JP2009014683A - 破壊評価方法および破壊評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造健全性の評価として簡便な手順でき裂状の欠陥を有する構造物の健全性を評価する。
【解決手段】ステップＳ１では、破壊評価対象である部材の有するき裂のき裂長さを計測し、ステップＳ２では、計測したき裂長さと部材の幅とから無次元化き裂長さａ_ｄｌを算出する。ステップＳ３およびステップＳ４では、ａ_ｄｌと、選択係数ＳＣ＝１．８に対応するａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}と、ＳＣ＝０．２に対応するａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}とを比較して、ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}≦ａ_ｄｌ＜ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}の場合にはステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、実際の負荷荷重ＰとＳＣ＝０．２に対応するａ_ｄｌのき裂の存在を仮定して極限荷重法により求めた許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}とを比較して、ＰよりもＰ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}のほうが大きい場合には、ステップＳ６で構造健全性の合格判定をする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、き裂状の欠陥を有する構造物について、この構造物に負荷される荷重に対する構造健全性を評価するための破壊評価方法および破壊評価システムに関する。

一例として沸騰水型原子炉における原子炉圧力容器内に収容された円筒状の炉心シュラウドなどの炉内構造物は、腐食性環境に晒されるために、応力腐食割れ等のひび割れによりき裂状の欠陥が発生、進展して構造健全性を脅かされる恐れがある。

構造健全性の評価では、構造物に生じたき裂を原子力発電プラントの運転中に進展する応力腐食割れと仮定して、運転を継続する期間中に進展するき裂の長さを算出し、地震の発生を想定した場合に許容されるき裂長さとの比較評価により行われる（破壊評価）。

例えば炉心シュラウドでは、き裂を有する炉心シュラウドが地震力等の荷重を受けた場合に、円筒状の形状が適切に保持されるか否かについて行われる。

このようにき裂状の欠陥が発生した構造物の構造健全性を評価するために破壊評価方法の開発が課題となっている。
特開平１１−２３７９１２号公報

一般に軽水炉を構成する主要な構造物の材料には靭性の高い材料が用いられており、き裂状の欠陥が発生しても直ちに脆性破壊を生じることはない。

き裂状の欠陥について、どの程度の欠陥まで許容できるかを明らかにするため種々の構造健全性の評価方法が検討、開発され、例えば「社団法人 日本機械学会 発電用原子力設備規格 維持規格（２００４年版）」のように規格基準化されている。

この結果、構造健全性の評価法は高度化し、より合理的な評価方法となった。しかし、その評価手順はより複雑になり、構造健全性の評価には多岐に亘るデータと膨大な工数とが必要となってきている。

そこで、簡便ではあっても確実に保守的な評価ができる構造健全性の評価方法があれば、この評価方法を第一段階の評価方法として適用することで、構造健全性の評価に要する工数を大幅に低減できる。この簡便な評価方法は、過度に保守的な評価となる可能性があってもよい。この簡便な評価方法で構造健全性を示すことができない場合は、規格基準化された評価方法を適用して構造健全性の詳細な評価を実施すればよい。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、第一段階の構造健全性の評価として簡便な手順でき裂状の欠陥を有する構造物の健全性を評価する破壊評価方法および破壊評価システムを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため本発明では、き裂状の欠陥を有する構造物の破壊評価に際して、予め定められた寸法以下の小さい欠陥は弾塑性破壊力学評価法、前記予め定められた寸法を超える大きい欠陥は極限荷重評価法を適用して破壊評価を行う破壊評価方法において、弾塑性破壊力学評価法を適用して前記破壊評価を行う最大の欠陥について極限荷重評価法により許容荷重を算出し、弾塑性破壊力学評価法が適用される小さい欠陥を有する前記構造物に負荷される荷重と前記許容荷重とを比較して破壊評価を行うことを特徴とする破壊評価方法を提供する。

