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論文

Voltage drop analysis and leakage suppression design for mineral-insulated cables

広田 憲亮; 柴田 裕司; 武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(12), p.1276 - 1286, 2020/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

ケーブル長に沿った電位分布の安定性を達成することを目的として、高温条件に供された時の電気的特性に対する無機絶縁(MI)ケーブルの材料の影響を伝送テストによって調査した。その結果、MIケーブルの絶縁材料として、酸化アルミニウム(Al$$_{2}$$O$$_{3}$$),酸化マグネシウム(MgO)が選定され、ケーブルに沿った電圧降下の発生を確認した。有限要素法(FEM)に基づいた解析を実行し、終端部で検出された電位の漏れを評価した。伝送テストと解析による電圧降下の収率は、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$およびMgO材料のMIケーブルにおいてよい一致を示し、FEM解析結果と実験結果との相対的な関係を再現した。電圧降下を抑えるため、同様のFEM解析を行い、芯線直径($$d$$)と芯線間距離($$l$$)を変化させた。$$d$$の変化を考えた場合、MIケーブルの電位分布は、絶縁材料の直径($$D$$)を$$d$$で割って得られる比率$$d/D$$が0.35で最小電圧降下となった。$$l$$を変化させた場合、最小電圧降下は0.5のl/$$D$$であった。

論文

使用済燃料直接処分での処分容器の耐圧厚さの検討

杉田 裕; 谷口 直樹; 牧野 仁史; 金丸 伸一郎*; 奥村 大成*

日本原子力学会和文論文誌, 19(3), p.121 - 135, 2020/09

使用済燃料を直接処分するための処分容器の一連の構造解析を実施して、処分容器の必要な耐圧厚さの予察的な検討結果を示した。直線,三角形,正方形に配置された2, 3, 4体の使用済燃料集合体を収容するように処分容器を設計した。処分容器の胴体部分および蓋部分の必要な耐圧厚さを評価するため、使用済燃料集合体の収容スペースの離間距離をパラメータとした。この検討では、応力評価ラインの設定の妥当性や解析におけるモデル長の影響など、解析に関する技術的知識も得られた。そして、これらは、さまざまな条件下で同様の評価を実行したり、より詳細な評価を進めたりするための基盤として参考となるものである。

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

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

Numerical investigation into the linear dependence problem of partition of unity based generalized finite element methods

Tian, R.; 中島 憲宏; 矢川 元基

計算工学講演会論文集, 10(1), p.393 - 396, 2005/05

有限要素解析では、解析対象が連続体として一体的に離散化されていなければならない。原子力プラントのような大規模問題を有限要素解析するときには、すべての構成部品が連続体として定義することは困難である。そのため大規模問題を計算できないなどの問題があった。この問題を解決するために、全体の剛性マトリクス処理において一次従属問題を解決する必要性がある。本論では、数値実験により、この問題を分析し、効果的に1次従属問題を解消する方法を有限要素の内挿関数を明らかにすることにより提言できた。これにより原子力プラントのような大規模問題を精度よく解析する見通しを得た。

論文

Improved direct bonding method of Nd:YVO$$_{4}$$ and YVO$$_{4}$$ laser crystals

杉山 僚; 奈良 康永

Ceramics International, 31(8), p.1085 - 1090, 2005/00

 被引用回数:16 パーセンタイル:78.37(Materials Science, Ceramics)

アルゴンイオンビームを用いて新たに開発したドライエッチング処理法により、YVO$$_{4}$$母結晶接合型Nd:YVO$$_{4}$$レーザー結晶の接合に成功した。5$$times$$6mmの接合界面で生じる光学歪は633nmにて0.05波長であった。半導体レーザー励起による通常結晶との比較では、複合レーザー結晶は、99.2%のほぼ同じ偏光度を保ったままで、約2倍に出力を増加させることができた。接合した結晶における温度分布について把握するために、有限要素法による熱解析を行った結果、複合レーザー結晶は優れた熱伝達特性を有することが明らかになった。

