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滝藤 聖崇; 奥田 幸彦; 西田 明美; Li, Y.
Journal of Pressure Vessel Technology, 146(6), p.061301_1 - 061301_12, 2024/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Engineering, Mechanical)In probabilistic risk assessment against earthquakes for nuclear power plants, developing a realistic response analysis method for the fragility assessment of piping systems considering input seismic motions exceeding the design assumptions is important. Piping systems typically exhibit complex three-dimensional shapes, and the arrangement and stiffness of the piping support structures significantly affect the response characteristics of the entire piping system. Therefore, developing a realistic response analysis method for piping systems, including support structures is necessary. In this study, a method is proposed for modeling the elastoplastic hysteresis characteristics of piping support structures to establish a seismic response analysis method for piping systems, including support structures. First, the authors proposed an elastoplastic spring model that can express the elastoplastic hysteresis characteristics of a piping support structure. Subsequently, using this model, the authors perform a simulation analysis for the loading test of a piping support structure. The analysis and test results correlated well, confirming the effectiveness of the proposal of the model.
Kang, Z.; 奥田 幸彦; 西田 明美; 坪田 張二; 伊東 雅晴; Li, Y.
Proceedings of 31st International Conference on Nuclear Engineering (ICONE31) (Internet), 9 Pages, 2024/11
飛翔体衝突を受ける鉄筋コンクリート(RC)板構造の局部損傷については、板構造に対して垂直に衝突する研究が主であり、斜め衝突に関する研究はほとんど行われていないのが現状である。本研究では、飛翔体の衝突角度を変化させた試験条件に対する飛翔体衝突試験を実施し、RC板構造の局部損傷挙動を確認するとともに、試験結果の分析や解析条件に関する検討等を通じて解析手法を整備し、試験結果との比較により解析手法の妥当性を確認することを目的とする。本論文では、斜め衝突の支持部の剛性によるRC板構造の反力への影響に着目する。これまでに、斜め衝突試験を実施している。試験時のRC板構造試験体の支持部の剛性を確認するために、支持部の静的載荷試験を実施した。得られた荷重-変位の関係等をもとに支持部の剛性を推定して解析モデルに反映し、解析結果と実験結果を比較し、得られた知見について報告する。
杉浦 歩*; 滝藤 聖崇; 古屋 治*; 中村 いずみ*; 奥田 幸彦
Proceedings of 31st International Conference on Nuclear Engineering (ICONE31) (Internet), 8 Pages, 2024/11
The authors has been studied the effect of initial plastic deformation on the load displacement relationship of elbow of different wall thicknesses made of carbon steel. Specifically, the authors conducted load testing for elbow when three cycles of sinusoidal input with frequency of 0.02 Hz were applied to one end of the test specimen. In the load testing, for investigating effect of difference of wall thickness and initial deformation, three types of test specimens with different wall thicknesses were loaded under three different initial deformation. Next, in the finite element analysis (FEA), the same conditions are applied in the analyses that were performed for three types of piping with different wall thicknesses before and after plastic deformation. The effect of initial displacement on the load - displacement relationship was confirmed by loading test, and analytical investigations were also considered. Thus, in this paper, the authors show the two mainly obtained results as organizations of the some issues to improve the accuracy of the analysis with large deformation. Firstly, from the comparison of the test and analytical results confirmed that the load - displacement relationship, the results could be shown as an initial plastic deformation caused not only decreasing in primary stiffness but also decreasing maximum load, on all load testing cases. And then, relative errors in the maximum loads between load testing and FEA results were observed that the errors on maximum loads of tension were larger than those of compression. Secondly, focusing on the wall thickness, the trends of relative errors of the maximum load could be shown when the wall thickness increase the errors on maximum loads of compression. However the trends of the errors on maximum loads of tension were shown completely different.
