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報告書

博士研究員による平成9年度及び平成10年度研究概要報告

技術協力課*

JNC-TN1400 2000-006, 68 Pages, 2000/07

JNC-TN1400-2000-006.pdf:2.18MB

機構は、博士の学位をもった若手研究者の人材育成を図るため、平成9年度から博士研究員制度を導入した。同制度は、機構の先導的、基礎・基盤的な研究業務に関連して、独創性に富んだ若手研究者から研究テーマを公募する。若手研究者には、1$$sim$$3年間の期間に機構の承認した自らの研究テーマを自主的に遂行し、研究者としての業績を得させるとともに、機構の研究業務を効率的に推進することを目的としている。本報告書は、平成9年度及び平成10年度に実施した博士研究員による研究テーマの実施結果についてその概要をまとめたものである。

報告書

博士研究員による平成11年度研究概要報告

技術協力課*

JNC-TN1400 2000-004, 0 Pages, 2000/07

JNC-TN1400-2000-004.pdf:4.27MB

機構は、博士の学位をもった若手研究者の人材育成を図るため、平成9年度から博士研究員制度を導入した。同制度は、平成11年度で3年目を迎え、当初の目的を達成し、研究を終了した博士研究員も出始めている。同制度は、機構の先導的、基礎・基盤的な研究業務に関連して、独創性に富んだ若手研究者が1$$sim$$3年間の期間に機構の承認した自らの研究テーマを自主的に遂行し、研究者としての業績を得るとともに、機構の研究業務を効率的に推進することを自的としている。本報告書は、平成11年度に実施した博士研究員による研究テーマの実施結果についてその概要をまとめたものである。なお、17件の研究テーマのうち、5件の研究テーマが平成11年度で終了した。

報告書

多様な作動流体を用いた場合に顕在化する重要熱流動課題の摘出

村松 壽晴; 山口 彰

JNC-TN9400 2000-056, 150 Pages, 2000/05

JNC-TN9400-2000-056.pdf:6.67MB

[目的]本研究では、安全系の限定や多重性要求の合理化を行った場合、および多様な作動流体を冷却材として用いた場合に顕在化する熱流動課題を調査するとともに、温度成層化およびサーマルストライピングの両現象につき、作動流体を変化させた場合の特性変化を数値解析により評価することを目的とする。[方法]作動流体の違いから派生するプラント設計上の特徴、及び安全系の局限化に係わる設計概念の調査を行ない、主要な熱流動課題に関する定量的な評価検討を行なった。その結果に基づき、設計上留意すべき事項、さらには温度成層化およびサーマルストライピングに係わる熱流動上の特性を明らかにした。[主要な成果](1)熱流動課題の検討ガス冷却炉、及び重金属冷却炉で顕在化する課題を摘出した。・ガス炉:自然循環、流動振動(高流速に対する配慮)、減圧事故・重金属炉:温度成層化、流力振動(ランダム振動)、地震時のスロッシングさらに安全系の局限化に係わる課題として、原子炉容器のコンパクト化、及びRVACSに着目した課題を摘出した。(2)温度成層化およびサーマルストライピングに係わる熱流動上の特性評価数値解析により得られた各現象についての影響の程度の順列は、以下の通りである。・温度成層化:ガス$$<$$ナトリウム$$<$$鉛・サーマルストライピング:ガス$$<$$$$<$$ナトリウム