また、本発明では、選択係数ＳＣ＝０．２における無次元化き裂長さを記録および保持する第１の無次元化き裂長さ記録部と、選択係数ＳＣ＝１．８における無次元化き裂長さを記録および保持する第２の無次元化き裂長さ記録部と、選択係数ＳＣ＝０．２における許容荷重を記録および保持する許容荷重記録部と、き裂状の欠陥を有する構造物の無次元化き裂長さを算出する算出部と、前記算出部で算出された無次元化き裂長さと第１の無次元化き裂長さ記録部に記録および保持された無次元化き裂長さおよび第２の無次元化き裂長さ記録部に記録および保持された無次元化き裂長さとを比較する無次元化き裂長さ比較部と、前記無次元化き裂長さ比較部で比較した結果が（第１の無次元化き裂長さ記録部に記録および保持された無次元化き裂長さ）≦（前記算出部で算出された前記構造物の無次元化き裂長さ）＜（第２の無次元化き裂長さ記録部に記録および保持された無次元化き裂長さ）の場合に前記き裂状の欠陥を有する構造物に負荷される荷重と前記許容荷重記録部に記録および保持された許容荷重とを比較する荷重比較部と、前記荷重比較部で比較した結果、前記構造物に負荷される荷重が前記許容荷重を超えない場合に、前記き裂状の欠陥を有する構造物の構造健全性が確保されている旨の合格判定をする出力部とを備えること特徴とする破壊評価システムを提供する。

本発明によれば第一段階の構造健全性の評価として簡便な手順でき裂状の欠陥を有する構造物の健全性を評価する破壊評価方法および破壊評価システムを提供することができる。

本発明に係る破壊評価方法および破壊評価システムの実施形態について、図１から図６を参照して説明する。

図１は、本実施形態における破壊評価対象である構造材を構成する部材を模式的に示した図である。

図１に示すように、構造材を構成する部材（以下、「部材」という。）１は、幅Ｗであって矩形断面を有する。この部材１には、部材１の幅方向の一方の面に開口する長さａのき裂２がある。また、部材１の幅方向に直交する方向には一様な引張応力σが作用する。なお、部材１の幅Ｗからき裂２の長さａを引いた幅のリガメント（残余部）を長さｂとする。

き裂２を有する部材１の破壊評価方法は、部材１の材料の靭性の高低により異なる。

先ず、部材１の材料の靭性が低い場合は、き裂２の応力拡大係数Ｋを評価する。すなわち、部材１の材料が脆性材料であれば、この応力拡大係数Ｋが材料固有の値である破壊靭性値（平面ひずみ破壊靱性）Ｋ_ＩＣを超えると部材１は破壊を生じる。

例えば部材１が有するき裂２の応力拡大係数Ｋは、式（１）により表される（出展：構造健全性評価ハンドブック編集委員会 編、構造健全性評価ハンドブック）。

すなわち、部材１が有するき裂２の長さがａのときの許容応力σ_Ｃは、式（２）により求められる。

次に、部材１の材料の靭性が高い場合は、破壊の条件を記述できるパラメータは応力拡大係数Ｋではなく、Ｊ積分やき裂開口変位など弾塑性破壊力学の知識を活用することになる（弾塑性破壊力学評価法）。なお、一般には弾塑性破壊力学評価法による破壊評価は複雑な計算を必要とし、かつ膨大な工数が必要となる。

例えば部材１が有するき裂２のＪ積分は、式（３）により表される（出展：構造健全性評価ハンドブック編集委員会 編、構造健全性評価ハンドブック）。

部材１が有するき裂２の延性き裂進展の開始は、式（３）のＪ積分の値が材料固有の抵抗値（弾塑性破壊靱性）Ｊ_ＩＣに達したとき、すなわち、式（５）になると起こる。

すなわち、弾塑性破壊力学評価法では、材料の応力−ひずみ関係の近似式を作成して係数ｎを決定し、係数Ｈ_１を表から読み取り、式（３）によりＪ積分を計算する手順を経る必要がある。

さらに、部材１の材料の靭性が高い場合は、き裂２の先端部が顕著に鈍化するため、き裂としての応力特異性が消失し、部材１のリガメントｂ部の断面全体に負荷される平均的な応力の値、すなわち正味断面応力が部材１の材料の流動応力（有効降伏応力）σ_ｆを超えると塑性崩壊による破壊を生じることになるため、極限荷重評価法が適用される。

例えば部材１が有するき裂２は、極限荷重評価法によると式（６）で表される許容応力σ_Ｃを超えたときに破壊が生じると判定される（出展：構造健全性評価ハンドブック編集委員会 編、構造健全性評価ハンドブック）。

