JP2011027484A - Method and program for calculating ratchet strain - Google Patents

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哲夫 寺前
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rational method of calculating a ratchet strain relatively easily and precisely, the ratchet strain accumulated in a pipe when the pipe receiving internal pressure is subjected to repetitive operation. <P>SOLUTION: The method of calculating a ratchet strain includes: a first step of setting a calculation formula for calculating ratchet strain per repetition cycle in a straight pipe model for receiving axial repetition tensile and compression; a second step of obtaining three stress ranges comprising an axial film stress range, an axial bend stress range, and a circumferential bend stress range, and for calculating an equivalent stress range comprising the square root of sum of squares of the three stress ranges in target piping repeatedly subjected to tensile and compression and a bend; and a third step of calculating ratchet strain per repetition cycle of the target piping from the calculated equivalent stress range. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内圧を受ける配管が繰り返し作用を受けた場合に配管に蓄積するラチェット歪を算出するラチェット歪算出方法に関する。   The present invention relates to a ratchet strain calculation method for calculating ratchet strain accumulated in a pipe when a pipe receiving internal pressure is repeatedly acted on.

発電プラントなどでは、設備機器の中で構造上最も地震の影響を受けやすい配管の地震後の健全性評価が重要な課題となっている。地震時の配管系の挙動を把握するため、国内外で実規模配管系の強度実証試験が行われており、ラチェット疲労が配管系の主な損傷モードであることが明らかになっている(例えば非特許文献1、2参照)。   In power plants and the like, the post-earthquake soundness assessment of piping that is most structurally affected by earthquakes is an important issue. In order to understand the behavior of piping systems during earthquakes, strength demonstration tests of actual piping systems have been conducted at home and abroad, and it has become clear that ratchet fatigue is the main damage mode of piping systems (for example, Non-patent documents 1 and 2).

内圧を受ける配管が過大な繰り返し変位を受けると、周方向に膨らむ変形(ラチェット変形)が生じて軸方向の疲労強度が低下し、貫通亀裂が発生しやすくなる(図14参照)。この現象をラチェット疲労と呼んでいる。ラチェット疲労に対する配管の健全性評価を行うためには、ラチェット変形量とラチェット疲労強度の評価手法を確立する必要がある。
このうち、ラチェット疲労強度については、SUS304鋼の単軸ラチェット疲労試験および内圧を受ける配管試験体の繰り返し引張捩り試験を行い、ラチェット疲労寿命を繰返し損傷と延性消耗を組み合わせた式で評価している例がある(非特許文献3、4参照)。
一方、ラチェット変形に関する理論的検討としては、熱ラチェットに対する研究があるが、機械的ラチェットに対する理論的な検討はほとんど行われていない。配管系で特に弱点となりやすいエルボ部の塑性変形特性は理論解明が進んでいるが(非特許文献5参照)、繰り返し作用による機械的ラチェットの解明には至っていない。
When the pipe receiving the internal pressure is subjected to excessive repetitive displacement, deformation that swells in the circumferential direction (ratchet deformation) occurs, the axial fatigue strength decreases, and a through crack is likely to occur (see FIG. 14). This phenomenon is called ratchet fatigue. In order to evaluate the soundness of piping against ratchet fatigue, it is necessary to establish an evaluation method for ratchet deformation and ratchet fatigue strength.
Among these, ratchet fatigue strength is evaluated by a combination of repeated damage and ductile wear by conducting a uniaxial ratchet fatigue test of SUS304 steel and a repeated tensile torsion test of a pipe specimen subjected to internal pressure. There are examples (see Non-Patent Documents 3 and 4).
On the other hand, as a theoretical study on ratchet deformation, there is a study on a thermal ratchet, but a theoretical study on a mechanical ratchet has hardly been conducted. The theory of plastic deformation characteristics of the elbow part, which tends to be a particularly weak point in piping systems, has been elucidated (see Non-Patent Document 5), but the mechanical ratchet due to repetitive action has not yet been elucidated.

ラチェット変形を評価するためには、ラチェット歪を算出する必要があるが、塑性変形に起因すること、また、配管系全体の変形に依存すること、さらに弾性追従の影響(特許文献1参照)も受けることから、ラチェット歪の合理的な算出手法も未だ確立されていない。このため、地震後の配管の健全性評価は、おおむね弾性変形を基本とした設計基準(例えば、ASME Section3あるいは、JEAG4601)を流用して評価を行っている状況である。   In order to evaluate the ratchet deformation, it is necessary to calculate the ratchet strain. However, the ratchet strain is caused by plastic deformation, depends on the deformation of the entire piping system, and further has an influence of elastic follow-up (see Patent Document 1). Therefore, a rational calculation method for ratchet distortion has not been established yet. For this reason, the soundness evaluation of piping after an earthquake is a situation in which the design criteria (for example, ASME Section 3 or JEAG4601) based on elastic deformation are used for evaluation.

S.W.Tagart,Jr.,Y.K.Tang,D.J.Guzy and S.Ranganath,“Piping dynamicreliability and code rule change recommendations”,Nuclear Engineering and Design,Vol.123,pp.373-385,1990S. W. Tagart, Jr., Y. K. Tang, D.D. J. Guzy and S. Ranganath, “Piping dynamicreliability and code rule change recommendations”, Nuclear Engineering and Design, Vol.123, pp.373-385, 1990 K.Suzuki,H.Abe,Y.Sasaki,S.Kanno, T. Sato,H.Yokota and K.Suzuki, “Seismic Proving Test on the Ultimate Strengthof Piping System (Component Tests),JSME 2000 Annual Conference, pp.833-834,2000K. Suzuki, H. Abe, Y. Sasaki, S. Kanno, T. Sato, H.C. Yokota and K. Suzuki, “Seismic Proving Test on the Ultimate Strength of Piping System (Component Tests), JSME 2000 Annual Conference, pp.833-834, 2000 Y.Asada,“FailureCriterion on Low-Cycle Fatigue with Excessive Progressive Deformation”,HPI ETD Committee, 98ETD1-6,1998Y. Asada, “FailureCriterion on Low-Cycle Fatigue with Excessive Progressive Deformation”, HPI ETD Committee, 98ETD1-6, 1998 J.Namaizawa, K. Ueno,A.Ishikawa ,Y. Asada,“LifePrediction Technique for Ratcheting Fatigue”,PVP-Vol.266,Creep Fatigue,and Leak-Before-Break Assessment,1993J. Namaizawa, K. Ueno, A. Ishikawa, Y. Asada, “LifePrediction Technique for Ratcheting Fatigue”, PVP-Vol.266, Creep Fatigue, and Leak-Before-Break Assessment, 1993 A.Suzuki," A Studyof Simplified Inelastic Analysis Method for Piping Systems”,IHI Engineering Review, Vol.23,No.3,1983A. Suzuki, “A Study of Simplified Inelastic Analysis Method for Piping Systems”, IHI Engineering Review, Vol.23, No.3, 1983

特開2009−58224号公報JP 2009-58224 A

しかし、弾性変形を基本とした設計基準は比較的大きな安全率を含んだ結果となることが否めない。
さらに、ラチェット歪を正確に算定できても、過度な計算時間や手間を要する方法では、実際の配管の健全性評価に適用するのに現実的ではない。
However, it cannot be denied that the design standard based on elastic deformation results in a relatively large safety factor.
Furthermore, even if the ratchet distortion can be accurately calculated, a method that requires excessive calculation time and labor is not practical for application to the actual soundness evaluation of piping.

そこで、本発明は、内圧を受ける配管が繰り返し作用を受けた場合に配管に蓄積するラチェット歪を、比較的簡便に、精度良く算出できる合理的なラチェット歪算出方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a rational ratchet strain calculation method capable of calculating the ratchet strain accumulated in the piping when the piping subjected to the internal pressure is repeatedly acted on relatively easily and accurately. .

本発明は、内圧を受ける配管が繰り返し作用を受けた場合に配管に蓄積するラチェット歪を算出するラチェット歪算出方法であって、軸方向に繰り返し引張圧縮を受ける直管モデルにおいて、引張圧縮による軸方向応力範囲と、内圧による周方向応力とから、繰り返しサイクルあたりのラチェット歪を算出する算定式を設定する第1ステップと、引張圧縮と曲げを繰り返し受ける対象配管において、軸方向膜応力範囲と軸方向曲げ応力範囲と周方向曲げ応力範囲からなる3つの応力範囲を求め、該3つの応力範囲のうちから選択される1の応力範囲、または2以上の各応力範囲の2乗和の平方根からなる等価応力範囲を算出する第2ステップと、算出した等価応力範囲を前記軸方向応力範囲に代入して、前記第1ステップで設定された算定式により、前記対象配管の繰り返しサイクルあたりのラチェット歪を算出する第3ステップと、を含むラチェット歪算出方法である。   The present invention relates to a ratchet strain calculation method for calculating ratchet strain accumulated in a pipe when the pipe receiving the internal pressure is subjected to repeated action, in a straight pipe model that repeatedly receives tensile compression in the axial direction. In the first step of setting the calculation formula for calculating the ratchet strain per repeated cycle from the directional stress range and the circumferential stress due to internal pressure, and in the target pipe that repeatedly undergoes tensile compression and bending, the axial film stress range and the axis Three stress ranges consisting of a directional bending stress range and a circumferential bending stress range are obtained, and one stress range selected from the three stress ranges or a square root of the sum of squares of two or more stress ranges. A second step of calculating the equivalent stress range, and a calculation formula set in the first step by substituting the calculated equivalent stress range into the axial stress range. More, a third step of calculating the ratchet strain per repetitive cycle of the target pipe, a ratchet distortion calculating method comprising.

