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報告書

PASCAL信頼性向上ワーキンググループ活動報告; 平成28及び29年度

Li, Y.; 廣田 貴俊*; 板橋 遊*; 山本 真人*; 関東 康祐*; 鈴木 雅秀*; 宮本 裕平*

JAEA-Review 2020-011, 130 Pages, 2020/09

JAEA-Review-2020-011.pdf:9.31MB

日本原子力研究開発機構(以下「原子力機構」という。)では、原子炉圧力容器(Reactor Pressure Vessel、以下「RPV」という。)の構造健全性評価手法の高度化を目的として、加圧熱衝撃等の過渡事象が発生した場合のRPVの破損確率や破損頻度を評価する確率論的破壊力学解析コードPASCALを開発し、最新知見に基づきその機能の高度化を進めてきた。RPVの構造健全性評価において確率論的手法の活用が期待される中で、RPVの健全性評価に係る取組みを促進するためには、複数の機関によりPASCALの機能確認を実施し、その確認過程や確認結果を取りまとめておくことにより、コードの信頼性を向上させることが不可欠である。こうした背景を踏まえ、原子力機構では開発機関以外の当該分野に関する専門家の下で、本コードの信頼性を向上させることを目的として、PASCAL信頼性向上ワーキンググループを設立し、PASCALのソースコードレベルの確認を含む機能確認を行ってきた。本報は、PASCAL信頼性向上ワーキンググループの平成28及び29年度における活動内容及び活動結果についてまとめたものである。

論文

Recent verification activities on probabilistic fracture mechanics analysis code PASCAL4 for reactor pressure vessel

Lu, K.; 勝山 仁哉; Li, Y.; 宮本 裕平*; 廣田 貴俊*; 板橋 遊*; 永井 政貴*; 鈴木 雅秀*; 関東 康祐*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00573_1 - 19-00573_14, 2020/06

Probabilistic fracture mechanics (PFM) is considered a promising methodology in assessing the integrity of structural components in nuclear power plants because it can rationally represent the influence parameters in their probabilistic distributions without over-conservativeness. In Japan, Japan Atomic Energy Agency has developed a PFM analysis code PASCAL4 (PFM Analysis of Structural Components in Aging LWRs Version 4) which enables the probabilistic integrity assessment of reactor pressure vessels (RPVs) considering neutron irradiation embrittlement and pressurized thermal shock events. Several efforts have been made to verify PASCAL4 to ensure that this code can provide reliable analysis results. In particular, a Japanese working group, which consists of different participants from the industry and from universities and institutes, has been established to conduct the verification studies. This paper summarizes verification activities of the working group in the past two years. Based on those verification activities, the reliability and applicability of PASCAL4 for structural integrity assessments of Japanese RPVs have been confirmed with great confidence.

論文

Verification of a probabilistic fracture mechanics code PASCAL4 for reactor pressure vessels

Lu, K.; 勝山 仁哉; Li, Y.; 宮本 裕平*; 廣田 貴俊*; 板橋 遊*; 永井 政貴*; 鈴木 雅秀*; 関東 康祐*

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 9 Pages, 2019/05

Probabilistic fracture mechanics (PFM) is considered as a promising methodology in the integrity assessment of structural components in a nuclear power plant since it can rationally represent the influence parameters in their inherent probabilistic distributions without over-conservativeness. In Japan, a PFM analysis code called PASCAL4 (PFM Analysis of Structural Components in Aging LWRs Version 4) has been developed by Japan Atomic Energy Agency, which can be used for structural integrity assessments of reactor pressure vessels (RPVs) considering neutron irradiation embrittlement and pressurized thermal shock events. Up till now, many efforts have been made on verifying the PASCAL4 code. Among them, a Japanese working group which is consisted of seven participants from industries, universities and institutes was established to conduct the verification studies. Based on verification activities during the past two years, the reliability and applicability of PASCAL4 for structural integrity assessments of Japanese RPVs were confirmed with great confidence. This paper summarizes the verification activities in this working group including the verification plan, analysis conditions and results.

