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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

 パーセンタイル:100(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

Development of stress intensity factors for subsurface flaws in plates subjected to polynomial stress distributions

Lu, K.; 真野 晃宏; 勝山 仁哉; Li, Y.; 岩松 史則*

Journal of Pressure Vessel Technology, 140(3), p.031201_1 - 031201_11, 2018/06

 パーセンタイル:100(Engineering, Mechanical)

The stress intensity factor (SIF) solutions for subsurface flaws near the free surfaces of components, which are known to be important in engineering applications, have not been provided yet. Thus, in this paper, SIF solutions for subsurface flaws near the free surfaces in flat plates were numerically investigated based on finite element analyses. The flaws with aspect ratios a/l = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5, the normalized ratios a/d = 0.0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8, and d/t = 0.01 and 0.10 were taken into account, where a is the half flaw depth, l is the flaw length, d is the distance from the center of the subsurface flaw to the nearest free surface and t is the wall thickness. Fourth-order polynomial stress distribution in the thickness direction was considered. In addition, the developed SIF solutions were incorporated into a Japanese probabilistic fracture mechanics (PFM) code, and PFM analyses were performed for a Japanese reactor pressure vessel containing a subsurface flaw near the inner surface. The PFM analysis results indicate that the obtained SIF solutions are effective in engineering applications.

論文

幌延深地層研究センターの換気立坑におけるグラウト注入シミュレーションおよびその効果の検証

中嶋 仁慶*; 小山 倫史*; 龍田 圭亮*; 片山 辰雄*; 青柳 和平

第14回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2017/01

本論文では、幌延深地層研究センターの深度250m以深の換気立坑掘削前に、透水性の高い断層部を対象として実施したグラウト施工を対象として、有限要素法により、非定常の浸透流解析および移流・分散解析を実施し、グラウト施工後の透水係数の分布を評価した。その結果に基づきグラウトによる透水性の改善効果について検討を行い、原位置におけるルジオン試験結果との比較により解析の妥当性について検討を行った。結果として、実際のグラウト施工により、透水性の高い断層部の透水係数の4オーダー程度の改善が見られ、その値は原位置のルジオン試験結果にも概ね整合することが示された。よって、グラウトによる透水性改善の検討について、本手法の適用可能性が示された。

論文

原子力プラントの地震応答解析と可視化

中島 憲宏; 西田 明美; 宮村 浩子; 飯垣 和彦; 沢 和弘

可視化情報学会誌(USB Flash Drive), 36(Suppl.2), 4 Pages, 2016/10

組立構造を意識した有限要素解析により、原子力プラント全体での俯瞰的な耐震裕度評価と各部ごとの詳細な評価技術を実現する手段として、FIESTA(Finite element analysis for structure of assembly)と呼ぶコードを開発するとともに、組立構造解析技術の研究を進めている。本報では、観測値と計算解の照合を具体事例で例証した結果の可視化技術について報告する。地震波としては、震源地でマグニチュード5以上の7波を使い、「京」コンピュータにより地震応答解析を実施した。結合部を有する複雑構造物である原子力プラントの振動解析/耐震性評価過程を、Visual Analytics手法により実施した内容について報告する。これにより「組立構造解析」で耐震性評価に不可欠な計算結果の「確かさ」を向上する方法論をVisual Analytics手法により提案できた。

論文

Time domain response analysis for assembly by integrating components

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 鈴木 喜雄; 松川 圭輔*; 大嶋 昌巳*; 井土 久雄*

Transactions of 23rd International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-23) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2015/08

システム計算科学センターではFIESTAと呼ぶ組立構造解析コードをベースとした仮想振動台の研究開発を展開している。本報では、千代田化工建設と協力し、石油プラントのストラクチャーの仮想振動台実験を実施した結果について報告する。仮想振動台実験を用いた数値実験では、石油プラントのストラクチャーを詳細に部品毎にモデル化し、部品毎に作成された有限要素分割モデルを統合して、組宛て構造解析コードを用いて、動的解析を実施した。時刻歴応答解析では、オンサイト波等4波を用いて京コンピュータで計算した。いずれの計算でも俯瞰的には従来の解析技法による結果が保守的であることを確認でき、詳細な部位の計算では仔細な構造挙動の分析が可能となった。

