Recent developments for fast reactor structural design standard (FDS)

笠原 直人; 中村 協正; 伊藤 啓; 柴本 宏; 長島 英明; 井上 和彦

Transactions of 18th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-18), p.1131 - 1140, 2005/08

高速炉の実用化には、信頼性と経済性に優れたプラントシステムの開発が不可欠である。そのため、核燃料サイクル開発機構と日本原子力発電は、共同でこのような要件を満たすプラント像の創出に向け、「FBRサイクル実用化戦略調査研究」を実施している。そのなかで、高温,低圧,肉薄構造等高速炉の特性を考慮した合理的な構造設計技術の確証及びそれらを踏まえた構造設計基準体系の確率が、経済性を向上させるうえでの枢要課題の一つとして摘出されている。これを受けて、実用化高速炉のプラント機器の特徴を活かし、合理的な設計を可能とする「実用化高速炉構造設計基準(略称FDS=Fast Reactor Structural Design Standard)策定のための研究開発を実施している。主要開発課題は、機器の使用条件に応じて合理的健全性評価を行うための「破損クライテリアの高度化」,高温機器の非弾性変形を精度よく評価するための「非弾性設計解析に関するガイドライン」,及び高温低圧条件での支配荷重を設定するための「熱荷重設定に関するガイドライン」の整備である。平成16年度に本研究に関するMET受託研究が終了したことから、これまでの進捗を報告する。

非弾性解析による設計法策定のための解析および調査

島川 貴司*; 中村 協正*

JNC TJ9400 2002-007, 54 Pages, 2003/03

JNC-TJ9400-2002-007.pdf:1.45MB

実用化戦略調査研究の一環として、小型簡素なプラント機器を実現するため高温構造設計法の抜本的な高度化が求められている。その具体化方策として、非弾性解析による設計の実現を目指している。 非弾性解析を活用したFBR設計の合理化のための検討として、平成13年度までに、設計上想定される破損様式を安全側かつ従来の弾性解析による予測法より合理的に評価可能な、古典的非弾性構成則を用いた設計法を提案した。 本研究では、古典的非弾性構成則による予測が実機で想定される負荷履歴にたいしても安全側となることを確認した。また、予測精度の一層の向上が期待される詳細構成式の設計への適用上の課題を調査した。さらに、非弾性解析結果に基く強度評価上の課題である、中間保持状態のクリープ疲労損傷評価クライテリオンの調査を行った。

構造物非弾性挙動影響調査

島川 貴司*; 中村 協正*

JNC TJ9420 2001-008, 82 Pages, 2001/03

JNC-TJ9420-2001-008.pdf:1.99MB

実用化戦略調査研究の一環として、小型簡素なプラント機器を実現するため高温構造設計法の抜本的な高度化が求められている。その具体的方策として、非弾性解析による設計の実現を目指している。本研究では、本格的研究に先立ち、非弾性解析により得られる非男性挙動と設計評価対象である破損現象との関係を、メカニズムの観点から分析調査した。負荷が荷重制御型に近づくと、非弾性解析により得られる応力評価誤差は小さくなるがひずみ評価誤差は大きくなる。また、破損形式としては破断が生じ易くなる。逆に変位制御に近づくと応力評価精度は下がるが、ひずみに関しては構成方程式依存性が小さくなり、評価精度が向上すると考えられる。破損様式としてはクリープ疲労と変形が支配的となる。実際の高速炉機器では、弾性追従と若干の1次応力の存在により、荷重制御型と変位制御型の中位の負荷が生じる。そこで、実機条件を包含する範囲で、荷重制御型から変位制御型までの負荷条件を、弾性追従係数と1次応力/2次応力の割合を変化させることによって模擬出来る解析モデルを作成した。また、実機で生じる中間保持を含む繰り返し荷重条件を作成した。次に、非弾性解析に基づく設計への適用が期待されている各種構成方程式による弾性クリープ解析を実施し、非弾性膜ひずみ、クリープ疲労損傷、各項目の評価精度を分析し、非弾性解析により評価可能な破損モードと条件を摘出した。また、1次応力および弾性追従が破損様式に与える影響について文献調査による調査を行った。