論文

Verification of probabilistic fracture mechanics analysis code PASCAL

Li, Y.; 勝又 源七郎*; 眞崎 浩一*; 林 翔太郎*; 板橋 遊*; 永井 政貴*; 鈴木 雅秀*; 関東 康祐*

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 10 Pages, 2017/07

原子力機構では確率論的破壊力学解析コードPASCALを開発している。本研究では、産業界、大学及び研究所で構成するワーキンググループを設置し、解析コードの確率変数、解析機能及び解析フローに関する検証を実施した。一年の活動を通じて、PASCALの信頼性が確認された。

報告書

PASCAL信頼性向上ワーキンググループ活動報告; 平成27年度

Li, Y.; 林 翔太郎*; 板橋 遊*; 永井 政貴*; 関東 康祐*; 鈴木 雅秀*; 眞崎 浩一*

JAEA-Review 2017-005, 80 Pages, 2017/03

JAEA-Review-2017-005.pdf:16.85MB

日本原子力研究開発機構では、原子炉圧力容器(RPV)の構造健全性評価手法の高度化を目的に、中性子照射脆化を考慮して、加圧熱衝撃等の過渡事象が発生した場合のRPVの破損確率や破損頻度を評価する確率論的破壊力学解析コードPASCALを開発し、最新知見に基づきその機能の高度化を進めてきた。RPVの構造健全性評価において確率論的手法の活用が期待される中で、RPVの健全性評価に係る取組みを促進するためには、PASCALの確率変数、評価機能、評価モデル等を含めた機能検証を行い、その検証過程を整理するとともに、検証結果を取りまとめておくことが必要不可欠である。こうした背景を踏まえ、開発機関以外の当該分野に関する専門家の下で、PASCALの確率論的破壊力学ソルバーであるPASCAL3をソースコードレベルで機能検証することにより、本コードの信頼性を向上させることを目的として、PASCAL信頼性向上WGを設立した。一年の活動を通じて、PASCAL3が十分な信頼性を有することが確認された。本報は、PASCAL信頼性向上WGの平成27年度における活動内容及び活動結果についてまとめたものである。

論文

International round robin analysis of probabilistic fracture mechanics for reactor pressure vessel during cool-down and LTOP event

関東 康祐*; 鬼沢 邦雄; 小坂部 和也*; 吉村 忍*

Proceedings of 10th International Workshop on the Integrity of Nuclear Components (ASINCO-10), p.189 - 194, 2014/04

日本溶接協会のPFM小委員会では、韓国及び台湾の研究グループとともに、確率論的破壊力学解析に関する国際ラウンドロビンを進めてきた。このラウンドロビンの目的は、原子炉圧力容器の加圧熱衝撃時における破壊確率を評価するための信頼性の高い手法を確立すること、及び原子力安全にかかわる確率論的健全性評価手法について、アジア地域の研究機関における継続的な研究協力を維持することである。既に第1期のラウンドロビン解析に関する結果は2010年の本会議で報告された。今回は、ラウンドロビン解析の第2期計画として、原子炉圧力容器の冷却時及び低温過圧時に対する新しい問題を計画している。本報告においては、その問題の概要、目的及び解析内容を提案し、参加希望機関との議論に供する。

論文

Summary of International PFM Round Robin analyses among Asian Countries on reactor pressure vessel integrity during pressurized thermal shock

関東 康祐*; Jhung, M.*; Ting, K.*; He, Y.*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 90-91, p.46 - 55, 2012/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:27.05(Engineering, Multidisciplinary)

日本溶接協会PFM小委員会が中心となり、韓国,台湾及び中国も参加して、確率論的破壊力学(PFM)に関する国際ラウンドロビン解析が実施された。この解析の目的は、原子炉圧力容器の加圧熱衝撃(PTS)時における破損確率を評価する手法を確立すること、及び原子力安全にかかわるPFM分野でのアジア諸国の連携を強化・維持することである。本論文では、このラウンドロビン解析の問題と、各参加機関による解析結果を取りまとめて報告する。ラウンドロビン問題は、PTS時における原子炉圧力容器壁内の応力と温度分布に関する決定論的解析、及びPTS時における容器の破壊確率解析の両者から構成されている。参加機関間での解析コードの相違や入力データ設定等による結果の相違について議論する。

論文

International PFM Round Robin analyses by Japanese participants on reactor pressure vessel integrity during pressurized thermal shock

