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論文

Benchmark analysis on probabilistic fracture mechanics analysis codes concerning fatigue crack growth in aged piping of nuclear power plants

勝山 仁哉; 伊藤 裕人*; Li, Y.*; 小坂部 和也*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 117-118, p.56 - 63, 2014/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:58.87(Engineering, Multidisciplinary)

原子力プラントの経年配管を対象として、国内では幾つかの確率論的破壊力学(PFM)解析コードの開発や改良が行われている。本研究では、原子力機構が開発を進めているPASCAL-SPと、原子力安全基盤機構が米国のPRAISEをもとに改良を進めているPRAISE-JNESを用いて、両コードの信頼性及び適用性を確かめるため、BWRのステンレス鋼管及び炭素鋼管を対象に、供用期間中の疲労き裂進展を考慮した破損確率に関するベンチマーク解析を行った。得られた結果に対して、複数のPFM解析コードを比較する際の相対誤差の許容値を定量的に判断する手法を新たに提案した。その提案手法に基づき、両解析コードにより算出された破損確率等の結果はよく一致することが示された。

論文

Benchmark analysis and numerical investigation on probabilistic fracture mechanics analysis codes for NPPs piping

Li, Y.*; 伊藤 裕人*; 小坂部 和也*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 99-100, p.61 - 68, 2012/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:50.91(Engineering, Multidisciplinary)

安全上重要な原子炉配管の構造健全性を評価する合理的な手法として、確率論的破壊力学(PFM)が注目されている。国内ではPFM解析手法に基づき、原子力機構ではPASCAL-SPコード、原子力安全基盤機構ではPRAISE-JNESコードがそれぞれ開発されている。本論文では、両コードの解析精度を確認するために、沸騰水型原子力発電所の再循環系配管における応力腐食割れ(SCC)の進展に伴う破損を対象に、破損確率に関するベンチマーク解析を行った。その結果、地震荷重の大きさや非破壊検査の有無等にかかわらず、両コードの解析結果は、十分に一致することを確認した。また、両者の解析結果についての差を定量的に評価するため、相対比較のクライテリアを提案した。

論文

Benchmark analysis on PFM analysis codes for aged piping of nuclear power plants

伊藤 裕人*; Li, Y.*; 小坂部 和也*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

Journal of Mechanical Science and Technology, 26(7), p.2055 - 2058, 2012/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:15.27(Engineering, Mechanical)

経年を考慮した安全上重要な原子炉配管の構造健全性を評価する合理的な手法として、確率論的破壊力学(PFM)が注目されている。国内ではPFM解析手法に基づき、原子力機構ではPASCAL-SPコード、原子力安全基盤機構ではPRAISE-JNESコードがそれぞれ開発されている。本論文では、両コードの解析精度を確認するために、沸騰水型原子力発電所の再循環系配管における応力腐食割れ(SCC)を対象に、破損確率に関するベンチマーク解析を行った。その結果、地震荷重の大きさや非破壊検査の有無等にかかわらず、両コードの解析結果は、十分に一致することを確認した。

論文

Effect of welding conditions on residual stress and stress corrosion cracking behavior at butt-welding joints of stainless steel pipes

勝山 仁哉; 飛田 徹; 伊藤 裕人*; 鬼沢 邦雄

Journal of Pressure Vessel Technology, 134(2), p.021403_1 - 021403_9, 2012/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.08(Engineering, Mechanical)

オーステナイト系ステンレス鋼SUS316L製の再循環系配管の突合せ溶接部近傍において応力腐食割れ(SCC)が観察されている。このSCCは、従来の材料因子及び環境因子の影響に比べ、溶接により生じる高い引張応力、すなわち力学因子の影響が大きいと考えられる。したがって、SUS316L鋼管溶接継手の溶接残留応力に関する解析評価は重要であり、多くの研究が行われている。本研究では、複数のSUS316鋼管溶接継手試験体を製作し、溶接入熱及び溶接速度のような溶接条件の不確かさを実測した。また、応力解放法及びX線回折法により残留応力分布及びそのばらつきを評価した。これらの測定結果をもとに、有限要素法による溶接条件の不確かさを考慮したパラメトリック解析を行い、溶接条件の違いが溶接残留応力に及ぼす影響を明らかにした。さらに、求めた残留応力分布を用い、JSME維持規格の手法に基づくSCC進展解析を行った結果、溶接入熱及び速度の不確かさはSCC進展挙動に及ぼす影響が大きいことが示された。