論文

Numerical modeling assistance system in finite element analysis for the structure of an assembly

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 鈴木 喜雄; 沢 和弘; 飯垣 和彦

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 5 Pages, 2015/05

数値解析結果の妥当性を推定する手段の一つを提案する。有限要素法による構造解析をスーパーコンピュータの並列計算機能を活用して実行し、解析結果の相違を分析するとともに、入力データである有限要素分割の粗密を変更した解析結果を分析し、数値計算的な確かさを推定するシステムを提案する。解析結果を表現する解析結果モデルの形成過程は、データベースで機能IDとその計算手順のリストによって記述する。解析モデルマネージャは、計算手順を記述したリストの順序によって、すなわち複数の数値計算手続きにより、シミュレーションを実行することで、目的とするシミュレーションの数値計算解を出力する。その結果、目的とするシミュレーション結果が複数生成されることから、これらの結果の相違を比較し分析することで、解の正確さを推定する。本論での数値実験は静解析と動解析で実施し、その正確さを判断するための必要な手続きを明らかにした。数値実験は、京を用いて行った。

論文

Structural analysis for assembly by integrating parts

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 岡田 達夫*; 鶴田 理*; 沢 和弘; 飯垣 和彦

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 9 Pages, 2014/07

機械製品は、その大小や複雑さによらず少なくとも二つ以上の部品から組立てられており、原子力発電所などは1000万以上の部品からなる構造物である。本論では、その構成部品を集積してアセンブリ構造の解析方法論について報告する。集積された部品を有限要素解析しようとすると、部品間の合わさる部分の有限要素分割数が合わず、節点や要素が不連続な状態となり、一般には連続体として計算ができなくなる。これを回避する方法として、六面体の有限要素を結合する技術を開発した。これにより従来の自動要素分割手法等でも困難であったアセンブリ構造物の有限要素解析を可能とした。

論文

Elastic-plastic FEM analysis on low cycle fatigue behavior for alumina dispersion-strengthened copper/stainless steel joint

西 宏

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part2), p.1567 - 1570, 2004/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.76(Materials Science, Multidisciplinary)

先に行ったステンレス鋼とアルミナ分散強化銅接合継手の低サイクル疲労試験の破壊点と疲労寿命について検討するため、弾塑性有限要素解析を用いて継手に引張変形及び繰返し変形を負荷したときの変形挙動を明らかにし、低サイクル疲労試験結果と比較した。その結果、次の結論を得た。(1)ステンレス鋼と分散強化銅の組合せは若干であるが応力特異性を有し、塑性域では弾性域に比べ特異性は減少するが、界面にひずみ集中が起こる。(2)解析より疲労試験片にはひずみ集中が起こり、ひずみ範囲が小さい時は界面近傍のアルミナ分散強化銅にひずみが集中し、ひずみ範囲が大きい場合は界面より離れたアルミナ分散強化銅側にひずみが集中する。(3)解析による接合継手の破壊点,疲労寿命は実験結果と一致し、接合継手の破壊点,疲労寿命は母材の疲労寿命から推定可能である。

論文

Thermofluid analysis of free surface liquid divertor in tokamak fusion reactor

栗原 良一

Fusion Engineering and Design, 61-62, p.209 - 216, 2002/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:73.46

高い核融合出力を達成するために、ダイバータは10MW/m$$^{2}$$以上の高熱流束に耐えなければならない。20MW/m$$^{2}$$以下の熱流束であれば、タングステンを構造材とした固体壁ダイバータでも除熱可能である。しかし、固体壁ダイバータでは、熱応力のような厳しい機械力学的状態の観点から、20MW/m$$^{2}$$を超える高熱流束を除去するのは極めて困難である。そのため、固体壁上を流れる液膜により熱を除去する液体ダイバータ概念がオプションとして検討されている。本論文は、液体材料としてFLiBe溶融塩を採用した場合に、高熱流束を受ける自由表面液体の熱流動解析について記述した。有限要素法解析コードADINA-Fにより、45度傾けたSiC/SiC複合材第一壁上をFLiBeが厚さ10mm,初速度0.5m/s,初期温度600$$^{circ}C$$で流入するとして計算した。流体の上部表面には、熱流束として25~100MW/m$$^{2}$$を与えた。液膜内に水車などを設置して二次流れを生じさせることにより伝熱の向上可能性を評価するため、二次流れの効果を等価熱伝導率10kW/mKで模擬した。解析結果から、二次流れを生じさせることにより3~4倍伝熱特性が改善し、100MW/m$$^{2}$$の熱流束も除熱可能であることがわかった。さらに、液体ダイバータとして固液混相流を使用することで固相の融解熱を利用した熱除去可能性を検討した。