杉浦 歩*; 古屋 治*; 滝藤 聖崇; 奥田 幸彦; 中村 いずみ*
Dynamics and Design Conference 2024 (D&D 2024)講演論文集, 11 Pages, 2024/09
自然災害起因の産業事故はNatech (Natural hazard triggered technological accidents)と呼ばれ、近年その重要性が認識されつつある。Natechリスクの評価と適切な対策の実行には構造物の破損モードの把握と破損モードと維持機能との対応付けが必要であるが、産業施設で使用される機械設備類では試験データや解析事例が不足しており、構造物の性能評価が難しい。そこで、産業施設で多用される配管系の地震時挙動を対象とし、試験による破損モードの把握と維持機能との対応付けを試みる研究を開始した。その端緒として代表的な配管継手であるエルボ配管に対し、肉厚および載荷条件をパラメタとした複数の静的載荷試験を実施した。本稿では研究の全体概要と配管継手に対する載荷試験結果について報告する。
中村 いずみ*; 滝藤 聖崇; 嶋津 龍弥*; 奥田 幸彦; 酒井 理哉*; 大谷 章仁*; 渡壁 智祥; 奥田 貴大; 渋谷 忠弘*; 白鳥 正樹*
Proceedings of ASME 2024 Pressure Vessels & Piping Conference (PVP 2024) (Internet), 9 Pages, 2024/07
A new seismic design procedure which evaluates the inelastic behavior of piping system by detailed finite element method (FEM) analysis has been developed in Japan (the JSME CC); however, the inelastic behavior is only considered for pipe body in the JSME CC, and the evaluation of inelastic behavior of pipe support structure is still not included. To clarify the current analytical accuracy of inelastic analysis of pipe support structures and to develop an analytical guideline to reasonably include the inelastic behavior of pipe support structure in the seismic design of piping system, a series of benchmark analysis on pipe support structures has been launched in 2022. The benchmark analysis of pipe support structures consists of mainly two stages; the first stage is the analysis of pipe support structures themselves, and the second stage is the analysis of piping system with inelastic support structure. As of January 2024, the first stage of benchmark analysis is in progress. It is confirmed that there are some variabilities in modeling of support structures, stress-strain relationship, and boundary conditions. The load-deflection relationships also show variability even when the support structures are in the elastic region. The effect of these variations to the response of piping system model is remained as future tasks.
滝藤 聖崇; 奥田 幸彦; 西田 明美; Li, Y.
Proceedings of ASME 2024 Pressure Vessels & Piping Conference (PVP 2024) (Internet), 9 Pages, 2024/07
地震に対する確率論的リスク評価(地震PRA)において、設計上の想定を超える入力地震動を対象とした機器・配管系のフラジリティ評価のための現実的応答解析手法の構築は重要課題の一つである。特に、配管系はプラント固有の複雑な三次元形状を有することから、配管支持構造物の配置や剛性等が、配管系全体の応答特性に与える影響が大きく、配管支持構造物を含めた配管系の地震応答解析手法の開発が必要である。そこで筆者らは、配管支持構造物を含む配管系の弾塑性応答解析手法の確立のため、配管支持構造物の弾塑性解析手法の構築を進めている。そのため本研究では、配管支持構造物の弾塑性解析における解析パラメタの弾塑性変形への影響度の違いを把握するため、解析パラメタに対してパラメタスタディ等を行った。まずは、大変形を想定した門型配管支持構造物の繰り返し載荷試験を対象に、3次元有限要素解析モデルを作成し、試験結果と解析結果がおおむね一致することを確認した。続いて作成したモデルを用いて、降伏応力、二次剛性および要素サイズ等の解析パラメタに対してパラメタスタディ等を行った。その結果、解析パラメタが解析結果に与える影響度の違いを把握できたことから、配管支持構造物の弾塑性解析における適切な解析パラメタ設定のための方法論に見通しを得た。
奥田 幸彦; 滝藤 聖崇; 西田 明美; Li, Y.
