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田中 信之; 渡士 克己; 岩田 耕司; 吉田 博治*
PNC TN9410 91-295, 257 Pages, 1991/09
構造物強度確性試験施設(TSS)を用いて、熱応力緩和構造モデル1)供試体の熱過渡強度試験を実施した。これまでに、供試体の設計・製作から熱過渡強度試験、解体検査、強度評価について一連の成果を報告してきている。本報告書は熱応力緩和構造供試体1)に発生した熱クリープ疲労き裂について破壊力学的手法を用いて解析・評価を行った結果について述べたものである。まず、き裂を有する軸対称あるいは3次元の有限要素モデルについて過渡荷重が負荷される場合の弾塑性クリープ解析を実施した。続いて、破壊力学パラメータとして、疲労き裂進展挙動を記述するJ積分およびクリープき裂進展挙動を記述するJ'積分について解析した。これらの破壊力学パラメータの解析は、CANIS-Jを用いて行った。熱過渡荷重が負荷される場合には熱歪が板厚方向に分布するため、通常用いられるJ積分は経路独立性を失うことが知られている。これに対して、今回の解析に採用したJ積分の拡張であるJ積分は経路に独立であり、熱応力場における破壊力学パラメータとして有効であることが確認された。一方、定常クリープ場に対して適用可能なJ積分を非定常クリープ場にまで拡張したJ'積分についてもほぼ経路独立と見なし得る結果が得られ、非定常・熱応力場における破壊力学パラメータとして有効であることが確認された。熱過渡荷重下では板厚方向にき裂が進展するのに伴って、疲労J積分範囲
JあるいはクリープJ'積分範囲J'があるき裂深さで最大値を示し、その後減少することが知られている。今回解析した結果では、内筒溶接部、入口ノズル-上鏡周継ぎ手部、支持スカートシンニング部において板厚のほぼ1/2近傍で最大値を示した。さらに、供試体に発生したいくつかの代表き裂についてき裂深さとJおよびJ'の関係を把握し、熱クリープ疲労き裂で定式化された材料のき裂進展速度データ(疲労に対してda/dN vsJ、 クリープに対してda/dt vsJ')を用いて、解析で得られたJ、およびJ'を適用して得られるクリープ疲労き裂進展速度を用いれば、本供試体に発生した熱クリープ疲労き裂の進展挙動を比較的精度良く表現することができた。
渡士 克己; 吉田 博治*; 古橋 一郎*
PNC TN9410 88-147, 215 Pages, 1988/09
本研究は、安全設計上想定する漏洩口面積を適正化する一手段であるクリープ疲労き裂進展挙動を測定する手法の高度化を非線形破壊力学に基づいて実施し、ホットレグ配管に適用することを目的とする。前年度開発したCANISコードにて、公称応力+-1.5Smの膜、曲げおよびこれらの組合せ応力を受ける種々の表面半楕円き裂を有する平板の疲労J積分およびクリープJ積分のデータを作成し、これを用いてエルボの最大応力発生場所のき裂進展計算を行った。結果:(1)板厚20.6mm、500
におけるき裂進展データベースを作成した。(2)初期想定欠陥(長さ41.2mm、深さ4.12mm)の進展に伴う形状変化は疲労でもクリープ疲労でも殆ど同一である。(3)貫通繰返し数は疲労で6250(膜応力)
30,520(曲げ応力)サイクル、クリープ疲労で3031534(同上)サイクルである。(4)開口面積は内圧(2atg)に対するものが1.5Sm相当の曲げモーメントに対するものより大きく、約0.5mm2である。(5)最大漏洩率は約23-/hrである。安定き裂進展のシミュレーション技術の高度化はほぼ終了した。今後曲率の影響調査及び実験による検証が必要である。
渡士 克己; 吉田 博治*; 今津 彰
PNC TN9410 87-171, 135 Pages, 1987/10
安全設計上想定すべき漏洩口面積を合理化する一手段であるクリープ疲労き裂進展挙動を、非線形破壊力学に基いて解析する手法を開発する。 (方法)(1)現状をサーベイして最も適当と思われる破壊力学パラメータを選び、表面仮想き裂付き構造物の破壊力学パラメータを解析する手法を開発する。(2)き裂進展計算手法を開発し、試計算を行う。 (結果)(1)疲労に対してJとJ積分、クリープに対してJ'とJ'積分が有望である。(2)これらのパラメータを計算できるようにCANISコードを拡充した。(3)材料試験データと解析解とほぼ一致した。また、ベンチマーク解析解等ともほぼ一致した。(4)大型炉一次主冷却径ホットレグ配管中のエルボを仮想表面き裂付き平板でモデル化して、き裂の解析と進展評価を行う方法を作った。(5)試計算の結果、き裂進展に及ぼす塑性とクリープの影響の大きいことがわかった。 (結論) 開口面積について試計算を行ったところ目標値である1†におさまる結果が得られたが、今後進展評価用の解析によるデータベースの拡充、低クリープき裂進展領域での材料試験データが必要である。
