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論文

A New probabilistic evaluation model for weld residual stress

真野 晃宏; 勝山 仁哉; 宮本 裕平*; 山口 義仁; Li, Y.

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 179, p.103945_1 - 103945_6, 2020/01

溶接残留応力(WRS)は、確率論的破壊力学(PFM)に基づく亀裂を有する配管溶接部の破損確率評価において最も重要な影響因子の一つであるとともに、大きな不確実さを有する。既存のPFM解析コードにおけるWRSの確率論的評価モデルでは、有限要素解析から得られる板厚内の複数の離散点におけるWRS値の不確実さが考慮されるが、板厚方向のWRSの分布形状が考慮されないため、板厚内におけるWRS値の相関関係や力のつり合いに関する複雑でユーザー依存の追加処理を行う必要がある。本研究では、より合理的なWRSの確率論的評価モデルとして、有限要素解析に基づくWRS解析結果をフーリエ余弦級数で表現し、WRS分布の不確実さをフーリエ余弦級数の係数の確率分布を用いて表現する確率論的評価モデルを提案した。フーリエ余弦級数の係数は、板厚内の特定位置におけるWRS値の大きさと板厚方向におけるWRSの分布形状の両方を同時に考慮して決定されるため、板厚内におけるWRS値の相関関係や力のつり合いが考慮されている。提案したWRS評価モデルは、解析コードのユーザー依存性がなく、簡単かつ合理的にWRSの不確実さを考慮できるため、PFM解析において有用であると結論した。

論文

Failure bending moment of pipes containing multiple circumferential flaws with complex shape

Li, Y.; 東 喜三郎*; 長谷川 邦夫

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 171, p.305 - 310, 2019/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Engineering, Multidisciplinary)

Flaws due to stress corrosion cracking have been detected in piping systems in nuclear power plants. Failure bending moment of a ductile pipe containing a circumferential flaw is predicted using the net-section stress approach according to ASME Code Section XI as a limit load criterion. However, in the current code, the failure bending moment can only be adopted for a pipe containing a single circumferential flaw with constant depth. In this study, a failure estimation method for pipes containing multiple circumferential flaws with complicated shapes was proposed. Furthermore, failure experiments were performed for stainless steel pipes containing two circular circumferential flaws. The failure bending moments obtained from the experiments were compared with the estimated results. Based on the experimental results, it was concluded that the proposed failure estimation method satisfactorily represents the failure behavior of the pipes and can be applied in engineering application.

論文

Failure behavior analyses of piping system under dynamic seismic loading

宇田川 誠; Li, Y.; 西田 明美; 中村 いずみ*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 167, p.2 - 10, 2018/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:55.6(Engineering, Multidisciplinary)

地震荷重に対する原子炉圧力バウンダリ配管系の構造健全性の確保は重要である。本研究では、動的地震荷重条件下における配管系の耐力を明らかにすることを目的として、防災科学技術研究所で実施された三次元配管系動的加振試験を対象に、動的弾塑性有限要素解析を実施した。その結果、配管系の固有振動数、固有モード、応答加速度、エルボ開閉変位、歪履歴、破損箇所及び低サイクル疲労寿命について、解析結果は実測値と概ね一致し、本論文で示された解析手法は動的地震荷重条件下の配管系の破損挙動の評価に適用できることを確認した。

論文

Failure probability analyses for PWSCC in Ni-based alloy welds

宇田川 誠; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; Li, Y.

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 131, p.85 - 95, 2015/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Engineering, Multidisciplinary)

Ni合金異材溶接部に対する確率論的破壊力学解析コードPASCAL-NPは、最新の知見を反映して開発されたものである。本解析コードは加圧水型原子炉の一次水質環境中における応力腐食割れ(PWSCC)及び沸騰水型原子炉の水質環境中におけるNi合金の応力腐食割れ(NiSCC)を対象とし、構造健全性に影響を及ぼすパラメータのばらつきを適切に考慮して機器の漏えいや破断確率を評価することができる。本報では、国内プラントである大飯3号機及び米国プラントであるデービスベッセにおける原子炉容器上蓋貫通部のPWSCCによる漏えい事象を対象として事例解析を実施した。その結果、解析コードによる漏えい確率解析結果は、実機における検査結果と概ね一致することを確認し、解析コードの信頼性と有用性を明確にした。本報ではまた、パラメトリック解析を実施し、漏えい確率に及ぼす温度及び確率変数のばらつきの影響を定量的に評価した。その結果、漏えい確率に及ぼす温度の影響が非常に大きく、PWSCCの発生可能な部位を対象とした温度低減はPWSCCの対策として非常に有効であることを明らかにした。