本構成によれば、内圧と繰り返し軸方向引張圧縮のみが作用するシンプルな直管モデルでラチェット歪算定式を設定した上で、繰り返し曲げも作用する対象配管の複雑な応力状態(応力範囲)を1つの等価な値(等価応力範囲)に置き換えることで、同じ算定式を用いて精度良く対象配管のラチェット歪を算出できる。   According to this configuration, after setting the ratchet strain calculation formula with a simple straight pipe model in which only internal pressure and repeated axial tension and compression act, the complex stress state (stress range) of the target pipe that also undergoes repeated bending can be determined. By replacing with one equivalent value (equivalent stress range), the ratchet strain of the target pipe can be calculated with high accuracy using the same calculation formula.

ここで、前記軸方向応力範囲は、前記直管モデルを弾性体と仮定した場合に作用する応力範囲である軸方向仮想弾性応力範囲ΔσE XXであり、前記繰り返しサイクルあたりのラチェット歪ΔεR YYを算出する算定式は、内圧による周方向応力σYYと降伏応力σyとから求められる、弾塑性サイクル後に弾性挙動を示す弾性シェイクダウンが発生する限界の応力範囲である弾性シェイクダウン限界軸方向応力範囲ΔσS XXを用いて、次式の通りに表され、前記3つの応力範囲は、弾性解析により求めることが好ましい。
ΔσS XX=√{σYY 2−4(σYY 2−σy 2)}・・・・・・(1)
ΔεR YY=3σYY×(ΔσE XX/ΔσS XX−1)/E・・・・・(2)
ここに、
√{ }:括弧内の結果の平方根を算出する記号
E:ヤング率
Here, the axial stress range is an axial virtual elastic stress range Δσ E XX which is a stress range acting when the straight pipe model is assumed to be an elastic body, and the ratchet strain Δε R YY per the repeated cycle The calculation formula to calculate is the elastic shakedown limit axial direction, which is the limit stress range where elastic shakedown that shows elastic behavior occurs after the elastoplastic cycle, obtained from the circumferential stress σ YY and the yield stress σ y due to internal pressure Using the stress range Δσ S XX , it is expressed as follows, and the three stress ranges are preferably obtained by elastic analysis.
Δσ S XX = √ {σ YY 2 −4 (σ YY 2 −σ y 2 )} (1)
Δε R YY = 3σ YY × (Δσ E XX / Δσ S XX −1) / E (2)
here,
√ {}: Symbol for calculating the square root of the result in parentheses E: Young's modulus

本ラチェット歪の算定式によれば、弾性シェイクダウン限界軸方向応力範囲よりも軸方向仮想弾性応力範囲が大きい場合に、その大きさに応じてラチェット歪が発生するとの前提に基づき、少ないパラメータで簡易にラチェット歪を算出できる。さらに、算定式に軸方向仮想弾性応力範囲を用いることで、塑性域でのラチェット現象を、弾性解析で簡易に評価することができる。   According to the calculation formula for ratchet strain, when the axial virtual elastic stress range is larger than the elastic shakedown limit axial stress range, the ratchet strain is generated according to the magnitude, and with less parameters. Ratchet distortion can be calculated easily. Furthermore, by using the axial virtual elastic stress range in the calculation formula, the ratchet phenomenon in the plastic region can be easily evaluated by elastic analysis.

また、前記対象配管は、エルボ部を有する配管であり、前記第2ステップは、 非弾性解析による前記エルボ部の変形量と、弾性解析による前記エルボ部の変形量との比から求められる弾性追従係数を算出し、算出された弾性追従係数を用いて前記等価応力範囲を補正することを含むことが好ましい。   Further, the target pipe is a pipe having an elbow part, and the second step is an elastic follow-up obtained from a ratio between a deformation amount of the elbow part by inelastic analysis and a deformation amount of the elbow part by elastic analysis. Preferably, the method includes calculating a coefficient, and correcting the equivalent stress range using the calculated elastic follow-up coefficient.

本構成によれば、エルボ部を有する対象配管について、等価応力範囲を弾性追従係数で補正することで、エルボ部の塑性化により変形が集中する影響を簡易かつ適切に反映してラチェット歪を算出できる。   According to this configuration, by correcting the equivalent stress range with the elastic tracking coefficient for the target pipe having an elbow part, the ratchet strain can be calculated easily and appropriately reflecting the effect of deformation due to plasticization of the elbow part. it can.

ここで、前記補正では、前記周方向曲げ応力範囲に前記弾性追従係数を乗じて修正周方向曲げ応力範囲を算出し、前記軸方向膜応力範囲と前記軸方向曲げ応力範囲と前記修正周方向曲げ応力範囲のうちから、少なくとも前記修正周方向曲げ応力範囲を含むように選択される1の応力範囲、または2以上の各応力範囲の2乗和の平方根からなる修正等価応力範囲を算出してもよい。   Here, in the correction, the corrected circumferential bending stress range is calculated by multiplying the circumferential bending stress range by the elastic tracking coefficient, and the axial film stress range, the axial bending stress range, and the corrected circumferential bending stress are calculated. Even if one of the stress ranges is selected to include at least the modified circumferential bending stress range, or a corrected equivalent stress range composed of the square root of the sum of squares of each of the two or more stress ranges is calculated. Good.

もしくは、前記補正では、前記等価応力範囲に前記弾性追従係数を乗じて修正等価応力範囲を算出してもよい。   Alternatively, in the correction, the corrected equivalent stress range may be calculated by multiplying the equivalent stress range by the elastic tracking coefficient.

エルボ部の中で特に増幅されやすい周方向曲げ応力範囲に弾性追従係数を乗じて補正することで、エルボの形状特性を適切に反映して、より合理的なラチェット歪を算出できる。また、等価応力範囲全体に弾性追従係数を乗じて補正することで、より安全側にラチェット歪を算出できる。   A more rational ratchet strain can be calculated by appropriately reflecting the shape characteristics of the elbow by multiplying the elastic bending coefficient by a circumferential bending stress range that is particularly easily amplified in the elbow portion. Further, the ratchet strain can be calculated on the safer side by correcting the entire equivalent stress range by multiplying by the elastic follow-up coefficient.

また、前記弾性追従係数は、歪硬化により前記対象配管が全体として硬化する全体硬化の影響により、繰り返しサイクルの進展とともに低下し、前記シェイクダウン限界軸方向応力範囲ΔσS XXの算出に用いられる降伏応力σyは、歪硬化と歪蓄積により前記エルボ部が局所的に硬化する局所硬化の影響により、繰り返しサイクルの進展とともに増加することが好ましい。 In addition, the elastic follow-up coefficient decreases with the progress of repeated cycles due to the effect of the overall hardening of the target pipe as a whole due to strain hardening, and the yield used to calculate the shake-down limit axial stress range Δσ S XX The stress σ y is preferably increased with the progress of the repeated cycle due to the influence of local hardening in which the elbow portion is locally hardened by strain hardening and strain accumulation.

本構成によれば、全体硬化と局所硬化の影響を考慮することで、繰り返しサイクルの進展に伴いラチェット歪の増分が変化することを反映して、さらに合理的なラチェット歪を算出できる。   According to this configuration, it is possible to calculate a more rational ratchet strain by reflecting the change of the ratchet strain with the progress of the repeated cycle by considering the influence of the overall curing and the local curing.

本発明に係わるラチェット歪算出方法によれば、内圧を受ける配管が繰り返し作用を受けた場合に配管に蓄積するラチェット歪を、比較的簡便に、精度良く算出することができる。   According to the ratchet strain calculation method according to the present invention, the ratchet strain accumulated in the pipe when the pipe receiving the internal pressure is repeatedly acted can be calculated relatively easily and with high accuracy.

本発明の実施形態に係わる配管モデルの概要図である。It is a schematic diagram of a piping model concerning an embodiment of the present invention. ラチェット歪のメカニズムの説明図であり、軸方向応力と周方向歪との関係を表す概要図である。It is explanatory drawing of the mechanism of ratchet distortion, and is a schematic diagram showing the relationship between axial direction stress and circumferential direction strain. ラチェット歪のメカニズムの説明図であり、繰り返しサイクルごとの周方向歪の推移を表す概要図である。It is explanatory drawing of the mechanism of ratchet distortion, and is a schematic diagram showing transition of the circumferential distortion for every repetition cycle. 本発明の第1の実施形態に係わるラチェット歪の算出方法を表すフロー図である。It is a flowchart showing the calculation method of the ratchet distortion concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係わるラチェット歪の算定式の説明図であり、塑性域での周応力応力と軸方向応力との関係を表す概要図である。It is explanatory drawing of the calculation formula of the ratchet distortion concerning the 1st Embodiment of this invention, and is a schematic diagram showing the relationship between the circumferential stress stress and axial direction stress in a plastic region. 本発明の第1の実施形態に係わるラチェット歪の算定式により求められたラチェット歪線図である。It is a ratchet distortion diagram calculated | required by the calculation formula of the ratchet distortion concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係わるラチェット歪の算出方法を表すフロー図である。It is a flowchart showing the calculation method of the ratchet distortion concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係わるエルボ管の3次元FEM弾性解析で用いられるモデルの一例を表すメッシュ図である。It is a mesh figure showing an example of the model used by the three-dimensional FEM elasticity analysis of the elbow pipe concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係わるエルボ管の簡易非弾性解析で用いられる梁モデルの一例を表す概要図である。It is a schematic diagram showing an example of the beam model used by the simple inelastic analysis of the elbow pipe concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係わるエルボ管の簡易非弾性解析で用いられる部材特性を表す線図である。It is a diagram showing the member characteristic used by the simple inelastic analysis of the elbow pipe concerning the 2nd Embodiment of this invention. 実施例1と比較例1によるラチェット歪の算出結果を比較した散布図である。It is a scatter diagram which compared the calculation result of ratchet distortion by Example 1 and comparative example 1. 実施例3の簡易非弾性解析による支点反力Nとエルボ中央断面での曲率kとの関係を表す線図である。It is a diagram showing the relationship between the fulcrum reaction force N by the simple inelastic analysis of Example 3, and the curvature k in an elbow center cross section. 実施例3、実施例4、比較例3について繰り返しサイクル数の進展に伴うラチェット歪の推移を表す線図である。It is a diagram showing transition of ratchet distortion accompanying the progress of the number of repeated cycles for Example 3, Example 4, and Comparative Example 3. ラチェット疲労を説明するための多軸ラチェット疲労試験結果である。It is a multi-axis ratchet fatigue test result for demonstrating ratchet fatigue.