報告書

高温工学に関する先端的基礎研究用HTTR照射試料の温度評価

石原 正博; 馬場 信一; 高橋 常夫*; 相原 純; 柴田 大受; 星屋 泰二

JAERI-Tech 2002-054, 169 Pages, 2002/07

JAERI-Tech-2002-054.pdf:5.93MB

HTTRを用いた高温工学に関する先端的基礎研究としての照射試験は平成15年度に開始される予定である。試験では、照射温度が400$$^{circ}C$$から600$$^{circ}C$$,高速中性子照射量(E$$>$$0.18MeV)が1$$times$$10$$^{21}$$から3$$times$$10$$^{23}$$m$$^{-2}$$を目標としている。照射予定の試験片は、高温半導体SiC試験片,超電導体Bi-2212試験片,耐熱セラミックス系の黒鉛試験片,SiC試験片及びジルコニア試験片である。そこで、熱伝導率の高い黒鉛試験片と熱伝導率の低いジルコニア試験片を評価対象として、キャプセル内に装荷された試験片の温度を解析的に検討した。検討の結果、本キャプセルにより黒鉛試験片では約450$$^{circ}C$$~590$$^{circ}C$$の温度域で照射試験が可能で、かつ試料装荷領域内でほぼ均一の温度条件が達成されること、ジルコニア試験片では450$$^{circ}C$$~600$$^{circ}C$$の温度域で照射試験が可能で、試料装荷領域内の温度差は最大30$$^{circ}C$$程度見積もられること、炉心上部可動反射体領域の照射ではジルコニア試験片も試料装荷領域内の温度差が1$$^{circ}C$$以下と小さくなり、ほぼ均一の照射温度が達成できること等が明らかとなった。

論文

Thermal stress analyses in first wall subjected to high heat flux from fusion plasma

栗原 良一; 西尾 敏; 小西 哲之

Thermal Stresses 2001, p.81 - 84, 2001/00

トカマク型核融合動力炉において、プラズマから高熱流束を受けるブランケット第一壁は、照射損傷などにより亀裂が発生する可能性がある。DREAMのSiC/SiC複合材料製ブランケット第一壁に亀裂を想定して、亀裂周辺の応力状態を調べるため有限要素法解析を行った。その結果、亀裂周辺の応力は圧縮応力状態になるが、亀裂先端のごく近傍では許容応力以上の引張と圧縮の応力集中が発生した。今後、亀裂の安定性及び限界亀裂寸法を正確に評価するために、クリープによる応力緩和等を考慮した破壊力学的評価法の開発が必要である。

論文

Thermal and stress analyses of the reactor pressure vessel lower head of the Three Mile Island Unit 2

橋本 和一郎; 鬼沢 邦雄; 栗原 良一; 川崎 了; 早田 邦久

Int. J. Press. Vessels Piping, 52, p.25 - 40, 1992/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:44.37

TMI-2号機圧力容器下部ヘッドのステンレスライナーに生じた亀裂の要因を解明するため、有限要素法解析コードABAQUSを用いた解析を行った。解析では、TMI-2事故時に約20トンの炉心溶融物が下部ヘッドに堆積した時点から7200秒間を対象とし、溶融物の冷却がある場合と無い場合について解析を行った。その結果、均一デブリ層に対し冷却がある場合、下部ヘッド貫通ノズルの溶接部近傍に最大応力を生じた。この結果は、TMI-2号機の下部ヘッド検査で明らかになった亀裂の位置と一致した。

