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論文

Plastic collapse stresses based on flaw combination rules for pipes containing two circumferential similar flaws

長谷川 邦夫; Li, Y.; Kim, Y.-J.*; Lacroix, V.*; Strnadel, B.*

Journal of Pressure Vessel Technology, 141(3), p.031201_1 - 031201_5, 2019/06

2個の欠陥が近接して存在する場合は、これらの欠陥は1つの欠陥に合体される。この合体評価は多くの国の維持規格に採用されているが、具体的な合体クライテリアは異なっている。一方、2個の周方向欠陥を有するステンレス鋼配管の曲げ試験が行われており、塑性崩壊荷重は求められている。また、解析的な式も導かれている。本研究では、これらの実験と解析結果から得られる塑性崩壊応力を合体クライテリアから導かれる塑性崩壊応力と比較した。その結果、合体クライテリアを用いた塑性崩壊応力は、実験や解析結果と極めて異なることが分かった。

論文

Plastic collapse stresses for pipes with inner and outer circumferential cracks

Mares, V.*; 長谷川 邦夫; Li, Y.; Lacroix, V.*

Journal of Pressure Vessel Technology, 141(2), p.021203_1 - 021203_6, 2019/04

 パーセンタイル:100(Engineering, Mechanical)

周方向に内外表面亀裂を有する管の塑性崩壊応力は、米国機械学会のボイラーと圧力容器の規格のSection XIのAppendix Cで推定式が記載されている。このAppendix Cの推定式は欠陥形状が同じであれば内外表面亀裂の塑性崩壊応力は同じである。われわれは、管の平均半径を欠陥面と欠陥以外の面の2つの平均半径を考慮し、内外表面亀裂を有する管の塑性崩壊応力を導いた。その結果、外表面欠陥の塑性崩壊応力は、管の厚さが大きく亀裂が深くて長いとき、Appendix Cの推定式は大きく、非安全側になることが分かった。

論文

Stress intensity factors for transformed surface flaws and remaining fatigue lives based on flaw-to-surface proximity rules

長谷川 邦夫*; Strnadel, B.*; Li, Y.; Lacroix, V.*

Journal of Pressure Vessel Technology, 140(5), p.051204_1 - 051204_7, 2018/10

 パーセンタイル:100(Engineering, Mechanical)

Subsurface flaws are sometimes found as blowholes near free surfaces of structural components. It can be easily expected that the stress intensity factor at the tip of the subsurface flaw increases with decreasing the ligament distance. Fitness-for-service (FFS) codes provide flaw-to-surface proximity rules which are transformation from subsurface to surface flaw. Although the concept of the proximity rules of the FFS codes are the same, the specific criteria for the rules on transforming subsurface flaws to surface flaws are different amongst FFS codes. This study demonstrates the proximity criteria provided by the FFS codes and indicates that the increment of the stress intensity factors before and after the transformation from subsurface to surface flaws. In addition, it is shown that remaining fatigue lives for pipes with flaws are strongly affected by the location at the transformation from subsurface to surface flaws.

論文

Prediction for plastic collapse stresses for pipes with inner and outer circumferential flaws

長谷川 邦夫; Li, Y.; Mares, V.*; Lacroix, V.*

Proceedings of 2018 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2018), 5 Pages, 2018/07

周方向の表面欠陥を有する管の曲げによる塑性崩壊応力はASME Code Section X Appendix C-5320の式により推定される。この式は、管の内外表面欠陥に適用される。著者らは欠陥部分の管の平均半径を考慮し、内外表面欠陥を有する管の塑性崩壊応力式を導いた。その結果、外表面欠陥を有する管の塑性崩壊応力はAppendix Cの式から得られる応力より小さく、内表面欠陥の応力はAppendix Cの応力より大きいことを見出した。

論文

Plastic collapse stresses for pipes with circumferential twin flaws using combination rules

