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Pokor, C.*; Herbelin, A.*; Couvant, T.*; 加治 芳行
NEA/NSC/R(2016)5 (Internet), p.317 - 360, 2017/05
高経年化BWRプラントにおいて、炉心シュラウドの中心位置では照射誘起応力腐食割れ(IASCC)の感受性を持つ照射レベルになる。BWR炉内プログラムでは、BWRの炉内構造物における粒界型応力腐食割れ(IGSCC)進展特性の評価体系の開発を行ってきており、また日本の原子力安全基盤機構では、原子力発電所の高経年化維持管理のための安全研究開発の一環としてIASCC進展速度データに関するプロジェクトを実施してきている。多くの研究者がオーステナイト系ステンレス鋼やNi基合金のSCCやIASCC進展速度予測モデルを提案しているが、これらのモデルはまだ初期段階のモデルであることから詳細な実験結果と比較することによるモデルの高度化が必要である。
海老原 健一; 蕪木 英雄; 板倉 充洋
「鋼の機械的特性に及ぼす水素の効果とその評価」シンポジウム予稿集(USB Flash Drive), 6 Pages, 2014/09
水素脆化は鉄鋼材料の強度低下や破壊をもたらす要因の1つであり、その機構の解明が求められている。高強度鋼の遅れ破壊や溶接部の低温割れは、偏析水素による粒界強度低下が主な原因と考えており、その機構は応力腐食割れと同様と考えられる。粒界強度低下に基づく水素脆化モデルでは、水素による粒界強度低下を原子レベルスケールの計算で評価し、その情報を用い巨視的スケールの強度やき裂進展の評価がなされているが、両スケール間におけるスケールのモデル化についてはあまり明確でない。特に、微視き裂先端での応力集中について、き裂周囲を弾性体とするモデルがあるが、その妥当性も明確でない。本研究では、微視き裂を含みその周囲に転位がない系の引張によるき裂周囲の応力を分子動力学(MD)と連続体計算(FEM)の計算手法で評価し、その差異について考察した。その結果、1%以下の低いひずみでは、両手法による応力分布は同様の結果となったが、それ以上になるとき裂先端の応力集中部から両者の差が大きくなった。また、応力集中のモデル化については、き裂周辺を単なる弾性体とするだけではMDの結果を再現できなかった。
鬼沢 邦雄; 堤 英明*; 鈴木 雅秀; 柴田 勝之; 上野 文義; 加治 芳行; 塚田 隆; 中島 甫*
JAERI-Tech 2003-073, 125 Pages, 2003/08
JAERI-Tech-2003-073.pdf:11.62MB
沸騰水型原子力発電所炉心シュラウドのひび割れに関し、原子力安全委員会による事業者による健全性評価報告書の妥当性確認に資するため、SCC進展評価線図の妥当性,き裂進展量の評価、及び健全性評価に関する調査を実施した。調査は、東京電力(株)柏崎刈羽原子力発電所3号機のシュラウド下部リング部及びサポートリング部、並びに福島第一原子力発電所4号機のシュラウド中間胴部の溶接部近傍に確認された応力腐食割れを対象とした。SCC進展評価線図に関しては、リング部の材料・環境条件に対するSCC進展評価線図のデータを分析し、日本機械学会維持規格の線図の保守性を確認した。き裂進展量の評価に関しては、き裂形状のモデル化を行い、最適な応力拡大係数算出式を採用してき裂進展解析を行った結果、リング部及び中間胴部ともに、事業者の評価結果が保守的であることを確認した。シュラウドにき裂が存在する場合について、剛性の低下に関する構造解析を実施した結果、剛性低下はわずかであり、地震荷重に対するき裂の影響は小さいことを確認した。シュラウドの健全性に関して、運転時及び地震時の荷重条件から必要残存面積及び許容き裂長さを算定し、き裂進展解析結果と比較を行った。この結果、リング部及び中間胴部ともに、実運転4年間後も健全性は確保されることを確認した。
Li, Y.*; 加藤 大輔*; 柴田 勝之; 鬼沢 邦雄