論文

原子炉配管溶接部における残留応力の不確かさ評価に基づく確率論的構造健全性評価

勝山 仁哉; 伊藤 裕人; 飛田 徹; 鬼沢 邦雄

溶接学会論文集(インターネット), 28(2), p.193 - 202, 2010/06

配管溶接部に生じる引張残留応力は、応力腐食割れの駆動力となるため、構造健全性の観点で最も重要な因子の1つである。本研究では、配管突合せ溶接部試験体を対象として入熱量や溶接速度等の溶接条件を変化させた熱弾塑性解析を実施し、実測値との比較により妥当性を確認するとともに、溶接条件の不確かさが溶接残留応力に及ぼす影響を明らかにした。また、確率論的破壊力学解析コード(PASCAL-SP)を用いて、溶接残留応力にかかわる不確かさが破損確率に及ぼす影響を評価した結果、残留応力のばらつきが大きくなるほど、配管が破断に至る確率は増加することを示した。

報告書

原子炉配管溶接部に対する確率論的破壊力学解析コードPASCAL-SPの使用手引き

伊藤 裕人; 加藤 大輔*; 小坂部 和也*; 西川 弘之; 鬼沢 邦雄

JAEA-Data/Code 2009-025, 135 Pages, 2010/03

JAEA-Data-Code-2009-025.pdf:17.49MB

高経年化機器の健全性評価に関する研究の一環として、確率論的破壊力学(PFM)解析コードであるPASCAL-SP(PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR - Stress Corrosion Cracking at Welded Joints of Piping)を開発した。PASCAL-SPは、安全上重要な配管溶接部の破損確率をモンテカルロ法により評価するものであり、経年劣化事象として応力腐食割れ(SCC)を対象としている。原子力安全・保安院の報告書や日本機械学会維持規格等に準拠し、最近のSCC評価法や破断評価法及び破壊力学的知見を反映した。また、供用期間中における欠陥検出性及びサイジング精度や溶接残留応力分布を、実験結果等に基づいてモデル化し、PASCAL-SPに導入した。本報告書は、PASCAL-SPの使用方法と解析手法をまとめたものである。

論文

Development of probabilistic fracture mechanics analysis codes for reactor pressure vessels and piping considering welding residual stress

鬼沢 邦雄; 西川 弘之; 伊藤 裕人

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 87(1), p.2 - 10, 2010/01

 被引用回数:46 パーセンタイル:90.37(Engineering, Multidisciplinary)

原子炉圧力容器に関して、確率論的破壊力学解析コードPASCAL2における肉盛溶接部に関する評価機能の改良を行い、確率論的解析を実施した。具体的には、肉盛溶接部内ではき裂が進展しないようにき裂進展モデルを改良し、肉盛溶接に伴う残留応力を考慮して加圧熱衝撃時における原子炉圧力容器の破損確率解析を行った。解析結果から、肉盛溶接部の存在が条件付破壊確率に及ぼす影響を評価した。また、国内外の最新の知見に基づき、応力腐食割れ(SCC)を考慮して配管溶接部の破損確率を評価する確率論的破壊力学解析コードPASCAL-SPを開発した。配管溶接継手部における溶接残留応力分布の不確かさや、供用期間中検査におけるSCC検出性及びサイジング精度をモデル化し、PASCAL-SPに導入した。このPASCAL-SPを用いて、溶接残留応力の不確かさ及び供用期間中検査の検査程度が配管の破断確率に及ぼす影響を評価した。

論文

Development of probabilistic fracture mechanics analysis code for aged piping under stress corrosion cracking

鬼沢 邦雄; 伊藤 裕人

NEA/CSNI/R(2009)2, p.275 - 285, 2009/00

確率論的破壊力学解析(PFM)手法は、構造健全性にかかわるばらつきや不確かさを考慮して、機器の破損確率を評価できる手法である。応力腐食割れ(SCC)はBWR型原子力発電所の配管溶接部で発生している。原子力機構では、このSCCを対象として、最新の知見に基づき配管溶接部の破損確率を評価するPFM解析コードPASCAL-SPを開発している。本解析コードは、国内における規制や規格類をもとに、モンテカルロ法により配管の破損確率を評価する。主として、配管溶接継手部における溶接残留応力分布の不確かさや、供用期間中検査における欠陥検出性等に関するモデルに着目している。このPASCAL-SPを用いて、溶接残留応力の不確かさ及び供用期間中検査の検査程度が配管の破損確率に及ぼす影響を評価した。

論文

地震動の不確かさを考慮した経年配管の構造信頼性評価手法の開発; 経年劣化が進行した発電用原子炉の配管が地震で壊れる確率は?