論文

Benchmark analysis on probabilistic fracture mechanics analysis codes concerning fatigue crack growth in aged piping of nuclear power plants

勝山 仁哉; 伊藤 裕人*; Li, Y.*; 小坂部 和也*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 117-118, p.56 - 63, 2014/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:42.02(Engineering, Multidisciplinary)

原子力プラントの経年配管を対象として、国内では幾つかの確率論的破壊力学(PFM)解析コードの開発や改良が行われている。本研究では、原子力機構が開発を進めているPASCAL-SPと、原子力安全基盤機構が米国のPRAISEをもとに改良を進めているPRAISE-JNESを用いて、両コードの信頼性及び適用性を確かめるため、BWRのステンレス鋼管及び炭素鋼管を対象に、供用期間中の疲労き裂進展を考慮した破損確率に関するベンチマーク解析を行った。得られた結果に対して、複数のPFM解析コードを比較する際の相対誤差の許容値を定量的に判断する手法を新たに提案した。その提案手法に基づき、両解析コードにより算出された破損確率等の結果はよく一致することが示された。

論文

Benchmark analysis and numerical investigation on probabilistic fracture mechanics analysis codes for NPPs piping

Li, Y.*; 伊藤 裕人*; 小坂部 和也*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 99-100, p.61 - 68, 2012/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:47.36(Engineering, Multidisciplinary)

安全上重要な原子炉配管の構造健全性を評価する合理的な手法として、確率論的破壊力学(PFM)が注目されている。国内ではPFM解析手法に基づき、原子力機構ではPASCAL-SPコード、原子力安全基盤機構ではPRAISE-JNESコードがそれぞれ開発されている。本論文では、両コードの解析精度を確認するために、沸騰水型原子力発電所の再循環系配管における応力腐食割れ(SCC)の進展に伴う破損を対象に、破損確率に関するベンチマーク解析を行った。その結果、地震荷重の大きさや非破壊検査の有無等にかかわらず、両コードの解析結果は、十分に一致することを確認した。また、両者の解析結果についての差を定量的に評価するため、相対比較のクライテリアを提案した。

論文

Summary of International PFM Round Robin analyses among Asian Countries on reactor pressure vessel integrity during pressurized thermal shock

関東 康祐*; Jhung, M.*; Ting, K.*; He, Y.*; 鬼沢 邦雄; 吉村 忍*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 90-91, p.46 - 55, 2012/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:28.46(Engineering, Multidisciplinary)

日本溶接協会PFM小委員会が中心となり、韓国,台湾及び中国も参加して、確率論的破壊力学(PFM)に関する国際ラウンドロビン解析が実施された。この解析の目的は、原子炉圧力容器の加圧熱衝撃(PTS)時における破損確率を評価する手法を確立すること、及び原子力安全にかかわるPFM分野でのアジア諸国の連携を強化・維持することである。本論文では、このラウンドロビン解析の問題と、各参加機関による解析結果を取りまとめて報告する。ラウンドロビン問題は、PTS時における原子炉圧力容器壁内の応力と温度分布に関する決定論的解析、及びPTS時における容器の破壊確率解析の両者から構成されている。参加機関間での解析コードの相違や入力データ設定等による結果の相違について議論する。

論文

Development of probabilistic fracture mechanics analysis codes for reactor pressure vessels and piping considering welding residual stress

鬼沢 邦雄; 西川 弘之; 伊藤 裕人

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 87(1), p.2 - 10, 2010/01

 被引用回数:35 パーセンタイル:8.46(Engineering, Multidisciplinary)

原子炉圧力容器に関して、確率論的破壊力学解析コードPASCAL2における肉盛溶接部に関する評価機能の改良を行い、確率論的解析を実施した。具体的には、肉盛溶接部内ではき裂が進展しないようにき裂進展モデルを改良し、肉盛溶接に伴う残留応力を考慮して加圧熱衝撃時における原子炉圧力容器の破損確率解析を行った。解析結果から、肉盛溶接部の存在が条件付破壊確率に及ぼす影響を評価した。また、国内外の最新の知見に基づき、応力腐食割れ(SCC)を考慮して配管溶接部の破損確率を評価する確率論的破壊力学解析コードPASCAL-SPを開発した。配管溶接継手部における溶接残留応力分布の不確かさや、供用期間中検査におけるSCC検出性及びサイジング精度をモデル化し、PASCAL-SPに導入した。このPASCAL-SPを用いて、溶接残留応力の不確かさ及び供用期間中検査の検査程度が配管の破断確率に及ぼす影響を評価した。