以下に添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。   EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing this invention is demonstrated in detail, referring an accompanying drawing below. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified.

本発明は、内圧を受ける配管が繰り返し作用を受けた場合に配管に蓄積するラチェット歪を算出するラチェット歪算出方法である。ここでいう配管とは、図1の配管モデルの概要図に示すとおり、図1(a)の直管だけでなく、図1(b)のエルボ管等の異形管も含まれる。また、繰り返し作用とは、図1(a)のような軸方向の引張圧縮変形だけでなく、軸方向および周方向の曲げ変形も含まれる。なお、これ以降、添字のXXは管の軸方向を、YYは管断面の周方向をそれぞれ示すものとする。   The present invention is a ratchet strain calculation method for calculating ratchet strain accumulated in a pipe when the pipe receiving the internal pressure is repeatedly acted on. The piping referred to here includes not only the straight pipe of FIG. 1 (a) but also a deformed pipe such as an elbow pipe of FIG. 1 (b) as shown in the schematic diagram of the piping model of FIG. The repeated action includes not only axial tensile and compressive deformation as shown in FIG. 1A but also axial and circumferential bending deformation. In the following, the subscript XX indicates the axial direction of the pipe, and YY indicates the circumferential direction of the pipe cross section.

図2、図3に示す説明図を用いてラチェット歪のメカニズムを簡単に説明する。図2は、縦軸を軸方向応力σXX(引張を正)とし、横軸を周方向歪εYY(引張を正)とし、図1(a)に示すように直管モデルに内圧Pと軸方向繰り返し変位2δaが作用した場合の関係を示している。また、図3は繰り返しサイクルごとの周方向歪εYYの推移を示している。図2(a)、図3(a)は、弾性挙動の場合であり、図2(b)、図3(b)は非弾性挙動の場合をそれぞれ表している。
1つの繰り返しサイクルは、次の4ステップから構成されている。
1/4サイクル:引張変位δa1 が作用
2/4サイクル:δa1の戻り変位δa2 が作用
3/4サイクル:圧縮変位δa3が作用
4/4サイクル:δa3の戻り変位δa4が作用
The mechanism of ratchet distortion will be briefly described with reference to the explanatory diagrams shown in FIGS. In FIG. 2, the vertical axis is the axial stress σ XX (tensile is positive), the horizontal axis is the circumferential strain ε YY (tensile is positive), and as shown in FIG. axial repeated displacement 2.delta. a indicates the relationship in the case where the action. FIG. 3 shows the transition of the circumferential strain ε YY for each repeated cycle. 2 (a) and 3 (a) show cases of elastic behavior, and FIGS. 2 (b) and 3 (b) show cases of inelastic behavior, respectively.
One repetitive cycle is composed of the following four steps.
1/4 cycle: tensile displacement δa 1 acts
2/4 cycle: δa 1 return displacement δa 2 acts
3/4 cycle: compression displacement δa 3 acts
4/4 cycle: Return displacement δa 4 of δa 3 acts

まず、弾性挙動の場合について説明する。図2(a)に示すとおり、最初に内圧Pにより周方向歪ε0が発生し、初期点P0に移動する。その後、軸方向繰り返し変位δaに相当する軸方向応力σa(=δa×E、E:ヤング率)が引張側、圧縮側の順で作用し、ポアソン効果でそれぞれ引張側、圧縮側の周方向歪が発生する。弾性挙動であるため、1サイクル終了後は再び初期点P0に戻り、残留歪は生じない。図3(a)も同様である。 First, the case of elastic behavior will be described. As shown in FIG. 2A, first, a circumferential strain ε 0 is generated by the internal pressure P and moves to the initial point P 0 . Thereafter, axial stress σ a (= δ a × E, E: Young's modulus) corresponding to the axial repetitive displacement δ a acts in the order of the tension side and the compression side. Circumferential distortion occurs. Due to the elastic behavior, after the end of one cycle, it returns to the initial point P 0 again and no residual strain occurs. The same applies to FIG.

次に、非弾性挙動の場合について説明する。図2(b)に示すとおり、最初に初期点P0に移動し、その後、軸方向引張変位δa1に対応した軸方向引張応力が作用し、P1までは弾性挙動をする。P1で軸引張塑性開始点σb1に到達し、P2まで塑性変形して、周方向に引張塑性歪ε1が生じる。その後、戻り変位δa2によりP3に移動する。さらに、軸方向圧縮変位δa3に対応した軸方向圧縮応力が作用し、P4までは弾性挙動する。P4で軸圧縮塑性開始点σb2に到達し、P5まで塑性変形して、周方向に圧縮塑性歪ε2が生じる。 Next, the case of inelastic behavior will be described. As shown in FIG. 2 (b), first, it moves to the initial point P 0 , and thereafter, an axial tensile stress corresponding to the axial tensile displacement δ a1 acts, and it behaves elastically up to P 1 . At P 1 , the axial tensile plastic starting point σ b1 is reached, and plastic deformation is performed up to P 2 , and tensile plastic strain ε 1 is generated in the circumferential direction. Thereafter, the actuator moves to P 3 by the return displacement δ a2 . Furthermore, an axial compressive stress corresponding to the axial compressive displacement δ a3 acts, and elastic behavior is performed up to P 4 . At P 4 , the axial compression plastic starting point σ b2 is reached, and plastic deformation is performed up to P 5 , thereby generating a compressive plastic strain ε 2 in the circumferential direction.

この際、内圧Pが作用して周方向引張応力が生じている影響で、軸引張塑性開始点σb1は軸圧縮塑性開始点σb2よりも大きくなる(詳細は後述する)。そのため、周方向引張塑性歪ε1は周方向圧縮塑性歪ε2よりも大きくなり、繰り返しサイクル完了した時点(P6)で残留歪が生じる。この残留歪がラチェット歪εRである。図3(b)も同様である。 At this time, the axial tensile plastic starting point σ b1 becomes larger than the axial compressive plastic starting point σ b2 due to the influence of the internal pressure P acting to generate circumferential tensile stress (details will be described later). Therefore, the circumferential tensile plastic strain ε 1 becomes larger than the circumferential compressive plastic strain ε 2 , and residual strain is generated at the time when the repeated cycle is completed (P 6 ). This residual strain is the ratchet strain ε R. The same applies to FIG.

〔第1の実施形態〕
第1の実施形態では、主として薄肉直管に対するラチェット歪の算出方法を対象とする。なお、エルボ管等の異形管に対する算出方法は第2の実施形態で詳述する。
[First Embodiment]
The first embodiment is mainly directed to a ratchet strain calculation method for a thin straight pipe. A calculation method for a deformed pipe such as an elbow pipe will be described in detail in the second embodiment.

図4に、本実施形態に係わるラチェット歪の算出方法を表すフロー図を示す。本フローは、まず内圧と軸引張圧縮を受ける直管モデルでラチェット歪を算出する算定式を設定する第1ステップS10と、内圧と引張圧縮と曲げを受ける対象配管について等価応力範囲を算出する第2ステップS20と、算出された等価応力範囲を用いて算定式にて対象配管のラチェット歪を算出する第3ステップS30とを含んでいる。以下、第1ステップS10から第3ステップS30まで順を追って詳細に説明する。   FIG. 4 is a flowchart showing a ratchet distortion calculation method according to this embodiment. This flow starts with a first step S10 for setting a calculation formula for calculating ratchet strain in a straight pipe model subjected to internal pressure and axial tension compression, and a first step of calculating an equivalent stress range for a target pipe subject to internal pressure, tension compression and bending. 2 step S20, and 3rd step S30 which calculates the ratchet distortion of object piping by a calculation formula using the calculated equivalent stress range. Hereinafter, the first step S10 to the third step S30 will be described in detail step by step.

第1ステップS10では、内圧と軸方向に繰り返し引張圧縮を受ける直管モデルを用意する(S11)。次に引張圧縮による軸方向応力範囲と、内圧による周方向応力σYYとから、繰り返しサイクルあたりのラチェット歪を算出する算定式を設定する(S12)。例えば、算定式は次の通りに設定できる。 In the first step S10, a straight pipe model that repeatedly undergoes tensile compression in the axial direction and the axial direction is prepared (S11). Next, a calculation formula for calculating the ratchet strain per repeated cycle is set from the axial stress range due to tension and compression and the circumferential stress σ YY due to internal pressure (S12). For example, the calculation formula can be set as follows.