報告書

治金的不連続と形状不連続を考慮した溶接構造物クリープ疲労評価法の開発 -弾性追従モデルの溶接継手への適用-

笠原 直人

PNC-TN9410 95-213, 38 Pages, 1995/08

PNC-TN9410-95-213.pdf:1.72MB

溶接継手のクリープ疲労強度は母材に対して一般に低下するが、従来の構造設計においては、保守的に決めた定数を用いて強度減少割合を評価する方法が広く用いられていた。これに対し、近年の高温構造設計の経済性と信頼性向上の要求に伴い、溶接継手の強度低下メカニズムを考慮した、より精緻な評価手法が必要とされるようになった。このため溶接継手の強度低下の主要因として以下の3点に着目し、このなかの力学的要因である、要因1と要因2の影響を弾性追従モデルの拡張により記述する方法を開発した。要因1:母材と溶接金属の治金的不連続要因2:溶接余盛り等の形状不連続要因3:溶接金属自体の材質劣化要因1の記述には、応力-ひずみ特性の異なる2種類の材料が接合された構造を記述する弾性追従モデルの提案を行った。さらに要因2については、本研究に先立ち提案した切り欠きに対する弾性追従モデルと治金的不連続に対するモデルの重畳により評価できるようにした。本モデルによる応力・ひずみ挙動の予測精度は、有限要素法による弾塑性解析結果との比較により実用的なものであることかが分かった。さらに、大洗工学センターのTTSを使用して得た溶接構造物の熱過渡強度試験データを用いて、溶接構造物クリープ疲労評価への適用性を確認した。

報告書

コイルばねのクリープ挙動解析手法の検討

月森 和之

PNC-TN9410 95-203, 17 Pages, 1995/08

PNC-TN9410-95-203.pdf:0.53MB

プラント工学室におけるリサイクル炉の概念検討の中で燃料集合体のホールドダウンについてメカニカルホールドダウン方式が検討されている。**この具体的な構造はコイルばねであり、クリープ温度域で所定の押付け力を維持することが必要となる。コイルばねのクリープ挙動の詳細数値解析を概念検討の段階で実施することはあまり得策ではない。本報告書は、このような背景からコイルばねのクリープ挙動解析手法について検討した結果をまとめたものである。コイルばねの断面の応力場として純せん断を仮定し、ひずみの径方向線形分布とクリープ特性式からトルクを求め、力の釣合いからばね力の時間的変化を評価する。この方法によれば、径方向応力分布が非線形になるため簡単なプログラムを作成する必要があるが、任意の形状・寸法および材料のコイルばねのクリープ挙動についての広範なパラメトリックサーベイが可能となる。

報告書

構造物強度デ-タベ-スシステム"STAR" -Version 4.0取扱説明書-

笠原 直人

PNC-TN9520 93-009, 149 Pages, 1993/04

PNC-TN9520-93-009.pdf:7.75MB

STARシステムは、大洗工学センターで実施される熱過渡強度試験に関する試験条件・試験結果・解析結果等をデータベース化し、これらのデータに対して表計算処理ユーザプログラムによる損傷値計算処理・種々の検索処理に加え、ユーザの指定するグラフ出力を行なうことができるデータベースシステムツールである。本システムはMS-WINDOWSおよびMS-EXCELのもとで動作する。本システムは、EXCELの持つ豊富な機能を利用することによって、優れたインターフェイス・表計算機能・データベース機能・グラフ処理機能等をユーザに提供する。本システムは3度のバージョンアップを行っている。プロトタイプであるバージョン1の運用を通してバージョン2では、システムの構成、機能、取扱い方法などに多くの変更を加わえ、バージョン3では、ネットワーク(NetWare)への対応、ヘルプ機能の充実等を行った。ネットワークへの対応により、STARシステムおよび各データをサーバのハードディスク上に置くことで各ユーザから同時にSTARのデータを検索することが可能となった。そして、バージョン4では、EXCEL4.0の新機能であるツールバーやショートカットメニューをSTARシステムに導入し、大幅な操作性の向上を図った。また、マクロ等の見直しを行い処理速度の向上も行った。これによりSTARシステムは実用レベルに達したと考えられ、熱過渡強度データ処理を必要とする関係者に広く公開することとした。本取扱説明書は、バージョンアップされた諸機能を最大限に生かせるよう解説を述べるのもである。

報告書

構造物強度データベースシステム"STAR"デジタイザ入力システム取扱説明書

石川 昌幸*; 笠原 直人

PNC-TN9520 93-003, 57 Pages, 1993/03

PNC-TN9520-93-003.pdf:2.08MB

高速炉特有の熱荷重である熱応力を主体とした構造物強度データを蓄積し、高速炉用構造設計基準の基礎となる強度評価法(クリープ疲労損傷等)開発を支援するために、構造物強度データベースシステム"STAR"を開発した。 本報告書は、構造物強度データベースシステム"STAR"において、損傷値とき裂長さ等の比較に使用するき裂データ、形状データに関する入力システムの取扱説明書である。 以下に主な機能を示す。 (1)デジタイザによる供試体形状データ(R部、溶接部位等)のオンライン入力 (2)デジタイザによるき裂位置、深さの正確な入力 (3)き裂データの属性(破面状態、母材、溶金等)も容易に入力 上記の機能により、構造物強度データベースシステム"STAR"で重要なき裂データ等が正確かつ容易に入力が出来、作業の効率が図られた。