日本機械学会論文集,A, 69(678), p.239 - 245, 2003/02
確率論的破壊力学(PFM)コードPASCALでは、破損確率の精度及び信頼性向上を図るため、延性き裂進展による破壊抵抗の増大を考慮できる機能を導入している。すなわち、従来この種のコードで使用される線形破壊力学基準に加え、R6法カテゴリ1基準及び延性き裂進展を考慮するためR6法カテゴリ3基準を導入した。さらに、照射材の標準的な材料抵抗曲線も導入している。本論文では、R6法及び材料抵抗曲線の導入方法を述べるとともに延性き裂解析機能を用いた種々の解析により、圧力容器の破損確率に及ぼす材料の破壊抵抗曲線の影響,半楕円初期き裂の影響,入射時間刻みの影響などを検討した。例題解析の結果、延性き裂の進展を考慮した場合、圧力容器破損確率は大幅に低下し、破損確率の精度及び信頼性向上を図るためには、延性き裂の進展を考慮することが極めて重要であることがわかった。
柴田 勝之; 鬼沢 邦雄; 加藤 大輔*; Li, Y.*
日本機械学会2001年度年次大会講演論文集, p.389 - 390, 2001/00
確率論的破壊力学(PFM)コードPASCALは、破損確率の精度及び信頼性向上を図るため、延性き裂進展による破壊抵抗の増大を考慮できる機能を導入している。すなわち、従来この種のコードで使用される破壊基準として、線形破壊力学基準に加え、R6法カテゴリ1基準及び延性き裂進展を考慮するためR6法カテゴリ3基準を導入した。さらに、照射材の標準的な材料抵抗曲線も導入している。本報告では、R6法及び材料抵抗曲線の導入方法を述べるとともに例題解析の結果を示す。例題解析の結果、延性き裂の進展を考慮した場合圧力容器破損確率は大幅に低下することがわかった。
加藤 大輔*; Li, Y.*; 柴田 勝之; 鬼沢 邦雄
日本機械学会2001年度年次大会講演論文集, p.391 - 392, 2001/00
確率論的破壊力学(PFM)コードPASCALでは、破損確率の精度及び信頼性向上を図るため、R6法カテゴリ3解析法に基づく延性き裂進展による破壊抵抗の増大を考慮できる機能を導入している。本報では、この延性き裂解析機能を用いた種々の解析により、圧力容器の破損確率に及ぼす材料の破壊抵抗曲線の影響,半楕円初期き裂の影響,入力時間刻みの影響などを検討した。延性き裂の進展を考慮した場合圧力容器破損確率は大幅に低下し、正確な破壊確率を求めるには延性き裂の進展を考慮することが必須であるとの結果を得た。
秦野 歳久; 後藤 正宏*; 山田 哲二*; 野村 雄一郎*; 斉藤 正克*
Fusion Engineering and Design, 49-50, p.207 - 212, 2000/11
被引用回数：3 パーセンタイル：26.42(Nuclear Science & Technology)核融合実験炉においてプラズマ対向機器の一つであるブランケットの使用材料はヒートシンクにアルミナ分散強化銅、構造材にステンレス鋼を冶金的に接合することが提案されている。その接合部は多くの研究から機械的な強度が低下することがわかっているが、解析的に接合部に集中する応力を解くことは非常に困難である。本研究は異材料接合体の破壊挙動評価としてASTMの規格をもとにき裂進展試験を実施した。試験片は接合部にき裂を入れたものと接合部に垂直にき裂を入れたものを用意し、破壊力学からモードIによる挙動を評価した。試験結果より、接合部のき裂は各母材よりも速く進展し、接合部に対して垂直なき裂は接合部に到達したときの応力拡大係数により異なる挙動を示した。
本岡 隆文; 木内 清
腐食防食協会第47回材料と環境討論会講演集 (C-207S), p.299 - 302, 2000/00
