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論文

Effect of local plastic component on crack opening displacement and on J-integral of a circumferential penetrated crack

町田 秀夫*; 荒川 学*; 若井 隆純

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 8 Pages, 2019/05

本研究は、Na冷却高速炉(SFR)の破断前漏えい(LBB)評価に適用可能な周方向貫通き裂の開口変位(COD)とJ積分評価に及ぼす局所塑性変形の影響について述べる。J積分とCOD評価法は一般に弾性成分と塑性成分の和として定式化され、これまでにこれら2つの成分に基づく評価式が数多く提案されている。しかしながら、厳密には、塑性成分は、局所塑性成分と大規模塑性成分とからなる。従来の評価方法の多くは、塑性成分として大規模塑性成分のみを考慮することが多い。その理由は、局所塑性成分の影響は、加工硬化の小さい材料を除いて、大規模塑性成分のそれよりはるかに小さいからである。ただ、SFR配管の候補材料の1つである改良9Cr-1Mo鋼のように、降伏応力が大きく加工硬化が小さい材料では、J積分およびCODに対する局所塑性成分の影響は無視できない。そこで、有限要素解析(FEA)結果に基づいて、J積分およびCODに対する局所塑性成分の影響を考慮した式を提案し、亀裂評価に適用しやすいようにした。計算式は、日本機械学会から発行されるSFR機器のLBB評価に関するガイドラインで採用される。

論文

ナトリウム炉機器のLBB評価に用いる貫通時き裂長さ評価法の改良

若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*

日本機械学会2018年度年次大会講演論文集(DVD-ROM), 5 Pages, 2018/09

ナトリウム冷却高速炉(SFR)の維持規格によれば、破断前漏えい(LBB)が成立することを条件に、供用期間中検査としての体積試験を連続漏えい監視に置き換えることができるとされている。SFR機器では内圧は小さい。基本的に、検出可能亀裂長さおよび貫通時亀裂長さが不安定限界亀裂長さよりも十分に小さければ、LBBが成立すると結論付けることができる。われわれは、管の幾何学形状,疲労亀裂進展特性,荷重条件の関数として、管の周方向亀裂と軸方向亀裂の両方の貫通時き裂長さを計算する簡略化された方法を既に提案していた。しかし、日本機械学会の規格委員会による審議の過程で、この方法についていくつかの問題が指摘された。そこで、本研究では、貫通時の亀裂長さを計算するための、改良手法について説明する。

論文

Development of a crack opening displacement assessment procedure considering change of compliance at a crack part in thin wall pipes made of modified 9Cr-1Mo steel

若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*; 柳原 星児*; 鈴木 良祐*; 松原 雅昭*

Proceedings of 26th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-26) (Internet), 9 Pages, 2018/07

本研究は、高速炉(SFR)配管のLBB評価に使用されるき裂開口変位(COD)評価法を確立するために実施した。SFR配管については、LBB成立を前提に定期検査における体積試験を連続漏えい監視に代えることが想定されている。SFR配管は改良9Cr-1Mo鋼製で、内圧が低く、薄肉大口径である。改良9Cr-1Mo鋼は、従来のオーステナイト系ステンレス鋼と比較して高強度低延性である。LBB評価では、これらを考慮して貫通き裂からの冷却材漏えい率を適切に推定しなければならない。漏えい率はCODと強く関係するので、適切なCOD評価法を確立する必要があるが、薄肉大口径の高強度低延性材料製SFR配管に適用可能なCOD評価法は未だ提案されていない。そこで本研究では、改良9Cr-1Mo鋼の薄肉大口径管に適用可能なCOD評価法を提案した。すなわち、パラメトリックな有限要素解析(FEA)で計算したCODを弾性、小規模降伏と大規模降伏の各成分に分解し、それぞれ多項式近似して与えた。さらに、周方向貫通き裂を有する改良9Cr-1Mo鋼管を用いた4点曲げ試験の結果との比較により、その適用性について検討した。その結果、CODを過大評価する場合があることが分かった。LBB評価では小さめの漏えい率を想定する方が安全側であるため、ここではLBB評価にはCODの弾性成分のみを考慮することを推奨した。

論文

Proposal of simplified J-integral evaluation method for a through wall crack in SFR pipe made of Mod.9Cr-1Mo steel

若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*; 菊地 浩一*

Proceedings of ASME Symposium on Elevated Temperature Applications of Materials for Fossil, Nuclear, and Petrochemical Industries, 7 Pages, 2018/04

ナトリウム冷却高速炉(SFR)のLBB評価における不安定破壊評価に適用可能な簡易J積分評価法を提案した。改良9Cr-1Mo鋼は日本のSFR配管の候補材料であるが、従来のオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、降伏強度が高く、破壊靭性は劣る。EPRIは全断面塑性解に基づく周方向貫通亀裂のJ積分評価法を提案しているが、SFR配管の形状および改良9Cr-1Mo鋼の材料特性は、この方法の適用範囲外である。したがって、周方向貫通亀裂を有する配管について一連の弾性、弾塑性および塑性有限要素解析(FEA)を実施し、SFR配管に適用可能なJ積分評価法を開発した。FEAから得られたJ積分を、弾性、小規模降伏および大規模降伏の各成分に分解し、それぞれを配管形状、亀裂寸法、材料特性などの関数として多項式近似することで、簡便なJ積分評価法を提案したことにより、破壊力学の知識がなくてもJ積分を用いて2パラメータ法による破壊評価を行うことを可能とした。

