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柴田 勝之; 関東 康祐*; 吉村 忍*; 矢川 元基*
Proceedings of 5th International Workshop on the Integrity of Nuclear Components, p.99 - 117, 2004/00
我が国における原子力機器の確率論的破壊力学の研究は、原研が中心になって進められてきた。原研は、機器の設計,検査,維持にかかわる確率論的手法に対する将来のニーズに備えて、1988年以来確率論的破壊力学(PFM)に関する研究を実施してきた。第1期の研究として、1988
1994年にかけて、委託研究により既存コードの調査,手法の調査・改良,標準手法の提案,ラウンドロビン解析等を実施した。その後、PFM手法のニーズ増大に応えて、1996年から、第2期として、原研独自コードの開発とPFM手法の軽水炉機器への適用検討を目的とした委託研究を実施している。委託研究は、日本溶接協会等への委託により実施した。本論文では、委託研究の経緯と概要,圧力容器の破損確率にかかわるラウンドロビン解析の結果,原研コードPASCALの概要等、圧力容器のPFMを中心に我が国の研究の現状を概説する。
原子力研究委員*
PNC TJ9534 90-002, 379 Pages, 1990/09
この報告書は昭和63年度に(社)日本溶接協会が動力炉・核燃料開発事業団より受託し、原子力研究委員会FCC小委員会において実施した「高速炉の構造健全性に関する基礎研究(III)」の研究成果を取りまとめたものである。本研究は、昭和58年度から61年度の4年間に実施した「高速炉構造材料の疲労き裂進展挙動特性に関する試験研究」の成果を、高速炉の構造健全性評価手法の確立に向けて発展させるための第二段階に当たる。材料試験レベルで確立されたクリープ疲労き裂進展特性の、実構造部材への適用可能性を確認するために、高速炉実構造部材の力学的、幾何学的特徴を研究様にモデル化した部材を対象として、き裂進展挙動の実測と、その高精度化、及び当該き裂のJ積分、J'積分の高精度、高効率解析法を開発することを目的とし、実施するものである。本研究で対象としたモデルは、(1)未貫通き裂を有する有限幅平板が膜力、又は曲げモーメントを受ける場合、(2)構造不連続部に貫通き裂を有する有限幅平板が膜力を受ける場合(3)未貫通円周き裂を有する管が曲げモーメントを受ける場合、(4)き裂を有する曲り管が曲げモーメントを受ける場合の4ケースである。
朝田 泰英*
PNC TJ2534 89-001, 438 Pages, 1989/02
この報告書は昭和63年度に(社)日本溶接協会が動力炉・核燃料開発事業団より受託し、原子力研究委員会FCCII小委員会において実施した「高速炉の構造健全性に関する基礎的研究(II)」の研究成果を取りまとめたものである。本研究は、昭和58年度から61年度の4年間に実施した「高速炉構造材料の疲労き裂進展挙動特性に関する試験研究」の成果を、高速炉の構造健全性評価手法の確立に向けて発展させるための第二段階に当たる。材料試験レベルで確立されたクリープ疲労き裂進展特性の、実構造部材への適用可能性を確認するために、高速炉実構造部材の力学的、幾何学的特徴を研究用にモデル化した部材を対象として、き裂伝播挙動の実測と、その高精度化、及び当該き裂のJ積分、J'積分の高精度、高効率解析法を開発することを目的とし、実施するものである。本研究で対象としたモデルは、1.未貫通き裂を有する有限幅平板が膜力、又は曲げモーメントを受ける場合、2.構造不連続部に貫通き裂を有する有限幅平板が膜力を受ける場合、3.未貫通円周き裂を有する管が曲げモーメントを受ける場合、4.き裂を有する曲り管が曲げモーメントを受ける場合の4ケースである。まず、昭和62年度は研究基盤の整備と予備的研究を目的とし、各試験体モデルについて、対象材料をSUS304鋼、温度650度Cでの繰返し負荷の条件の下で、き裂進展挙動試験、き裂寸法変化の電位差法による測定試験及び非弾性解析によるJ積分、J'積分の評価解析による評価と簡易解析、評価法の調査を行なった。昭和63年度は、短時間クリープ疲労き裂進展挙動の評価を目的とし、各試験体モデルについてき裂進展データの収集ならびに有限要素解析(FEM)や境界要素解析(BEM)による予測・評価を行った。また電位差解析に基づく表面き裂計測の高度化やJ積分簡易解析法の実構造部材への適用性についても検討した。
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PNC TJ2534 87-002VOL2, 131 Pages, 1987/02
PNC-TJ2534-87-002VOL2.pdf:3.57MB