鬼沢 邦雄; 関東 康祐*; 吉村 忍*

Proceedings of 8th International Workshop on the Integrity of Nuclear Components 2010, p.137 - 146, 2010/04

加圧熱衝撃(PTS)時における原子炉圧力容器(RPV)の健全性に関する国際ラウンドロビン(RR)が日本溶接協会のPFM小委員会において開始された。本報告は、このRRに国内から参加した6機関の結果を取りまとめたものである。本RRは、温度及び応力に対する決定論的解析とRPVの破壊確率に関する確率論解析から構成されている。決定論的解析では、新開発の有限差分法解析コード以外は2種類の有限要素法解析コードについてすべて結果は一致した。確率論解析については、全機関でPASCAL2コードを利用したことから、非破壊検査の精度の影響など、ほぼ一致する結果となった。一方、入力データの相違により、破壊確率の小さい場合に結果が異なる場合があるという知見が得られた。このほか、各機関による感度解析として、高温予荷重や上部棚破壊靱性の影響に関する結果が得られた。

論文

Recent Japanese research activities on probabilistic fracture mechanics for pressure vessel and piping of nuclear power plant

関東 康祐*; 鬼沢 邦雄; 町田 秀夫*; 礒部 仁博*; 吉村 忍*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 87(1), p.11 - 16, 2010/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.18(Engineering, Multidisciplinary)

本論文は、確率論的破壊力学(PFM)解析に関する国内の最近の動向をまとめたものである。原子力機構では、過去に日本機械学会や日本溶接協会に委託して研究委員会活動を行ってきた。この研究委員会は、現在も日本溶接協会において原子炉構造機器の健全性にかかわる確率論的評価手法を検討することを目的に活動を続けている。本論文では、最近の日本溶接協会のPFM小委員会における成果を述べる。まず、日本機械学会の維持規格に関するPFM解析の観点からの成果として、原子炉圧力容器の評価不要欠陥に対する確率論的な分析や、配管の健全性に及ぼす非破壊検査の影響を示す。また、リスク及び経済性に基づいた保守最適化に関する新たなPFM解析手法の開発を示す。さらに、2008年から開始しているPFM解析に関する国際ラウンドロビン問題について述べる。

論文

Recent Japanese research activities on probabilistic fracture mechanics for pressure vessel and piping of nuclear power plant

関東 康祐*; 鬼沢 邦雄; 町田 秀夫*; 礒部 仁博*; 吉村 忍*

Proceedings of 7th International Conference on the Integrity of Nuclear Components, p.219 - 228, 2008/07

本稿は、確率論的破壊力学(PFM)解析に関する国内の最近の動向をまとめたものである。原子力機構では、過去に日本機械学会や日本溶接協会に委託して研究委員会活動を行ってきた。この研究委員会は、現在も日本溶接協会において原子炉構造機器の健全性にかかわる確率論的評価手法を検討することを目的に活動を続けている。本稿では、最近の日本溶接協会のPFM小委員会における成果を述べる。まず、日本機械学会の維持規格に関するPFM解析の観点からの成果として、原子炉圧力容器の評価不要欠陥に対する確率論的な分析や、配管の健全性に及ぼす非破壊検査の影響を示す。次に、リスク及び経済性に基づいた保守最適化に関する新たなPFM解析手法の開発である。さらに、本年から開始する予定のPFM解析に関する国際ラウンドロビン問題について述べる。

論文

Study on flaw acceptance standard of ASME Code Sec.XI based on failure probability

柴田 勝之; 鬼沢 邦雄; Li, Y.*; 関東 康祐*; 吉村 忍*

Pressure Vessel and Piping Codes and Standards (PVP-Vol.480), p.235 - 242, 2004/00

ASME Code Sec.XIでは、クラス1機器に対してプラント寿命期間を通して健全性が確保できる微小き裂のスクリーニング基準として評価不要欠陥が規定されている。一方、確率論的健全性評価の観点から、評価不要欠陥は、き裂形状によらず破損確率が一様になるように設定されているか、寿命中を通して十分低い破損確率が確保されているか等の疑問がある。さらに、破損確率に基づけばより合理的に評価不要欠陥が設定できる可能性がある。本研究では、Sec.XIに規定された容器の評価不要表面欠陥について、確率論的破壊力学コードPASCALを使用して加圧熱衝撃下における破損確率を種々のアスペクト比について行い、評価不要欠陥の破損確率に関する検討を行った。解析結果から、評価不要欠陥を有する原子炉容器の破損確率は、初期欠陥のアスペクト比に依存し、特に半円に近い欠陥の場合、表面からき裂が発生しやすくなるため、破損確率が高くなることがわかった。さらに、破損確率がアスペクト比に依存しないように評価不要欠陥の設定を試みた。