伊藤 裕人; 鬼沢 邦雄; 杉野 英治*

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 50(7), p.434 - 437, 2008/07

応力腐食割れが発生した配管に地震による揺れが作用したときの健全性を評価する際には、地震荷重の大きさ、応力腐食割れによるき裂の発生・進展等の経年劣化について不確かさやばらつきが存在する。これらの不確かさやばらつきを定量的に評価する確率論的破壊力学(PFM)解析手法を用いて、配管等、構造機器に損傷が発生する確率を評価する研究を進めている。また、地震時の原子炉の安全性評価における重要な入力条件となる地震動の発生にかかわる不確かさを考慮した地震動評価手法を開発した。従来、これらの手法は独立したものであったが、これらを統合して、プラント敷地周辺の地震動発生確率を考慮し、経年劣化した配管に地震荷重が作用する場合の破損確率の評価手法を開発した。

論文

A Probabilistic evaluation model for welding residual stress distribution at piping joint in probabilistic fracture mechanics analysis

伊藤 裕人; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄

Proceedings of 2008 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2008) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/07

BWRプラントのオーステナイト系ステンレス鋼配管の溶接部で応力腐食割れ(SCC)が検出されている。日本原子力研究開発機構では、最近のSCC事象に関する知見をもとに、経年配管に対する確率論的破壊力学(PFM)解析手法と解析コードPASCAL-SPの整備を進めている。PASCAL-SPは圧力バウンダリ配管溶接部を対象として、SCCと供用期間中検査を考慮して破損確率をモンテカルロ法によって評価する。本報告では、PFM解析に適用できる溶接残留応力分布の不確かさを考慮した確率論的評価モデルを提案し、PASCAL-SPに導入した。PASCAL-SPを用いて溶接残留応力分布の不確かさに関する感度解析を実施した結果、溶接時の入熱と溶接速度の不確かさは破断確率に大きな影響を与え、不確かさが大きくなるにつれて破断確率が大きくなる傾向が見られた。

論文

Effect of welding conditions on residual stress and SCC behavior at butt-welding joints of recirculation pipes

勝山 仁哉; 飛田 徹; 伊藤 裕人; 鬼沢 邦雄

Proceedings of 2008 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2008) (CD-ROM), 9 Pages, 2008/07

SUS316Lステンレス鋼製の再循環系配管の突合せ溶接部近傍において応力腐食割れ(SCC)が観察されている。近年顕在化しているSCCは、従来の材料因子及び環境因子の影響に比べ、溶接により生じる高い引張応力、すなわち力学因子の影響が大きいと考えられる。したがって、オーステナイトステンレス鋼配管の溶接残留応力に関する解析的評価は重要であり、多くの研究が行われている。本研究では、複数のSUS316製配管を製作することにより、溶接入熱及び溶接速度のような溶接条件の不確かさを実測により評価した。また破壊分析及び非破壊分析により残留応力分布及びそのばらつきを評価した。これらの結果をもとに、有限要素法(FEM)解析を用いて、溶接条件の不確かさを考慮したパラメトリック解析を行い、溶接条件の違いが溶接残留応力に及ぼす影響について評価した。また、求められた残留応力分布及び日本機械学会維持規格に基づくSCC進展解析を行った。その結果、溶接条件の不確かさによる入熱及び溶接速度の変化は、溶接残留応力及びき裂進展挙動に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。

論文

Development of probabilistic fracture mechanics analysis codes for reactor pressure vessels and piping considering welding residual stress

鬼沢 邦雄; 西川 弘之; 伊藤 裕人

Proceedings of 7th International Conference on the Integrity of Nuclear Components, p.229 - 239, 2008/07

原子炉圧力容器に関して、確率論的破壊力学解析コードPASCAL2における肉盛溶接部に関する評価機能の改良を行い、確率論的解析を実施した。具体的には、肉盛溶接部内ではき裂が進展しないようにき裂進展モデルを改良し、肉盛溶接に伴う残留応力を考慮して加圧熱衝撃時における原子炉圧力容器の破損確率解析を行った。解析結果から、肉盛溶接部の存在が条件付破壊確率に及ぼす影響を評価した。また、国内外の最新の知見に基づき、応力腐食割れ(SCC)を考慮して配管溶接部の破損確率を評価する確率論的破壊力学解析コードPASCAL-SPを開発した。配管溶接継手部における溶接残留応力分布の不確かさや、供用期間中検査におけるSCC検出性及びサイジング精度をモデル化し、PASCAL-SPに導入した。このPASCAL-SPを用いて、溶接残留応力の不確かさ及び供用期間中検査の検査程度が配管の破断確率に及ぼす影響を評価した。