論文

Experimental study on behaviours of two-ply bellows subjected to pressure and displacement loads

月森 和之; 安藤 勝訓; 矢田 浩基; 一宮 正和*; 安濃田 良成*; 荒川 学*

Transactions of 24th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-24) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/08

2層ベローズは層間の摩擦の影響があるため、解析上の取り扱いが1層ベローズよりも難しい。本研究では、2層ベローズと1層ベローズに対する内圧をパラメータとしたバネ定数試験を実施し、2層ベローズのバネ定数は、内圧によらず1層ベローズのほぼ2倍であることを実験的に明らかにした。また、2層と1層のベローズ両方でインプレーン座屈が観察された。両者の変形挙動は類似していたが、2層ベローズの座屈圧力は1層ベローズのほぼ2倍であった。これらは層間の摩擦を無視できることを意味しており、2層ベローズの解析においては半分の圧力負荷の1層ベローズに置き換えることができることを明らかにした。

論文

改良9Cr-1Mo鋼薄肉大口径配管の貫通き裂に対するJ積分評価法

若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*; 佐藤 健一郎*

日本機械学会2015年度年次大会講演論文集(DVD-ROM), 5 Pages, 2015/09

周方向き裂つき配管の不安定破壊評価に用いるJ積分評価法について述べる。JSFR配管では変位制御型負荷が支配的であるので、き裂の存在によって配管系の荷重バランスが変化する。また、薄肉大口径で、かつオーステナイト系ステンレス鋼に比べ非線形性の高い改良9Cr-1Mo鋼で製作される。J積分評価法としては、EPRIの方法があるが、JSFR配管の形状と材料特性は適用範囲から外れる。そこで、有限要素解析結果に基づいて、改良9Cr-1Mo鋼製薄肉大口径管に適用可能なJ積分評価法を開発した。

論文

Development of leak-before-break assessment method for Japan Sodium cooled Fast Reactor pipe, 1; Crack opening displacement assessment of thin wall pipes made of modified 9Cr-1Mo steel

若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*; 吉田 伸司*; 江沼 康弘

Journal of Pressure Vessel Technology, 135(1), p.011401_1 - 011401_9, 2013/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.84(Engineering, Mechanical)

ナトリウム冷却高速炉(JSFR)の改良9Cr-1Mo鋼製薄肉大口径配管に対する破断前漏えい(LBB)評価に用いるき裂開口変位評価法を開発した。この方法では、き裂開口変位を、弾性域,小規模降伏域及び大規模降伏域に分けて計算する。この方法の妥当性検証を、周方向貫通き裂を有する改良9Cr-1Mo鋼薄肉管に対する高温における4点曲げ試験によって行った。その結果、LBB評価に適用可能な適切な評価方法を提案することができた。

論文

Benchmark analysis on the failure probability assessment of piping with stress corrosion cracks

荒川 学*; 鳴海 賢太郎; 町田 秀夫*; 鬼沢 邦雄

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

本論文は、近年BWRプラントにおいてSCCき裂が発見されている再循環系(PLR)配管の構造信頼性評価のために開発された2つの確率論的破壊力学解析コードのベンチマーク解析について述べる。本ベンチマーク解析は、原子力機構で開発したPASCAL-SP及びテプコシステムズが開発したPEPPER-Mの2つの解析コードを用いて実施した。両解析コードについて、SCCき裂を有するPLR配管の健全性評価にかかわる規制基準や維持規格等に基づいて、まず決定論的解析手法の妥当性を確認した後、共通問題を設定し確率論的手法により破損確率解析を実施した。この結果、両コードによるPLR配管の破損確率に関する解析結果はよく一致することを確認した。また、確率モデルや解析手法についての比較から、破損確率に及ぼす変数等の重要度に関する知見が得られた。

論文

Development of LBB assessment method for Japanese Sodium cooled Fast Reactor (JSFR) pipes, 2; Crack opening displacement assessment of thin wall pipes made of modified 9Cr-1Mo steel

若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*; 江沼 康弘*; 浅山 泰

Proceedings of 2010 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2010) (CD-ROM), 7 Pages, 2010/07

For sodium pipes of Japanese Sodium cooled Fast Reactor (JSFR), the continuous leak monitoring will be adopted as an alternative of volume examination of weld joints under conditions of satisfying Leak-Before-Break (LBB). Since sodium pipes of JSFR is used under the conditions that an internal pressure is very low, its thickness is small. Modified 9Cr-1Mo steel has high yield stress and its work hardening is small. In order to evaluate the coolant leak rate from a penetrated crack, crack opening displacement (COD) assessment method is required for LBB assessment of such pipes. However, COD assessment method applicable for JSFR pipes - thin wall and small work hardening material - has not been proposed yet. In this study, COD assessment method applicable to thin wall pipes made of modified 9Cr-1Mo steel was developed. The ratio of a radius (R) to thickness (t) covers 5 to 50, and the work hardening exponent of stress-strain curve expressed by Ramberg-Osgood approximation covers 5 to 25 in the proposed method. COD is classified into three components of elastic, small-scale plastic and large-scale plastic, and is evaluated as the sum of these components. By applying the proposed method, evaluation of COD of the penetrated crack in the JSFR pipes was achieved.