この報告書は動力炉・核燃料開発事業団からの委託により昭和58年度から61年度の4年間にわたり実施した「高速増殖炉高温構造材料のクリープ疲労き裂伝播挙動に関する試験研究」の成果を取りまとめたものである。本試験研究の目標は高速炉高温機器の構造健全性評価を行うための破壊力学的手法を策定することにあり、第一の目的はLMFBR用高温材料についてクリープ疲労き裂伝播データを蓄積するための標準試験法を提案すること、第二の目的はLMFBR高温機器の構造健全性評価に用い得る適切な破壊力学パラメータの抽出にある。これらの目的に沿い、304ステンレス鋼について550650度Cの温度域での種々の負荷条件に対するき裂挙動を実験的、解析的に検討した。クリープ、疲労き裂伝播試験結果をもとに、実験的、解析的に詳細評価を行った。4年間活動の主なテーマを要約して示せば以下の通りである。1.疲労、クリープ、及びクリープ疲労き裂伝播試験の実施2.上記実験結果の例について弾塑性クリープ解析の実施3将来のデータ蓄積のための標準的試験方法の検討4.高温機器に適用し得る塑性及びクリープ変形を考慮した破壊力学パラメータの非弾性有限要素解析法の開発5.実験及び解析結果の評価4年間の活動の成果は以下のように要約できる。a.304ステンレス鋼のLMFBR温度域におけるクリープ疲労き裂伝播挙動はJ積分を用いることにより現状では最っとも良く評価できることを明らかにした。b.J積分を疲労J積分範囲とクリープJ積分範囲に分割することにより、クリープ疲労き裂伝播挙動の繰返しおよび時間依存挙動を記述できることを明らかにした。C.疲労J積分範囲とクリープJ積分範囲を有限要素法による非弾性解析により求めた値は実験値と良好な一致を示すことを明らかにした。d.将来のデータ蓄積のための標準試験法を提案した。e.高温構造物的な疲労およびクリープJ積分範囲非弾性解析の手法が提案された。f.上記の成果に基づきLMFBR高温構造物の健全性評価手法を将来提案するに必要な基盤が整備された。本試験研究は動力炉・核燃料開発事業団の委託により(社)日本溶接協会原子力研究委員会FCC小委員会で昭和5861年度の4年間にわたり実施された。FCC小委員会は、この間委託者より終始適切な指導と支援を受けたことについて厚く感謝する。又、各委員の献身的協力に深謝する。
日本溶接協会*; 原子力研究委員会*; FCC小委員会*
PNC TJ2534 87-002VOL1, 326 Pages, 1987/02
PNC-TJ2534-87-002VOL1.pdf:12.75MB
本試験研究の目的は高速炉高温構造の健全性評価に適用し得る破壊力学的手法の開発を行うことであって、このために高温機器のクリープ疲労き裂伝播挙動を求めるための標準的試験法の確立、データの蓄積ならびに結果の評価を、妥当に行い得る破壊力学パラメータの抽出にある。本研究は4ケ年にわたる一連の試験研究の最終年度にあたる。初めの3年間には技術の現状を整理するための文献調査(1978年以降)、及び550
Cと650Cにおけるクリープ疲労き裂伝播の実験的検討、き裂材の非弾性(弾塑性クリープ)FEM解析を行ってきた。研究の成果として以下のことが明らかになった。(1)き裂開閉口をき裂伝播挙動の評価に考慮することにより、データのばらつきが少なくなることや、J値のより小さいところまでda/dN-
J関係が直線で近似される傾向があること等が明らかになった。これらの結果はJ積分が高温き裂伝播を評価するのに有効なパラメータであることを支持している。(2)破壊靭性試験に採用されている試験片形状に関する制限の適用についてき裂伝播試験結果より検討した。破壊靱性試験では不採用とされる条件下のき裂伝播試験結果もそうでない試験結果と同様の挙動を示しており、き裂伝播試験では破壊靱性試験の制限より緩い制限しか必要なさそうであることが明らかになった。(3)き裂長さ測定方法についてはどの方法を選択しても結果の精度に大差ないことが確認された。トンネル効果がある場合には電位差法やコンプライアンス法がより良さそうである。(4)常温予き裂導入の有無にかかわらず、S/SUBp-Nやda/dN-J関係には異常な挙動が観察された。それら結果をみながら、き裂伝播挙動データの有効性を判断するより仕方がなさそうであることがわかった。5.550Cにおいてもクリープ温度領域の650Cでの挙動と同じパラメータが有効であることが確認された。(6)Kumar提案の式を用いて実験に対応するJ積分値を計算したがJ値が余り大きくない範囲で実験値とかなりよく一致した。J値が10kg/mm以上では計算値が実験値より大きくなる。(7)き裂進展に伴う残留塑性域の影響とき裂鈍化を模擬した解析による検討結果として、本委員会で検討している大規模降伏状態ではき裂進展に伴う残留応力場やき裂鈍化の影響は小さく従来の停留き裂によるモデル化で挙動を表し得ることが確認できた。
