Development of stress intensity factor solution for surface crack at nozzle corner in reactor pressure vessel

山口 義仁; 高見澤 悠; 勝山 仁哉; Li, Y.

Proceedings of ASME 2023 Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2023) (Internet), 9 Pages, 2023/07

原子炉圧力容器のノズル部の健全性評価において、ノズルコーナー亀裂に対する応力拡大係数が重要なパラメータである。これまで、ノズルコーナーの表面亀裂に対する様々な応力拡大係数解が提案されてきたが、その多くは亀裂の最深点にのみ着目しており、ノズルコーナーの形状寸法に関する情報は明らかになっていない。ノズルコーナー亀裂を対象とした既往の疲労試験結果によると、亀裂表面点における進展量は、最深点よりも大きいことが明らかとなっている。このことから、亀裂表面点の応力拡大係数は最深点よりも高い可能性がある。これらより、本研究では、健全性評価の信頼性を高めるため、有限要素解析を通じて、ノズルコーナーの形状寸法とき裂サイズに対応した、表面点と最深点の両方の応力拡大係数解を提案する。

Stress intensity factor interaction of subsurface flaws under notches

長谷川 邦夫; Dulieu, P.*; Lacroix, V.*

Proceedings of 2017 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2017) (CD-ROM), 5 Pages, 2017/07

切欠底にある内部欠陥は、応力集中のため応力拡大係数の干渉効果が大きい。このため、内部欠陥は、切欠底から離れた位置で表面欠陥に置き換える必要がある。本論文は、応力集中場の応力拡大係数の干渉を示し、この干渉効果を基に切欠底に円欠陥があるときの接近性基準を提案するものである。

半円より奥に深い亀裂の応力拡大係数解の比較

永井 政貴*; Lu, K.; 釜谷 昌幸*

日本機械学会M&M2016材料力学カンファレンス講演論文集(インターネット), p.481 - 483, 2016/10

近年、原子力発電プラントのニッケル合金溶接部において、アスペクト比=0.5 (:亀裂深さ、:亀裂長さ)を超える半円より奥に深い応力腐食割れ(SCC)亀裂が検出される事例が報告されている。このような亀裂を有する構造物の健全性を合理的に評価するため、半円より奥に深い亀裂の応力拡大係数解が複数提案されている。本発表では、半円より奥に深い亀裂の応力拡大係数解について、解の相互比較およびSCCによる亀裂進展のベンチマーク解析を行い、異なる解による解析結果を報告する。

Proximity factor on transformation from subsurface to surface flaw

長谷川 邦夫*; Li, Y.; 芹澤 良輔*; 菊池 正紀*; Lacroix, V.*

Procedia Materials Science, 12, p.36 - 41, 2016/00

https://doi.org/10.1016/j.mspro.2016.03.007

供用期間中検査などで確認された内部欠陥は構造物の自由表面に接近する場合は、この欠陥を内部欠陥それとも表面欠陥としてモデル化すべきかを決定するために、欠陥の表面接近ルールが適用される。しかし、主要国間の維持規格の内部欠陥から表面欠陥に置き換えに係る接近特性因子が異なる。本論文では内部欠陥が自由表面に接近する場合の応力拡大係数の干渉効果に関する考察から、内部欠陥から表面欠陥への置き換えに係る接近特性因子を明らかにした。

Fatigue strength reduction factor of partial penetration weldments for ITER vacuum vessel

西 宏; 衛藤 基邦; 橘 勝美; 中平 昌隆

Transactions of 16th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-16) (CD-ROM), 8 Pages, 2001/08

ITERの真空容器は2重壁構造を採用し、不溶着部を有する構造となる。本研究では、ITERに採用予定の部分溶込みを有するT継手(外壁とリブ)と突き合わせ継手(外壁と外壁)について、継手や溶着金属の疲労試験を行い、疲労寿命や疲労き裂伝播速度を明らかにした。また有限要素解析を用いて両継手不溶着部の応力拡大係数範囲を計算し、継手と溶着金属の疲労き裂伝播速度を比較した。さらに破壊力学的手法を用いて継手の疲労寿命を計算し、不溶着部の長さが変化したときの疲労強度を予測した。その結果、以下のことがわかった。いずれの継手の不溶着部も先端が鋭くき裂と同様に挙動し、溶着金属部へ伝播する。したがって継手の疲労強度は不溶着部を持たない母材に比べ非常に低下する。また、継手と溶着金属の疲労き裂伝播速度は応力拡大係数範囲で整理でき両者は良く一致し、破壊力学的手法に基づい手計算した継手の疲労寿命は実験より得られた疲労寿命と良く一致する。さらに継手の不溶着部の長さが短く(1mm)なっても疲労強度は母材に比べ大きく低下する。