極限荷重評価法によると、評価に必要な材料定数は有効降伏応力σ_ｆのみであり、部材１の幅Ｗとき裂２の長さａとから容易に許容応力σ_Ｃが求められる。すなわち、容易に破壊評価ができる。

そこで、破壊評価を行う実機の構造物の定期点検などの検査に先立ち、この構造物で想定される実際の負荷荷重Ｐから式（２）、式（５）および式（６）により求められる許容可能なき裂長さａ_Ｃを事前に求めて荷重とこの荷重による許容可能な欠陥寸法を一覧表に纏めておくことで、定期点検等の検査で実機の構造物にき裂が検出された場合は、このき裂長さ（欠陥寸法）と事前に求めた許容可能なき裂長さａ_Ｃとを比較することで直ちに構造健全性を判定できる。

具体的には、想定される実際の負荷荷重Ｐについて式（２）、式（５）および式（６）により求められる許容可能なき裂長さａ_Ｃと構造物が有するき裂の長さａとを比較して、構造物が有するき裂の長さａが許容可能なき裂長さａ_Ｃよりも小さいときは、き裂を有する構造物の構造健全性が確保されていることが判定できる。

なお、［数１］から［数５］に示された式は、図１に示された本実施形態における部材１が有するき裂２の破壊評価を行うものであり、他に半楕円表面き裂を有する平板、軸方向内表面半楕円表面き裂を有する円筒、周方向内表面半楕円表面き裂を有する円筒、周方向内表面全周き裂を有する円筒などに規定された式により同様に破壊評価を行い、構造健全性を判定できる。

ここで、破壊評価方法の適用に際し、選択係数ＳＣを算出して弾塑性破壊力学評価法を適用するか、極限荷重評価法を適用するかを選択する。

図２は、社団法人 日本機械学会、発電用原子力設備規格 維持規格（２００４年版）に記載された破壊評価方法選択方法を説明する図である。

図２に示すように、選択係数ＳＣ＜０．２の場合は極限荷重評価法を適用し、０．２≦ＳＣ＜１．８の場合は弾塑性破壊力学評価法を適用する。なお、選択係数ＳＣが１．８以上となる場合は、応力拡大係数Ｋを評価する方法を適用する。この破壊評価方法選択方法は公知な破壊評価方法の選択の方法である（出展：社団法人 日本機械学会、発電用原子力設備規格 維持規格（２００４年版））。

図３は、本実施形態における破壊評価対象である構造材を構成する部材を模擬したコンパクト試験片（ＣＴ試験片）の概略を示す図である。コンパクト試験片５とは、Ｋ_ＩＣを評価するための破壊力学試験に用いられる試験片である。

図３に示すように、コンパクト試験片５は、図１に示された部材１を模擬した試験片であり、部材１の幅Ｗを模擬する幅Ｗ_ＣＴと、き裂長さａ_ＣＴを有するき裂２を模擬した切欠き６とを有する。

例えばコンパクト試験片５が有する切欠き６に模擬されるき裂２の選択係数ＳＣは式（７）により求められる。（出展：日本工業出版、検査技術 ２００６年１１月）

図４は、本実施形態における破壊評価対象である構造材を構成する部材を模擬したコンパクト試験片の無次元化き裂長さａ／Ｗと選択係数ＳＣの関係を示す図である。式（７）からコンパクト試験片５の選択係数ＳＣとき裂長さａ_ＣＴとの関係を求めたものである。コンパクト試験片５の材料はニッケル基合金溶接金属とした。なお、き裂長さａ_ＣＴをコンパクト試験片５の幅Ｗ_ＣＴで無次元化した無次元化き裂長さａ／Ｗを横軸に表している。

図４に示すように、無次元化き裂長さａ／Ｗ＝０．３３５において式（７）から求められた選択係数ＳＣはＳＣ＝０．２と交差する。すなわち、コンパクト試験片５の破壊評価方法では、コンパクト試験片５の幅Ｗ_ＣＴ＝４０．３ｍｍから、き裂長さａ_ＣＴが１３．５ｍｍ以下の場合は弾塑性破壊力学評価法を適用することになる。他方、き裂長さａ_ＣＴが１３．５より大きい場合には容易な破壊評価方法である極限荷重評価法が適用できる。