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PNC TJ225 85-10, 329 Pages, 1985/12
高速増殖炉ナトリウム冷却材バウンダリに適した供用期間中の体積試験方法とその欠陥検出性について,新技術を含めて,2年間にわたり調査研究した。1)高速増殖炉のナトリウム冷却材バウンダリに対して供用期間中検査等として行う各種試験に関して,その役割,試験環境等が,海外の例,軽水炉の場合との相違点を含めて明らかになった。2)非破壊試験方法のひとつとして体積試験方法を把え,新技術を中心に可能性のある試験技術を広く調査した。この調査に基づいて,温度,放射線線量率,スペース等の試験環境を考慮しFBRに適する体積試験方法を4つのカテゴリーに分類し,体積試験で用いる種々の方法の適用性を検討し有望と考えられる方法の開発課題等を明らかにした。
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PNC TJ225 85-06, 156 Pages, 1985/03
高速増殖炉ナトリウム冷却材バウンダリに適した供用期間中の体積試験方法とその欠陥検出性について,新技術を含めて,調査検討する計画の初年度として,次の調査を行った。1)高速増殖炉のナトリウム冷却材バンウダリに対して供用期間中検査等として行う各種試験に関して,その役割,試験環境等について,海外の例,軽水炉の場合との相違点を含めて調査する。2)非破壊試験方法のひとつとして体積試験方法を把え,新技術を中心に可能性のある試験技術を広く調査する。
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PNC TJ225 85-03, 238 Pages, 1985/02
本試験研究の目的は高速炉高温構造の健全性評価に適用し得る破壊力学的手法の開発を行うことであって、このために高温機器のクリープ疲労き裂伝播挙動を求めるための標準的試験法の確立、データの蓄積ならびに結果の評価を妥当に行い得る破壊力学パラメータの抽出にある。本研究は3カ年にわたる1連の試験研究の第二年度にあたる。本年度は1)各種パラメータの比較検討のため長時間試験のデータ収集2)試験方法の標準化のために試験片サイズの影響の実験的検討3)試験方法の標準化のために温度分布の影響の解析的検討4)CCT試験を用いた試験方法の標準化のために(多直線近似応力ひずみ曲線を用いて)J積分範囲用ゲージ長さの影響に関する解析的検討を行った。その結果、次のような結論を得た。1)各種の1時間周期の疲労試験結果を Jcで整理すると試験片形状や荷重波形や制御方法に依存しないで1つの相関関係が得られることがわかった。そのデータのバラツキもかなり小さかった。変位保持のように顕著なクリープ成分が出ない場合についてき裂進展速度データの整理方法及び Jcの求め方について提案し、実験データに適用しその有効性が確かめられた。2)試験片サイズの影響については、1年度の試験片の半分のサイズの試験片ではCTかCCTかに関係なく昨年度のデータと同じda/dN vs Jc関係が得られた。しかし、昨年度の2倍の試験片の結果では、大きい方の試験片の結果が少し早い伝播速度を示す傾向があるようである。3)上下方向に+-5度Cの温度分布をつけた場合とつけない場合のJ積分をFEMで計算した結果によると両者の差は約15%程度であり、工学的にはあまり問題にならない程度であることがわかった。4)構成式に多直線近似の応力ひずみ関係を用いてFEMで求めたJ積分値と簡易J値決定法で求めたJ積分値とを比較検討した結果、ゲージ長0mmで開口変位を計れば妥当なJ積分値が得られること、また、ゲージ長5mm程度でもき裂全長が2mm以上であれば問題なさそうであることがわかった。更に、これら解析で計算したJ値が実験で求めた値と良く一致することも確認した。また、CCT試験片で開口変位を試験片の側面(き裂からもっとも遠い面)で測定しJ積分をもとめるのは間違った値を計算することがあるので注意が必要である。
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PNC TJ225 84-01, 208 Pages, 1984/09
本試験研究の目的は高速炉高温構造の健全性評価に適用し得る破壊力学的手法の開発を行うことであって,このための高温機器のクリープ疲労き裂伝播挙動を求めるための標準的試験法の確立,データの蓄積並びに結果の評価を妥当に行い得る破壊力学パラメータの抽出にある。本研究は3ヶ年にわたる一連の試験研究の初年度に当り,その主要な目標は今後の研究に展望を与えるために文献調査及び実験的及び解析的手法に基く予備的研究を行うことである。初年度の本研究は次の3項目の内容を取扱った。1)クリープ・疲労き裂伝播の研究の現状を的確に把握するための関連文献の調査2)SUS304鋼を用いた650