報告書

減肉配管構造信頼性解析コードPASCAL-ECの使用手引き

伊藤 裕人; 加藤 大輔*; 鬼沢 邦雄; 柴田 勝之

JAEA-Data/Code 2006-001, 33 Pages, 2006/02

JAEA-Data-Code-2006-001.pdf:1.33MB

軽水炉構造機器の健全性に関する研究の一環として、流動加速腐食(FAC)による減肉配管の破損に対する構造信頼性学解析コードであるPASCAL-EC(PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR - Erosion Corrosion)を開発した。このコードは、炭素鋼配管がFACにより減肉した場合の破損確率をモンテカルロ法により評価するものである。PASCAL-ECは経年劣化事象として減肉を対象としており、近年の試験・研究結果を反映した最近の破壊判定法が盛り込まれている。本報告書は、PASCAL-ECの使用方法と解析理論及び手法をまとめたものである。

論文

地震動の不確かさを考慮した経年配管の構造信頼性評価手法の開発

杉野 英治*; 伊藤 裕人*; 鬼沢 邦雄; 鈴木 雅秀

日本原子力学会和文論文誌, 4(4), p.233 - 241, 2005/12

本研究の目的は、既存の軽水炉原子力発電プラントの長期利用の観点から、安全上重要な機器構造物の経年変化事象を適切に考慮した地震時構造信頼性評価手法を確立することである。そこで、1次冷却系配管における応力腐食割れや地震荷重による疲労き裂進展などの経年変化事象に着目し、確率論的破壊力学に基づいた配管破損確率評価コードPASCAL-SCと、プラントサイトの地震発生確率及び地震発生確率レベルに応じた地震動を算出するための確率論的地震ハザード評価コードSHEAT-FMを開発し、これらを組合せた経年配管の地震時構造信頼性評価手法を提案した。この手法を用いてBWRモデルプラントの再循環系配管溶接線の1つについて評価した。その結果、経年配管の破損確率は、運転時間がある時期を過ぎると急激に増加する傾向にあり、相対的に地震荷重よりも経年変化による破損の影響が大きいことがわかった。

報告書

確率論的破壊力学解析コードPASCAL-SC及びPASCAL-EQの使用手引き

伊藤 裕人*; 鬼沢 邦雄; 柴田 勝之*

JAERI-Data/Code 2005-007, 118 Pages, 2005/09

JAERI-Data-Code-2005-007.pdf:5.23MB

軽水炉構造機器の健全性に関する研究の一環として、確率論的破壊力学解析コードであるPASCAL-SC及びPASCAL-EQを開発した。これら両コードは、安全上重要な配管溶接部の破損確率をモンテカルロ法により評価するものである。PASCAL-SCは経年劣化事象として応力腐食割れ(SCC)を対象とし、またPASCAL-EQは地震荷重等による疲労き裂進展を対象としたコードである。これらのコードは、破壊力学の最新の知見や計算機性能向上を踏まえ、非定常な地震荷重によるき裂進展が評価可能であると同時に、応力拡大係数や破断判定法に最近の破壊力学的知見が盛り込まれている。また、GUIによる入力データ作成,解析(計算)実行,解析結果のグラフ描画が可能であり、操作性の向上も図られている。本報告書は、PASCAL-SC及びPASCAL-EQの使用方法と解析理論及び手法をまとめたものである。

論文

Effects of grain size and PCI restraint on the rim structure formation of UO$$_{2}$$ fuels

宇根 勝巳*; 野北 和宏*; 須澤 洋二郎*; 林 君夫; 伊藤 邦雄*; 栄藤 良則*

International Topical Meeting on Light Water Reactor Fuel Performance, 2, p.775 - 785, 2000/00

