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高正 英樹*; 笠原 直人; 柄谷 和輝*
JNC TN9400 2003-096, 76 Pages, 2003/12
JNC-TN9400-2003-096.pdf:4.05MB
実用高速炉では、経済性の要求から冷却ループの大容量化とループ数削減を指向しており、熱交換器が大型化する方向である。また、冷却材に液体金属ナトリウムを使用することから信頼性の高い2重伝熱管の採用が計画されており、その結果、溶接の不要な直管型となることから、伝熱管本数が増大する傾向にある。以上から、蒸気発生器は大型の2重直管型となり、耐圧設計との兼ね合いから大型球形管板が必要になる。大型球形管板を実用化するには、複雑3次元形状に対する構造解析法の確立が必要となる。従来の管板解析法は、多孔部を等価中実板に置き換えて平均的な応力を求め、それに集中係数を乗じることで孔縁のピーク応力を求めるものであった。球形管板では、最大応力が生じる外縁の孔廻りの異方性が強いことから、応力集中係数による評価精度が低下する。このため、孔廻りの詳細形状を考慮した3次元解析が望まれる。3次元解析は、外縁の孔廻りに限定した部分孔開きモデルとしても大規模になるため、通常の直接法ソルバでは計算が難しくなる。このため、大規模解析で計算効率の高くなる反復ソルバを開発し、FINASへ実装した。実用化戦略調査研究で検討されている直管型球形管板を対象として、部分孔開きモデルを作成したところ100万自由度を越す大きさとなった。反復ソルバを組み込んだFINASとPCを用いて手動トリップを想定した20ステップの熱過渡弾性応力解析を行ったところ、72時間で解析が終了した。以上から球形管板に対する3次元構造解析法の適用性が確認できた。
千葉 隆久*; 酒井 新吉*; 長谷川 豊*; 上野 睦郎*; 柄谷 和輝*; 都筑 新*
PNC TJ9270 98-003, 161 Pages, 1996/03
本報告書は、高速炉等の各種構造解析に適用するために開発された汎用非線形構造解析システムFINAS(Finite Element Nonlinear Structual Analysis System)の機能の改良、拡張および整備に関するものであり、平成7年10月から平成8年3月までの間に検討された内容およびその成果をまとめたものである。以下に、改良、拡張および整備項目を示す。・異方性材料の取り扱い・高精度の構成モデルの適用・FASTENINGおよび縮合における計算効率の改善・有限要素の修正・FINAS(V.13.0)の整備と公開
柄谷 和輝; 堀切 守人
PNC TN9410 94-030, 85 Pages, 1994/04
非弾性解析を高度化する高精度な構成モデルの適用性を評価するため,単純な3本棒構造の試験体に高温保持を含む温度変動を与え,発生するラチェット変形の計測を行った。一方で汎用非線形構造解析システムFINASにより,構成モデルとして非線形繰返し非硬化領域モデルを用いた解析を行った。これら試験と解析の結果を比較することにより温度変動のある弾塑性クリープ領域での構成モデルの適用性を評価した。本研究で得られた結果をまとめると以下のようになる。(1)試験により一次応力がなくとも圧縮側にラチェット変形が発生することを確認した。また,試験により得られた1サイクルあたりのラチェット変形はサイクル数進行とともに減少し,15サイクル程度でほぼ一定値となった。(2)汎用非線形構造解析システムFINASにより,構成モデルとして非線形繰返し非硬化領域モデル(大野モデル)を用いて試験を模擬したFEM解析を実験した。クリープに関する時間係数を
C=1/3とすることにより,試験で計測されたラチェット変形を精度よく予測することができた。これにより弾塑性クリープ領域においても非線形繰返し非硬化領域モデルにより高精度の解析を行えることを確認した。(3)高温保持時間をへんかさせた解析を行うと保持時間の増大と共に発生するラチェット変形が増大した。これにより,高温保持によりクリープ変形が圧縮側のラチェットひずみを促進させることを確認した。