Mechanical Engineering Journal (Internet), 11(2), p.23-00405_1 - 23-00405_12, 2024/04
地震に対する確率論的リスク評価(PRA)において、設計上の想定を超える入力地震動を対象とした配管系のフラジリティ評価に資する現実的応答解析手法の構築は重要課題の一つである。特に、配管系はプラント固有の複雑なルート形状を有していることから、配管支持構造物の配置や剛性等が、配管系全体の応答特性に与える影響が大きいことが知られている。弾性応答を超える過大な入力地震動に対する現実的応答解析手法の構築のためには、配管支持構造物を含めた配管系の現実的応答を推定できる弾塑性応答解析手法の開発が望まれている。筆者らは、配管支持構造物を含む配管系の弾塑性応答解析手法の整備を目的として、これまでに配管支持構造物載荷試験及び弾塑性特性を考慮した材料モデルの最適化検討を実施してきた。本論文では、既報の配管支持構造物載荷試験を対象とした弾塑性応答解析により再現性を確認するとともに、試験結果と解析結果の分析・評価により塑性率と損傷状態との良好な相関が得られたことから、配管支持構造物に対する損傷評価指標として塑性率が有効であることを示す。
奥田 幸彦; Kang, Z.; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.
Transactions of the 27th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 27) (Internet), 10 Pages, 2024/03
原子力施設建屋の外壁は鉄筋コンクリート(RC)板構造で構成されている。原子力施設建屋に飛翔体が衝突すると、RC板構造に貫入、裏面剥離、貫通などの局部損傷が発生する。これらの損傷状況を評価するために、有限要素解析(FEA)を用いた数値シミュレーションが一般的に採用されている。しかし、連続体要素でモデル化されたFEAによる衝撃解析では、数値計算の中断を防ぐために大変形時の要素削除法を用いているため、コンクリート片の飛散などの現象に対応することが困難であった。近年、粒子法の一つであるSPH(Smooth Particles Hydrodynamics)と呼ばれる数値解析手法が不連続現象に対応するために採用されている。本稿では、RC板構造の裏面剥離損傷に着目し、SPH法を用いた数値解析の検証を通じて得られた知見について報告する。
Kang, Z.; 奥田 幸彦; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.
Transactions of the 27th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 27) (Internet), 10 Pages, 2024/03
飛翔体衝突を受ける鉄筋コンクリート板構造の局部損傷については、板構造に対して垂直に衝突する研究が主であり、斜め衝突に関する研究はほとんど行われていないのが現状である。これまでに、飛翔体衝突による建屋外壁の影響評価に係る解析手法の整備のため、飛翔体の剛性の違い及び衝突角度等が局部損傷に与える影響を評価することを目的とし、RC板構造の局部損傷に係る衝突試験を実施した。本研究では、RC板構造を飛翔体が貫通する局部損傷である「貫通」に着目し、貫通を再現するために必要となる飛翔体衝突影響評価に係る解析手法の整備を目的とし、試験結果と解析結果の比較によりコンクリートの損傷評価等に係る解析手法の妥当性確認を実施した。本論文では、RC板構造の貫通損傷に関わる解析手法の妥当性確認を通して得られた知見を報告する。
滝藤 聖崇; 奥田 幸彦; 中村 いずみ*; 古屋 治*
Transactions of the 27th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 27) (Internet), 10 Pages, 2024/03