まず、Misesの降伏条件は、次の(1)式で与えられる。

Figure 2011027484
First, Mises' yield condition is given by the following equation (1).
Figure 2011027484

塑性歪増分が降伏曲面の法線成分に比例すると仮定すると、塑性歪増分dεP ijは次の(2)式で与えられる。

Figure 2011027484
Assuming that the plastic strain increment is proportional to the normal component of the yield surface, the plastic strain increment dε P ij is given by the following equation (2).
Figure 2011027484

内圧が一定で周方向応力および径方向応力が変化しないと考えると、dεP ijは次の(3)式で与えられ、軸方向の歪増分dεXXは、(4)式で与えられる。その結果、軸方向応力増分dσXXは(5)式で与えられる。

Figure 2011027484
Figure 2011027484
Figure 2011027484
Assuming that the internal pressure is constant and the circumferential stress and the radial stress do not change, dε P ij is given by the following equation (3), and the axial strain increment dε XX is given by equation (4). As a result, the axial stress increment dσ XX is given by equation (5).
Figure 2011027484
Figure 2011027484
Figure 2011027484

(5)式を(3)式に代入して整理すると、最終的に周方向塑性歪増分dεP YY
は(6)式で与えられる。また, 全歪増分dεYYは(7)式で与えられる。

Figure 2011027484
Figure 2011027484
Substituting equation (5) into equation (3) and rearranging, finally, circumferential plastic strain increment dε P YY
Is given by equation (6). The total strain increment dε YY is given by equation (7).
Figure 2011027484
Figure 2011027484

ここで、材料は弾完全塑性体と仮定し、軸方向に引張圧縮の繰返しを与えた場合の応力状態を考える。径方向応力を無視すると、塑性変形状態での引張側および圧縮側での軸方向応力σXXは(8)式で与えられる。

Figure 2011027484
Here, it is assumed that the material is an elastic perfect plastic body, and the stress state is considered when tensile and compression are repeated in the axial direction. If the radial stress is ignored, the axial stress σ XX on the tension side and the compression side in the plastic deformation state is given by equation (8).
Figure 2011027484

次に、ラチェット変形が起こる条件を考える。軸応力範囲が(8)式で与えられる引張りと圧縮での軸方向応力の差よりも小さければ、弾塑性サイクル後に弾性挙動を示すシャイクダウンを起こし、ラチェット変形は生じない。したがって、シェイクダウン限界軸方向応力範囲ΔσS XXは、(9)式で与えられる。

Figure 2011027484
Next, consider the conditions under which ratchet deformation occurs. If the axial stress range is smaller than the difference between the axial stresses in tension and compression given by equation (8), a squeakdown that shows elastic behavior occurs after the elastoplastic cycle, and ratchet deformation does not occur. Therefore, the shake-down limit axial stress range Δσ S XX is given by equation (9).
Figure 2011027484

ここで、(8)式と(9)式の関係を図に示すと、図5の通りとなる。図5は、縦軸に周応力応力σYY(引張を正)を、横軸に軸方向応力σXX(引張を正)をそれぞれ降伏応力σyで正規化した値をとっている。(8)式の結果は右側に傾斜した楕円(ミーゼスの楕円と呼ばれる)となり、(9)式の結果は縦軸を固定した場合の横軸の範囲として表される。
例えば、図中にはσYY/σy=0.5とした場合のσXX/σyの範囲(-0.65〜1.15)を示している。(8)式の値は、前述の塑性開始点に該当し、これより、降伏応力比で0.5の周方向引張応力を生じさせる内圧Pが作用する場合には、引張側塑性開始点σb1(降伏応力比1.15)は圧縮側塑性開始点σb2(降伏応力比0.65)よりも大きくなることが分かる。
Here, the relationship between the equations (8) and (9) is shown in FIG. FIG. 5 shows values obtained by normalizing the circumferential stress stress σ YY (positive tensile) on the vertical axis and the axial stress σ XX (positive tensile) on the horizontal axis with the yield stress σ y , respectively. The result of equation (8) is an ellipse tilted to the right (called Mises ellipse), and the result of equation (9) is expressed as the range of the horizontal axis when the vertical axis is fixed.
For example, the figure shows the range of σ XX / σ y (−0.65 to 1.15) when σ YY / σ y = 0.5. The value of the equation (8) corresponds to the above-described plastic starting point, and from this, when an internal pressure P that causes a circumferential tensile stress of 0.5 in the yield stress ratio is applied, the tensile-side plastic starting point σ b1 ( It can be seen that the yield stress ratio 1.15) is larger than the compression side plastic starting point σ b2 (yield stress ratio 0.65).

一方、(6)式から軸方向の仮想弾性応力範囲σE XXと引張圧縮での1サイクルあたりの周方向ラチェット歪ΔεR YYの関係は、ヤング率Eを用いて最終的に(10)式で与えられる。ここで、仮想弾性応力範囲σE XXとは、弾性体と仮定した場合に作用する応力範囲のことである。軸方向仮想弾性応力範囲σE XXを用いることで、塑性域でのラチェット現象を、弾性解析で簡易に評価することができる。

Figure 2011027484
On the other hand, from the equation (6), the relationship between the axial virtual elastic stress range σ E XX and the circumferential ratchet strain Δε R YY per one cycle in tension and compression is finally expressed by using the Young's modulus E (10) Given in. Here, the virtual elastic stress range σ E XX is a stress range acting when an elastic body is assumed. By using the axial virtual elastic stress range σ E XX , the ratchet phenomenon in the plastic region can be easily evaluated by elastic analysis.
Figure 2011027484

また、この(10)式中の応力と歪をそれぞれ降伏応力と降伏歪で正規化すると(11)式の通りとなる。正規化した値には上側に〜を表記した。

Figure 2011027484
Further, when the stress and strain in the equation (10) are normalized by the yield stress and the yield strain, respectively, the equation (11) is obtained. The normalized value is marked with ~ on the upper side.
Figure 2011027484

図6に(11)式から求めたラチェット歪線図を示す。縦軸は内圧による軸方向仮想弾性応力範囲σE XXを、横軸は内圧による周応力σYYをとり、それぞれ降伏応力σyで正規化している。図中のεRは降伏歪で正規化した1サイクルあたりのラチェット歪ΔεR YYである。図中のElasticと表示された領域は弾性範囲であり、Shakedownと表示された領域では塑性領域であっても弾性シェイクダウンが発生する範囲であり、それぞれラチェット歪は発生しない。
Ratchetingと生じされた領域ではラチェット歪が発生することになる。例えば、横軸が0.5(内圧による周応力σYYが降伏応力σyの0.5倍)の時に、縦軸が3.0(軸方向仮想弾性応力範囲σE XXが降伏応力σyの3倍)であれば、εR=1.0となり、降伏歪εy相当のラチェット歪εRが発生することが読み取れる。
FIG. 6 shows a ratchet distortion diagram obtained from the equation (11). The vertical axis represents the axial virtual elastic stress range σ E XX due to the internal pressure, and the horizontal axis represents the peripheral stress σ YY due to the internal pressure, each normalized by the yield stress σ y . Ε R in the figure is a ratchet strain Δε R YY per cycle normalized by the yield strain. In the figure, the region indicated as Elastic is the elastic range, and the region indicated as Shakedown is the range where the elastic shakedown occurs even in the plastic region, and ratchet strain does not occur.
In the region where ratcheting occurs, ratchet distortion will occur. For example, when the horizontal axis is 0.5 (circumferential stress σ YY due to internal pressure is 0.5 times the yield stress σ y ), the vertical axis is 3.0 (the axial virtual elastic stress range σ E XX is 3 times the yield stress σ y ) For example, ε R = 1.0, and it can be seen that a ratchet strain ε R corresponding to the yield strain ε y is generated.

(10)式、(11)式のラチェット歪算定式の妥当性についてはFEM弾塑性解析により検証済みである。よって、本算定式によれば、シェイクダウン限界軸方向応力範囲ΔσS XXよりも軸方向仮想弾性応力範囲ΔσE XXが大きい場合に、その大きさに応じてラチェット歪εRが発生するとの前提に基づき、少ないパラメータで簡易かつ高精度でラチェット歪εRを算出できる。 The validity of the ratchet strain calculation formulas (10) and (11) has been verified by FEM elastic-plastic analysis. Therefore, according to this calculation formula, when the axial virtual elastic stress range Δσ E XX is larger than the shakedown limit axial stress range Δσ S XX, it is assumed that the ratchet strain ε R is generated according to the magnitude. Based on the above, the ratchet strain ε R can be calculated easily and with high accuracy with a small number of parameters.

なお、ラチェット歪の算定式は、以上説明した通り、いくつかの仮定を設けて理論式より設定するだけでなく、実験結果や解析結果の重回帰分析により設定しても良い。   As described above, the ratchet strain calculation formula may be set not only by theoretical assumptions with some assumptions but also by multiple regression analysis of experimental results and analysis results.

次に、第2ステップS20では、まず、ラチェット歪εRの算出対象である対象配管を特定し、その仕様を確認する(S21)。ここで、主に確認すべき仕様としては、管厚t、内径dや、配管の拘束条件である。 Next, in the second step S20, first, a target pipe which is a calculation target of the ratchet strain ε R is specified, and its specification is confirmed (S21). Here, the specifications to be mainly confirmed are the tube thickness t, the inner diameter d, and the piping constraint conditions.

さらに、対象配管に作用する荷重変位条件を設定する(S22)。第1ステップS10では内圧と軸方向の繰り返し引張圧縮のみを考慮したが、第2ステップS20では現実の配管を対象とするため、軸方向や周方向の繰り返し曲げも考慮して荷重変位条件を設定する。   Furthermore, a load displacement condition that acts on the target pipe is set (S22). In the first step S10, only internal pressure and repeated tensile compression in the axial direction are considered. However, in the second step S20, since actual piping is targeted, load displacement conditions are set in consideration of repeated bending in the axial direction and circumferential direction. To do.