平成9年度まで旧燃料研究部燃料照射研究室と日本核燃料開発(NFD)の間で実施した共同研究の成果を含む発表である。NFDがOECDハルデン炉により被覆管拘束下で照射した燃料(平均60GWd/t)と、上記共同研究としてJRR-3により85-90GWd/tの高燃焼度照射した無拘束ディスク状燃料の状態を照射後試験によって調べ、比較検討した。無拘束(ディスク状)では、リム構造を形成する気泡が直径5~6$$mu$$mに異常成長していたのに対して、被覆管拘束下(ハルデン炉)では最大1.5-2$$mu$$mであり成長が抑制されていた。気孔率も無拘束の14-18%に対して、拘束下では7-8%と低かった。結論として、PCI拘束はリム構造形成に大きな影響を与え、その結果スエリング、FPガス放出、燃料温度に大きな影響を与える。

論文

わが国におけるMOX燃料の照射実証および照射後試験

市川 逵生*; 鳥取 章二*; 山手 浩一*; 白井 裕*; 吉澤 厚文*; 三次 岳志; 広瀬 勉*; 伊藤 邦雄*; 小林 善光*; 土井 荘一*; et al.

日本原子力学会誌, 39(2), p.93 - 111, 1996/00

BWRのMOX燃料少数体実証計画の全体について得られたデータを示し、技術的分析を行うと共に、成果全体をとりまとめた。(1)対象燃料は燃焼後においても全て健全であった。(2)MOX燃料はウラン燃料と同様に設計することが可能であり、設計コ-ドによる解析値ともよく一致した。(3)照射後試験の結果からは、MOX燃料はウラン燃料とほぼ同等の特性を有しており予測される範囲内にあることが確認された。(尚、論文においてはPWRにおける少数体実証計画の結果もあわせて示す。)

報告書

永久磁石式小型ナトリウム電磁流量計の出力特性

伊藤 和元*; 和田 寿一*; 武田 邦雄; 高荷 智*; 厚母 栄夫

PNC TN941 76-59, 24 Pages, 1976/06

PNC-TN941-76-59.pdf:0.94MB

期間:1971年6月4日$$sim$$1974年8月26日 目的:永久磁石式小型ナトリウム電磁流量計の出力特性を測定し設定値との比較および出力の経時変化を調べる。要旨:ナトリウム技術開発ループに設置されている永久磁石式小型電磁流量計3式は,既にナトリウム接液時間10,000時間を経過している。この期間中に得られたデータを整理し,流量計出力に対するナトリウム温度の影響,熱起電力による影響および出力の経時変化等を調べ下記結果がえられた。(1)流量と出力電圧は直線関係にある。(2)3式の流量計の単位流量当りの出力電圧は設計値の77$$sim$$92%であった。(3)単位流量当りの出力電圧はナトリウム温度上昇とともに小さくなる傾向があり,その変化は計算値(-0.009%/$$^{circ}C$$)と同程度であった。(4)使用期間中で出力の有意的な経時変化は最大8,2000時間では,認められなかった。

口頭

確率論的破壊力学解析における超音波探傷試験精度のモデル化

伊藤 裕人; 鬼沢 邦雄

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(JAEA)では、日本機械学会・維持規格を全面的に導入した新規PFM解析プログラムの開発を進めている。このプログラムでは応力腐食割れ(SCC)の発生・進展等考慮して、配管溶接部の破損確率を評価可能である。SCCによって経年劣化した配管溶接部の破損確率を評価する際には、供用期間中検査で実施される超音波探傷試験による欠陥検出性やサイジング精度が重要な要因となる。そこで、近年実施された「超音波探傷試験による欠陥検出性及びサイジング精度に関する確証試験」(UTS)の試験データや非破壊検査員の欠陥寸法測定能力を確保するための民間自主規格であるPD認証制度等をもとに超音波探傷試験精度をモデル化した。構築した超音波探傷試験精度モデルを現在開発中であるPFM解析プログラムに導入し、配管溶接部の破断確率を評価した。

口頭

確率論的破壊力学解析による構造機器健全性評価手法に関する研究; 再循環系配管の破損確率に及ぼす供用期間中検査頻度の影響

伊藤 裕人; 鬼沢 邦雄

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、日本機械学会維持規格の評価手法を導入した配管の破損確率評価のための確率論的破壊力学(PFM)解析プログラム開発を進めている。このプログラムは、応力腐食割れ(SCC)の発生・進展等を考慮し、配管溶接部の破損確率を評価する。SCCに対して感受性のある配管溶接部に対する供用期間中検査の頻度は、破損確率に大きく影響を及ぼす因子である。このため、維持規格で規定されている標準検査を基準とし、本PFM解析プログラムにより検査頻度の相違が破損確率に及ぼす影響を評価した。

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