笠原 直人; 柄谷 和輝
PNC TN9410 93-184, 113 Pages, 1993/08
構造解析に使用する物性値の温度依存性とひずみ集中評価法が平滑部材熱過渡強度評価結果に及ぼす影響を調べた。物性値の温度依存性は,温度上昇と共に応力を下げる方向に変化するが,その大きさは2%以内で大きくはないことを明らかにした。歪み集中評価法に関しては熱過渡時の歪み挙動に大きな影響を与える(1)熱ピーク応力,(2)ポアソン比効果,(3)材料非線形性およびこれらの重畳効果と,歪み集中の程度を表わす弾性追従パラメータの関係を以下のように調べ,熱過渡強度評価に使用するための歪み集中の評価法を提案した。
柄谷 和輝; 中村 茸*; 岡田 純二; 月森 和之; 岩田 耕司
PNC TN9410 92-191, 93 Pages, 1992/04
非弾性解析の高度化のためには高精度の構成モデルが不可欠である。本研究は高速炉の主要構造部材であるオーステナイトステンレス鋼の非弾性挙動を精度よく表現する2曲面繰返し塑性モデルについて,その適用性と精度を実構造物において検証することを目的としている。このために有孔平板繰返し変位負荷試験:CPVT(Cyclic Plasticity Verification Test)を実施し,ひずみ集中部における繰返し硬化挙動の観察を行った。また,この試験を模擬し,構成モデルとして2曲面繰返し塑性モデルを用いた詳細弾塑性解析を汎用構造解析プログラムFINASにより実施し,試験結果と比較検討した。以下に本報の主な成果をまとめる。(1)2曲面繰返し塑性モデルを用いた詳細弾塑性解析により,ひずみ集中部では繰返し硬化の進行とともに応力範囲の拡大とひずみ範囲の縮小が起こることを確認し,このモデルにより基本的な構造について高精度な解析が可能であることを示した。(2)CPVTにより塑性域におけるひずみ集中挙動を把握した。ただし繰返し硬化が顕著となる2%以上のひずみ範囲においてはひずみゲージの剥離によりその挙動を計測することができなかった。(3)試験データに信頼性のあるひずみ範囲が小さく繰返し硬化が顕著でない領域(ひずみ範囲1%程度)においては試験と解析結果はよく一致し,2曲面繰返し塑性モデルが有効であることを示した。
岩田 耕司; 月森 和之; 柄谷 和輝
PNC TN9410 92-197, 189 Pages, 1992/03
本報告は高速炉等の各種構造解析に適用するために開発した汎用非線形構造解析システムFINAS(FINITE ELEMENT NONLINEAR STRUCTURAL ANALYSIS SYSTEM) の機能拡張に関するものであり、平成2年4月から平成3年3月までの間に検討した内容およびその成果をまとめたものである。以下に今回の主な機能拡張と検討項目を示す。1)MOD.9CR-1MO鋼に関する材料データライブラリを追加した。2)平面要素を3次元空間で使えるように拡張した。3)動的解析に静的縮合機能を組込んだ。4)ユーザーサブルーチンにより任意の構成モデルを組込み可能とした。5)ユーザーサブルーチンにより任意の要素を組込み可能とした。6)荷重増分自動決定機能を改良した。7)流体の大変位運動を伴う流体構造連成問題解析機能を検討した。8)プリント及びプロット機能を強化した。9)破壊力学パラメータ計算のための後処理プログラムFNSFRCTを改良した。10)面接触機能を用いた解析例を作成した。これら拡張した機能は適切な例題によりその機能を検証した後、FINASへ組込み、FINAS V12.0として公開を予定している。
柄谷 和輝; 山下 卓哉; 堀切 守人; 岩田 耕司
PNC TN9410 92-069, 75 Pages, 1992/01