例えばき裂長さａ_ＣＴが１０ｍｍの場合、すなわち、ａ／Ｗ＝０．２４８の場合は、コンパクト試験片５の破壊評価では、弾塑性破壊力学評価法を適用して、切欠き６が模擬したき裂２を許容できるか否かを評価して構造健全性が判定される。

ここで、き裂長さａ_ＣＴが１０ｍｍの場合と、き裂長さａ_ＣＴが１３．５ｍｍの場合とではき裂長さａ_ＣＴが１３．５ｍｍの場合の方が引張荷重を受け持つリガメントｂが小さいために許容荷重Ｐ_Ｃは小さくなる。このため、実際の負荷荷重Ｐとき裂長さａ_ＣＴが１３．５ｍｍのき裂２が存在すると仮定して求めた許容荷重Ｐ_Ｃとを比較して、実際の負荷荷重Ｐが許容荷重Ｐ_Ｃよりも小さい場合は、き裂長さａ_ＣＴが１０ｍｍのき裂２に対しても許容できることになる。

そこで、破壊評価方法を実施する際に、弾塑性破壊力学評価法と極限荷重評価法との適用の境界条件である選択係数ＳＣ＝０．２に対応する無次元化き裂長さａ／Ｗ＝０．３３５、コンパクト試験片５についてはき裂長さａ_ＣＴが１３．５ｍｍのき裂２が存在すると仮定して極限荷重評価法により破壊に対する許容荷重Ｐ_Ｃを求める。許容荷重Ｐ_Ｃは、き裂長さａ_ＣＴが１３．５ｍｍよりも小さい、例えばき裂長さａ_ＣＴが１０ｍｍのき裂２について弾塑性破壊力学評価法を適用した場合に求められる許容荷重Ｐ_Ｃよりも小さくなる。つまり、弾塑性破壊力学評価法と極限荷重評価法との適用の境界条件である選択係数ＳＣ＝０．２に対応する無次元化き裂長さａ／Ｗのき裂２の存在を仮定して極限荷重法により求めた許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}と実際の負荷荷重Ｐとを比較して、極限荷重法により求めた許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}が実際の負荷荷重Ｐよりも十分に大きく、裕度があれば、き裂長さａよりも短い実際のき裂についての破壊評価は安全側の評価結果が得られることになるので、構造健全性は確保されていると判定できる。

ここで、半楕円表面き裂を有する平板、軸方向内表面半楕円表面き裂を有する円筒、周方向内表面半楕円表面き裂を有する円筒、周方向内表面全周き裂を有する円筒など、一般に構造材を構成する部材が有するき裂について破壊評価を行う際に、構造材を構成する部材の代表長さとき裂長さとの関係を無次元化した量、本実施形態において無次元化き裂長さａ／Ｗを、無次元化き裂長さａ_ｄｌと称する。なお、無次元化き裂長さａ_ｄｌは、構造材を構成する部材の代表長さとき裂長さとの関係から複数存在する場合がある。

すなわち、破壊評価方法について弾塑性破壊力学評価法と極限荷重評価法との適用の境界条件である選択係数ＳＣ＝０．２に対応する無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}を求め、この無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}のき裂２について極限荷重評価法により許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}を求めておくことで、選択係数ＳＣ＝０．２に対応する無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}以下のき裂長さａのき裂２については、極限荷重法により求めた許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}が実際の負荷荷重Ｐよりも大きい場合は、複雑な評価手順の弾塑性破壊力学評価法を適用する必要がなくなり、多岐に亘るデータおよび膨大な工数が必要なくなる。

なお、選択係数ＳＣが１．８以上となる場合は、応力拡大係数Ｋを評価する方法を実施することとなるため、選択係数ＳＣ＝１．８に対応する無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}を求め、弾塑性破壊力学評価法を適用できる大きさのき裂２であることを確認する。

