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山口 義仁; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 杉野 英治*; Li, Y.*; 矢川 元基*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 9 Pages, 2009/07
耐震設計審査指針の改定に伴い、設計基準地震動を超えるような大きな地震動に対する残余のリスクの評価が求められている。また、新潟県中越沖地震では設計基準地震動を上回る大きさの地震が発生した。このため、SCCや疲労き裂を有する配管に負荷される過大な地震荷重の影響評価が必要である。き裂進展に及ぼす過大荷重の影響として、き裂進展速度の遅延が知られている。そこで、本研究では、沸騰水型原子力発電所の配管系で用いられる炭素鋼(STS410)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316)について、実験及びFEM解析により、過大荷重によるき裂進展遅延効果の定量評価を行った。また、これらの結果を踏まえた決定論的解析及び確率論的破壊力学(PFM)解析により、大地震時におけるき裂進展及び破壊に及ぼす過大荷重の影響を評価した。決定論的き裂進展解析からは、SUS316と比較してSTS410において、き裂進展遅延効果が大きく現れることが示された。PFM解析では、破壊確率に与える地震時のき裂進展遅延の影響を検討した。
鬼沢 邦雄; 松澤 寛*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
加圧熱衝撃(PTS)時の原子炉圧力容器の構造健全性は、破壊靱性,荷重条件,照射脆化等の重要因子を考慮して破壊力学解析手法により決定論的に評価される。確率論的破壊力学に基づく解析コードPASCAL2を用いて、原子炉圧力容器の破損確率を指標としてこれらの重要因子の評価を行った。各因子に対する感度解析の結果から、破壊靱性曲線については高温域における曲線形状の相違が大きく破壊確率に影響することが示された。新照射脆化予測法は若干高めの破壊確率を与えること、PTS解析時の熱伝達係数や肉盛溶接残留応力もある程度破壊確率に影響を及ぼすことが示された。また、関連温度シフトに対する不確かさについて、マージンを用いた現行の決定論的手法とバラ付を考慮した確率論的手法について比較検討を行った。
Li, Y.*; 長谷川 邦夫*; 鬼沢 邦雄; 下元 正義*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 9 Pages, 2009/07
供用期間中検査において、原子力発電所のステンレス鋼管にき裂が検出された場合、日本機械学会維持規格S-NA-1-2004や米国ASMEコードSec.XIに規定されている破壊評価法を用いて健全性評価が行われる。しかしながら、実際に検出される応力腐食割れでは、複数のき裂が検出されるにもかかわらず、これらの規格では単一のき裂が存在する場合の破壊評価法のみが規定されている。本報では、配管の同一断面に、任意の数・大きさの独立したき裂が存在する場合における破壊評価法を提案する。この提案法について、実験結果との比較により検証を行うとともに、数値計算によりその有効性を示した。
Planman, T.*; 鬼沢 邦雄; Server, W.*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
原子炉圧力容器鋼等の破壊靱性遷移曲線の形状(温度依存性)については、マスターカーブ法が規定された当初から議論がなされてきた。多くの場合、形状を一定と仮定した標準マスターカーブ法は高脆化材に対しても成り立つことが示されている。IAEA協力研究CRP-8では、関連する最新データの収集・分析を行い、MC法の規定されたASTM E1921規格が照射材に対しても妥当性であり修正不要であることを検討した。CRP-8では、形状変化に対するパラメータ評価法を提案するとともに、非均質材に対しては保守的評価のためSINTAP法の適用を推奨した。この分析結果から、照射によりわずかに曲線が低くなる傾向にあるが、通常程度の脆化では無視できることを示した。
勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
オーステナイト系ステンレス鋼管溶接継手部における応力腐食割れ(SCC)の重要な駆動力である溶接残留応力に関して、地震等の弾性域を超える荷重が負荷された際の残留応力状態の変化を解析により評価した。配管突合せ溶接部を含む三次元有限要素モデルを用い、溶接により発生する残留応力を求めた後、地震荷重を模擬した曲げ及び単軸方向の荷重を変化させて解析を実施した。その結果、曲げ荷重の場合は曲げ方向に平行方向断面、単軸方向の場合は全断面において、それぞれ荷重の増加に伴い、残留応力の緩和量は増加することがわかった。この残留応力の解析結果に基づき、地震のような過大荷重はSCC進展速度を低下させる効果があることを明らかにした。