長谷川 邦夫; Li, Y.; Kim, Y.-J.*; Valery, L.*; Bohumir, S.*

Proceedings of 2018 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2018), 6 Pages, 2018/07

複数の欠陥が近接して検出された場合、この欠陥は欠陥間の距離を欠陥の深さあるいは長さと比較して合体の可否が判断される。ステンレス鋼に2個の同一欠陥を設けた配管の崩壊曲げ試験結果があり、この実験結果と基準に則った方法で計算した崩壊応力を比較した。その結果、実験結果は欠陥間の距離が増大すると崩壊応力が増加するのに対して、計算結果はその逆となった。一方、2個の欠陥が独立と判断された場合は崩壊応力は急激に増加する。深さを基準にした合体は非保守的となり、長さを基準とした合体は極めて保守的であることを見出した。

論文

Fatigue crack growth for ferritic steel under negative stress ratio

山口 義仁; 長谷川 邦夫; Li, Y.

Proceedings of 2018 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2018), 6 Pages, 2018/07

疲労亀裂進展中における亀裂の開閉口は、亀裂進展速度の評価において重要な現象である。ASME Code Section XIのAppendix A-4300は、負の応力比におけるフェライト鋼の疲労亀裂進展速度を算出する式について、負荷の大きさに応じて二つ提示している。一つは、負荷が小さい場合に、亀裂の閉口を考慮する式である。もう一つは、負荷が大きい場合に、亀裂の閉口を考慮しない式である。本研究では、フェライト鋼に対して、負荷の大きさを徐々に変えながら疲労亀裂進展試験を実施し、負荷の大きさが亀裂閉口に及ぼす影響を調査した。その結果、Appendix A-4300における疲労亀裂進展速度算出式を切り替える負荷の大きさと比較して、より小さい負荷で亀裂が閉口することを明らかにした。

論文

Rules for flaw interaction for subsurface flaws in operating pressurized vessels; Technical basis of code case N-877

Lacroix, V.*; Dulieu, P.*; Blasset, S.*; Tiete, R.*; Li, Y.; 長谷川 邦夫; Bamford, W.*; Udyawar, A.*

Proceedings of 2018 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2018), 10 Pages, 2018/07

When multiple flaws are detected in pressure retaining components during inspection, the first step of evaluation consists of determining whether the flaws shall be combined into a single flaw or evaluated separately. This combination process is carried out in compliance with proximity rules given in the Fitness-for-Service (FFS) Codes. However, the specific criteria for the rules on combining multiple flaws into a single flaw are different among the FFS Codes. In this context, revised and improved criteria have been developed, to more accurately characterize the interaction between multiple subsurface flaws in operating pressure vessels. This improved approach removes some of the conservatism in the existing ASME Code approach, which was developed in the 1970s based on two flaws interacting with each other. This paper explains in detail the methodology used to derive improved flaw proximity rules through three-dimensional FEM and XFEM analyses. After the presentation of the calculations results and the improved criteria, the paper also highlights the multiple conservatisms of the methodology using several sensitivity analyses.

論文

Alternative characterization rules for multiple surface planar flaws

Dulieu, P.*; Lacroix, V.*; 長谷川 邦夫; Li, Y.; Strnadel, B.*

Proceedings of 2018 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2018), 10 Pages, 2018/07

When multiple surface flaws are detected in pressure components, their potential interaction is to be assessed to determine whether they must be combined or evaluated independently of each other. This assessment is performed through the flaw characterization rules of Fitness-For-Service (FFS) Codes. However, the specific combination criteria of surface flaws are different among the FFS Codes. Most of the time, they consist of simple criteria based on distance between flaws and flaw depth. This paper aims at proposing alternative characterization rules reflecting the actual level of interaction between surface planar flaws. This interaction depends on several parameters such as the relative position of flaws, the flaw sizes and their aspect ratio. Thanks to numerous threedimensional XFEM simulations, best suited combination criteria for surface planar flaws are derived by considering the combined influence of these parameters.