産業事故の類型のうち、設計想定を超える巨大地震などの外的事象を起因とする産業事故を特にNATECH(Natural-hazard triggered technological accidents)と呼ばれている。火災や化学物質の大規模漏洩につながった事例が過去複数あったことから、現在ではNATECHが周辺住民、周辺環境に大きく影響を及ぼすものとして注目されている。このため、プラントのリスク評価とそれに基づいたプラントのNATECH対策は不可欠である。しかしながら、プラントのリスク評価に必要な、プラントを構成する機器の損傷モードとシステムの機能維持との関係を定量的にあらわす「損傷状態」の定義は未だ確立されていない。そこで、本研究では、原子力施設をはじめとしたプラントを構成する代表的なシステムである配管システムを例にとり、損傷モードにおける「損傷状態」の定義に資する指標を提案することを目的とする。配管の主要な損傷モードのひとつである流路閉塞のモードがプラントの機能維持に影響を及ぼすと考えられるため、まずは流路閉塞に着目し、配管のうち特に変形しやすい要素であるエルボを対象に、試験および解析の両面から閉塞率と変形量の関係を求めた。本論文では、上記試験結果等を報告するとともに、得られた閉塞率を流路閉塞の損傷モードにおける、機能維持に関わる「損傷状態」の定義に資する指標のひとつとして提案する。
中村 いずみ*; 大谷 章仁*; 奥田 幸彦; 渡壁 智祥; 滝藤 聖崇; 奥田 貴大; 嶋津 龍弥*; 酒井 理哉*; 渋谷 忠弘*; 白鳥 正樹*
第10回構造物の安全性・信頼性に関する国内シンポジウム(JCOSSAR2023)講演論文集(インターネット), p.143 - 149, 2023/10
原子力発電施設における配管系の耐震設計では、設計対象を弾性はり要素でモデル化し、弾性解析に基づく保守的な応力評価を実施している。一方、これまでに実施された多数の実験結果から、配管系は設計の想定を超えるような地震入力下では弾塑性挙動を示し、破損に至るまでには大きな裕度を有していると認識されている。このような状況を踏まえ、適切な保守性と合理性を有する耐震評価のため、弾塑性応答挙動を考慮した新たな耐震設計・評価手法の構築を目指し、2019年に日本機械学会より発電用原子力設備規格設計・建設規格の事例規格が発刊された。初版発刊後は事例規格の継続的な改善のために議論と検討を進め、2022年には疲労評価に用いるサイクルカウント法等に修正を加えた改訂版の発刊が決定した。また、次期改訂に向け、配管支持構造物の弾塑性評価を規格に取り入れる議論が進められている。本稿では、2022年の事例規格における主要な改訂内容、改訂の背景、次期改訂に向けた取り組み状況及び今後の課題について紹介する。
滝藤 聖崇; 奥田 幸彦; 西田 明美; Li, Y.
Proceedings of ASME 2023 Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2023) (Internet), 10 Pages, 2023/07
地震に対する確率論的リスク評価(地震PRA)において、設計上の想定を超える入力地震動を対象とした配管系のフラジリティ評価のための現実的応答解析手法の構築は重要課題の一つである。配管系はプラント固有の複雑な三次元形状を有することから、配管支持構造物の配置や剛性等が、配管系全体の応答特性に与える影響が大きく、配管支持構造物を含めた配管系の地震応答解析手法の開発が必要である。そこで筆者らは、配管支持構造物を含む配管系の弾塑性挙動を考慮できる地震応答解析手法の確立のため、配管支持構造物の弾塑性履歴特性をモデル化するための手法の検討を開始した。本研究では、配管支持構造物の弾塑性履歴特性を表現できる非線形ばねモデルを定式化し、このモデルを用いて配管支持構造物の載荷試験を対象とした再現解析を行った。解析結果と試験結果はよく一致したことから、定式化の有効性を確認した。本論文では、弾塑性履歴ばねの定式化、載荷試験の再現解析及び解析結果と試験結果の比較等の主な実施内容及び得られた成果について報告する。
奥田 幸彦; Kang, Z.; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.
