低サイクル疲労下におけるき裂を有する配管の破壊クライテリオンの検討

摘要

軽水炉発電プラントにおいて，安全で合理的な設計，運転および維持管理を図る上で，機器?構造物に対し想定すべき材料強度特性，力学的条件および環境条件を的確に把握し，機能の喪失に至る破壊を未然に防止する必要がある（1）．そのため，国産炭素鋼配管について動的荷重の効果を明らかにして，き裂付き配管の破壊評価方法を確立することが求められている．破壊評価法の開発のためには，材料の破壊挙動を正確に予測する必要がある．また，配管の適切な交換時期を推測できるため，経済性を保つこともできる（2）．平成9年4月に電力中央研究所は総合報告T47”き裂を有する配管の動的破壊評価法の開発”においてSTS410炭素鋼鋼管を対象としたき裂付き配管の四点曲げ試験を行い，動的荷重に対するき裂付き配管の破壊評価法を開発したと報じた（1）．先行研究において単調荷重下でのき裂進展クライテリオンは応力三軸度と相当塑性ひずみの比によって定義できると示された．しかし，実際の破壊を想定した場合，単調荷重のみが起こりえることは少なく，動的な負荷を考慮する必要がある．そこで両振り振幅荷重に対する応力三軸度と相当塑性ひずみの関係による破壊クライテリオンの適用の可否を既存の破壊力学パラメータと比較を行い検討する必要がある．また，単調荷重においては応力三軸度と相当塑性ひずみの和を用いることでき裂の進展を再現することができたが，振幅荷重においては一次の和ではき裂の再現は難しいと考えられているため，次数を上げたパラメータの和を考える必要がある．本研究では総合報告T47 に記されているき裂付き配管の四点曲げ試験を対象に汎用コードANSYSを用いてき裂進展条件の決定，有限要素法を用いたき裂進展解析を行う．この解析により得られた破壊力学パラメータを実験結果と比較することで，応力三軸度と相当塑性ひずみによる破壊クライテリオンが地震を想定した振幅荷重において適用できるか検討することを目的としている．比較するパラメータは破壊力学パラメータの一つとして知られている繰り返しJ積分範囲であるΔJを用いる．また，本研究は，解析能力の向上とき裂進展クライテリオンの確立に向けて立ち上げられた国際共同研究プログラム『DFS（Ductile Fracture Simulation）』がT47を対象に行っているラウンドロビン解析として有限要素（FE）解析を行っていく．