非弾性挙動検証試験CPVT(Cyclic Plasticity Verification Test)にて必要となる抵抗線型箔ひずみゲージの特性を把握するため、材料試験片に市販の6種類のひずみゲージ(KFGシリーズ3種、KFEシリーズ1種、5連ゲージ2種)を貼り、室温においてひずみ範囲
=2000
14000(
10007000)の繰返しひずみを50サイクル与えた。発生したひずみは試験片に取り付けた伸び計で計測し、このひずみを基準にひずみゲージの出力特性を評価した。本試験で得られた結果をまとめると以下のようになる(1)今回の試験ではひずみ範囲が7000以上になると明らかにゲージ出力値の原点が引張り側に移動(シフト)した。このシフト量はひずみ範囲が増大するほど大きくなった。(2)シフト量についてKFG、KFEシリーズがほぼ同様の特性を示し、出力振幅の変化(ファクターの変化)およびヒステリシスの大きさ(非線形性)についてはKFGシリーズよりKFEシリーズの方が優れていた。またこれら全ての項目において5連ゲージの特性は最も劣り、ゲージ個々のばらつきも大きかった。(3)負荷するひずみ範囲を漸増させた場合と漸減させた場合ではシフト量とファクターの変化に差が認められ、これらの量が負荷ひずみ履歴に依存していることを示した。(4)負荷履歴の無いKFG、KFEシリーズのひずみゲージにひずみ範囲(=13500)の繰返しひずみを50サイクル与えても、ファクターの変化および非線形量は無視できる範囲に留まり、各サイクル毎にほぼ一定量の原点シフトのみが発生した。(5)CPVTを想定した(4)の場合についてシフトのみに注目したひずみゲージ出力値の較正式を示した。
柄谷 和輝; 山下 卓哉; 月森 和之; 中村 貢*; 岩田 耕司
PNC TN9410 91-350, 62 Pages, 1991/11
FBRをはじめとする各種原子力機器の設計において熱応力ラチェット変形は防止すべき重要な破損様式のひとつである。このような変形を制限するため、FBRの設計では1次応力と2次応力の相互作用を考慮したBree線図が用いられている。しかし大きな温度変動が局所的に存在する場合、降伏応力の温度依存性により1次応力が無くとも2次応力のみでラチェット変形が発生する可能性がある。本研究はこの現象を試験およびFEM解析により確認し、さらにそのメカニズムを理論的に検証することを目的とするものである。本研究で得られた結果をまとめると以下のようになる。(1)両端をお互いに拘束したSUS304鋼の3本棒ラチェット試験体の中央の棒の室温(20
C)500Cの繰返し熱負荷を与えると、圧縮側にラチェット変形が発生することを実験により確認した。(2)汎用構造解析システムFINASにより、構造モデルとして非線形繰返し非硬化領域モデル(大野モデル)を用いて試験を模擬したFEM解析を実施した。これより試験で計測されたラチェット変形を精度よく予測することができた。(3)降伏応力の温度依存性を考慮した弾完全塑性モデルにより、3本棒熱ラチェット試験において1サイクルあたりに発生するラチェットひずみ
Rを理論的に導き以下の式を得た。ただしラチェットはb)式右辺第1項が第2項より大きい場合に発生する。(4)(3)で示した理論解は試験の初期数サイクルのラチェット変形量を予測した。これより、このラチェットの発生が降伏応力の温度依存性に起因することを確認した。
柄谷 和輝; 岩田 耕司
PNC TN9410 91-103, 154 Pages, 1991/01