報告書

照射キャプセル設計支援のための3次元温度計算用サブプログラムの開発

飛田 正浩*; 松井 義典

JAERI-Tech 2003-042, 132 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-042.pdf:7.19MB

炉内照射試験における照射温度の予測は、照射キャプセル設計において重要な項目の一つである。近年の照射試験では、種々の試験条件の要求に対応するため、複雑な構造のキャプセルが多く、照射温度の精度良い評価には、3次元計算を必要とするケースが増えている。しかし、3次元温度計算では一般に入力の作成等に複雑な作業を必要とし、多くのパラメータ計算を行う設計作業では大変な時間と労力を要する。このため、3次元有限要素法コードNISA1)(Numerically Integrated elements for System Analysis)の導入とともに、キャプセル設計者の入力作成作業を支援するサブプログラムを開発した。この結果、3次元温度計算がより容易に実施可能になるとともに、$$gamma$$発熱率の自己遮へいによる構造物内部での減衰等の効果,炉内照射に特有の効果も取り扱えるようになった。

論文

Highly thermal conductive sintered SiC fiber-reinforced 3D SiC/SiC composites; Experiments and finite-element analysis of the thermal diffusivity/conductivity

山田 禮司; 井川 直樹; 田口 富嗣; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1215 - 1220, 2002/12

 被引用回数:20 パーセンタイル:77.82(Materials Science, Multidisciplinary)

SiC繊維強化SiC/SiC複合材料(SiC/SiC)は、核融合炉の先進的ブランケット構造材料と目されている。構造設計の点から、最大熱応力を設計強度以内に抑えるため、材料には高熱伝導性が要求されている。最近開発された焼結SiC繊維は高熱伝導率を有しており、それを用いたSiC/SiC複合材料もまた高熱伝導性を示すことが期待される。ここでは、CVIとPIP法により焼結SiC繊維を用いて複合化し、それらの熱伝導率を評価した。その結果、CVI及びPIPによる複合材では、室温でそれぞれ、60W/mK,25W/mKの値をえた。これらの値は、非焼結SiC繊維の複合材の熱伝導率と比較すると、非常に大きく開発材料の有望性を示している。焼結及び非焼結SiC繊維のSiC/SiC複合材の熱伝導解析を有限要素法で行い、実験結果を裏付ける計算結果を得た。

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

複数の圧子を用いた押込み試験による構成式中の材料定数の同定

涌井 隆*; 二川 正敏; 田辺 裕治*; 井岡 郁夫

材料, 51(6), p.681 - 687, 2002/06

材料照射の損傷機構と力学的なマクロ特性との相関を知る簡便な手法として硬さの計測が行われる。一方、原子炉システム耐食構造部材では環境割れ機構の解明が急務であり、機構解明には粒界脆化などの材料微小領域における力学特性を評価することが重要となる。そこで、押込み試験から微小領域の材料質変化を評価し、マクロ的な力学特性として材料定数を定量的に評価する手法を考案した。すなわち、複数の形状の異なる圧子を用いた微小押込み試験から得た荷重深さ曲線を実験的及び解析的に評価する。解析的に評価した荷重負荷曲線の傾きと材料定数との関係を示す特性曲線及び傾きの実験値を用いて、各圧子に対する荷重負深さ曲線を表す最適な材料定数を同定する。仮想数値実験と2種類の合金に対する実験結果から、本手法の有用性を確認した。

論文

Development of 3-dimensional capsule temperature calculation program using FEM (NISA Code)

飛田 正浩*; 松井 義典

KAERI/GP-195/2002, p.87 - 95, 2002/00

材料試験炉部では、JMTRでの照射試験における試料温度の制御と評価の制度を向上させるため、キャプセルの設計に際し、照射試料及びキャプセル構造材内部の詳細な温度分布評価を3次元有限要素法コードNISA(Numerically Integrated elements for System Analysis)を用いて実施している。同コードを照射キャプセル設計に応用するにあたり、キャプセル構造及び解析条件等のデータ入力が容易になるよう種々の支援サブプログラムを開発した。これらのサブプログラムにより、キャプセルの設計時に従来の一次元温度評価では不可能だった試料ごとの詳しい温度評価が可能になっただけでなく、照射時の熱電対指示値に基づいてキャプセル内部の3次元的温度分布の評価もできるようになり、照射研究におけるデータの信頼性向上に役立っている。