論文

Numerical study on longitudinal distance effect on failure stress of non-aligned twin cracked pipe

Nguyen, T.-L.*; Lee, M.-W.*; 長谷川 邦夫; Kim, Y.-J.*

Proceedings of 2018 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2018), 7 Pages, 2018/07

軸方向に離れた位置に存在する異なる断面の2個の寸法が同じである周方向亀裂を有する配管の曲げ破壊応力について、亀裂間の軸方向距離Hをパラメータとして、数値解析を行った。その結果、深くて短い亀裂はHが増加すると破壊曲げ応力が増加するが、浅くて長い亀裂はHに依存しないことが分かった。

論文

Proposal of a new subsurface-to-surface flaw transformation rule for fatigue crack growth analyses

Lacroix, V.*; Bouydo, A.*; 勝又 源七郎*; Li, Y.; 長谷川 邦夫

Proceedings of 2017 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2017) (CD-ROM), 7 Pages, 2017/07

This paper summarizes the steps leading to the improvement of the ASME Code Section XI subsurface-to-surface proximity rule. Based on fatigue crack growth calculations and refined investigations, the paper proposes a new limit value for the surface proximity factor. As a result, a proposal for modification of the ASME Code Section XI, Appendix C is provided. The paper is used for the technical basis of this proposal.

論文

Closed-form stress intensity factor solutions for deep surface cracks in cylinders subjected to global bending

東 喜三郎*; Li, Y.; 長谷川 邦夫; Shim, D. J.*

Proceedings of 2017 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2017) (CD-ROM), 7 Pages, 2017/07

Materials made of alloy 82/182/600 used in pressurized water reactors are known to be susceptible to primary water stress corrosion cracking. The depth, ${it a}$, of flaws due to primary water stress corrosion cracking can be larger than the half of crack length ${it c}$, which is referred to as cracks with large aspect ratios. The stress intensity factor solution for cracks plays an important role to predict crack propagation and failure. However, Section XI of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code does not provide the solutions for cracks with large aspect ratios. This paper presents the stress intensity factor solutions for circumferential surface cracks with large aspect ratios in cylinders under global bending loads. Finite element solutions were used to fit closed-form equations with influence coefficients ${it G}$gb. The closed-form solutions for coefficient ${it G}$gb were developed at the deepest points and the surface points of the cracks with aspect ratios ranged from 1.0 to 8.0.

論文

Study on the relationship between interaction factors and stress intensity factor for elliptical flaws

東 喜三郎*; Li, Y.; 長谷川 邦夫

Proceedings of 2017 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2017) (CD-ROM), 6 Pages, 2017/07

The interaction of multiple flaws in close proximity to one another may increase the stress intensity factor of the flaw in structures and components. This interaction effect is not distributed uniformly along the crack front. For instance, the strongest interaction is generally observed at the point closest to a neighboring flaw. For this reason, the closest point shows a higher value of the stress intensity factor than all other points in some cases, even if the original value at the point of the single flaw is relatively low. To clarify the condition when the closest point shows the maximum stress intensity factor, we investigated the interaction of two equal elliptical flaws in an infinite model subjected to remote tension loading. The stress intensity factor of the elliptical flaws was obtained be performing finite element analysis of a linear elastic solid. The results indicated that the interaction factors along the crack front can be expressed by a simple empirical formula. Finally, we show the relationship between geometrical features of the flaw and the stress intensity factor at the closest point.