高精度な非弾性解析を実用化するためには、材料の挙動を正確に表わし得る構成モデルと、安定した解析を効率よく行うための解析アルゴリズムが必要となる。本報告書の第一編では、各種の弾塑性及び統一型構成モデルを取り上げ、非弾性挙動シミュレーションプログラムADMODELを用いた解析によりその特性を評価し、代表的な例についてモデル定数決定方法を検討した。第二編では非弾性解析アルゴリズムとして弾塑性構成方程式の積分法、統一型モデルの積分法および時間増分決定方法について検討した。これにより高精度で効率的な非弾性解析を行なうための構成モデル及び解析アルゴリズムの選定について有用な知見を得た。以下に本報の主な結果をまとめる。1)高速炉の主要構造材料であるSUS304鋼の繰返し材料挙動を表現するのに有望な弾塑性構成モデルにはChabocheモデル、非線形繰返し非硬化領域モデル、McDowellモデル、電中研モデルがある。しかしChabocheモデルは精度に、McDowellモデルは構造の複雑さに問題があり、非線形繰返し非硬化領域モデルと電中研モデルが最もこれに適している。2) 統一型構成モデルは今回扱ったいずれのモデルも非線形硬化、応力のひずみ速度依存性、クリープ特性を表現することができる。ただし、現状では弾塑性モデルほどの効率的な解析を期待することはできない。3)弾塑性構成方程式の積分法として最も効率と精度がよいのは厳密解を利用する方法であるが、まだ等方硬化がある場合についての解が見出されていない。また最も適用性の広いのはSubstep 法である。4) 統一型モデルの積分法としてWalkerの方法は適用性に問題がある。またMillerの方法(NONSS) は大規模な問題でなければその効果を期待できない。5) 統一型モデルの時間増分決定方法としてKumar の方法、Aryaの方法は同様の効果を期待できる。ただし、Aryaの方法は解が発散する可能性を持っている。
柄谷 和輝*
PNC TN9410 90-108, 80 Pages, 1990/06
高精度の非弾性解析を行うためには、材料の挙動を正確に表わし得る構成モデルが不可決である。大野らによって提案された非線形繰返し非硬化領域モデル1)はSUS304鋼の繰返し塑性挙動を精度よく表現できるモデルとして注目されている。本報告書はSUS304鋼を対象に、この構成モデルのモデル定数決定法の検討と単軸ならびに構造問題への適用を通じて、モデルの評価を行うものである。以下に本報の主な成果をまとめる。(1) SUS304鋼に対する非線形繰返し非硬化領域モデルのモデル定数決定法を提案し、モデル定数決定プログラムを作成した。また事業団で得られたSUS304鋼に対する平均的な材料特性データに基づき、室温から600
に至るモデル定数の決定を行った。(2) 単軸定ひずみ範囲繰返し問題の解析を行い、一定温度下ではこのモデルが実験結果によく合うことを示した。(3) 汎用非線形構造解析システムFINASにこの構成モデルを組込み、繰返し負荷を受ける切欠き丸棒、及び繰返し熱過渡を受ける直管の解析を行った。これによりSUS304鋼の繰返し塑性挙動を詳細に解析できることを示した。(4) 今後の課題としてはさらなるモデルの精度向上と温度変動下や多軸問題への適用を検討する必要がある。
千葉 隆久*; 上野 睦郎*; 久保 文男*; 柄谷 和輝*; 津田 徹*
PNC TJ9270 89-001, 314 Pages, 1988/02
本報告書は、高速増殖炉開発に伴う構造解析上のさまざまな問題わ解決する数値解析手段として開発されてきた汎用非線形こうそせう解析システムFINASの昭和62年度の拡張・整備の成果について報告するものである。FINASは昭和60年までに、汎用構造解析システムとしての基本的な機能を備えたが、より広範囲かつ高度な問題に対して有効なシステムとするべく改良、拡張、整備を実施している。本年度は主として非弾性解析、大変形解析、破壊力学解析、熱伝導解析、動的解析について機能の拡張・整備を行った。本報告書は昭和62年度の拡張・整備の詳細結果のほか、現状のFINASの解析理論と数値解法、プログラム検証および応用例についてまとめたものである。
柄谷 和輝
Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR '91), ,
FR'91においてFINASのPRを行うために、その解析機能、解析例を紹介する。