図５は、本実施形態における破壊評価方法のフローチャートである。

図５に示すように、先ずステップＳ１では、破壊評価対象である構造材を構成する部材１の有するき裂２のき裂長さａを計測する。

ステップＳ２では、ステップＳ１で計測したき裂２のき裂長さａと部材１の幅Ｗとから無次元化き裂長さａ_ｄｌを算出する。

ステップＳ３では、ステップＳ２で算出した無次元化き裂長さａ_ｄｌと選択係数ＳＣ＝１．８に対応する無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}とを比較して、無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}よりも無次元化き裂長さａ_ｄｌのほうが小さい場合は、ステップＳ４へ進む。その他の場合はステップＳ７へ進む。選択係数ＳＣ＝１．８に対応する無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}は破壊評価対象である構造材を構成する部材１の形状、寸法、材料特性から事前に準備しておく。例えば部材１では式（７）から求めて準備しておく。

ステップＳ４では、ステップＳ２で算出した無次元化き裂長さａ_ｄｌと選択係数ＳＣ＝０．２に対応する無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}とを比較して、無次元化き裂長さａ_ｄｌが無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}以上の場合は、ステップＳ５へ進む。その他の場合はステップＳ７へ進む。選択係数ＳＣ＝０．２に対応する無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}は破壊評価対象である構造材を構成する部材１の形状、寸法、材料特性から事前に準備しておく。例えば部材１では式（７）から求めて準備しておく。

ステップＳ５では、実際の負荷荷重Ｐと選択係数ＳＣ＝０．２に対応する無次元化き裂長さａ_ｄｌのき裂２の存在を仮定して極限荷重法により求めた許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}とを比較して、実際の負荷荷重Ｐよりも許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}のほうが大きい場合は、ステップＳ６へ進む。その他の場合はステップＳ７へ進む。無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}のき裂２の存在を仮定して極限荷重法により求めた許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}は破壊評価対象である構造材を構成する部材１の形状、寸法、材料特性、無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}から事前に準備しておく。例えば部材１では式（６）と式（７）とから求めて準備しておく。

ステップＳ６では、破壊評価は安全側の評価結果が得られ、構造健全性が確保されている旨の合格判定をして終了する。

ステップＳ７では、破壊評価は安全側の評価結果とはならず、構造健全性が確保されているか否かを判定できないので、破壊評価を詳細な評価方法へ引き渡して終了する。

本実施形態における破壊評価方法により構造健全性を示すことができれば、本実施形態における破壊評価方法以上に複雑な手順による詳細な破壊評価を実施する必要はない。このとき、本実施形態における破壊評価方法により構造健全性を示すことができない場合は改めて詳細な破壊評価を実施すればよい。

本実施形態の破壊評価方法によれば、部材１の寸法・形状、き裂２の位置や寸法、部材１に作用する実際の負荷荷重Ｐの条件のみから第一段階の構造健全性の評価として簡便な手順でき裂状の欠陥を有する構造物の健全性を評価できる。また、本実施形態の破壊評価方法によれば、容易に構造健全性の評価ができるので構造健全性の評価に要する工数を大幅に低減できる。さらに、本実施形態の破壊評価方法は、簡便ではあっても確実に保守的な構造健全性の評価ができる。

図６は、本実施形態における破壊評価システムの構成図である。

図６に示すように、破壊評価システム１０は、データ入力部１１と、データ入力部１１から入力されたデータの破壊評価部１２と、破壊評価部１２の評価結果を表示する出力部１３とを有する。

データ入力部１１は、例えば破壊評価で使用される部材１の寸法、形状等の部材データ、き裂２の位置や寸法等のき裂データ、部材１に作用する実際の負荷荷重Ｐに関する荷重データが入力される。

破壊評価部１２は、部材１の選択係数ＳＣ＝０．２における無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}を記録および保持する第１の無次元化き裂長さ記録部１５と、部材１の選択係数ＳＣ＝１．８における無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}を記録および保持する第２の無次元化き裂長さ記録部１６と、部材１の選択係数ＳＣ＝０．２における許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}を記録および保持する許容荷重記録部１７とを有する。また、破壊評価部１２は、データ入力部１１から入力された部材データとき裂データとから無次元化き裂長さａ_ｄｌを算出する無次元化き裂長さ算出部１９と、無次元化き裂長さ算出部１９で算出された無次元化き裂長さａ_ｄｌと第１の無次元化き裂長さ記録部１５に記録および保持された無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}および第２の無次元化き裂長さ記録部１６に記録および保持された無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}とを比較する無次元化き裂長さ比較部２０と、無次元化き裂長さ比較部２０で比較した結果がａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}≦ａ_ｄｌ＜ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}の場合に荷重データと許容荷重記録部１７に記録および保持された許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}とを比較する荷重比較部２１とを有する。

