一次応力が無い場合の3本棒熱ラチェット挙動の検討

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

PNC-TN9410-91-350.pdf:1.45MB

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(20C)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。