口頭

大気マイクロPIXE分析法の生体試料への応用

櫻井 映子*; 谷内 一彦*; 石井 慶造*; 小山 亮平*; 酒巻 学*; 山中 健太郎*; 山崎 浩道*; 松山 成男*; 神谷 富裕; 佐藤 隆博; et al.

no journal, , 

脳の機能性疾患には疾患と微量金属元素の関係が示唆されており、ストレス,てんかん発作,覚せい剤など規制薬物の使用による脳の異常興奮に対して、ヒスタミン神経系が抑制的に働くことを行動薬理学的手法を用いて解析する一方、マイクロPIXE分析法を用いることによって、認知機能に関しては特にヒスタミンH1受容体の機能が深く関与していることが明らかになってきた。また、海馬の新生神経は臭素イオンをよく取り込むことが知られており、マウスの脳の元素分布を大気マイクロPIXE分析法で測定することを試みた。その結果、脳内に存在するヒスタミン受容体の種類により臭素集積量が異なり、実験行動薬理学実験との相関が見られることがわかった。

口頭

高速増殖実証炉に向けた高温材料技術開発,4; 配管LBB成立性評価法の開発

若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*; 吉田 伸司*; 江沼 康弘*; 浅山 泰

no journal, , 

JSFR実証施設では、改良9Cr-1Mo鋼製大口径薄肉配管が採用される。そこで、改良9Cr-1Mo鋼の材料特性及びナトリウム炉配管の構造上の特徴を的確に反映したLBB成立性評価法を開発した。開発した評価法を用いて、JSFR実証施設1次系配管のLBB成立性試評価を行い、余裕を持ってLBBが成立する見通しを得た。

口頭

Development of a crack opening displacement assessment procedure considering change of compliance at a crack part in thin wall pipes made of modified 9Cr-1Mo steel

若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*; 吉田 伸司*; 柳原 星児*; 鈴木 良祐*; 松原 雅昭*; 江沼 康弘*

no journal, , 

This paper describes a crack opening displacement (COD) assessment procedure used in Leak-Before-Break (LBB) assessment of sodium pipes of the Japan Sodium cooled Fast Reactor (JSFR). The sodium pipes are made of ASME Gr.91 (modified 9Cr-1Mo steel). Thickness of the pipes is small, because the internal pressure is very low. Modified 9Cr-1Mo steel has a relatively large yield stress and small work hardening coefficient comparing to the austenitic stainless steels which are currently used in the conventional plants. For LBB assessment, the coolant leak rate from a through wall crack must be estimated properly. Since the leak rate is strongly related to the crack opening displacement (COD), an appropriate COD assessment method must be established to perform LBB assessment. However, COD assessment method applicable for JSFR sodium pipes - thin wall and small work hardening material - has not been proposed yet. Taking non-linearity of the material and the geometry of JSFR pipes, a series of finite element analyses (FEA) for the pipe containing a circumferential through-wall crack was conducted. Based on the parametric FEA results, engineering formulae for COD evaluation were established. Analytical results were compared to some experimental results. The calculated COD was in a good agreement with the observations.

口頭

外圧を受ける鏡板の座屈後限界強度; 板厚の違いによる影響

月森 和之; 矢田 浩基; 安藤 勝訓; 一宮 正和*; 安濃田 良成*; 荒川 学*

no journal, , 

バウンダリを形成する構造において、通常設計で防止される座屈圧力を超える過酷荷重に対してバウンダリとしての機能が期待される場合、その限界強度を評価することは重要である。本研究では、外圧を受ける鏡板構造を取り上げ、特に鏡板の板厚の違いが座屈および座屈後限界強度に及ぼす影響等について、水圧による圧力負荷試験およびFEMによる詳細非線形解析を用いて検討を行った。

口頭

内圧によるベローズの座屈後張出し変形挙動の解析手法の検討

月森 和之; 安藤 勝訓; 矢田 浩基; 荒川 学*; 北川 敬太*

no journal, , 

比較的山数の少ない液圧成形ベローズに内圧を負荷していくと、まずインプレーンスクワームと呼ばれる座屈を生じ、その後隣接する山同士が接触し、次第に谷部が外に張出し、ついには全体が張出す。過酷事象の際は座屈後どこまでバウンダリ機能が維持されるかが問われる。座屈まではFEM大変形解析で解析可能であるが、山間の接触が進むと収束解を得ることが非常に困難となる。本研究では、端部を移動させることで接触を回避する方法及び陽解法を準静的に用いる解析により、終局変形を求めることを試み、実際の変形形状と比較検討した。

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