ジルコニウムの硝酸溶液中での腐食疲労き裂進展は、応力拡大係数を用いた評価においては大気中の場合と比較して加速進展しやすく応力腐食割れ感受性との関連性が示唆されている。この観点から、周波数・波形の評価は重要であると考えられる。本報では、3規定硝酸溶液中での応力繰返し速度の効果を、応力制御型の疲労試験機を用いた腐食疲労き裂進展速度の測定及び走査型電子顕微鏡を用いた波面解析から調べた。その結果、低応力拡大係数範囲では、繰返し速度が低下するほど、擬劈開状破面の割合が増加するとともに腐食疲労き裂進展速度が高くなっており、き裂の開口時間が長いほど、繰り返しSCCの影響を受けていることが明らかとなった。
秦野 歳久; 金成 守康*; 佐藤 聡*; 後藤 正宏*; 古谷 一幸; 黒田 敏公*; 斉藤 正克*; 榎枝 幹男; 高津 英幸
Journal of Nuclear Materials, 258-263(PT.A), p.950 - 954, 1998/00
被引用回数：12 パーセンタイル：68.71(Materials Science, Multidisciplinary)遮蔽ブランケットにおいて製作時や運転時に大きな熱応力が発生すると考えられる銅合金とステンレス鋼の接合部において、破壊じん性試験を実施し、HIP温度の再評価を行った。その結果、1050
Cが最も大きなじん性値を得られることがわかった。次にき裂進展試験を実施した。2つの試験片を用意し、1つはノッチ部に接合部、ほかはノッチ部と接合面が垂直なものである。試験の結果よりノッチ部に接合面のあるものはほかのものより早くき裂が進む。これをもとにき裂の進展挙動を観察する試験を実施した。3点曲げや丸棒試験片ともにき裂は接合界面より銅側に5~10
mの幅の間を進むことが確認された。よって銅合金とステンレス銅の界材接合部ではき裂進展領域に母材よりも強度の低下が考えられる。この領域を制御することによって高い強度が得られるという結論を得た。
柴田 勝之; 磯崎 敏邦; 山崎 隆*
JAERI-Data/Code 95-015, 67 Pages, 1995/11
JAERI-Data-Code-95-015.pdf:1.77MB
高経年軽水炉の安全性に係わる課題のうち、圧力容器の健全性を厳しく評価・管理し、十分な安全余裕を確保していくことは最も重要な課題の一つである。この観点から、圧力容器寿命に与えるPTS事象の影響評価に関する研究として、非線形破壊力学に基づく亀裂進展解析により、圧力容器の加圧熱衝撃下での安全余裕の詳細な解析を進めている。この研究の一環として、有限要素法による詳細解析に加えて、R6法およびEPRI-GE法による加圧熱衝撃下の健全制評価も実施している。簡易解析を行うため、R6法とEPRI-GE法に基づく非線形破壊力学簡易解析プログラムを開発した。本報告書では解析プログラムの解説と例題解析結果をとりまとめた。
荒井 長利
Proc. of 12th Japan-Korea Seminar on Ceramics, 0, p.301 - 305, 1995/00
セラミックスの熱機械的特性、特に強度が気孔(潜在的な欠陥又は初期き裂と見なせる)と密接に関連するので、強度によって潜在欠陥を定量評価し材質を判定することができる。この観点から、本研究では、低サイクル強度データから疲労き裂進展解析によって初期欠陥サイズ(EIFS)を評価する方法の基本的解析手法の総合検討(き裂形状、き裂進展則及び破断条件)を行った。具体的には、PGX黒鉛の疲労データによって、EIFSの寸法範囲と統計的分布を評価した。今回の解析による知見は以下の通りである。a.実効的表面き裂としては、形状係数の変化を考慮する半楕円形又は半円モデルが適当である。b.計算モデル定数の値は、通常の破壊力学試験によって得られる値を用いるべきでない。c.計算値は数mmになる。これは実効的表面き裂が幾つもの気孔の連結体に相当することを意味する。
石山 新太郎; 衛藤 基邦; 奥 達雄*
炭素, 0(153), p.155 - 162, 1992/00