報告書

高速炉構造用SUS316のクリープ試験およびクリープ疲労試験データ

木村 英隆; 菅谷 全*; 加藤 猛彦*; 川崎 弘嗣; 青砥 紀身; 和田 雄作

PNC-TN9450 91-003, 28 Pages, 1991/03

PNC-TN9450-91-003.pdf:0.65MB

高速炉構造用SUS316の高温強度特性やNa環境効果および中性子線照射効果等の試験が進展している。この結果,本鋼は優れた各種特性を有することが確認されてきており現在実証炉以降の炉容器,配管,中間熱交換器等の構造材料として採用される方向で作業が進んでいる。今後,本鋼を採用したプラントの検討や実際の設計では,本鋼のクリープ破断式とクリープひずみ式,および材料の損傷等を見積もるのに用いる材料評価法が必要となる。現在これらの特性式や評価法の策定に関して検討が行われており,暫定基準が策定されてきている。本報告では,今後必要となる本鋼の特性式や評価法の再検討・再策定に資するように,昨年クリープ破断式とクリープひずみ式の暫定基準策定に用いたクリープ破断データと,現在までに入手できた高温疲労およびクリープ疲労試験データをまとめた。

報告書

溶接容器型モデル熱過渡強度試験 第2報 予備弾性解析と強度評価

町田 秀夫*

PNC-TN9410 90-103, 126 Pages, 1990/07

PNC-TN9410-90-103.pdf:4.09MB

構造物強度確性試験施設を用いた溶接容器型モデル供試体の熱過渡強度試験が予定されている。本試験は、FBR機器設計において熱過渡強度上課題となる部位の応力状態に対して、構造物の熱過渡強度及びクリープ疲労評価法の確立を目的として実施される。溶接容器型モデル供試体は、FBR構造設計で課題となっている液面近傍やスカート構造といった部位に発生する典型的な応力分布及び改良SUS316鋼に対する構造強度試験用に設計・製作された。本報は、溶接容器型モデル熱過渡強度試験用供試体の弾性熱応力解析及び強度評価について示すものである。解析は、供試体を入口ノズル部、容器上部、容器下部、出口ノズル部及び中子リング部の5つの部位に分割し、供試体製作時に実測された熱電対の設置位置に基づいてメッシュ切りした部分モデルを用いて実施した。熱過渡条件は、供試体の設計用に設定したもの(第1報)を用いた。クリープ疲労損傷は、熱応力解析から求まった供試体各部のひずみから、構造物強度確性試験施設用専用設計基準を用いて評価した。