望月 正人*; 勝山 仁哉; 伊原 涼平*; 森 裕章*; 三上 欣希*; 鬼沢 邦雄
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
炉心シュラウド及び再循環系配管突合せ溶接部等において、溶接や加工による引張残留応力の存在する内表面で応力腐食割れ(SCC)が検出されている。SCCに影響を及ぼす残留応力と加工硬化は、溶接及び溶接施工の前後に実施する表面加工により発生することが知られている。これらの重畳効果はSCC発生を促進する可能性がある。そこで本研究では、溶接及び表層機械加工により生じる残留応力及び硬さについて、実験による評価を行った。また、解析により残留応力の発生挙動とその機構について検討を行った。その結果、表面機械加工を経て溶接を行った場合、残留応力及び硬化は溶接の影響を強く受けるものの、表面加工の影響は消失することがわかった。また、溶接後に表面機械加工を施す場合、残留応力は加工の影響を受けるが、それは表面近傍に限定されることが示された。
中平 昌隆*; 新見 健一郎; 入江 宏定*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 7 Pages, 2009/07
核融合設備の超伝導マグネットに関する製作及び試験・検査規格を作成した。本規格では、TFコイルが核的な安全機器ではないとの前提より、規格として過剰な要求とならないように考慮し、JSME S NB-1, ASME Sec.III ND又はNF、あるいはSec.VIII-div.2を参考としたうえで、TF構造物特有の性質を加味して設定した。規格の構成としては、製作一般に関する規格をFM-4000に、非破壊試験一般に関してはFM-5000に、耐圧・漏れ試験に関してはFM-6000に規定した。またTF構造物の溶接継手区分をAPPENDIX 41に、超音波探傷試験方法をAPPENDIX 51として抜き出した。
中嶋 秀夫; 高野 克敏; 堤 史明; 河野 勝己; 濱田 一弥; 奥野 清
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 9 Pages, 2009/07
原子力機構は、ITER・TFコイル構造物で使用される構造材料の特性検証を進めている。これまで、新しい材料であるJJ1鋼の400mm厚の鍛鋼品,316LN鋼の410mm厚の鍛鋼品、及び200mm厚の熱間圧延板等を試作し、厚さ方向,幅方向、及び長さ方向の液体ヘリウム温度(4K)での強度分布を測定した。この結果、試作品は均一な強度を有していることを確認するとともに、試作品がITERの要求を満足することを検証した。また、これらの試作品を用いて、原子力機構が開発した炭素及び窒素の含有量と室温強度をパラメータとする室温から4Kまでの強度予測式の検証を行い、その適用性を実証した。この結果、ITER実機で使用される構造材料の品質管理は室温試験のみで実施できる見通しを得た。さらに、これらのデータは、日本機械学会の超伝導マグネット構造規格の材料規格の策定ベースとして活用された。
西村 新*; 中嶋 秀夫
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
原子力機構はTF構造物の製作に適用することを目的として、日本機械学会・発電用設備規格委員会で策定を進めている核融合設備規格「超伝導マグネット構造規格」の開発に協力してきた。この規格は、一般要求事項(品質保証),材料,設計,製作(溶接),非破壊試験,耐圧・漏洩試験,用語の7つの章から構成され2008年12月に発行された。本論文は、この規格の材料に関する規定の技術内容に関するものであり、原子力機構が開発した極低温材料であるJJ1鋼を規格材料として規定していること、既存鋼種である316LN鋼を炭素と窒素(C+N)量でグレード分けしていること等の技術的特徴について解説している。
鈴木 哲也*; 西村 新*; 中嶋 秀夫
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 4 Pages, 2009/07
原子力機構はTF構造物の製作に適用することを目的として、日本機械学会・発電用設備規格委員会で策定を進めている核融合設備規格「超伝導マグネット構造規格」の開発に協力してきた。この規格は、一般要求事項(品質保証),材料,設計,製作(溶接),非破壊試験,耐圧・漏洩試験,用語の7つの章から構成され2008年12月に発行された。本論文は、この規格の品質保証に関する規定の技術内容に関するものであり、超伝導マグネットの構造規格として、性能本位の品質保証を目指し、18項目からなる品質保証要求事項を規定していること、適用国のインフラに対応した認証・認定を可能とするため、有資格検査,規格専門エンジニアを新たに規定していること等の技術的特徴について解説している。
海老原 健一; 山口 正剛; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄; 松澤 寛*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