論文

Closed-form stress intensity factor solutions for deep surface cracks in plates

東 喜三郎*; Li, Y.; 長谷川 邦夫; Xu, S.*

Proceedings of 2017 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2017) (CD-ROM), 9 Pages, 2017/07

Materials made of alloy 82/182/600 used in light-water reactors are known to be susceptible to stress corrosion cracking. It is known that the depth ${it a}$ of some cracks due to primary water stress corrosion cracking is larger than the half of crack length ${it c}$. The stress intensity factor solution for cracks plays an important role to predict crack propagation and failure. However, Section XI of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code does not provide the solutions for cracks with large aspect ratios. In this study, closed-form stress intensity factor influence coefficients for deep surface cracks in plates are discussed. The crack tip stress distribution was represented by a fourth degree polynomial equation. Influence coefficient tables obtained by using finite element analysis in previous studies were used for curve fitting. The closed-form solutions for the coefficient were developed at the surface points, the deepest points, and the maximum points of the cracks with aspect ratios ranged from 1.0 to 8.0.

論文

Introduction of subsurface proximity criteria in the world and stress intensity factors for transformed surface flaws

長谷川 邦夫; Li, Y.; 勝又 源七郎*; Dulieu, P.*; Lacroix, V.*

Proceedings of 2017 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2017) (CD-ROM), 6 Pages, 2017/07

検出された内部欠陥が、機器の表面近傍にあるとき、応力拡大係数が大きくなる。このリガメントからの破壊を防ぐために維持規格では内部欠陥の接近性のルールがある。このルールによれば、内部欠陥を、内部欠陥のままにして破壊評価を扱うか、表面欠陥に置き換えて破壊評価を行う。表面欠陥に置き換えた場合、亀裂先端の応力拡大係数は増大する。この接近性のルールの考え方は世界各国の維持規格で同じであるが、具体的なクライテリアは異なる。そこで、世界各国の接近性クライテリアの紹介をするとともに、ASME規格で用いられるクライテリアをベースにして応力拡大係数を比較する。

論文

Stress intensity factor interaction of subsurface flaws under notches

長谷川 邦夫; Dulieu, P.*; Lacroix, V.*

Proceedings of 2017 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2017) (CD-ROM), 5 Pages, 2017/07

切欠底にある内部欠陥は、応力集中のため応力拡大係数の干渉効果が大きい。このため、内部欠陥は、切欠底から離れた位置で表面欠陥に置き換える必要がある。本論文は、応力集中場の応力拡大係数の干渉を示し、この干渉効果を基に切欠底に円欠陥があるときの接近性基準を提案するものである。

論文

Reference curve of fatigue crack growth for ferritic steels under negative R ratio provided by ASME Code Section XI

長谷川 邦夫*; Mares, V.*; 山口 義仁

Journal of Pressure Vessel Technology, 139(3), p.034501_1 - 034501_5, 2017/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.97(Engineering, Mechanical)

Reference curves of fatigue crack growth rates for ferritic steels in air environment are provided by the ASME Code Section XI Appendix A. The fatigue crack growth rates under negative R ratio are given as da/dN vs. K$$_{max}$$. It is generally well known that the growth rates decreases with decreasing R ratios. However, the da/dN as a function of K$$_{max}$$ are the same curves under R = 0, -1 and -2. In addition, the da/dN increases with decreasing R ratio for R$$<$$-2. This paper converts from da/dN vs. K$$_{max}$$ to da/dN vs. $$Delta$$K$$_{I}$$, using crack closure U. It can be seen that the growth rate da/dN vs. $$Delta$$K$$_{I}$$ is better equation than da/dN vs. K$$_{max}$$ from the view point of stress ratio R. Furthermore, extending crack closure U to R = -5, it can be explained that the da/dN decreases with decreasing R ratio in the range of -5 $$<$$ R $$<$$ 0. This tendency is consistent with the experimental data.