論文

水銀ターゲット容器の核破砕熱衝撃に関する研究

菊地 賢司; 二川 正敏; 石倉 修一*; 粉川 広行

日本機械学会材料力学部門講演会(M&M '99)講演論文集, p.467 - 468, 1999/10

米国BNLの陽子シンクロトロン加速器で実施した第2回目の熱衝撃実験結果とその解析結果について報告してある。24GeVの陽子パルスを水銀ターゲットに入射し、発生した熱衝撃による容器の変形速度と圧力応答を測定することに成功した。変形速度応答により、第1回目の実験結果の再現性を確認できた。今回新たに設置した圧力計をうまく作動し、弾性たわみ測定方式の圧力プローブもうまく作動した。有限要素法を用いた計算の結果、水銀のカットオフ圧力を設定すると、ターゲットの動力学をうまくシミュレーションできることがわかった。

論文

Radiation damage on ceramics composites as structural materials

石原 正博; 馬場 信一; 相原 純; 林 君夫; 荒井 長利; 石野 栞*

Proceedings of 1st Information Exchange Meeting on Basic Studies on High-Temperature Engineering, p.299 - 308, 1999/09

HTTRを用いた高温工学に関する先端的基礎研究の一つとして、耐熱セラミックス複合材料の熱・機械的特性に及ぼす照射損傷効果に関する研究を進めている。このうち、機械的強度に及ぼす照射損傷効果を検討するために、気孔、結晶粒及びそれらの分布を考慮した確率論的な強度モデルを開発し、これが黒鉛及び炭化珪素の強度を良く説明できることを明らかとしてきた。そこで、この強度モデルにセラミックス特有の表面及び内部に存在する欠陥に起因する破壊様式を取り込むために、イオン照射により表面近傍の欠陥を変化させた試験を実施し、表面欠陥を変化させた場合の曲げ強度の変化を実験及び解析的に検討した。また、イオン照射により損傷を与えた領域の動的微小硬度を測定したところ、軟化の傾向が認められた。本報告は、今までに得られたこれらの成果について述べるものである。

論文

A New eigenvalue problem associated with the two-dimensional Newcomb equation without continuous spectra

徳田 伸二; 渡辺 朋子*

Physics of Plasmas, 6(8), p.3012 - 3026, 1999/08

 被引用回数:55 パーセンタイル:84.33(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクのような軸対称トロイダルプラズマにおける2次元ニューコム方程式の新しい固有値問題を提示する。この定式化においては、固有値問題のスペクトルが可算無限個の実数の固有値(点スペクトル)のみからなり、連続スペクトルを持たないように、重み関数(運動エネルギー積分)と有理面における境界条件とを設定した。理想m=1モードへ適用し、本定式化が不安定状態のみならず、安定状態も特定できること、及び、数値的に得られた固有関数が有理面で理論的に予想される特異性を示すことを実証した。

論文

大規模構造解析計算による原研並列数値計算ライブラリの評価

岸田 則生*; 加治 芳行; 鈴木 惣一朗*; 清水 大志; 志沢 由久*; 蕪木 英雄

計算工学講演会論文集, 3(1), p.59 - 62, 1998/05

原研で開発中の並列数値計算ライブラリの一つに含まれている安定化双共役勾配法連立一次方程式解法ルーチンを用いて有限要素法プログラムの並列化を行うとともに、高温ガス炉の燃料ブロックの応力解析を行った。有限要素法プログラムの並列化には、連立一次方程式の解法ルーチンを原研開発の解法ルーチンでおきかえる手法を用いた。これはプログラム全体に占める計算時間及び記憶域の大部分が連立方程式解法ルーチンになっているので、ここを並列化することが重要だからである。また、全体を並列化するのに較べて、一部の並列化であっても、その効果が大きいと考えられるからである。実際の応力解析では1200要素から120000要素まで変化させて並列化の効率を調べた。既存プログラムの並列化を行う時、並列ライブラリの使用が極めて有用であることが示せた。