設定された荷重変位条件を反映して解析を行い、配管に作用する応力範囲(1サイクル中の最大応力と最小応力の差)を応力の種類ごとに算出する(S23)。算出するのは次の3つの応力範囲である。なお、ここでの応力範囲の算出には弾性解析を用いる。前述の通り、第1ステップの算定式では、構造計算の簡便化のため弾性解析での結果を用いてラチェット歪εRが評価できるようになっているためである。
ΔX:軸方向膜応力範囲
ΔXb:軸方向曲げ応力範囲
ΔYb:周方向曲げ応力範囲
The analysis is performed by reflecting the set load displacement condition, and the stress range (difference between the maximum stress and the minimum stress in one cycle) acting on the pipe is calculated for each type of stress (S23). The following three stress ranges are calculated. In addition, an elastic analysis is used for calculation of the stress range here. This is because the ratchet strain ε R can be evaluated using the result of the elastic analysis in the calculation formula of the first step, as described above, in order to simplify the structure calculation.
ΔX: Axial membrane stress range ΔX b : Axial bending stress range ΔY b : Circumferential bending stress range

このうち、軸方向膜応力範囲ΔXが、第1ステップの算定式で対象とした軸引張圧縮による応力範囲に該当する。つまり、対象配管に軸方向膜応力範囲ΔXのみが作用する場合には、第1ステップで設定した算定式を直接適用してラチェット歪εRを算出できる。しかし、軸方向曲げ応力範囲ΔXbや周方向曲げ応力範囲ΔYbが作用する場合には、配管に作用する応力状態が異なるため、この算定式を直接適用することが出来ない。 Among these, the axial film stress range ΔX corresponds to the stress range due to axial tension and compression targeted in the calculation formula of the first step. That is, when only the axial film stress range ΔX acts on the target pipe, the ratchet strain ε R can be calculated by directly applying the calculation formula set in the first step. However, when the axial bending stress range [Delta] X b and circumferential bending stress range [Delta] Y b is applied, since the stress state acting on the pipe is different, it is impossible to apply this calculation formula directly.

そこで、3つの応力範囲を1つの等価応力範囲ΔXeqを置き換える(S24)。ここで、等価応力範囲ΔXeqは(12)式で与えられる。2乗和の平方根を用いたのは、応力のベクトル和を求める際等に一般的に用いられているためである。

Figure 2011027484
Therefore, the three stress ranges are replaced with one equivalent stress range ΔX eq (S24). Here, the equivalent stress range ΔX eq is given by equation (12). The reason why the square root of the sum of squares is used is that it is generally used when obtaining a vector sum of stresses.
Figure 2011027484

次に第3ステップS30で、この等価応力範囲ΔXeqを、(10)式の仮想弾性応力範囲σ XXに代入して、同式を用いてラチェット歪Δεを算出する(S31)。
なお、(12)式の通り3つの応力範囲を用いて等価応力範囲ΔXeqを算出するだけでなく、1または2以上の応力範囲を選択して、選択された応力範囲を用いて等価応力範囲ΔXeqを算出しても良い。一部の応力範囲が卓越している場合には、卓越した応力範囲のみを用いても、算出精度に大差がないためである。
Next, in the third step S30, the equivalent stress range ΔX eq is substituted into the virtual elastic stress range σ E XX of the equation (10), and the ratchet strain Δε R is calculated using the equation (S31).
In addition, not only the equivalent stress range ΔX eq is calculated using the three stress ranges as shown in the equation (12), but one or more stress ranges are selected and the equivalent stress range is selected using the selected stress ranges. ΔX eq may be calculated. This is because when some stress ranges are excellent, there is no great difference in calculation accuracy even if only the excellent stress range is used.

最後に、繰り返しのサイクルの終了判定を行い(S32)、サイクルがまだ継続する場合にはS22に戻り、荷重変位条件を更新し、他の第2ステップS20の処理および第3ステップS30の処理を行う。なお、S31では各サイクルでのラチェット歪の増分とそれまでの累積値を算出する。サイクルが終了と判定された場合にはフローが完了する。   Finally, the end of the repeated cycle is determined (S32). If the cycle continues, the process returns to S22, the load displacement condition is updated, and the other second step S20 and third step S30 are performed. Do. In S31, an increment of ratchet distortion in each cycle and a cumulative value up to that time are calculated. If it is determined that the cycle is complete, the flow is complete.

以上説明の通り、本実施形態によれば、内圧と繰り返し軸方向引張圧縮のみが作用するシンプルな直管モデルでラチェット歪算定式を設定した上で、繰り返し曲げも作用する対象配管の複雑な応力状態(応力範囲)を1つの等価な値(等価応力範囲)に置き換えることで、同じ算定式を用いて比較的簡便に精度良く対象配管のラチェット歪を算出できる。   As described above, according to the present embodiment, after setting the ratchet strain calculation formula with a simple straight pipe model in which only the internal pressure and repeated axial tension and compression act, the complex stress of the target pipe that also acts repeatedly bending By replacing the state (stress range) with one equivalent value (equivalent stress range), the ratchet strain of the target pipe can be calculated relatively easily and accurately using the same calculation formula.

〔第2の実施形態〕
第2の実施形態では、主としてエルボ管等の異形管に対するラチェット歪εRの算出方法を対象とする。ここでは代表的にエルボ管を例にして説明するが、本実施形態の方法はT字管など他の異形管にも適用可能であることは言うまでもない。
[Second Embodiment]
The second embodiment is mainly directed to a method for calculating the ratchet strain ε R for a deformed pipe such as an elbow pipe. Here, the elbow pipe is typically described as an example, but it goes without saying that the method of the present embodiment can also be applied to other deformed pipes such as a T-shaped pipe.

図7に第2の実施形態に係わるラチェット歪の算出フローを示す。図4に示す第1の実施形態とは、第1ステップS10と第3ステップS30は共通であるが、第2ステップS20が一部異なっている。よって、第1ステップS10の説明は省略し、第2ステップS20以降について説明する。   FIG. 7 shows a ratchet distortion calculation flow according to the second embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 4, the first step S10 and the third step S30 are common, but the second step S20 is partially different. Therefore, the description of the first step S10 is omitted, and the second step S20 and subsequent steps will be described.

本実施形態の第2ステップS20では、ラチェット歪の算出対象である対象エルボ管を特定し、その仕様を確認する(S21)。ここで、確認すべき仕様としては、管厚t、内径dだけでなく、エルボ曲げ半径Rも含まれる。さらに、対象エルボ管に作用する荷重変位条件を設定する(S22)。   In 2nd step S20 of this embodiment, the object elbow pipe which is the calculation object of ratchet distortion is specified, and the specification is checked (S21). Here, the specifications to be confirmed include not only the tube thickness t and the inner diameter d, but also the elbow bending radius R. Further, a load displacement condition acting on the target elbow pipe is set (S22).

次に、設定された荷重変位条件を反映して、弾性解析にて前述した3つの応力範囲(軸方向膜応力範囲ΔX、軸方向曲げ応力範囲ΔXb、周方向曲げ応力範囲ΔYb)を算出する(S23)。なお、エルボ部は、軸方向の曲げが作用した場合にエルボ中央部で周方向曲げが卓越するなど、通常の梁理論とは異なる挙動を示す。このため、図8に示すようなモデルを用いて3次元FEM弾性解析を行い、エルボ部の応力集中を反映して応力範囲を算出するのが好ましい。 Next, the above-described three stress ranges (axial film stress range ΔX, axial bending stress range ΔX b , circumferential bending stress range ΔY b ) are calculated by elastic analysis, reflecting the set load displacement conditions. (S23). It should be noted that the elbow part behaves differently from the normal beam theory, such as when the bending in the axial direction acts, the circumferential bending is dominant at the elbow center. Therefore, it is preferable to perform a three-dimensional FEM elastic analysis using a model as shown in FIG. 8 and calculate the stress range reflecting the stress concentration in the elbow part.

次に、設定された荷重変位条件を反映して簡易非弾性解析を行い、この非弾性解析によるエルボ部の変形量と、弾性解析によるエルボ部の変形量との比から求められる弾性追従係数qを算出する(S25)。   Next, a simple inelastic analysis is performed reflecting the set load displacement condition, and an elastic follow-up coefficient q obtained from the ratio of the amount of deformation of the elbow part by the inelastic analysis and the amount of deformation of the elbow part by the elastic analysis. Is calculated (S25).

簡易非弾性解析は、図9に示すように梁モデルを用いて行うことができる。このモデルの部材特性(曲げ剛性EI)は、図10に示すように直管部とエルボ部とで別々の特性をバイリニアで設定する。本実施形態では、図10(a)に示す弾完全塑性体による部材特性を対象とする。このうち、直管の部材特性は梁理論を用いて設定することができる。   The simple inelastic analysis can be performed using a beam model as shown in FIG. As for the member characteristics (bending rigidity EI) of this model, different characteristics are set bilinearly in the straight pipe portion and the elbow portion as shown in FIG. In this embodiment, the member characteristic by the elastic perfect plastic body shown to Fig.10 (a) is made into object. Among these, the member characteristics of the straight pipe can be set using beam theory.

一方、エルボ部の部材特性は次の方法で設定する。エルボ部の初期曲げ剛性(EI’)は、後述するパイプ係数λを用いて直管部の初期曲げ剛性(EI)を低減した値を用いる。この低減は公知の理論を用いればよく、ここでは詳細は省略する(非特許文献5等参照)。 On the other hand, the member characteristics of the elbow part are set by the following method. As the initial bending stiffness (EI 0 ′) of the elbow portion, a value obtained by reducing the initial bending stiffness (EI 0 ) of the straight pipe portion using a pipe coefficient λ described later is used. For this reduction, a known theory may be used, and details are omitted here (see Non-Patent Document 5 etc.).

次にエルボ部の塑性開始点を求める。ここでは、面内曲げモーメントMiと内圧Pが作用するエルボ部を対象として、その手順を説明する。 Next, the plastic starting point of the elbow is obtained. Here, the procedure will be described for the elbow portion where the in-plane bending moment M i and the internal pressure P act.

