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論文

高サイクル熱疲労評価のための流体-構造熱連成解析と熱応力解析との連携評価手法の整備

田中 正暁; 三宅 康洋*

日本機械学会M&M2015材料力学カンファレンス講演論文集(インターネット), 3 Pages, 2015/11

非定常異温度流体混合場と構造材中の非定常熱伝導場を同時に計算する流体-構造熱連成解析(MUGTHESコード)と熱応力解析(FINASコード)による連携解析を実現するためにインターフェースプログラム(MUFIN)を整備した。T字合流配管部を模擬した流体-構造熱連成水流動実験を対象に、MUFINを介したMUGTHESとFINASとの一連の連携解析機能確認を目的とした検証解析を実施し、その適用性を確認した。

論文

Development of coupled method of fluid-structure thermal interaction simulation and thermal stress analysis for T-junction piping system

田中 正暁; 三宅 康洋*; 唐木田 泰久*

Proceedings of 2nd International Conference on Maintenance Science and Technology (ICMST-Kobe 2014), p.79 - 80, 2014/11

流体-構造熱連成解析と構造中の熱応力解析との連携解析手法を整備するため、独立した両解析コード間のデータのやりとり、プリ・ポスト処理機能を備えたインターフェースプログラムを整備した。T字合流部のサーマルストライピング現象に適用して、現象把握と連携解析機能の有効性について確認した。

報告書

Development of structural response diagram approach to evaluation of thermal stress caused by thermal striping

笠原 直人; Yacumpai, A.*; 高正 英樹*

JNC-TN9400 99-019, 34 Pages, 1999/02

JNC-TN9400-99-019.pdf:0.97MB

原子力プラントの中で温度が異なる冷却材が合流する領域では、流体混合による不規則な温度ゆらぎが生じるため、熱応力による構造材の疲労破損に注意する必要がある。この現象はサマールストライピングと称され、熱流体と構造が複雑に関連し合う現象であることから、従来はモックアップ実験による評価が行われており、簡便で合理的な設計評価法が必要とされていた。これに対し、温度ゆらぎの振幅は流体から構造材への伝達過程において、乱流混合、分子拡散、非定常熱伝達、および熱伝導による温度除荷の各要因によって減衰し、その特性は周波数依存であることが解明されてきている。筆者らは、このうち非定常熱伝達と温度除荷の効果に着目し、両者による温度振幅の減衰効果を温度ゆらぎ周波数の関数として定量的に記述した構造応答線図を開発した。さらに本線図を設計へ応用するため、無次元数を導入することによって線図の一般化表示を行った。無次元化された構造応答線図の妥当性は、有限要素解析の結果との比較により検証した。本線図を利用することによって、流体温度ゆらぎ振幅から非定常熱伝達と温度除荷による減衰効果を考慮した熱応力の振幅を簡易に評価することが可能となる。

報告書

地層処分システムの設計研究における解析検討(1988年-1994年)

志水 伸二; 棚井 憲治; 谷口 航; 酒井 裕一*

PNC-TN8410 95-027, 56 Pages, 1995/02

PNC-TN8410-95-027.pdf:2.82MB

地層処分システムの設計研究においては、第二次とりまとめの目標である「人工バリア性能の定量的評価」のための評価対象の明確化を目標として、結晶質岩系及び堆積岩系それぞれに固有な地質環境特性を考慮して適用可能な処分場等の基本設計に必要な解析手法の検討を進めてきている。これらの結果は、第二次とりまとめに向けた今後の解析検討を進めていく上で、問題点や研究の方向性を導出するという観点からも重要なデータである。そこで本報告書は、これら過去に進めてきた解析検討について内容を把握するとともに、それぞれの検討において導出されてきた課題を整理し、今後の解析手法の検討に反映させることを目的として、特に1988年から1991年の第一次とりまとめを行うために検討された設計解析事例を調査し、まとめたものである。