論文

Recent Japanese PFM researches related to failure probability of aged RPV

柴田 勝之; 関東 康祐*; 吉村 忍*; 矢川 元基*

Proceedings of 5th International Workshop on the Integrity of Nuclear Components, p.99 - 117, 2004/00

我が国における原子力機器の確率論的破壊力学の研究は、原研が中心になって進められてきた。原研は、機器の設計,検査,維持にかかわる確率論的手法に対する将来のニーズに備えて、1988年以来確率論的破壊力学(PFM)に関する研究を実施してきた。第1期の研究として、1988$$sim$$1994年にかけて、委託研究により既存コードの調査,手法の調査・改良,標準手法の提案,ラウンドロビン解析等を実施した。その後、PFM手法のニーズ増大に応えて、1996年から、第2期として、原研独自コードの開発とPFM手法の軽水炉機器への適用検討を目的とした委託研究を実施している。委託研究は、日本溶接協会等への委託により実施した。本論文では、委託研究の経緯と概要,圧力容器の破損確率にかかわるラウンドロビン解析の結果,原研コードPASCALの概要等、圧力容器のPFMを中心に我が国の研究の現状を概説する。

論文

維持規格における圧力容器評価不要欠陥に対する確率論的破壊力学による検討

柴田 勝之; 鬼沢 邦雄; Li, Y.*; 関東 康祐*; 吉村 忍*

日本機械学会M&M2003材料力学部門講演会講演論文集,No.03-11, p.939 - 940, 2003/00

機械学会維持規格における欠陥評価基準では、供用期間を通して原子炉圧力容器の健全性が維持できる欠陥として評価不要欠陥が規定されている。評価不要欠陥は、設計時の非延性破壊防止規定で用いられる仮想欠陥(a=1/4T)に対して、その1/10の寸法を基準とし、き裂最深部の膜応力に対する応力拡大係数が一定となるように決定されている。一方、構造機器の健全性評価に適用する確率論的方法として、確率論的破壊力学(PFM)がある。この方法により、安全率の定量的意味付けや材質,欠陥,負荷等のばらつきを考慮して種々のパラメータに対する安全率の合理的設定も可能である。本報告では、圧力容器のPFM解析コードPASCALを用いて、維持規格の評価不要欠陥を対象に破壊確率の観点からその妥当性を検討した結果を論ずる。

口頭

国際PFMラウンドロビン解析

関東 康祐*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

no journal, , 

アジアにおいて原子力発電所を有する韓国,台湾,日本及び中国の4か国での確率論的破壊力学技術の発展と国際協力を目的としたラウンドロビン解析が行われた。本ラウンドロビンでは、共通問題としてPWR圧力容器のPTS荷重下での破壊確率の算出を取り上げた。本報告では、ラウンドロビン解析の概要と、代表例として破壊確率に及ぼす供用期間中検査の欠陥検出精度に関する感度解析の結果等を述べる。PFM解析の重要性や各国の技術レベルに関する有用な知見が得られた。

口頭

Review of PFM activities of Japanese and collaborative works in Asian countries

関東 康祐*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

no journal, , 

本報告では、国内においてこれまで進められてきた原子炉機器の確率論的破壊力学解析手法に関する活動状況の概要を紹介する。旧日本原子力研究所から日本溶接協会への委託事業等を通して、国内では日本溶接協会のPFM小委員会が主導的に研究を進めてきている。原子炉圧力容器の加圧熱衝撃時の健全性や配管の応力腐食割れ評価等、設備の維持に関する検討、解析精度の評価や解析技術の高度化のためのさまざまな取り組みが行われてきた。また、アジア諸国(韓国,台湾及び中国)の研究機関との国際ラウンドロビンが実施された。本報告では、これらの活動状況と今後の取り組みを紹介する。

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