まず、(13)式によりエルボ部の参照応力σR(面内曲げモーメントMiによる参照応力σRMi、内圧Pによる参照応力σRP)を求め、(14)式により相当参照応力を求める(非特許文献5参照)。次に、(1)式のMises応力に相当参照応力を代入して、降伏の判定を行い、降伏に至った時点を塑性開始点として設定する。

Figure 2011027484
Figure 2011027484
First, a reference stress σ R (reference stress σ RMi due to in-plane bending moment M i , reference stress σ RP due to internal pressure P) of the elbow portion is obtained from equation (13), and equivalent reference stress is obtained from equation (14) (non- (See Patent Document 5). Next, the equivalent reference stress is substituted into the Mises stress in the equation (1) to determine the yield, and the time when the yield is reached is set as the plastic start point.
Figure 2011027484
Figure 2011027484

設定された部材特性を用いて、図9に示す梁モデルに強制変位を作用した非弾性解析を行い、エルボ部の曲率kPを求める。さらに、直管部とエルボ部の部材特性をそれぞれ初期剛性とした弾性解析も行い、同様にエルボ部の曲率kEを求める。その結果を用いて、(15)式により弾性追従係数qを算出する。
(数15)
q=kP/kE ------------------------------- (15)式
An inelastic analysis in which a forced displacement is applied to the beam model shown in FIG. 9 is performed using the set member characteristics, and the curvature k P of the elbow portion is obtained. Further, an elastic analysis is performed in which the member characteristics of the straight pipe portion and the elbow portion are respectively set to initial stiffness, and the curvature k E of the elbow portion is similarly obtained. Using the result, the elastic follow-up coefficient q is calculated by the equation (15).
(Equation 15)
q = k P / k E ------------------------------ Equation (15)

図10(a)に示すように、直管部よりもエルボ部の塑性開始点は低くなるため、直管部よりも先にエルボ部が塑性化することが分かる。塑性化した後は、エルボ部の曲げ剛性が低下するため、エルボ部のみに変形が集中することになる。この影響を反映するため、算出された弾性追従係数qを用いて、処理S23で求められた応力範囲を補正する。   As shown in FIG. 10A, since the plastic starting point of the elbow part is lower than that of the straight pipe part, it can be seen that the elbow part becomes plastic before the straight pipe part. After plasticization, the bending rigidity of the elbow part decreases, so that deformation concentrates only on the elbow part. In order to reflect this influence, the stress range calculated | required by process S23 is correct | amended using the calculated elastic tracking coefficient q.

この補正法としては、周方向曲げ応力範囲ΔYbに弾性追従係数qを乗じて修正周方向曲げ応力範囲ΔYb’(=ΔYb×q)を算出し(S26)、(16)式により修正等価応力範囲ΔXeq’を算出する方法がある(S24)。この補正によれば、エルボ部の中で特に増幅されやすい周方向曲げ応力範囲に弾性追従係数を乗じて補正することで、エルボの形状特性を適切に反映して、より合理的なラチェット歪を算出できる。

Figure 2011027484
As this correction method, the circumferential bending stress range [Delta] Y b elastic coefficient of following q modifications circumferential bending by multiplying the stress in the range ΔY b '(= ΔY b × q) calculates (S26), modified by (16) There is a method of calculating the equivalent stress range ΔX eq ′ (S24). According to this correction, a more rational ratchet distortion can be achieved by appropriately reflecting the shape characteristics of the elbow by multiplying the elastic bending coefficient by the circumferential bending stress range that is particularly easily amplified in the elbow. It can be calculated.
Figure 2011027484

なお、(16)式の通り3つの応力範囲を用いて修正等価応力範囲ΔXeq’を算出するだけでなく、少なくとも修正周方向曲げ応力範囲ΔYb’を含むように1または2以上の応力範囲を選択して、選択された応力範囲を用いて修正等価応力範囲ΔXeq’を算出しても良い。 It should be noted that not only the corrected equivalent stress range ΔX eq ′ is calculated using the three stress ranges as in equation (16), but also one or more stress ranges so as to include at least the corrected circumferential bending stress range ΔY b ′. And the corrected equivalent stress range ΔX eq ′ may be calculated using the selected stress range.

別の補正法として、(12)式で求められた等価応力範囲ΔXeqに弾性追従係数qを乗じて修正等価応力範囲ΔXeq’(=ΔXeq×q)を算出する方法もある(図示せず)。等価応力範囲全体に弾性追従係数qを乗じて補正することで、より安全側にラチェット歪を算出できる。 As another correction method, (12) there is a method of calculating the elastic coefficient of following modified by multiplying the q equivalent stress range ΔX eq '(= ΔX eq × q) in the equivalent stress range [Delta] X eq determined by the formula (shown ) By correcting the entire equivalent stress range by multiplying by the elastic follow-up coefficient q, the ratchet strain can be calculated more safely.

算出された修正等価応力範囲ΔXeq’を用いて、第3ステップS30でラチェット歪を算出する(S31)。これ以降の処理は第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。 Using the calculated corrected equivalent stress range ΔX eq ′, ratchet strain is calculated in the third step S30 (S31). Since the subsequent processing is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

以上説明の通り、第2の実施形態によれば、エルボ部を有する対象配管について、等価応力範囲を弾性追従係数qで補正することで、エルボ部の塑性化により変形が集中する影響を簡易かつ適切に反映してラチェット歪を算出できる。   As described above, according to the second embodiment, by correcting the equivalent stress range with the elastic follow-up coefficient q for the target pipe having the elbow part, the influence of deformation due to plasticization of the elbow part can be simplified and simplified. The ratchet distortion can be calculated appropriately.

〔第3の実施形態〕
第2の実施形態では弾完全塑性体を対象としていたため、繰り返しサイクルあたりのラチェット歪ΔεRは変化せず、繰り返しサイクルに比例してラチェット歪εRが増加する結果となる。しかし、実際には歪硬化の影響により、ラチェット歪εRは繰り返しサイクルの進展に伴い一定値に収束していくことが知られている(独立行政法人原子力安全基盤機構、「原子力施設耐震信頼性実証試験配管系終局強度耐震実証試験」(平成10〜15年)参照)。
[Third Embodiment]
Since the second embodiment is intended for an elastic perfect plastic body, the ratchet strain Δε R per repeated cycle does not change, and the ratchet strain ε R increases in proportion to the repeated cycle. However, it is known that the ratchet strain ε R actually converges to a constant value as the cyclic cycle progresses due to the effect of strain hardening (Nuclear Safety Infrastructure Organization, “Nuclear Facility Seismic Reliability”). (Refer to "Practical test piping system ultimate strength seismic verification test" (Heisei 10 to 15)).

そこで、第3の実施形態では、第2の実施形態に加えて、歪硬化の影響を考慮できるように改良した。ここでは、歪硬化により対象配管が全体として硬化する全体硬化の影響と、歪硬化と歪み蓄積によりエルボ部が局所的に硬化する局所硬化の影響を考慮する。   Therefore, in the third embodiment, in addition to the second embodiment, the effect of strain hardening is improved. Here, the influence of the overall curing in which the target pipe is cured as a whole by strain hardening and the effect of the local curing in which the elbow part is locally cured by strain hardening and strain accumulation are considered.

まず、全体硬化の影響を考慮する方法について説明する。ここでは歪硬化の影響を反映したエルボ部の部材特性を設定し、設定された部材特性を用いて簡易非弾性解析を行い、繰り返しサイクルごとに弾性追従係数qを算出する(S25)。
面内曲げモーメントMiと内圧Pが作用するエルボ部を対象として、歪硬化の影響を反映した簡易非弾性解析の方法は次の通りである。
First, a method that takes into account the influence of overall curing will be described. Here, a member characteristic of the elbow part reflecting the effect of strain hardening is set, a simple inelastic analysis is performed using the set member characteristic, and an elastic follow-up coefficient q is calculated for each repeated cycle (S25).
A method of simple inelastic analysis that reflects the effect of strain hardening on the elbow where the in-plane bending moment M i and the internal pressure P act is as follows.

最初に、第2の実施形態と同様に、(13)式のエルボ部の参照応力σRの結果から(14)式により相当参照応力を求め、(1)式のMises応力に相当参照応力を代入して、降伏の判定を行い、降伏に至った時点を塑性開始点として設定する。 First, as in the second embodiment, the equivalent reference stress is obtained from the result of the reference stress σ R of the elbow part of the expression (13) by the expression (14), and the equivalent reference stress is calculated as the Mises stress of the expression (1). Substitution is performed to determine the yield, and the point in time when the yield is reached is set as the plastic start point.

塑性化以降は、次の(17)式により参照塑性歪増分ΔεP RMiを求める。さらに、参照塑性歪増分ΔεP RMiを用いて、(18)式より塑性曲率増分ΔkP Miを求める。

Figure 2011027484
Figure 2011027484
After plasticization, the reference plastic strain increment Δε P RMi is obtained by the following equation (17). Further, using the reference plastic strain increment Δε P RMi , the plastic curvature increment Δk P Mi is obtained from the equation (18).
Figure 2011027484
Figure 2011027484

エルボ部に作用するモーメントの増分ΔMと、求められた塑性曲率増分ΔkP Miとの関係から、エルボ部の塑性域での接線曲げ剛性を設定する。その結果、図10(b)に示すようにエルボ部では塑性化後も曲げ剛性が増加することになる。よって、全体硬化の影響を考慮した図10(b)の部材特性を用いると、弾完全塑性による図10(a)の部材特性を用いたよりも、エルボ部の曲率kPは小さくなり、弾性追従係数qも小さくなる。その結果、応力範囲の割り増し係数である弾性追従係数qが繰り返しサイクルの進展とともに低下することになり、ラチェット歪εRも減少する。 The tangential bending stiffness in the plastic region of the elbow portion is set from the relationship between the moment increment ΔM acting on the elbow portion and the obtained plastic curvature increment Δk P Mi. As a result, as shown in FIG. 10B, the bending rigidity of the elbow portion is increased even after plasticization. Therefore, using the member characteristics shown in FIG. 10B in consideration of the effect of overall hardening, the curvature k P of the elbow portion is smaller than that using the member characteristics shown in FIG. The coefficient q is also reduced. As a result, the elastic follow-up coefficient q, which is an additional coefficient of the stress range, decreases with the progress of the repeated cycle, and the ratchet strain ε R also decreases.