第一原理計算によって得たパラメータをBCC格子用に開発した反応速度論モデルに組み込み、そのモデルによりBCC鉄中の照射誘起リン偏析をシミュレーションした。さらに、そのシミュレーションから評価した粒界リン濃度の照射量,照射速度,照射温度への依存性を既存の結果と比較し考察した。結果として、今回のシミュレーション条件の範囲において、照射速度は粒界リン濃度にほとんど影響しないこと、また照射温度依存性が、既存の計算結果と大きく異なることがわかった。
奥野 清; 中嶋 秀夫; 高橋 良和; 小泉 徳潔
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 6 Pages, 2009/07
ITERとは、日本,欧州,米国,ロシア,中国,韓国,インドの7極が参加している国際共同プロジェクトで、環境への負荷が少なく人類の恒久的なエネルギー源の一つとして期待される核融合エネルギーの科学的,技術的な実現可能性の実証を目的に、実験炉を建設・運用するものである。ITERは2018年の運転開始を目指し、欧州をホスト極として南フランスのカダラッシュで既に建設が開始されている。ITERでは、日本には7極の中でも「準ホスト極」として非常に重要な役割が期待されており、特に超伝導コイルでは、これまでの開発実績が広く認められ、Nb
Sn超伝導導体やトロイダル磁場コイルなどの主要部分を分担し、貢献度はITER参加極中で最大となっている。本講演及び論文では、これらITERの現状とITERに利用される日本の先端超伝導技術について発表する。
Nanstad, R.*; Brumovsky, M.*; Callejas, R.*; Gillemot, F.*; Korshunov, M.*; Lee, B.*; Lucon, E.*; Scibetta, M.*; Minnebo, P.*; Nilsson, K.-F.*; et al.
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 13 Pages, 2009/07
国際原子力機関(IAEA)では、軽水型原子炉圧力容器への破壊靱性マスターカーブ法の適用に関する課題解決のため、国際協力研究(CRP)を行っている。このCRPにおける課題1では、マスターカーブ法により予き裂付シャルピー(PCC)試験片から参照温度T
を決定するため、課題に着目し、破壊靱性試験及び解析を実施した。試験参加機関は、数種の試験片形状で、幾つかの鋼材を用い、さまざまな条件下で破壊靱性試験を実施した。得られた結果について、参照温度Tに関して、試験片形状と寸法の観点で比較が行われた。この結果から、PCC試験片を用いた際のTと大型試験片のTとのバイアスは、既往の文献における他の鋼材でのバイアス(-11
Cから-45C)と比較して、それほど大きくないことが示された。また、この知見は、バイアスの大きさやばらつきは試験鋼材に依存するという知見と一致した。
安藤 勝訓; 磯部 展宏*; 川崎 信史; 祐川 正之*; 笠原 直人*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 10 Pages, 2009/07
In Japanese elevated temperature standard, creep considering design is required for all ferrite steels applied over 375C and all austenitic stainless steels applied over 425C regardless of the operating time. On the other hands, ASME Sec.III Subsection NH, RCC-MR and R5 provide the additional rules to determine the negligible creep range. In this paper, we recall the backgrounds of the negligible creep criterion which have already been proposed. Then the negligible creep criterion and relating property in each standard were compared. Sensitivities to the difference of criteria and material properties were discussed and concluded that negligible creep curve is strongly dependent on the combination of criteria and material properties. Some evaluations proved that the negligible creep curves in FDS are moderately conservative and practicable.