におけるクリープ・疲労き裂伝播に関する予備試験(実験変数を大幅に振る。)3)弾塑性クリープ有限要素解析による実験の支援文献調査は1978年以後発刊の学術誌,会議論文集等よりの論文を対象とし,より妥当な実験方法,実験データの傾向と実験変数の設定,妥当な破壊力学パラメータの選定に対し示唆を得る目的で行った。24篇の論文を調査し各論文毎に文献要約を作成した。この他主要な実験結果の図表を抜出し別冊のデータシートにまとめた。関係文献リストも作成した。予備実験はSUS304鋼を用い650において行った。小型のCCT試験片,CT試験片,SEN試験片,中空円筒試験片を用い,引張圧縮両振り又は片振りの荷重制御又は変位制御試験を連続波及び10分の引張保持波で行った。この他,スロープライン法による繰返し試験及びクリープき裂伝播試験も行った。実験結果のうち荷重,変位,COD,き裂長さ等の記録はデータシートにまとめ,後日一括数値処理を行えるようにした。さらにこの試験結果を文献より得られたデータと比較し,実験法の妥当性について検討した。実験に使用したCCT試験片による試験の一例について有限要素法による弾塑性クリープ解析を行った。同一試験片でき裂長さを3段階変え,実験を行った荷重レベルを負荷する単調及び保持負荷条件での解析を行い,各場合の破壊力学パラメータK,J,J,COD,CTODを求め実験結果の評価に便宜を与えた。
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PNC TJ225 83-03, , 1983/09
本調査は高速高温構造設計に関連して、高温実験手法、材料、構成方程式、設計基準、配管および容器の非弾性解析、破壊力学的評価等について文献をひろく調査しまとめたものである。第1部として調査した文献の抄訳をまとめ、第2部として、これらの文献をさらに重点項目に分類整理して論文形式にまとめた。
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PNC TJ225 81-01, 126 Pages, 1981/07
本調査は高速炉高温構造設計に関連して、クリープ、高温構造設計、非弾性解析手法、その他の面について文献をひろく調査しまとめたものである。第1部として調査した文献の抄訳をまとめ、第2部として、これらの文献を更に重点項目に分類整理して論文形式にまとめた。 (JWES-AE-8106)
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PNC TJ225 80-02, 167 Pages, 1980/03
高速原型炉機器配管の設計、製作が具体化するのに伴い、溶接部の構造強度を確保するため、溶接材料及び施工法に対して、その高温機械強度の確認及び高速原型炉機器の設計、製作法の選定のためのデータが要求されている。動力炉・核燃料開発事業団は、昭和50年度からこのための作業を実施し、昭和50年度は調査による問題点の摘出及び研究開発項目の検討を行った。昭和51年度から53年度にわたって具体的な溶接材料、溶接施工法を選び、代表的な3鋼種(SUS304、SUS316及び21/4CrCr‐1Mo鋼)に対し溶接金属の高温強度を確認するための試験を実施した。材料は機器製造担当メーカが中心となって仕様の検討を行い、決定された仕様に基づいて指名された材料メーカが製造し、参加各社が分担して溶接施工、施工法確認試験及び各種強度試験を行った。昭和51年度は合計10種類の溶材について引張、高速引張及びクリープ試験を行った。昭和52年度は溶材を合計16種類に増加すると共に施工者による変化も考慮して合計30種類の試験片を作裂し引張、クリープ試験及びSUS304鋼を主体とした疲れ試験(クリープ疲れ試験を含む)を実施した。昭和53年度は52年度とほぼ同じ考え方で、9種類の溶材に対し合計10種類の試験片を製作すると共に、52年度の追試として7種類の試験片を加え、クリープ試験及びSUS316鋼を主体とした疲労試験(クリープ疲労試験を含む)を実施した。本報告書は昭和51年54年にわたって行った首題試験の最終報告書である。資料参照番号2:JWES-AE-8002
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PNC TJ225 79-02VOL2, 46 Pages, 1979/07
PNC-TJ225-79-02VOL2.pdf:1.98MB
本調査はAEに関する情報を入手するため,1976年6月1978年5月に報告された文献中からAEに関係するものを検索し,(検索文献数 177件) 1. 研究分野の分類 2. 題名および著者のリスト作成 3. 抄訳作成(文献数 18) を行なったものである。なお本報告書には記載しないが,検索文献177件のアプストラクトおよび抄訳した文献18件の原論文が保存されている。(JWES-AE-7903 )