論文

Eigenvalue method for the outer-region matching data in resistive MHD stability analysis

徳田 伸二; 渡辺 朋子*

プラズマ・核融合学会誌, 73(10), p.1141 - 1154, 1997/10

トカマクプラズマの抵抗性MHD安定性解析で重要な役割をはたす外部領域接続データを計算する新しい方法を提案する。この方法は、同時に、臨界安定状態を同定する理想MHD安定性解析の新しい方法でもある。この方法では、1次元の臨界安定な理想MHD状態を記述するNewcomb方程式に対する固有値問題を設定する。そして、Newcomb方程式の解の有限エネルギー部分をゼロに最も近い固有値をもつ固有関数と、その固有関数に垂直な成分に分ける。そして、垂直な成分の満たすべき特異方程式を導く。また、積分関数式を適用して有限エネルギー部分から接続データを計算する。接続データを解析的に求めることのできるm=1モード(m:ポロイダルモード数)に本方法を適用し、その有効性を実証した。

報告書

二重有限要素法による3次元中性子輸送コードDFEMの開発

藤村 統一郎

JAERI-Data/Code 95-019, 54 Pages, 1996/01

JAERI-Data-Code-95-019.pdf:1.47MB

複雑形状の炉心を解析するため、二重有限要素法による3次元中性子輸送コードDFEMを開発した。基本となる解法としては、空間と角度の変数に有限要素法を適用する二重有限要素法を用いている。炉心体系を多角柱でモデル化し、その中の中性子束の空間分布を1次の基底関数で近似するが、角度変数に対しては様々な基底関数について比較し、特徴を明らかにする。また、高精度化と高速化のため、反射境界打ち切り誤差について一般的な修正法を導出するとともに、反復解法に改良を加えた。本プログラムの構造について概説し、使用法を記すとともに、検証計算例として実規模の原子炉を含む様々な問題を採り上げ、中性子束分布等について他のコードによる計算結果と比較し、検討を行った。

論文

A double finite element method with accurate reflective boundary condition treatment for three-dimensional transport

藤村 統一郎

Computer Physics Communications, 82, p.111 - 119, 1994/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:22.12(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

三次元中性子輸送問題を高精度で解くための定式化を行い、検証計算を実施した。二重有限要素法に基づいた変分法による定式化では、空間変数に一次関数を適用するとともに、角度変数に階段関数を適用している。ここに、多角柱形状の原子炉体系を反射条件を用いて解く場合、新しく開発した体系打切り誤差解消アルゴリズムにより、厳密な離散式が導出される。この解法の検証のため、二つの問題について計算を行った。MOZART炉心をモデル化した問題では、不規則な要素分割に対する非等方散乱計算においても、この解法が有効に働くことが示された。また、NEA-CRPのLWRをモデル化したベンチマーク問題では、粗いメッシュでも固有値や中性子束が、他の輸送方程式の解法による解と同精度に求まることが示された。

報告書

接続データを求める有限要素法の数値実験

徳田 伸二; 熊倉 利昌*; 吉村 更一*

JAERI-M 93-075, 32 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-075.pdf:0.91MB

確定特異点を持つ常微分方程式の接続データを有限要素法で求めるPletzer-Dewarの方法をモデル方程式を用いて調べた。接続データは磁場閉じ込めプラズマの非理想MHD安定性解析で重要な役割をはたす。Pletzer-Dewarの方法では「大きい解」、すなわち確定特異点で二乗可積分でない基本解のフロベニウス級数が使われる。この有限要素法で得られる接続データの収束率、および、フロベニウス級数を有限項で打ち切ることが計算結果に与える影響について調べた。この研究の結果、有限要素法は接続データを高精度で求める有効な方法であることが示された。

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。

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