次に、局所硬化の影響を考慮する方法について説明する。エルボ部には繰り返しサイクルの進展とともにラチェット歪εRが蓄積するが、歪硬化を考慮すれば、次のサイクルでは降伏応力σyは増加する。その影響で、(9)式で求められるシェイクダウン限界軸方向応力範囲ΔσS XXも増加し、(10)式で求められる繰り返しサイクルあたりのラチェット歪ΔεRが減少する。 Next, a method for considering the influence of local curing will be described. The ratchet strain ε R accumulates in the elbow portion as the cycle progresses, but the yield stress σ y increases in the next cycle when strain hardening is taken into consideration. As a result, the shake-down limit axial stress range Δσ S XX obtained by equation (9) also increases, and the ratchet strain Δε R per repeated cycle obtained by equation (10) decreases.

以上説明の通り、第3の実施形態によれば、全体硬化と局所硬化の影響を考慮することで、繰り返しサイクルの進展に伴いラチェット歪の増分ΔεRが変化することを反映して、さらに合理的なラチェット歪εを算出できる。 As described above, according to the third embodiment, by considering the influence of global hardening and local hardening, it is further rationalized by reflecting that the ratchet strain increment Δε R changes with the progress of repeated cycles. Ratchet distortion ε R can be calculated.

なお、以上の記載では、第1の実施形態から第3の実施形態までのラチェット歪算出方法を詳細に説明しているが、同様の技術的思想をコンピュータのプログラムに適用し、コンピュータに処理を行わせてもよい。コンピュータのCPU等の計算領域において、上述のラチェット歪算出のための演算処理を行うことで、より簡便にかつ正確なラチェット歪εを算出することが可能となる。なお、コンピュータの利用は、これら実施形態に係わるラチェット歪算出方法に必ずしも必要ではなく、部分的にコンピュータを利用し、又は可能な限りその利用を少なくしても構わない。 In the above description, the ratchet distortion calculation method from the first embodiment to the third embodiment has been described in detail. However, the same technical idea is applied to a computer program, and the computer is processed. It may be done. It is possible to calculate the ratchet distortion ε R more easily and accurately by performing the above-described arithmetic processing for calculating the ratchet distortion in a calculation area such as a CPU of a computer. Note that the use of a computer is not necessarily required for the ratchet distortion calculation method according to these embodiments, and the computer may be partially used or the use thereof may be reduced as much as possible.

次に、本発明を実施例により図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
〔実施例1、比較例1〕
実施例1では、第1の実施形態の方法を用いて、直管のラチェット歪を算出した。また、比較例1では、三次元FEM弾塑性解析により同じ直管のラチェット歪を算出した。それぞれ、応力範囲を変化させた計22ケースについて検討した。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention in detail, referring drawings, this invention is not limited only to a following example.
[Example 1, Comparative Example 1]
In Example 1, straight tube ratchet distortion was calculated using the method of the first embodiment. Moreover, in the comparative example 1, the ratchet distortion of the same straight pipe was computed by the three-dimensional FEM elastic-plastic analysis. A total of 22 cases with different stress ranges were studied.

図11に、実施例1と比較例1によるラチェット歪を比較する。これより、ほとんどのケースで実施例1の結果は比較例1の結果を若干上回っており、第1の実施形態の方法は、直管においてほぼ安全側で近似のよいラチェット歪評価法であるといえる。   FIG. 11 compares ratchet strains according to Example 1 and Comparative Example 1. As a result, in most cases, the result of Example 1 is slightly higher than the result of Comparative Example 1, and the method of the first embodiment is a ratchet distortion evaluation method that has a good approximation on the safe side in a straight pipe. I can say that.

なお、一部のケースで実施例1の結果は比較例1の結果を下回っており、不安全側の結果が認められるが、これは3つの応力範囲がすべて降伏応力の16倍となる場合の結果である。これらが同時にこのような大きな値になることはないと考えられるため、ラチェット歪評価法としては問題ない。   In some cases, the result of Example 1 is lower than the result of Comparative Example 1, and the result on the unsafe side is recognized. This is the case when all three stress ranges are 16 times the yield stress. It is a result. Since these are not considered to have such a large value at the same time, there is no problem as a ratchet distortion evaluation method.

〔実施例2、比較例2〕
実施例2は、第2の実施形態の方法を用いて、次の仕様の90度エルボ管のラチェット歪を算出した。また、比較例2では、三次元FEM弾塑性解析により同じエルボ管のラチェット歪を算出した。
エルボ管の仕様)
構造寸法 管半径r 104mm, 厚さt 8.2mm
エルボ曲げ半径R 305mm
負荷条件 内圧P 21.67MPa
繰り返し変位D ±57.5mm
材料特性 ヤング率E 195Gpa
降伏応力σy 550MPa(弾完全塑性体)
[Example 2, Comparative Example 2]
In Example 2, the ratchet distortion of the 90-degree elbow tube having the following specifications was calculated using the method of the second embodiment. In Comparative Example 2, ratchet strain of the same elbow pipe was calculated by three-dimensional FEM elasto-plastic analysis.
Elbow pipe specifications)
Structure dimensions Pipe radius r 104mm, thickness t 8.2mm
Elbow bending radius R 305mm
Load condition Internal pressure P 21. 67MPa
Repeated displacement D ± 57.5mm
Material properties Young's modulus E 195Gpa
Yield stress σ y 550MPa (Elastoplastic)

実施例2において、弾性解析により応力範囲(降伏応力σyで正規化)を算出した結果は次の通りである。周方向曲げ応力範囲ΔYbが他に比べて2倍以上になっていることが分かる。
正規化軸方向膜応力範囲 :0.98
正規化軸方向曲げ応力範囲:2.45
正規化周方向曲げ応力範囲:5.74
In Example 2, the result of calculating the stress range (normalized by the yield stress σ y ) by elastic analysis is as follows. It can be seen that the circumferential bending stress range ΔYb is more than twice that of the others.
Normalized axial film stress range: 0.98
Normalized axial bending stress range: 2.45
Normalized circumferential bending stress range: 5.74

簡易非弾性解析を行った結果、弾性追従係数は4.02と求められ、(16)式より正規化修正等価応力範囲は降伏応力σy比で23.23となった。また、内圧による周方向応力は降伏応力σy比で0.5であった。その結果、ラチェット歪は降伏歪εy比で17.7となり、約5.0%と算出された。 As a result of simple inelastic analysis, the elastic follow-up coefficient was found to be 4.02, and the normalized corrected equivalent stress range was 23.23 in terms of yield stress σ y ratio from equation (16). The circumferential stress due to the internal pressure was 0.5 in terms of yield stress σ y ratio. As a result, the ratchet strain was 17.7 in terms of yield strain ε y ratio, and was calculated to be about 5.0%.

一方、比較例2では、ラチェット歪は4.8%と算出された。よって、実施形態2の方法は、弾完全塑性体のエルボ部において安全側で近似のよいラチェット歪評価法であるといえる。   On the other hand, in Comparative Example 2, the ratchet strain was calculated to be 4.8%. Therefore, it can be said that the method of the second embodiment is a ratchet strain evaluation method that is close to the safe side at the elbow portion of the elastic perfect plastic body.

〔実施例3、実施例4、比較例3〕
実施例3は、第3の実施形態の方法を用いて、実施例2と同じエルボ管のラチェット歪を算出した。実施例4は参考として局所硬化の影響を無視した場合(つまり全体硬化の影響のみ考慮した場合)についてラチェット歪を算出した。また、比較例3では、三次元FEM弾塑性解析により同じエルボ管のラチェット歪を算出した。
材料は直線的に等方硬化するとし、歪硬化係数Hは5Gpaとした。
[Example 3, Example 4, Comparative Example 3]
In Example 3, the ratchet strain of the same elbow pipe as Example 2 was calculated using the method of the third embodiment. In Example 4, ratchet strain was calculated for the case where the influence of local hardening was ignored (that is, only the influence of overall hardening was considered) as a reference. In Comparative Example 3, the ratchet strain of the same elbow pipe was calculated by three-dimensional FEM elasto-plastic analysis.
The material was linearly isotropically cured, and the strain hardening coefficient H was 5 Gpa.

図12は、実施例3の簡易非弾性解析による支点反力Nとエルボ中央断面での曲率kとの関係を示す。エルボの曲率は全体硬化により繰り返しサイクルの進展とともに減少している。この解析により得られたサイクル毎の弾性追従係数を用いて,(16)式により各サイクルの修正等価応力範囲を算定し、ラチェット歪を求めた。ただし、参照応力法においては引張・圧縮を区別せず、2サイクルの解析で配管の1サイクルの引張・圧縮を表すものと考えた。   FIG. 12 shows the relationship between the fulcrum reaction force N by the simple inelastic analysis of Example 3 and the curvature k at the elbow center cross section. The curvature of the elbow decreases with repeated cycles due to the overall curing. Using the elastic follow-up coefficient for each cycle obtained by this analysis, the corrected equivalent stress range for each cycle was calculated according to equation (16) to determine the ratchet strain. However, in the reference stress method, tension / compression was not distinguished, and it was considered that one cycle of pipe tension / compression was represented by a 2-cycle analysis.

図13は、実施例3、実施例4、比較例3について繰り返しサイクル数の進展に伴うラチェット歪の推移を示す。実施例3,実施例4とも、繰り返しサイクル毎のラチェット歪の増加分が減少していることが分かる。また、実施例4(全体硬化のみ考慮)よりも、実施例3(全体硬化と局所硬化を考慮)の方が比較例3に近い。よって、第3の実施形態の方法は、歪硬化するエルボ部において安全側で近似のよいラチェット歪評価法であるといえる。   FIG. 13 shows the transition of ratchet distortion with the increase in the number of repeated cycles for Example 3, Example 4, and Comparative Example 3. In both Example 3 and Example 4, it can be seen that the increase in ratchet distortion for each repeated cycle is reduced. Further, Example 3 (considering global curing and local curing) is closer to Comparative Example 3 than Example 4 (considering only overall curing). Therefore, it can be said that the method of the third embodiment is a ratchet strain evaluation method that is close to the safe side in the elbow portion that is strain-hardened.