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PNC TJ225 78-02, 183 Pages, 1978/06
本試験研究は高速増殖炉一次冷却系配管の供用中連続監視にAE技法を適用するために、構造材料の材料試験中にAE特性を測定した結果である。第1章には、この試験研究の目的と、実施にあたったFAE小委員会の構成を記録している。第2章には、AE計測法の概要、特に変換子の校正法についてまとめてある。第3章には、試験研究に用いたSUS304、SUS316、Cr-Mo鋼の塑性変形にともなうAE挙動がまとめてある。第4章は、SUS304、SUS316に関し、疲労き裂進展にともなうAE挙動が応力位相と関係づけて示されている。第5章では、上記結果の評価と検討を、そして第6章では結論と今後の指針が与えられている。
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PNC TJ225 77-03, 121 Pages, 1977/06
本調査は,高速増殖炉一次冷却系配管のAEによる連続監視に関する文献をひろく調査し,まとめたものである。第2章に論文抄訳を,第3章に幹事によるそれらのまとめを,第4章には本調査結果の総括を行なっている。又,これらの調査結果を基にして,第5章にAEによる材料評価法,第6章に今後の研究の進め方への提案がなされている。
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PNC TJ225 77-02, 241 Pages, 1977/06
本調査は高速炉高温構造設計に関する文献をひろく調査しまとめたものである。第1部として調査した文献の抄訳をまとめ,第2部として,これらの文献をさらに4項目に分類して整理して,幹事が論文を執筆した。
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PNC TJ225 76-01VOL5, 31 Pages, 1976/03
PNC-TJ225-76-01VOL5.pdf:1.84MB
動力炉・核燃料開発事業団では高速増殖炉の開発を進めているが,高速実験炉に引続いて高速原型炉の建設が計画されている。最近の高速増殖炉の開発動向は,世界各国ともに同炉の研究開発費用および建設費用の大幅なエスカレーションに腐心している。なかでも同炉の構造材料の選択は,溶接部の性能を含めて軽水炉より1グレード高い品質を保証しなければならないので,非常に重要な技術的課題である。また構造材料の性能の保証,溶接施工法の確立と,中性子およびナトリウム環境下における各種材料試験の展開は高速増殖炉の設計思想と健全性の評価に影響するところがきわめて大きいものと思われる。 (2001.7.31の資料区分見直し時、資料区分は未記入だった。)
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PNC TJ225 76-01VOL4, 30 Pages, 1976/03
PNC-TJ225-76-01VOL4.pdf:1.65MB
動力炉・核燃料開発事業団では高速増殖炉の開発を進めているが,高速実験炉に引続いて高速原型炉の建設が計画されている。最近の高速増殖炉の開発動向は,世界各国ともに同炉の研究開発費用および建設費用の大幅なエスカレーションに腐心している。なかでも同炉の構造材料の選択は,溶接部の性能を含めて軽水炉より1グレード高い品質を保証しなければならないので,非常に重要な技術的課題である。また構造材料の性能の保証,溶接施工法の確立と,中性子およびナトリウム環境下における各種材料試験の展開は高速増殖炉の設計思想と健全性の評価に影響するところがきわめて大きいものと思われる。 (2001.7.31の資料区分見直し時、資料区分は未記入だった。)
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PNC TJ225 76-01VOL3, 41 Pages, 1976/03
PNC-TJ225-76-01VOL3.pdf:2.03MB
動力炉・核燃料開発事業団では高速増殖炉の開発を進めているが,高速実験炉に引続いて高速原型炉の建設が計画されている。最近の高速増殖炉の開発動向は,世界各国ともに同炉の研究開発費用および建設費用の大幅なエスカレーションに腐心している。なかでも同炉の構造材料の選択は,溶接部の性能を含めて軽水炉より1グレード高い品質を保証しなければならないので,非常に重要な技術的課題である。また構造材料の性能の保証,溶接施工法の確立と,中性子およびナトリウム環境下における各種材料試験の展開は高速増殖炉の設計思想と健全性の評価に影響するところがきわめて大きいものと思われる。 (2001.7.31の資料区分の見直し時、資料区分は未記入だった。)