報告書

3-D Thermal stress analysis of hot spots in reactor piping using BEM

Bains, R.S.*; 杉本 純

JAERI-Research 94-007, 66 Pages, 1994/08

JAERI-Research-94-007.pdf:3.03MB

シビアアクシデント時のFP沈着により形成される局部をホットスポットを有するPWRホットレグを対象に、3次元熱弾性解析を実施した。本解析では境界要素法(BEM)を数値解析法として適用し、ホットレグの構造応答を調べた。十分な数の要素を用い、配管内壁のホットスポットに近接する温度遷移領域(TTR)を適切にモデル化することにより、数値解に収束が実現できる。ホットスポット近傍における変形の特徴は、ホットレグ外壁の熱的境界条件が一定温度か断熱かに依存する。本解析から、内側表面のホットスポット領域において、大きな垂直圧縮応力が形成されることが示された。外側表面の同じ場所では、大きな垂直引張り応力が生じ得る。ホットスポット近傍におけるこのような応力増加の依存は、ホットレグの健全性にとって問題となり得る。

報告書

溶接容器型モデル熱過渡強度試験 第1報 供試体の設計・製作

町田 秀夫*

PNC-TN9410 90-096, 162 Pages, 1990/06

PNC-TN9410-90-096.pdf:7.14MB

構造物強度確性試験施設を用いた熱過渡強度試験は、FBR機器の耐熱応力設計法の開発、特に裕度の適性化や評価法の確立といった課題に対して実施されている。本報は、構造物強度確性試験施設で実施する溶接容器型モデル熱過渡強度試験用供試体の製作について示すものである。本供試体は、FBR大型炉の構造設計において課題となる典型的な形状及び応力分布をモデル化した形状を採用すると共に、供試体の一部に大型炉用候補材料の1つとされている改良SUS316鋼を採用している。本供試体は、肉厚25mm,高さ2210mm,外径850mmの縦置スカート支持のまゆ型の容器であり、出入口ノズル,上部Yピース部,本体リング部,スカートYピース部,中子リング部,中子取付部の7箇所の強度試験対象部を含んでいる。供試体の設計では、流動・伝熱解析を実施して、評価部位の熱過渡条件を定め、この熱過渡条件に基づいて熱伝導解析、熱応力解析を実施した。更に、この結果を用いて、安全裕度を取り除いた構造物強度確性試験施設用専用設計基準による強度評価を実施した。使用材料及び施工法は、FBR大型炉の機器構造へ適用できるグレードとした。

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

OGL-1照射燃料試料用黒鉛ブロックの温度および熱応力解析

湊 和生; 荒井 長利; 福田 幸朔; 小林 紀昭; 菊池 輝男; 岩本 多實

JAERI-M 9036, 21 Pages, 1980/08

JAERI-M-9036.pdf:0.75MB

OGL-1燃料試料の黒鉛ブロックに対して、照射によって生じる熱応力に耐え得ることを確認する目的で、2次元有限要素法により、温度および熱応力分布の解析を行なった。本解析は、第4次および第5次OGL-1黒鉛ブロックのように、3本の燃料棒用孔が設けられている黒鉛ブロックを対象とし、温度条件は第4次OGL-1燃料試料の照射中の測定値に、黒鉛の物性値は供試材料であるIG-11黒鉛の物性値に、それぞれ基づいている。温度分布解析の結果、黒鉛ブロックの水平断面内の温度差は、黒鉛ブロック下端から588mmで最大となり、150.5$$^{circ}$$Cであった。また、熱応力分布解析の結果、引張応力および圧縮応力は、黒鉛ブロック下端から588mmで最大となり、それぞれ65.9kg/cm$$^{2}$$、82.1kg/cm$$^{2}$$であった。これらの値は、静的強度のそれぞれ0.27倍、0.10倍である。したがって、黒鉛ブロックは、熱応力に対して十分な強度を有していると結論できる。

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