εR YY 周方向ラチェット歪
ΔεR YY 繰り返しサイクルあたりの周方向ラチェット歪
ΔσE XX 軸方向仮想弾性応力範囲
ΔσS XX 弾性シェイクダウン限界軸方向応力範囲
σYY 周方向応力
σy 降伏応力
E ヤング率
ΔX 軸方向膜応力範囲
ΔXb 軸方向曲げ応力範囲
ΔYb 周方向曲げ応力範囲
ΔXeq 等価応力範囲
ΔXeq’ 修正等価応力範囲
ε R YY circumferential ratchet strain Δε R YY circumferential ratchet strain per repeated cycle Δσ E XX axial virtual elastic stress range Δσ S XX elastic shakedown critical axial stress range σ YY circumferential stress σ y yield stress E Young's modulus ΔX Axial membrane stress range ΔX b Axial bending stress range ΔY b Circumferential bending stress range ΔX eq Equivalent stress range ΔX eq 'Modified equivalent stress range

Claims (7)

内圧を受ける配管が繰り返し作用を受けた場合に配管に蓄積するラチェット歪を算出するラチェット歪算出方法であって、
軸方向に繰り返し引張圧縮を受ける直管モデルにおいて、引張圧縮による軸方向応力範囲と、内圧による周方向応力とから、繰り返しサイクルあたりのラチェット歪を算出する算定式を設定する第1ステップと、
引張圧縮と曲げを繰り返し受ける対象配管において、軸方向膜応力範囲と軸方向曲げ応力範囲と周方向曲げ応力範囲からなる3つの応力範囲を求め、該3つの応力範囲のうちから選択される1の応力範囲、または2以上の各応力範囲の2乗和の平方根からなる等価応力範囲を算出する第2ステップと、
算出した等価応力範囲を前記軸方向応力範囲に代入して、前記第1ステップで設定された算定式により、前記対象配管の繰り返しサイクルあたりのラチェット歪を算出する第3ステップと、を含むラチェット歪算出方法。
A ratchet strain calculation method for calculating ratchet strain accumulated in a pipe when a pipe subjected to internal pressure is repeatedly acted on,
In a straight pipe model subjected to repeated tensile compression in the axial direction, a first step of setting a calculation formula for calculating ratchet strain per repeated cycle from an axial stress range due to tensile compression and a circumferential stress due to internal pressure;
In a target pipe that repeatedly undergoes tensile compression and bending, three stress ranges including an axial film stress range, an axial bending stress range, and a circumferential bending stress range are obtained, and one of the three stress ranges is selected. A second step of calculating a stress range or an equivalent stress range consisting of a square root of the sum of squares of each of the two or more stress ranges;
A third step of substituting the calculated equivalent stress range into the axial stress range and calculating a ratchet strain per repetitive cycle of the target pipe according to the calculation formula set in the first step. Calculation method.
前記軸方向応力範囲は、前記直管モデルを弾性体と仮定した場合に作用する応力範囲である軸方向仮想弾性応力範囲ΔσE XXであり、
前記繰り返しサイクルあたりのラチェット歪ΔεR YYを算出する算定式は、内圧による周方向応力σYYと降伏応力σyとから求められる、弾塑性サイクル後に弾性挙動を示す弾性シェイクダウンが発生する限界の応力範囲である弾性シェイクダウン限界軸方向応力範囲ΔσS XXを用いて、次式の通りに表され、
前記3つの応力範囲は、弾性解析により求めることを特徴とする請求項1に記載のラチェット歪算出方法。
ΔσS XX=√{σYY 2−4(σYY 2−σy 2)}・・・・・・(1)
ΔεR YY=3σYY×(ΔσE XX/ΔσS XX−1)/E・・・・・(2)
ここに、
√{ }:括弧内の結果の平方根を算出する記号
E:ヤング率
The axial stress range is an axial virtual elastic stress range Δσ E XX that is a stress range that acts when the straight pipe model is assumed to be an elastic body,
The calculation formula for calculating the ratchet strain Δε R YY per repetitive cycle is the limit of occurrence of elastic shakedown that shows elastic behavior after the elastoplastic cycle, which is obtained from the circumferential stress σ YY and yield stress σ y due to internal pressure. Using the elastic shakedown limit axial stress range Δσ S XX , which is the stress range, it is expressed as
The ratchet strain calculation method according to claim 1, wherein the three stress ranges are obtained by elastic analysis.
Δσ S XX = √ {σ YY 2 −4 (σ YY 2 −σ y 2 )} (1)
Δε R YY = 3σ YY × (Δσ E XX / Δσ S XX −1) / E (2)
here,
√ {}: Symbol for calculating the square root of the result in parentheses E: Young's modulus
前記対象配管は、エルボ部を有する配管であり、
前記第2ステップは、
非弾性解析による前記エルボ部の変形量と、弾性解析による前記エルボ部の変形量との比から求められる弾性追従係数を算出し、
算出された弾性追従係数を用いて前記等価応力範囲を補正することを含むことを特徴とする請求項2に記載のラチェット歪算出方法。
The target pipe is a pipe having an elbow part,
The second step includes
Calculating the elastic follow-up coefficient determined from the ratio of the amount of deformation of the elbow part by inelastic analysis and the amount of deformation of the elbow part by elastic analysis;
The ratchet strain calculation method according to claim 2, comprising correcting the equivalent stress range using the calculated elastic follow-up coefficient.
前記補正では、
前記周方向曲げ応力範囲に前記弾性追従係数を乗じて修正周方向曲げ応力範囲を算出し、
前記軸方向膜応力範囲と前記軸方向曲げ応力範囲と前記修正周方向曲げ応力範囲のうちから、少なくとも前記修正周方向曲げ応力範囲を含むように選択される1の応力範囲、または2以上の各応力範囲の2乗和の平方根からなる修正等価応力範囲を算出することを特徴とする請求項3に記載のラチェット歪算出方法。
In the correction,
Multiplying the circumferential bending stress range by the elastic tracking coefficient to calculate a corrected circumferential bending stress range,
One stress range selected so as to include at least the modified circumferential bending stress range from the axial film stress range, the axial bending stress range, and the modified circumferential bending stress range, or each of two or more 4. The ratchet strain calculation method according to claim 3, wherein a corrected equivalent stress range including a square root of a sum of squares of the stress range is calculated.
前記補正では、
前記等価応力範囲に前記弾性追従係数を乗じて修正等価応力範囲を算出することを特徴とする請求項3に記載のラチェット歪算出方法。
In the correction,
The ratchet strain calculation method according to claim 3, wherein a corrected equivalent stress range is calculated by multiplying the equivalent stress range by the elastic tracking coefficient.
前記弾性追従係数は、歪硬化により前記対象配管が全体として硬化する全体硬化の影響により、繰り返しサイクルの進展とともに低下し、
前記シェイクダウン限界軸方向応力範囲ΔσS XXの算出に用いられる降伏応力σyは、歪硬化と歪蓄積により前記エルボ部が局所的に硬化する局所硬化の影響により、繰り返しサイクルの進展とともに増加することを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載のラチェット歪算出方法。
The elastic follow-up coefficient decreases with the progress of the repeated cycle due to the influence of the overall curing in which the target pipe is cured as a whole by strain hardening,
The yield stress σ y used to calculate the shakedown limit axial stress range Δσ S XX increases with the progress of repeated cycles due to the effect of local hardening in which the elbow part hardens locally due to strain hardening and strain accumulation. The ratchet distortion calculation method according to claim 3, wherein:
コンピュータにおいて、内圧を受ける配管が繰り返し作用を受けた場合に配管に蓄積するラチェット歪を算出するためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記コンピュータの記憶領域に、軸方向に繰り返し引張圧縮を受ける直管モデルにおいて、引張圧縮による軸方向応力範囲と、内圧による周方向応力とから、繰り返しサイクルあたりのラチェット歪を算出する算定式を記憶する第1ステップと、
引張圧縮と曲げを繰り返し受ける対象配管において、軸方向膜応力範囲と軸方向曲げ応力範囲と周方向曲げ応力範囲からなる3つの応力範囲を求め、該3つの応力範囲のうちから選択される1の応力範囲、または2以上の各応力範囲の2乗和の平方根からなる等価応力範囲を算出する第2ステップと、
算出した等価応力範囲を前記軸方向応力範囲に代入して、前記第1ステップで記憶された算定式により、前記対象配管の繰り返しサイクルあたりのラチェット歪を算出する第3ステップと、を実行させるラチェット歪を算出するためのプログラム。
In a computer, a program for calculating ratchet strain that accumulates in a pipe when the pipe receiving the internal pressure is repeatedly acted on,
On the computer,
In the storage area of the computer, in a straight pipe model subjected to repeated tensile compression in the axial direction, a calculation formula for calculating ratchet strain per repeated cycle is stored from the axial stress range due to tensile compression and the circumferential stress due to internal pressure. A first step to:
In a target pipe that repeatedly undergoes tensile compression and bending, three stress ranges including an axial film stress range, an axial bending stress range, and a circumferential bending stress range are obtained, and one of the three stress ranges is selected. A second step of calculating a stress range or an equivalent stress range consisting of a square root of the sum of squares of each of the two or more stress ranges;
A ratchet that executes a third step of substituting the calculated equivalent stress range into the axial stress range and calculating a ratchet strain per repeated cycle of the target pipe according to the calculation formula stored in the first step. A program for calculating distortion.
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