高温ガス炉炉内黒鉛構造物を設計する上で構造用黒鉛材料の破壊靱性値やき裂進展特性を知ることは重要なことである。そのめたの破壊靱性試験を黒鉛材料に適応した場合、破壊時に脆性的挙動をとるため、き裂破壊開始点やき裂進展長さの計測を行うには高度の技術を要する。このため、黒鉛材料についてき裂長さの計測を行う上で有用な測定技術の開発が必要とされている。本論文は、7種類の計測法を黒鉛の破壊靱性試験に適用することによって黒鉛材料に最適な計測法について検討を行なった。その結果電位差法が最も検出感度が高いことが明らかとなった。
石山 新太郎; 奥 達雄*; 衛藤 基邦
Journal of Nuclear Science and Technology, 28(5), p.472 - 483, 1991/05
HTTR用黒鉛構造物は地震や原子炉の運転・停止に伴って発生する熱応力や照射誘起応力の繰返しを受ける。そのため原子炉の設計と安全性の評価に際しては原子炉用黒鉛材料の疲労強度特性や材料中に含まれる欠陥の先端部からき裂が進展し、破壊に至る可能性を検討・評価するための破壊力学特性に関する研究が必要である。本論文は、高温ガス炉用黒鉛、特に高温工学試験研究炉に使用される予定の黒鉛材料について、疲労破壊およびき裂進展に基づく破壊の可能性を検討・評価するのに必要な基礎的知見を初めて明らかにしたものである。
構造安全研究委員会
JAERI-M 90-089, 70 Pages, 1990/06
軽水炉構造材料の環境助長割れ評価は、一次系冷却材圧力境界の構造健全性にとって重要な研究課題であり、過去10年間にわたって広範囲の研究が行われて来た。本報告は、当該研究の現状を調査し、さらに圧力容器の欠陥評価のために重要な研究課題を検討したものである。例えば、き裂挙動に関しては、高温水環境中での下限界特性等を含めた系統的なデータセットが不足している。とくに環境因子に焦点を絞った一連の研究を実施することによる割れ加速機構やモデル化に関する一層の進展及び時空間解析(Time Domain Analysis)による、より定量的なき裂進展挙動予測が可能になるものと期待される。これらの知見は、実機のき裂評価や余寿命推定の精度向上につながるものである。
石山 新太郎; 奥 達雄
日本原子力学会誌, 30(2), p.181 - 192, 1988/02
被引用回数：2 パーセンタイル：31.38(Nuclear Science & Technology)微粒等方性黒鉛IG-11の低サイクル疲労試験を応力比R(=最小付加応力/最大付加応力)=0.5,0.0、-1.0、-3.5、+
、1/0.3、1/0.7の付加応力モードで行い(1)各種統計解析法による最適S-N曲線の比較(2)疲労強度の及ぼす応力比効果(3)体積効果に関して検討を行った。その結果、次の結論を得た。1.Price法は比較的適合性の良い最適S-N曲線が得られる。2.応力比が低下するに従って疲労強度の低下が見られた。また、R=-3.5では急激な疲労強度の低下が見られた。3.応力比=+では試験片体積依存性が見られた。4.黒鉛の疲労破壊は疲労き裂の進展によるき裂先端の応力または応力拡大係数が破壊応力又は破壊靱性値に達したときに生じるものと解釈できる。
石山 新太郎; 衛藤 基邦; 奥 達雄
Journal of Nuclear Science and Technology, 24(9), p.719 - 723, 1987/09
被引用回数：6 パーセンタイル：55.66(Nuclear Science & Technology)微粒等方性黒鉛IG-11のき裂進展速度da/dNに及ぼす荷重負荷モードの効果(応力比効果)を調べた。試験片の形状をダブルカニチレバービーム(DCB)型とし、繰り返し荷重は251N/secの荷重速度で荷重容量1500Nのサーボ式疲労試験機を用いて負荷した。荷重負荷モードは応力拡大係数範囲の最小値Kminと最大値Kmaxの比R(=Kmin/Kmax)を0から0.8の範囲の5段階で変化させた。実験結果から、き裂進展速度と応力拡大係数範囲の間に次式が得られた。da/dN=C(?K-?Kth)
ここでC,nは定数、応力拡大係数範囲?K=Kmax-Kminで、?Kthはしきい値である。?KthはR値に依存し、R=0の応力拡大係数範囲を?Kthoとすると?Kth/?Ktho=(1-R)