論文

Development of stress intensity factors for cracks with large aspect ratios in pipes and plates

Li, Y.; 長谷川 邦夫*; 宇田川 誠

Journal of Pressure Vessel Technology, 139(2), p.021202_1 - 021202_13, 2017/04

 パーセンタイル:100(Engineering, Mechanical)

The stress intensity factors (SIFs) for pipes containing semi-elliptical cracks with large aspect ratios were calculated by finite element analysis. The cracks were circumferential and axial surface cracks inside the pipes. The parameters of the SIFs are crack aspect ratio, crack depth and the ratio of pipe radius to wall thickness. In comparing SIFs for plates and pipes, it can be clarified that SIFs for both plates and thin pipes with $$_{t}/R_{i}$$ $$<$$ 1/10 are almost the same, and the SIFs for plates are used as a substitute for pipes with $$_{t}/R_{i}$$ $$<$$ 1/10, where $$t$$ is the pipe wall thickness and $$R_{i}$$ is the inner radius of the pipe. This means that it is not necessary to provide SIF solutions for pipes with $$_{t}/R_{i}$$ $$<$$ 1/10, and it is suggested that number of tables for influence coefficients G values for pipes can significantly reduce.

論文

Failure experiments on pipes with local wall thinning subjected to multi-axial loads

Li, Y.; 長谷川 邦夫; 三浦 直樹*; 星野 克明*

Journal of Pressure Vessel Technology, 139(2), p.021203_1 - 021203_7, 2017/04

 パーセンタイル:100(Engineering, Mechanical)

原子力配管系の重要な荷重条件は、内圧,曲げ荷重及びねじり荷重である。しかし、これらの荷重条件を全て考慮した減肉配管の破壊評価手法は確立されていない。われわれはこれまでに有限要素法による極限荷重解析により、これらの多軸荷重条件が負荷された場合の局部減肉を有する配管の破壊評価手法を提案した。本研究では、局部減肉を有する炭素鋼小型配管試験体を対象に内圧による引張荷重,曲げ荷重及びねじり荷重を同時に負荷した破壊試験を実施した。これまでに提案した破壊評価手法により予測した破壊荷重は試験結果とよく一致したことから、提案手法の妥当性が確認できた。

論文

Experimental study on failure estimation method for circumferentially cracked pipes subjected to multi-axial loads

Li, Y.; 長谷川 邦夫; 三浦 直樹*; 星野 克明*

Journal of Pressure Vessel Technology, 139(1), p.011204_1 - 011204_10, 2017/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:72.97(Engineering, Mechanical)

原子力配管系の重要な荷重条件は、内圧,曲げ荷重及びねじり荷重である。これまでの周方向亀裂を有する配管の破壊評価手法は内圧及び曲げ荷重を考慮しているが、ねじり荷重を考慮していない。この背景を踏まえ、われわれはこれまでに有限要素法による極限荷重解析により、ねじり荷重の影響も考慮した亀裂を有する配管の破壊評価手法を提案した。本研究では、周方向亀裂を有するステンレス鋼小型配管試験体を対象に内圧による引張荷重、曲げ荷重及びねじり荷重を同時に負荷した破壊試験を実施した。これまでに提案した破壊評価手法により予測した破壊荷重は試験結果とよく一致したことから、提案手法の妥当性が確認できた。

論文

Fatigue crack growth behaviour for adjacent two surface flaws in accordance with combination rules

Lu, K.; Li, Y.; 長谷川 邦夫*; Lacroix, V.*

Proceedings of 7th International Workshop on New Methods of Damage and Failure Analysis of Structural Parts, p.57 - 58, 2016/11

原子力機器等の構造物に、経年事象による複数亀裂の発生があり得る。現行の構造物の健全性評価では、維持規格に規定されている複数亀裂の合体基準に従った疲労亀裂等の進展計算を行い、構造物の疲労寿命を評価している。しかし、各国の維持規格は異なる合体基準が用いられている。本論文では、2個の同一平面の表面亀裂を有する配管の疲労亀裂進展解析を行い、複数の合体基準を用いて配管の疲労寿命を求めた。あわせて、亀裂間の応力拡大係数の干渉効果を考慮した拡張有限要素法による疲労寿命を求めた。その結果、国内の維持規格に従って計算した疲労寿命は拡張有限要素法で得られた結果に近く、一部の国の合体基準は過度の保守性が含まれていることを明らかにした。

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