無次元化き裂長さ比較部２０では、無次元化き裂長さ算出部１９で算出された無次元化き裂長さａ_ｄｌと第１の無次元化き裂長さ記録部１５に記録および保持された無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}とを比較した結果がａ_ｄｌ＜ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}の場合または無次元化き裂長さａ_ｄｌと第２の無次元化き裂長さ記録部１６に記録および保持された無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}とを比較した結果がａ_ｄｌ≧ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}の場合には、データ入力部１１から入力された部材データとき裂データとから極限荷重法による破壊評価ができず、応力拡大係数Ｋの算出または弾塑性破壊力学評価法による詳細な破壊評価を行う必要がある旨が判定される。

荷重比較部２１では、荷重データと許容荷重記録部１７に記録および保持された許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}とを比較した結果、部材１に作用する実際の負荷荷重Ｐが許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}を超える場合には、極限荷重法による破壊評価ができず、応力拡大係数Ｋの算出または弾塑性破壊力学評価法による詳細な破壊評価を行う必要がある旨が判定される。

出力部１３は、荷重比較部２１が荷重データと許容荷重記録部１７に記録および保持された許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}とを比較した結果、部材１に作用する荷重が許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}を超えない場合には、極限荷重法による破壊評価により安全側の評価結果が得られ、構造健全性が確保されている旨の合格判定を出力する。また、出力部は、無次元化き裂長さ比較部２０または荷重比較部２１が極限荷重法による破壊評価ができず、応力拡大係数Ｋの算出または弾塑性破壊力学評価法による詳細な破壊評価を行う必要がある旨の判定をした場合には、極限荷重法による破壊評価により安全側の評価結果は得られず、構造健全性が確保されているか否かを判定できないので、破壊評価を詳細な評価方法へ引き渡す旨を出力する。

部材１の場合について具体的には、データ入力部１１には、部材１の幅Ｗが部材データ、き裂２の長さａがき裂データ、実際の負荷荷重Ｐが荷重データとして入力される。

無次元化き裂長さ算出部１９では、部材１の幅Ｗとき裂長さａとから無次元化き裂長さａ_ｄｌ（＝ａ／Ｗ）が計算される。

無次元化き裂長さ比較部２０では、無次元化き裂長さ算出部１９で計算された無次元化き裂長さａ_ｄｌと第１の無次元化き裂長さ記録部１５に記録および保持された無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}と第２の無次元化き裂長さ記録部１６に記録および保持された無次元化き裂長さａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}とから、ａ_ｄｌとａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}またはａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}とを比較して、ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}≦ａ_ｄｌ＜ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}の場合には荷重比較部２１へ破壊評価の判定を進める。ａ_ｄｌ≦ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝０．２）}またはａ_ｄｌ＞ａ_{ｄｌ（ＳＣ＝１．８）}の場合は、データ入力部１１から入力された部材データとき裂データとからは極限荷重法による破壊評価ができず、応力拡大係数Ｋの算出または弾塑性破壊力学評価法による詳細な破壊評価を行う必要がある旨が判定されて、出力部１３へ出力される。

荷重比較部２１では、荷重データと許容荷重記録部１７に記録および保持された許容荷重Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}とを比較して、Ｐ≦Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}の場合には、極限荷重法による破壊評価により安全側の評価結果が得られ、構造健全性が確保されている旨の合格判定を出力部１３へ出力する。また、Ｐ＞Ｐ_{Ｃ（ＳＣ＝０．２）}の場合には、極限荷重法による破壊評価ができず、応力拡大係数Ｋの算出または弾塑性破壊力学評価法による詳細な破壊評価を行う必要がある旨の判定をし、出力部１３へ出力する。

破壊評価システム１０により構造健全性を示すことができれば、複雑な手順による詳細な破壊評価を実施する必要はない。このとき、破壊評価システム１０により構造健全性を示すことができない場合は改めて詳細な破壊評価を実施すればよい。