報告書

SUS304鋼のナトリウム中クリープ疲労強度

香川 裕之*

PNC-TN9410 90-086, 47 Pages, 1990/05

PNC-TN9410-90-086.pdf:1.76MB

ナトリウム環境、特に浸炭とこれに伴う粒界の劣化が、SUS304鋼のクリープ疲労破断寿命やき裂発生寿命に及ぼす影響を明確にする目的で、浸炭源付きナトリウム中クリープ疲労試験を実施した。最長6000時間以上の寿命の計3本のデータを取得した。力学的因子、浸炭や炭化物の析出等の組織的因子、き裂進展過程と破面形態などの観点から検討し解析を行った結果、以下の結論を得た。(1) 本報で開発した浸炭源付きナトリウム中クリープ疲労試験により、実機で想定される最大浸炭量より厳しい浸炭と、炭化物の析出による粒界の劣化を試験片に付与できることが確かめられた。このような厳しい条件においても、ナトリウム中クリープ疲労強度が大気中の強度とほぼ同等であることが分かった。(2) 線形累積損傷則に基づいてクリープ疲労損傷を評価した結果、浸炭源付きナトリウム環境がクリープ疲労損傷に何ら悪影響を及ぼさないことが分かった。また浸炭源付きナトリウム中クリープ疲労寿命が、現行クリープ疲労評価法により、十分な精度で予測可能であることが明らかとなった。(3) 破面および組識観察結果に基づき、き裂の発生と進展過程に関する検討を行った。この結果、浸炭源付きナトリウム中ではき裂が粒界から発生するものの、その発生寿命は大気中と同等であること、およびナトリウム中き裂進展寿命も大気中と同等であることが分かった。(4) 以上の検討から、小型試験片を用いた大気中クリープ疲労寿命の1/20の繰返し数で、実機のナトリウム中表面き裂発生寿命を包絡する現行評価手法が、少なくともナトリウム環境効果の観点から妥当であるとの裏付けを得た。本報で得られた知見をもとに、き裂発生寿命と進展寿命の観点から、次期大型炉の有力候補材である高速炉構造用SUS316鋼のナトリウム中クリープ疲労強度の推測を行った。その結果、ナトリウム中クリープ疲労強度は大気中の強度と遜色ないのではないかと予測されたが、き裂発生寿命が若干低下する可能性も考えられ、この点については少なくとも1,2本の試験は実施して、確認しておく必要はあると考えられる。

報告書

SUS304の高温多軸疲労挙動の検討 第3報 多軸クリープ疲労評価法の一般性の検討

浅山 泰*

PNC-TN9410 90-053, 56 Pages, 1990/02

PNC-TN9410-90-053.pdf:1.46MB

本報ではPNCが東芝に委託して行った多軸クリープ疲労試験結果(単軸疲労,純ねじり疲労,純ねじりクリープ疲労,比例重畳疲労,比例重畳クリープ疲労)を前報までに提案した多軸クリープ疲労評価法に基づき評価した。その結果次の知見を得た。PNCの多軸疲労/クリープ疲労試験結果と東芝の多軸疲労/クリープ疲労試験結果はほぼ良好に一致するが,純ねじり疲労/クリープ疲労については東芝データの方が長寿命となる傾向がある。これは両者におけるヒートの相違が原因ではないかと思われる。(1) 純ねじりクリープ疲労においてピークひずみ保持時間を3分あるいは60分の間で変化させると,クリープ疲労寿命は保持時間の増加とともに低下する。この傾向はひずみ保持時間60分ではまだ飽和しているとは言えない。(2) 純ねじりクリープ疲労において,15分の片側保持に対して,反対側のピークに3分あるいは15分の保持時間を設けても,特に寿命の回復は観察されない。(3) PNCデータに基づき前報までに提案した多軸クリープ疲労評価法で東芝データを評価すると,非安全側にはfactor of 2程度,安全側にはfactor of 5程度で全体的には保守的に評価することが可能である。

報告書

SUS304の高温多軸疲労挙動の検討 第2報 非比例負荷下におけるクリープ疲労強度の検討

浅山 泰*

PNC-TN9410 90-093, 68 Pages, 1990/01

PNC-TN9410-90-093.pdf:1.32MB

著者らは前報において、高温構造材料の多軸負荷下における疲労およびクリープ疲労挙動の把握と解明の第一段階として、550$$^{circ}C$$においてSUS304の軸力-ねじり重畳負荷による高温多軸疲労試験をおこない、(1)非比例負荷下では比例負荷に比較して疲労寿命が1/2$$sim$$1/3程度に低下すること、(2)この寿命低下はひずみ経路を考慮したMises型の相当ひずみ範囲によりほぼ合理的に評価できることを明らかにした。本報ではこの第二段階として、比例および非比例負荷下でクリープ疲労試験を行い、次の知見を得た。(1)非比例クリープ疲労下でも比例クリープ疲労に比較してさらに1/2$$sim$$1/5程度に寿命の低下が生じる。(2)非比例クリープ疲労においても応力緩は軸力0,せん断応力0の原点に向かって比例的に生じる。(3)非比例クリープ疲労寿命は、相当ひずみ範囲としてひずみ経路を考慮したMises型相当ひずみを用い、ひずみ保持中の応力緩和をMises型の相当応力で評価し、これらに基づき単軸疲労特性,単軸クリープひずみ特性及び単軸クリープ破断特性から疲労損傷,クリープ損傷を求め、これらを線型損傷則に用いることにより工学的にほぼ合理的な評価を行える。