田中 正暁; 大島 宏之; 文字 秀明*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 10 Pages, 2009/07
ラージ・エディ・シミュレーション法と、複雑な体系に適用可能な境界適合座標系を採用した数値解析コード(MUGTHES)を開発している。本研究では、幾つかの境界条件(エルボ形状及びRe数)を選択して、MUGTHESコードの検証解析として数値解析を行った。これら解析により、MUGTHESコードのエルボ管流れへの適用性について確認するとともに、エルボ管の構造健全性に関係する3次元渦構造について検討した。
北村 誠司; 森下 正樹; 矢花 修一*; 平田 和太*; 梅木 克彦*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
The ultimate behavior test was performed using one of the world largest three-dimensional shaking tables "E-Defense" of National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention of Japan. Test specimen consists of concrete blocks, reinforced concrete walls and isolation layer with six laminated rubber bearing with lead plug (LRB). The diameter of the LRB is 505 mm that reduced prototype dimensions to about 1/3. In this paper, details of the test specimen including the LRB and loading conditions are described. Response behavior of the test specimen under design ground motions is also reported. The response acceleration of a horizontal direction measured at the upper structure of the specimen was reduced. Prior to the ultimate behavior tests with strong input waves, the response reduction functions of the test specimen under design ground motions were confirmed.
稲葉 学*; 穴吹 拓也*; 白井 和貴*; 矢花 修一*; 北村 誠司
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
This paper describes the dynamic damage test of a reinforced concrete (RC) wall structure with seismic isolation system. Shaking table tests were carried out at "E-Defense". The specimen was composed of an upper structure of 600 ton by weight and six lead-rubber bearings (LRBs) of 505 mm in diameter. The RC wall structure was designed so that the damage of the RC wall occurred between the shear force at the hardening of the rubber bearings and that at their breaking. The shaking table test was conducted consecutively by increasing the levels up to 225% of tentative design earthquake motion. Consequently, because of the increase of the structural response by the hardening of the rubber bearings, the damage of the wall structure with seismic isolation system suddenly happened. In addition, the preliminary finite element analysis simulated the test results fairly well.
矢花 修一*; 金澤 健司*; 永田 聖二*; 北村 誠司; 佐野 剛志*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 9 Pages, 2009/07
This paper describes results of shaking table tests to grasp ultimate behavior of seismic isolation system under extremely strong earthquake motions, including failure of rubber bearings. In the test, lead rubber bearings, of which the diameter is 505 mm and about 1/3 scale of a prototype in planning FBR plants, are used; the test specimens are loaded by the largest three-dimensional shaking table in E-defense of National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention of Japan. Failure of rubber bearings occurs with amplified tentative design earthquake motions. From the tests, the ultimate responses of the upper structure and rubber bearings are presented. In particular, the change of floor response spectra and restoring force characteristics of rubber bearings according to increase of input motions is discussed.
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 7 Pages, 2009/07
Energy balance equation has been proposed as a new seismic design method. The main feature of the energy balance equation is that it explains accumulated information of motion. Therefore energy balance is suitable to investigate influence of cumulative load. We have already conducted a study that applied the energy balance equation to mechanical structure, and confirmed a relationship between input energy and fatigue failure from results of an experiment. In this paper, we investigate differences in input energy for failure. An experimental model whose cross-section has the width of 12 mm and the breadth of 3 mm. The models are damaged by fatigue failure which vibration response under resonance condition causes. Then input energy for failure is calculated from experimental results. Finally the input energy for failure of this experimental model is compared with it of previous experimental model.
Scibetta, M.*; Altstadt, E.*; Callejas, R.*; Lee, B.*; 三浦 直樹*; 鬼沢 邦雄; Paffumi, E.*; Serrano, M.*; Tatar, L.*; Yin, S.*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 11 Pages, 2009/07
国際原子力機関(IAEA)では、軽水型原子炉圧力容器への破壊靱性マスターカーブ法の適用に関する課題解決のため、国際協力研究(CRP)を行っている。このCRPにおける課題1では、マスターカーブ法により予き裂付シャルピー(PCC)試験片から参照温度T0を決定するための課題に着目し、破壊靱性試験及び解析を実施した。ラウンドロビン解析では、き裂先端近傍の応力・ひずみに着目して弾塑性有限要素法解析を用いた。ラウンドロビン解析には、9か国から10機関が参加し、浅いき裂と深いき裂を有する試験片の3次元モデルを作成して解析を行った。解析コードや解析者の相違の影響は比較的小さく、深いき裂と比較した場合、浅いき裂の試験片の方が拘束効果に対する感受性が高いことが示された。また、破壊靱性参照温度の観点では、き裂深さの影響は約40Cとなることが示された。