本実施形態の破壊評価システム１０によれば、部材１の寸法および形状、き裂２の位置および寸法、部材１に作用する実際の負荷荷重Ｐの条件のみから第一段階の構造健全性の評価として簡便な手順でき裂状の欠陥を有する構造物の健全性を評価できる。また、本実施形態の破壊評価システム１０によれば、構造健全性の評価に要する工数を大幅に低減できる。さらに、本実施形態の破壊評価システム１０は、簡便ではあっても確実に保守的な構造健全性の評価ができる。

本発明に係る破壊評価方法の実施形態における破壊評価対象である構造材を構成する部材を模式的に示した図。 社団法人 日本機械学会、発電用原子力設備規格 維持規格（２００４年版）に記載された破壊評価方法選択方法を説明する図。 本発明に係る破壊評価方法の実施形態における破壊評価対象である構造材を構成する部材を模擬したコンパクト試験片の概略を示す図。 本発明に係る破壊評価方法の実施形態における破壊評価対象である構造材を構成する部材を模擬したコンパクト試験片の無次元化き裂長さａ／Ｗと選択係数ＳＣの関係を示す図。 本発明に係る破壊評価方法の実施形態におけるフローチャート。 本発明に係る破壊評価システムの実施形態における構成図。

符号の説明

１ 構造材を構成する部材
２ き裂
５ コンパクト試験片
６ 切欠き
１０ 破壊評価システム
１１ データ入力部
１２ 破壊評価部
１３ 出力部
１５ 第１の無次元化き裂長さ記録部
１６ 第２の無次元化き裂長さ記録部
１７ 許容荷重記録部
１９ 無次元化き裂長さ算出部
２０ 無次元化き裂長さ比較部
２１ 荷重比較部

Claims (3)

1. き裂状の欠陥を有する構造物の破壊評価に際して、予め定められた寸法以下の小さい欠陥は弾塑性破壊力学評価法、前記予め定められた寸法を超える大きい欠陥は極限荷重評価法を適用して破壊評価を行う破壊評価方法において、
   弾塑性破壊力学評価法を適用して前記破壊評価を行う最大の欠陥について極限荷重評価法により許容荷重を算出し、
   弾塑性破壊力学評価法が適用される小さい欠陥を有する前記構造物に負荷される荷重と前記許容荷重とを比較して破壊評価を行うことを特徴とする破壊評価方法。
2. 選択係数ＳＣ＝０．２における無次元化き裂長さを記録および保持する第１の無次元化き裂長さ記録部と、
   選択係数ＳＣ＝１．８における無次元化き裂長さを記録および保持する第２の無次元化き裂長さ記録部と、
   選択係数ＳＣ＝０．２における許容荷重を記録および保持する許容荷重記録部と、
   き裂状の欠陥を有する構造物の無次元化き裂長さを算出する算出部と、
   前記算出部で算出された無次元化き裂長さと第１の無次元化き裂長さ記録部に記録および保持された無次元化き裂長さおよび第２の無次元化き裂長さ記録部に記録および保持された無次元化き裂長さとを比較する無次元化き裂長さ比較部と、
   前記無次元化き裂長さ比較部で比較した結果が（第１の無次元化き裂長さ記録部に記録および保持された無次元化き裂長さ）≦（前記算出部で算出された前記構造物の無次元化き裂長さ）＜（第２の無次元化き裂長さ記録部に記録および保持された無次元化き裂長さ）の場合に前記き裂状の欠陥を有する構造物に負荷される荷重と前記許容荷重記録部に記録および保持された許容荷重とを比較する荷重比較部と、
   前記荷重比較部で比較した結果、前記構造物に負荷される荷重が前記許容荷重を超えない場合に、前記き裂状の欠陥を有する構造物の構造健全性が確保されている旨の合格判定をする出力部とを備えること特徴とする破壊評価システム。
3. き裂状の欠陥を有する構造物の破壊評価において、
   前記構造物に負荷される荷重の大きさから許容可能な前記欠陥の寸法を予め求めて前記荷重とこの荷重による許容可能な欠陥寸法を一覧表にして求めておき、前記構造物において検出されたき裂長さと前記許容可能な欠陥寸法から前記構造物の構造健全性を判定することを特徴とする破壊評価方法。

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