報告書

溶接部ナトリウム中熱疲労試験 第1報 試験体の温度分布及び応力分布に関する予備解析

浅山 泰*

PNC-TN9410 90-054, 125 Pages, 1990/01

PNC-TN9410-90-054.pdf:3.43MB

本報告は,溶接継手のクリープ疲労評価法およびき裂進展評価法等の高度化に資することを目的として材料開発室に建設された,「溶接部ナトリウム中熱疲労試験装置」の試験開始に先立ち実施された予備解析をまとめたものである。この予備解析は,試験体の熱応力解析に関するものである。本予備解析では,本試験時に主に問題となると考えられる以下のパラメータが,試験体に発生する温度分布・応力分布に及ぼす影響を定量的に検討し,本試験を円滑に遂行するための展望を得た。1) 熱伝達係数2) 熱過渡温度差3) 試験体浸漬速度4) 試験体が母材である場合と溶接継手である場合5) 負荷が熱応力である場合と機械荷重である場合

報告書

昭和62年度高速増殖大型炉の設計主要目に関する研究; 漏洩口想定の適正化

渡士 克己; 吉田 博治*; 古橋 一郎*

PNC-TN9410 88-147, 215 Pages, 1988/09

PNC-TN9410-88-147.pdf:10.23MB

本研究は、安全設計上想定する漏洩口面積を適正化する一手段であるクリープ疲労き裂進展挙動を測定する手法の高度化を非線形破壊力学に基づいて実施し、ホットレグ配管に適用することを目的とする。前年度開発したCANISコードにて、公称応力+-1.5Smの膜、曲げおよびこれらの組合せ応力を受ける種々の表面半楕円き裂を有する平板の疲労J積分およびクリープJ積分のデータを作成し、これを用いてエルボの最大応力発生場所のき裂進展計算を行った。結果:(1)板厚20.6mm、500$$^{circ}C$$におけるき裂進展データベースを作成した。(2)初期想定欠陥(長さ41.2mm、深さ4.12mm)の進展に伴う形状変化は疲労でもクリープ疲労でも殆ど同一である。(3)貫通繰返し数は疲労で6250(膜応力)$$sim$$30,520(曲げ応力)サイクル、クリープ疲労で303$$sim$$1534(同上)サイクルである。(4)開口面積は内圧(2atg)に対するものが1.5Sm相当の曲げモーメントに対するものより大きく、約0.5mm2である。(5)最大漏洩率は約23-/hrである。安定き裂進展のシミュレーション技術の高度化はほぼ終了した。今後曲率の影響調査及び実験による検証が必要である。

報告書

高速増殖炉高温構造設計基準材料強度基準等の高度化に関する検討報告(1); 昭和62年度KOM-MSS W/G活動報告

二瓶 勲*; 青砥 紀身*

PNC-TN9410 88-105, 206 Pages, 1988/04

PNC-TN9410-88-105.pdf:11.17MB

高速原型炉高温構造設計方針材料強度基準等の考えかたを踏まえ、それ以後蓄えられてきた技術や新規材料に関する知見および、解析手法ならびに、設計の合理化の観点から推進されてきた安全論理や設計裕度の見直しなどに基づいて、今後大型化する炉を考慮した「高速増殖炉高温構造設計基準材料強度基準等」の検討を実施した。初年度は、5つのサブ・グループを組織し、各々のS/Gが以下の主要項目について検討をした。(1)第1S/G : Mod.9Cr-1Mo鋼およびその溶接部の高温材料特性の把握と材料強度基準等(昭和61年度暫定)の見直し (2)第2S/G : 改良ステンレス鋼の高温における材料特性の把握 (3)第3S/G : SUS304溶接部の高温における材料特性の把握と評価 (4)第4S/G : 高速原型炉高温構造設計方針材料強度基準等の適用範囲の拡大 (5)第5S/G : クリープ疲労評価法の合理化

報告書

高速原型炉第1種機器の高温構造設計方針

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PNC-TN241 81-25VOL1, 55 Pages, 1981/11

PNC-TN241-81-25VOL1.pdf:1.55MB

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