報告書

EDDYMULT; 複合トーラス導体系の渦電流問題を解くための計算コードシステム

中村 幸治; 小関 隆久

JAERI 1317, 310 Pages, 1989/03

JAERI-1317.pdf:7.94MB

多数のトーラス状導体および軸対称ポロイダル磁場コイル群から成る複合トーラス導体系に対する実際的な渦電流問題を解くため、有限要素回路法を応用した計算コードシステムEDDYMULTを開発した。このコードシステムを用いた計算では、対象とする複合トーラス導体系の渦電流固有モード分解、外部起電力による渦電流分布の時間追跡およびこれら電流のつくる磁場構造の3次元解析が可能である。したがって、トカマク型核融合実験装置における渦電流関連の諸問題、ポロイダル磁場コイル電源の設計、トカマク本体電磁力の設計、プラズマ位置制御の解析などに汎用的に適用することができる。 本報告書は、EDDYMULTコードシステムについて、(1)解析理論、(2)計算コードシステムの構成、(3)取り扱える問題の範囲、(5)サブルーチンの処理機能などを詳細に説明したものであり、ほんコードシステムを使用する際の手引として用いることができる。

論文

Analytical studies of blowdown thrust force and elastic-plastic behavior of pipe at pipe rupture accident

宮崎 則幸*; 植田 脩三

J.Pressure Vessel Technol., 108, p.175 - 181, 1986/00

 パーセンタイル:100(Engineering, Mechanical)

原子炉に想定配管破断事故が生じた時、高温高圧水が噴出しブローダウン推力が発生する。このブローダウン推力が破断管に作用してパイプホイップ運動が生じる。この論文の目的はブローダウン推力の予測方法と配管のホイップ運動による弾塑性挙動の解析法を明らかにすることである。本論文の結論は以下の通りである。(1)熱流解析コードRELAP4/MOD6と運動量保存の方程式を用いてブローダウン推力の予測ができる。(2)配管断面の偏平化量が小さい時、ビーム要素を用いた有限要素解析は実験と良く一致する結果を与える。(3)ホイップ運動する配管の弾塑性挙動の解析において、配管の偏平化量が大きい時には偏平化による曲げ剛性の減少を考慮しなければならない。

論文

LOCA条件下でのパイプホイップとジェット流に関する研究,第1報; BWR・LOCA条件下でのパイプホイップ

植田 脩三; 宮園 昭八郎; 関谷 秀郎*; 栗原 良一

圧力技術, 22(6), p.281 - 290, 1984/00

本報は沸騰水型原子力発電プラントに想定配管破断事故が生じた時のパイプホイップ現象に関する研究をまとめたものである。本報の目的は試験装置,試験方法,4インチ,6インチおよび8インチパイプホイップ試験の結果やパイプホイップ現象に関する解析方法を明らかにすることであり、次の結論が得られた。(1)パイプホイップレストレントの設置位置には限界値があり、これ以上では配管は塑性崩壊し、レストレントは折れ曲る。(2)レストレントには配管との衝突により、その直後に過渡的な最大レストレント力が生じ、直ちに減衰する。(3)有限要素法ADINAを用いて最大レストレント力を求めることができる。(4)エネルギバランス法や静的釣合い法を用いた簡易解析法によりレストレントの設置限界を求めることができる。

報告書

Stress Intensity Factor Analyses of Surface Cracks in Three-Dimensional Structures

宮崎 則幸*; 柴田 勝之; 渡辺 隆之*; 田形 一則*

JAERI-M 83-189, 44 Pages, 1983/11

JAERI-M-83-189.pdf:1.05MB

有限要素法計算プログラムEPAS-J1を用いて、三次元構造物中の表面き裂の応力拡大係数解析を行った。EPAS-J1により求められた結果を、他の有限要素解あるいは簡易解析法による結果と比較した。簡易解析法のうち、NewmanとRajuによって提案された式を用いる方法では、き裂縁に沿った応力拡大係数の分布が求められるので、この分布についてEPAS-J1による結果と比較した。これらの比較の結果、EPAS-J1は三次元構造物中の表面き裂について、ほぼ妥当な結果を与えることがわかった。