Mechanical Engineering Journal (Internet), 10(3), p.22-00370_1 - 22-00370_12, 2023/06
飛翔体の衝突に伴う原子炉建屋外壁等の鉄筋コンクリート(RC)板構造の局部損傷については、その破損様式に応じて多くの評価式が提案されている。しかしながら、これらの評価式は衝突によって変形しない剛飛翔体を対象とする垂直衝突の試験から導かれた実験式がほとんどである。本研究では、現実的な飛翔体衝突で考慮すべき飛翔体の柔性及び斜め衝突を考慮した局部損傷評価手法を整備することを目的とする。具体的には、RC板構造の局部損傷のうち裏面剥離に着目し、斜め衝突条件において衝突速度を変化させて裏面剥離限界を明らかにするための衝突試験を実施し、飛翔体の柔性及び斜め衝突の影響因子が局部損傷へ与える影響を検討した。本論文では、飛翔体の柔性及び斜め衝突を受けるRC板構造の衝突試験結果、並びに、得られた試験結果より裏面剥離限界に係る影響を検討した結果について報告する。
奥田 幸彦; 滝藤 聖崇; 西田 明美; Li, Y.
Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 9 Pages, 2023/05
地震に対する確率論的リスク評価(PRA)において、設計上の想定を超える入力地震動を対象とした配管系のフラジリティ評価に資する現実的応答解析手法の構築は重要課題の一つである。特に、配管系はプラント固有の複雑なルート形状を有していることから、配管支持構造物の配置や剛性等が、配管系全体の応答特性に与える影響が大きいことが知られている。一方、従来の耐震設計では弾性応答を仮定した評価手法が採用されていることから、弾性応答を超える過大な入力地震動に対する現実的応答解析手法の構築のためには、配管支持構造物を含めた配管系の現実的応答を推定できる弾塑性応答解析手法の開発が望まれている。筆者らは、配管支持構造物を含む配管系の弾塑性応答解析手法の整備を目的として、これまでに配管支持構造物載荷試験及び弾塑性特性を考慮した材料モデルの最適化検討を実施してきた。本論文では、既報の配管支持構造物載荷試験を対象とした弾塑性応答解析により再現性を確認するとともに、試験結果と解析結果の分析・評価により塑性率と損傷状態との良好な相関が得られたことから、配管支持構造物に対する損傷評価指標として塑性率が有効であることを示す。
Kang, Z.; 奥田 幸彦; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.
Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 9 Pages, 2023/05
飛翔体衝突を受ける鉄筋コンクリート(RC)板構造の局部損傷については、板構造に対して垂直に衝突する研究が主であり、斜め衝突に関する研究はほとんど行われていないのが現状である。本研究では、飛翔体の衝突角度を変化させた試験条件に対する飛翔体衝突試験を実施し、RC板構造の局部損傷挙動を確認するとともに、試験結果の分析や解析条件に関する検討等を通じて解析手法を整備し、試験結果との比較により解析手法の妥当性を確認することを目的とする。本論文では、RC板構造の局部損傷モードの1つである裏面剥離に着目する。先端形状が半球である柔飛翔体を用いた斜め衝突の試験結果に基づき、コンクリートの破壊解析の閾値と裏面剥離の関係について検討した結果を中心に報告する。
奥田 幸彦; 西田 明美; Kang, Z.; 坪田 張二; Li, Y.
Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 9(2), p.021801_1 - 021801_12, 2023/04
飛翔体衝突を受ける鉄筋コンクリート(RC)板構造の局部損傷については、板構造に対して垂直に衝突する研究が主であり、斜め衝突に関する研究はほとんど行われていないのが現状である。本研究では、現実的な衝突条件(柔飛翔体,斜め衝突)を含む飛翔体衝突試験を実施し、解析手法の妥当性を確認することを目的とする。本論文では、柔飛翔体及び剛飛翔体の垂直及び斜め衝突を受けるRC板構造の局部損傷試験について、試験条件,試験装置,試験結果及び得られた知見を示す。
Kang, Z.; 奥田 幸彦; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.