となる。ここでAは定数でIG-11黒鉛では0.89となった。
宮崎 則幸; 渡辺 隆之*; 矢川 元基*
Nucl.Eng.Des., 68, p.71 - 85, 1987/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Nuclear Science & Technology)本報は1981年8月17日~21日まで仏のパリで開催された6th Int.Conf on Struct Mech in Reactor Technulにおいて「Invited Lecture」として発表した論文をFull paperの形にまとめたものである。有限要素法によるき裂の応力拡大係数解析プログラムEPAS-J1について、その理論と応用例を示した。EPAS-J1プログラムはラグランジュ乗数法に基づいた結合要素により異種要素を結合することができる。また、き裂の応力拡大係数解析にはエネルギ法に基づく仮想き裂進展法を用いている。さらにき裂先端の応力場の特異性は要素辺上の節点の中点移動により得ている。解析例として3次元体中の表面き裂問題を取り上げ、異種要素のモデル化による応力拡大係数解析を行った。
石山 新太郎; 奥 達雄; 衛藤 基邦
日本原子力学会誌, 28(10), p.966 - 971, 1986/10
被引用回数：3 パーセンタイル：40.89(Nuclear Science & Technology)高温ガス炉炉心黒鉛構造物用候補材料としての微粒等方性黒鉛IG-11の引張り強さ、破壊靭性値及びき裂進展速度に及ぼす酸化の影響を調べた。酸化は500Cの空気中で行った。酸化後の引張り強さと破壊靭性値は酸化前に比べて大きく減少した。すなわち、酸化前後のそれらの値の比は酸化前後の密度の比の増加と共に低下した。DCB試験片を用いて測定したき裂進展速度(da/dN)は応力拡大計数範囲の差(?K-?Kth)に対して、da/dN=(?K-?Kth)
のように表される。ここで、?Kthは酸化の進行に伴い減少した。その結果、き裂進展速度は酸化重量減と共に増加した。この結果は、1m以下の気孔の生成と酸化試料の破面に観察される大きい気孔の生成によるものと考察された。
角井 日出雄*; 奥 達雄
Journal of Nuclear Materials, 137, p.124 - 129, 1986/00
被引用回数：11 パーセンタイル：74.99(Materials Science, Multidisciplinary)繰り返し荷重条件下での原子炉用黒鉛き裂進展特性を室温、373,673,973°Kで調べた。き裂進展速度は、平均の応力拡大係数が一定の場合と応力拡大係数の最小値が一定の場合について求められた。その結果、応力拡大係数の平均値が一定の場合のき裂進展速度の方が、応力拡大係数の最小値が一定の場合のものより小さかった。き裂成長速度は温度上昇に伴い増加した。又、粗粒コークスから成る黒鉛のき裂進展速度は微粒高強度黒鉛のものより大きくなった。
宮崎 則幸; 渡辺 隆之*; 矢川 元基*
JAERI 1276, 70 Pages, 1982/03
3次元亀裂の応力拡大係数を解析するためにEPAS-J1プログラムを開発した。応力拡大数の求解法としては仮想亀裂進展法(Virtual Crack Extension Method)により求められる。また混合モード亀裂の場合に仮想亀裂進展法によりモードII法の応力拡大係数K
を求める方法も提案した。EPAS-J1プログラムは中実要素と板殻要素、および板殻要素と 要素とを結合するためにラグランジュ乗数法に基づいた結合要素も含んでいる。したがって3次元体の亀裂の応力拡大係数を求めるにこの結合要素を用いれば効率的なモデルができる。本報はEPAS-J1プログラムについての最終的な総合報告であり、EPAS-J1プログラムに用いられている理論も詳細に示してある。また各種の例題について、EPAS-J1プログラムによる解析結果が示されている。