論文

Recent Japanese research activities on probabilistic fracture mechanics for pressure vessel and piping of nuclear power plant

関東 康祐*; 鬼沢 邦雄; 町田 秀夫*; 礒部 仁博*; 吉村 忍*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 87(1), p.11 - 16, 2010/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:32.39(Engineering, Multidisciplinary)

本論文は、確率論的破壊力学(PFM)解析に関する国内の最近の動向をまとめたものである。原子力機構では、過去に日本機械学会や日本溶接協会に委託して研究委員会活動を行ってきた。この研究委員会は、現在も日本溶接協会において原子炉構造機器の健全性にかかわる確率論的評価手法を検討することを目的に活動を続けている。本論文では、最近の日本溶接協会のPFM小委員会における成果を述べる。まず、日本機械学会の維持規格に関するPFM解析の観点からの成果として、原子炉圧力容器の評価不要欠陥に対する確率論的な分析や、配管の健全性に及ぼす非破壊検査の影響を示す。また、リスク及び経済性に基づいた保守最適化に関する新たなPFM解析手法の開発を示す。さらに、2008年から開始しているPFM解析に関する国際ラウンドロビン問題について述べる。

論文

Development of high-chromium steel for sodium-cooled fast reactor in Japan and creep-fatigue assessment of the steel

若井 隆純; 祐川 正之*; 伊達 新吾*; 浅山 泰; 青砥 紀身; 久保 重信*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 85(6), p.352 - 359, 2008/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:55.55(Engineering, Multidisciplinary)

ナトリウム冷却高速炉用高クロム鋼の化学成分仕様及び材料特性式を暫定するとともに、同鋼のクリープ疲労強度評価を行った。材料特性試験や金属組織の観察・分析の結果から、延性・靭性を改善するには、タングステンを減らすべきであることを示した。そして、ナトリウム冷却高速炉用高クロム鋼の暫定仕様を示し、繰返し応力ひずみ関係式やクリープひずみ式といった材料特性式も提示した。これらの材料特性式を用いて同鋼のクリープ疲労強度評価を行ったところ、かなり保守的な予測結果が得られた。これは、初期応力が過大に見積もられたことに起因するクリープ損傷の過大評価が原因であることがわかった。クリープ疲労強度評価法には、改良する余地があることがわかった。

論文

Importance of fracture criterion and crack tip material characterization in probabilistic fracture mechanics analysis of an RPV under a pressurized thermal shock

柴田 勝之; 鬼沢 邦雄; Li, Y.*; 加藤 大輔*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 81(9), p.749 - 756, 2004/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:61.34(Engineering, Multidisciplinary)

PFMコードPASCALを使用し、原子炉容器の破損確率解析における破壊基準とき裂先端の破壊靱性評価の重要性について明らかにした。本論文では、PASCALに導入した弾塑性破壊評価基準並びに弾塑性破壊基準適用に際して必要な国産材及び米国材の標準J積分抵抗曲線データベースの作成について述べる。さらに、弾塑性破壊基準の効果に関するケーススタディを行った結果、弾塑性破壊基準及びき裂先端の破壊靱性評価方法は破損確率に顕著な影響を及ぼすことがわかった。

論文

Improvements to a probabilistic fracture mechanics code for evaluating the integrity of a RPV under transient loading

Li, Y.*; 加藤 大輔*; 柴田 勝之; 鬼沢 邦雄

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 78(4), p.271 - 282, 2001/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:54.99

原研では、破壊評価モデルや数値解析法に新規モデルに導入したPFMコードPASCAL(PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR)の開発を進め、これまでに、ほぼコード開発を終えている。本コードには、半楕円亀裂進展評価,破壊基準,焼鈍効果等に新規モデル導入しているが、その他、モンテカルロ解析法やクラッド部の応力拡大係数解析法にも新規の解析技法を開発し導入している。本論文は、解析の信頼性向上と効率化のため、数値解析法における新規モデルや改良点等をまとめたものである。本論文では、以下の項目について紹介している。(1)無限長亀裂の新規応力拡大係数式の作成と導入。(2)クラッド部熱応力による不連続部の応力拡大解析モデルの作成と導入。(3)層別モンテカルロ法における最適層分割及びサンプリング法の開発と導入。(4)その他: 乱数発生法,偏差再計算法等。

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