性ひずみ量の評価である。本研究の目的は、このような複雑な非弾性挙動を精度よく評価できる合理的な構成モデルを開発し、これに基づく設計ガイドを用意することである。われわれは、高精度塑性構成モデル及び簡便な塑性構成モデルを開発し、系統的な試験を実施し、その結果に基づいてこれらモデルの有効性を示した。

論文

高温長時間保持による316FR鋼の繰返し硬化回復限界調査

岡島 智史; 川崎 信史*; 深堀 拓也*; 菊地 浩一*; 笠原 直人

第49回高温強度シンポジウム講演論文集, p.85 - 89, 2011/11

高速炉原子炉容器設計高度化のため、316FR鋼の繰返し硬化を考慮した構成モデルに基づく非弾性解析により、ラチェットひずみを評価する方策が考えられている。高速炉容器は高温環境下で長時間使用することから、高温保持中に軟化が生じ、繰返し硬化が緩和・回復する可能性は否定できない。したがって、高速炉容器の実用環境における繰返し硬化回復現象についての限界調査が望まれる。本研究では、単軸丸棒試験片による繰返し硬化挙動試験を実施し、高温保持による繰返し硬化回復現象の限界を調査した。この結果、高温保持を含む繰返し負荷によって生じた繰返し硬化は、長時間保持によっても明瞭な回復が見られないとの知見を得た。

論文

The Creep-fatigue evaluation method for intermediate hold conditions; Proposal and validation

岡島 智史; 川崎 信史*; 加藤 章一; 笠原 直人

Proceedings of 2011 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2011) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/07

In this paper, for the application to the Japan Sodium-cooled Fast Reactor (JSFR), the creep-fatigue damage evaluation method is improved to consider the intermediate holding condition. The improved method is validated through both of the uni-axial and the structure model creep-fatigue tests. In these validations, the target material is 316FR steel, which is planned to use for the reactor vessel. In the conventional method, in order to evaluate the creep damage conservatively, the maximum tensile value in the thermal stress transient cycle is used as the initial stress. The improved method evaluates the creep damage using the lower initial stress than the conventional method, while it has the rational margin.

論文

Development of system based code, 2; Application of reliability target for configuration of ISI requirement

高屋 茂; 岡島 智史; 栗坂 健一; 浅山 泰; 町田 秀夫*; 神島 吉郎*

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 5(1), p.60 - 68, 2011/01

System Based Code (SBC) extends the present structural design standard to include the broad areas related to FBR design and operation. Therefore, a quantitative index that can correlate these different areas is required. One such index is the probability of failure. The determination of a target value is also one of the key points. We have proposed a new method to determine reliability targets for structures and components in FBR plants from the viewpoint of safety. In this study, the effectiveness of the probability of failure as an index and the reliability targets produced using the new method are investigated through a trial setting of an in-service inspection (ISI) requirement for a reactor vessel. The results show that the reactor vessel has sufficient reliability even without an ISI. Through this example, we demonstrate that the probability of failure is a promising index and that reliability targets derived using the new method are compatible with SBC.

論文

高速炉原子炉容器の高温構造設計評価技術の開発,3; 316FR鋼及びインコネル718の高サイクル熱疲労判定温度差

岡島 智史; 磯部 展宏*; 川崎 信史; 祐川 正之*

日本機械学会2009年度年次大会講演論文集, Vol.1, p.125 - 126, 2009/09

高速炉の炉心上部においては、燃料集合体から温度差のあるナトリウム流が合流する。炉心上部構造はこの合流によって生じる不規則な温度変化を受けることで、高サイクル疲労によるき裂が生じる、いわゆるサーマルストライピング現象が想定される。熱荷重の設定に関するガイドラインでは本現象の防止のため、$$10^{11}$$回強度を疲労限として、これに対応する判定温度差$$Delta T_{cr}$$を求め、これに基づく評価法を与えている。本研究では、上記手法を現在開発検討中の高速実用炉(JSFR)の設計に適用するため、高速実用炉に使用されうる316FR鋼及びインコネル718について、高サイクル疲労データを調査し、疲労曲線の適切な高サイクル方向への外挿方法を検討したうえで、判定温度差$$Delta$$T$$_{rm cr}$$を求めた。結果として、316FR鋼の判定温度差はSUS304とほぼ等しく、オーステナイト系ステンレス鋼で共通の判定温度差が利用できると考えられる。その一方でインコネル718は耐力が大きいため、発生しうる最大限の平均応力の効果を考えると、判定温度差が約1/3となる。現実的な設計を考えると、現実的な平均応力評価を含む評価手順が求められると考えられる。

論文

高速炉原子炉容器の高温構造設計評価技術の開発,5; ラチェットひずみの316FR疲労強度への影響

岡島 智史; 伊達 新吾*; 川崎 信史; 菊地 浩一*; 磯部 展宏*; 笠原 直人

日本機械学会M&M2009材料力学カンファレンス講演論文集(CD-ROM), p.537 - 538, 2009/07

ラチェットひずみが316FR鋼の疲労強度に与える影響を、ラチェット疲労試験により検討した。試験は試験温度600$$^{circ}$$C及び500$$^{circ}$$C未満、ひずみ範囲0.5%及び0.7%の条件で、累積非弾性ひずみ量を0$$sim$$5%に変化させ実施した。その結果、疲労強度の低下は修正Goodman線図の考え方を利用することで、蓄積した最大平均応力から予測可能であることが明らかになった。以上の関係と、累積非弾性ひずみ量に対する平均応力の蓄積傾向より、累積非弾性ひずみ量が2%以下であれば、疲労寿命に与える影響は小さく、設計評価上無視しうることがわかった。

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