論文

A Transient finite element analysis of natural convection around a horizontal hot cylinder

宮内 康行*; 桝田 道夫; 清水 正亜

Int.J.Numer.Methods Fluids, 3, p.429 - 443, 1983/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:49.77(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

自然対流の非定常解析のために二次元有限要素コードが開発された。このコードは流れ関数と渦度と温度を基礎変数とするが、このような変数の組み合わせに付随する滑らない境界上の渦度の境界条件の差分近似は回避される。基礎方程式の離散化には、Galerkin法が用いられ、対流項には上流要素が用いられる。時間積分には2段階Lax-Wendroff法が用いられる。高いGrashof数の自然対流の解析では、境界値は小さな増分に分割され、前段階の収束解を次段階の初期値とする。水平な熱い円柱のまわりの自然対流の計算は、流れと温度の場の発展と収束を再現している。

報告書

MHD安定性解析コードERATO-J; 原研版ERATO利用手引

田中 幸夫*; 松浦 俊彦*; 竹田 辰興; 安積 正史; 徳田 伸二; 常松 俊秀; 栗田 源一; 滝塚 知典

JAERI-M 9040, 87 Pages, 1980/08

JAERI-M-9040.pdf:2.28MB

ERATOコードを用いてMHD安定性計算を行う時に必要な計算機システム資源の量を評価した。本報告書には、これらのデ-夕及びF版ERATO-Jを用いて一連の計算を行う際の手順が記されている。F版ERATO-Jは、原研計算センターのFACOM M200計算機システム用のERATOコードの最初のもので、R.Gruber等によって開発された原版ERATOから変換されたものである。この版のERATOにはいくつかの小さな変更が加えられている。これらのうち、出力データの収集と検索を容易にするためのDIARYプログラムは大量のERATO計算を効率よく行う上で非常に有用である。

論文

有限要素法による計算コードの比較検討; 振動解析,弾塑性解析,非定常温度解析

佐野川 好母; 幾島 毅; 大西 信秋; 須藤 高史; 宮園 昭八郎; 伊勢 武治

日本原子力学会誌, 22(12), p.890 - 902, 1980/00

有限要素法計算コードは構造解析のみならず、熱、流体、核計算にも広く使用されている。しかし、これらの計算コードの使用にあたっては、使用限界や解の精度を把握しておく必要がある。 本報告は、現在使用されている有限要素法計算コードの妥当性や計算精度を調べるため、地震応答、非弾性解析、熱移動解析のベンチマークテストの結果と検討についてまとめたものである。得られた結果の要約は次の通りである。 (1)地震応答解析において、数値積分法や積分時間刻みと解の精度について明らかにした。 (2)シェル要素を含む振動解析では、シェル要素の特性によって固有値に差違が生じる。 (3)弾塑性解析において、計算コード内の構成方程式の取り扱いの相違によって結果に差違が生じる (4)非定常温度解析では、物性値の温度依存性や発熱量の取り扱いの相違によって結果に差が生じる。

報告書

Preliminary Analysis for Pipe Whip Test; RUN No.5319

宮崎 則幸; 斎藤 和男*

JAERI-M 8487, 34 Pages, 1979/10

JAERI-M-8487.pdf:0.9MB

1978年10月~11月にかけて行われた配管破断試験の予備試験ではレストレントを取り付けた2B、sch-80の曲管状試験体を用いて試験圧力40Kg/cm$$^{2}$$a、飽和水条件のパイプホイップ試験を実施した。この予備試験に先立ってADINAプログラムを用いて予備解析を行った。予備試験においてはクリアランスは固定であるが、オーバハング長さは任意に選ぶことが可能であったので、オーバハング長さをパラメータにとった計算を行った。さらに解析モデルでベンドを入れた場合の計算を行いその結果を比較することにより、ベンドの質量の効果が結果にどのような影響を及ぼすかも調べた。この解析結果より、配管とレストレントとの相互作用を見るという目的意識をもって予備試験を実施するならば、予備試験計画段階および機器設計段階で予定していたオーバハング長さ=500mmという値は大きすぎることが判明した。

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