沸騰硝酸中におけるジルコニウム溶接継手の腐食疲労挙動

本岡 隆文; 木内 清

JAERI-Research 96-021, 14 Pages, 1996/03

JAERI-Research-96-021.pdf:0.91MB

ジルコニウム製の再処理機器の長期耐久性の評価試験として、沸騰硝酸中におけるジルコニウム溶接継手の腐食疲労挙動を調べた。き裂成長速度の応力拡大係数依存性を沸騰硝酸中に常温大気中で調べたほか、走査型電子顕微鏡による破面解析も行った。さらに既知の母材の腐食疲労挙動との比較をした。溶接金属でのき裂成長速度は母材の配向性と関係がなかった。常温大気中に比べて沸騰硝酸中ではき裂成長速度が一桁程度増加した。大気中ではき裂面に針状組織上にストライエーションが認められたが、硝酸中では脆性ストライエーションと擬劈開状の破面があわせて観察された。沸騰硝酸中では疲労き裂が母材よりも溶接金属の方でより早く進展することが明らかとなった。

破壊力パラメータ解析コードCANIS-J(2D)の改良

古橋 一郎*; 若井 隆純

PNC TN9410 95-080, 84 Pages, 1995/02

PNC-TN9410-95-080.pdf:2.82MB

FBR構造物の破壊力学解析手法整備の一環として、破壊力学パラメータ解析コードCANIS-J(2D)の改良を行つた。(1)2時点間の応力範囲を用いた、12時点問の応力拡大係数範囲Kの計算評価機能の追加(2)2時点間の応力範囲、ひずみ範囲および変位範囲uを用いた、2時点間のJ積分およびJhat積分の計算評価機能の追加。(3)J(J)およびJhat(Jhat)計算式の積分各項毎の計算評価機能の追加。(4)以下の3つの計算モードを1ジョプで計算実行する機能の追加。・モード0任意時点のK、J、Jhat計算・モード1任意の2時点間のK、J、Jhat計算・モード2任意の連続2時点間のクリープJ積分(J、Jhat)計算特に今回機能追加されたK、J、Jhat計算機能を確認しその適用例を示すために、ATTF環状き裂付き試験体の熱疲労き裂進展試験の破壊力学解析およびき裂進展シミュレーションを行い、以下の結果を得た。(1)熱弾性および熱弾塑性応力場では、J(J)は経路独立性が成立せず、解析評価が困難であり、適用できない。これはJ積分が、弾性応力場で定装されたことによる。(2)Jhat(Jhat)は熱弾性および熱弾塑性応力場でも経路独立性が成立し、解析評価が可能であり、適用可能性が大きい。これはJhat積分が、より一般的な応力場で定義されたことによる。(3)Jhat、熱弾性K、き裂先端近傍の応力(ひずみ)範囲、き裂断面リガメントの正味(曲げ)応力範囲Sn、これらは共通の2時点問でほぼ最大値をとる。(4)Jhatを用いたき裂進展シミェレーションは試験結果に良く対応している。(5)これらの解析結果から、複雑な熱弾塑性荷重サイクルを受けるき裂付き構造物の破壊力学解析および評価において、Jhat(Jhat)が、き裂先端領域の応力(範囲)、ひずみ(範囲)、リガメントの正味断面応力(範囲)およびき裂進展カなどの力学情報を代表する単一の破壊カ学パラメータとして有力であることが示された。

Material qualification in terms of EIFS statistics calculated from fatigue fracture data

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。

Effect of hold time and frequency on the fatigue crack growth rate of irradiated cold-worked type 316 stainless steel

實川 資朗; 海野 明; 高橋 五志生; 飯田 省三; 足立 守; 鈴木 建次*; 菱沼 章道

Effects of Radiation on Materials, p.1083 - 1094, 1992/00

照射した冷間加工材の316ステンレス鋼について、疲労亀裂の成長速度に対する保持時間及び荷重の周波数の効果を評価した。照射は高速炉にて400Cで20dpaまで行った。その結果、高温域での保持時間効果は、保持時間の0.7乗に比例し、またヘリウム量に比例することがわかった。この結果、1023Kで50秒の保持時間を与えると、照射量が20dpaの材料では亀裂成長速度が40倍近くに増加するのである。一方、荷重の周波数効果は低温度域で大きく、これは低周波数域では照射材に特徴的なチャンネル破壊現象が生じたためである。チャンネル破壊は、疲労亀裂の発生を助けるため変化が生じたのである。

微粒等方性黒鉛の低サイクル疲労寿命

石山 新太郎; 奥 達雄

日本原子力学会誌, 30(2), p.181 - 192, 1988/02

https://doi.org/10.3327/jaesj.30.181

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。