Proceedings of 29th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 29) (Internet), 9 Pages, 2022/08
飛翔体の衝突に伴う原子炉建屋外壁等の鉄筋コンクリート(RC)板構造の局部損傷については、その破損様式に応じて多くの評価式が提案されている。しかしながら、これらの評価式は衝突によって変形しない剛飛翔体を対象とする垂直衝突の試験から導かれた実験式がほとんどである。本研究では、現実的な飛翔体衝突で考慮すべき飛翔体の柔性及び斜め衝突を考慮した局部損傷評価手法を整備することを目的とする。具体的には、RC板構造の局部損傷のうち貫入破壊に着目し、飛翔体の柔性及び斜め衝突の影響因子が局部損傷へ与える影響を検討した。本論文では、試験結果と解析結果の比較により、飛翔体の柔性や衝突角度を考慮した場合の局部損傷評価手法における解析パラメータの設定方法に係る検討及び妥当性確認を実施し、得られた知見について報告する。
Kang, Z.; 奥田 幸彦; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.
Transactions of the 26th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-26) (Internet), 8 Pages, 2022/07
飛翔体衝突を受ける鉄筋コンクリート(RC)板構造の局部損傷については、板構造に対して垂直に衝突する研究が主であり、斜め衝突に関する研究はほとんど行われていないのが現状である。本研究では、衝突角度、剛及び柔の飛翔体種類やRC板構造の板厚を変化させた試験条件に対する飛翔体衝突試験を実施し、RC板構造の局部損傷挙動を確認するとともに、解析手法の妥当性を確認することを目的とする。本論文では、RC板構造の局部損傷に着目し、剛及び柔飛翔体の垂直及び斜め衝突を受けるRC板構造の試験結果を既往評価式と比較し、飛翔体の剛性や衝突角度等の衝突条件の違いによる局部損傷に与える影響効果を検討し、得られた知見について報告する。
奥田 幸彦; Kang, Z.; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.
Transactions of the 26th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-26) (Internet), 10 Pages, 2022/07
原子力施設の建屋に飛翔体が衝突した場合、衝突時に発生する応力波は衝突を受けた壁から建屋内へと伝播する。この応力波は建屋内において高振動数成分を含む振動を励起する可能性があり、安全上重要な機器への影響を評価することが課題となっている。そこで本研究では、建屋内包機器への影響評価に資するため、建屋における応力波伝播や建屋内包機器の衝撃応答に係るデータの取得及び建屋と機器の連成を考慮した衝撃応答解析手法の整備を目的とする。本論文では、建屋を模擬した鉄筋コンクリート(RC)箱型構造の内壁に機器を模擬した梁状構造物(機器模擬体)を設置し、航空機を模擬した飛翔体をRC箱型構造に垂直に衝突させる飛翔体衝突試験を実施し、RC箱型構造の損傷状態並びに試験体各部の加速度やひずみ等を分析・評価することで衝撃応答特性を調査する。
奥田 幸彦; Kang, Z.; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.
土木学会第13回構造物の衝撃問題に関するシンポジウム論文集(インターネット), 8 Pages, 2022/01
原子力施設建屋に飛翔体が衝突した場合、衝突時に発生する応力波は衝突を受けた壁から建屋内へと伝播する。この応力波は建屋内において高振動数を含む振動を励起する可能性があり、安全上重要な機器への影響評価が課題となっている。このような課題に対し、OECD/NEAでは、2010年に飛翔体衝突による原子力施設への影響評価を目的としたベンチマーク解析プロジェクト(IRISプロジェクト)を立ち上げ、2016年からはそのフェーズ3(以下、IRIS3プロジェクト)として建屋内包機器への影響評価に取り組んでいる。われわれは、このIRIS3のベンチマーク解析に参加し、原子力施設建屋及び建屋内包機器を模擬した構造物への飛翔体衝突試験を対象に再現解析を実施した。本論文では、飛翔体衝突による建屋及び建屋内包機器の応答への影響について、上記再現解析結果と試験結果の比較により得られた知見を報告する。
