JP5804668B2

JP5804668B2 - 面内圧縮強度評価装置及び方法

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Publication number: JP5804668B2
Application number: JP2009139463A
Authority: JP
Inventors: 直輝小川; 健吾嶋村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2029-06-10
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Description

本発明は、蒸気発生器に用いられる管支持板に関する面内圧縮強度を解析する面内圧縮強度評価装置及び方法に関するものである。

原子力発電所では、原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、蒸気発生器において一次冷却水の熱により二次冷却水を加熱して二次蒸気を生成し、この二次蒸気を蒸気タービンに供給して蒸気タービンを回転し、発電機を駆動している。

図９は、原子力発電所で用いられている蒸気発生器の概略構成を示した図である。図９に示すように、蒸気発生器１は、堅型の外筒２、外筒２と一体的に形成された管板３、及び管板３に両端が挿入・接合されている多数の逆Ｕ字形の伝熱管７を備えている。種々の曲げ半径を有する多数の伝熱管７は伝熱管束を形成し、これは内筒４によって囲まれると共に多数の管支持板５により水平方向に支持されている。
管支持板５には、多数の伝熱管７が貫通するための貫通孔が形成されている。管支持板５は、伝熱管７の振動防止や相互間の間隔保持のために使用される。つまり、管支持板５を多数の伝熱管７が貫通しているため、伝熱管７の相互間の間隔が保持できるとともに、伝熱管７の振動防止を図り、更に、地震などにより横荷重（水平方向に作用する荷重）が作用したときに、この横荷重を管支持板５が支えるようになっている。

このような構成の蒸気発生器において、高温の加熱流体６は第１水室８に流入し、この加熱流体６が伝熱管７を貫流し、熱を与えて低温になり、第２水室９から流出する。加熱流体６は、例えば原子炉冷却材である。また、給水ノズル３０を通って流入した給水３１は、内筒４と外筒２との間を流れ下り、管板３の上面で反転して伝熱管７に沿って上昇する。その際、給水３１は、熱交換により加熱流体６から熱を奪い、昇温し、沸騰し、蒸気になる。その蒸気３３は、蒸気ノズル３４から流出し、例えば蒸気タービンに向かう。

図１０は、管支持板５を蒸気発生器１の上方から見た平面図である。図１０に示すように、管支持板５の外周には、所定の間隔をおいて、ウェッジ５０が設けられている。このウェッジ５０は、管支持板５が蒸気発生器内に配置されたときに、内筒４と管支持板５との間の隙間を埋めるためのものである。
また、管支持板５の中央部分（図ではクロスハッチングを施した部分）には、伝熱管７を貫通させるための多数の（例えば、数千個）の貫通孔１００（図１１参照）が形成されている。例えば、図１１に示すように、貫通孔１００の形状は六角形状をしており、この六角形状を形成する六つの辺１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６のうち、一つおきの辺１０２，１０４，１０６には、貫通孔１００の中心に向かって突出する突出部１００ａ，１００ｂ，１００ｃが形成されている。なお、図１１には、４つの貫通孔１００のみが示されているが、実際には、管支持板５には、このような貫通孔１００が、碁盤の目状に縦横方向に整列した状態で配置されている。このような各貫通孔１００を伝熱管７が貫通している状態において、伝熱管７の外周面と貫通孔１００の内周面との間には隙間が設けられており、この空間が二次冷却水や蒸気の流通路とされる。貫通孔１００は、伝熱管７を支持する機能の他、内筒４内を上昇流通する二次冷却水や蒸気を流通させる流路としての機能を果たしている。

ところで、地震等により蒸気発生器１が大きな横荷重を受けると、管支持板５にも横荷重が伝搬される。その際、管支持板５の面内圧縮強度が弱いと、貫通孔１００が潰れて伝熱管７に接触し、伝熱管７が変形（損傷）するおそれがある。このような事態の発生を防ぐため、管支持板５は一定の面内圧縮強度を有する必要がある。

従来、このような管支持板５における面内圧縮強度の評価は、管支持板５と同じ構造を有する小型の供試体を作成し、この供試体に横荷重を徐々に加えていき、管支持板５に形成された貫通孔１００が潰れて伝熱管７に接触したときの横荷重の値（以下「スティック荷重」という。）を読み取ることで行われていた。このように供試体を用いて評価を行うのは、管支持板５の実寸は少なくとも直径３ｍ、大きいものでは直径約６ｍにも及ぶことから、試験設備や条件等の種々の制約を受け、実機での面内圧縮強度評価が難しいからである。
このように供試体を用いて面内圧縮強度の評価を行うことで、実機において、横荷重がかかったときに、管支持板５にどのような変形が生じ、また、最も損傷を受ける管支持板内部における位置を推定することが可能となる。

特開２００８−２０９０６３号公報

ところで、貫通孔１００は、図１１に示したような配置とされているが、例えば、図中の矢印Ａの向きに荷重がかかった場合と、図中の矢印Ｂの向きに荷重がかかった場合とで面内強度が変わってくる。つまり、管支持板５は、荷重が与えられる方向によって面内強度が変化するという異方性を有する。このため、異方性を考慮して面内強度評価を行おうとすると、矢印Ａの向きに荷重をかけるための供試体と、矢印Ｂの向きに荷重をかけるための供試体との少なくとも２つの供試体を作成しなければならず、供試体の製作に多大な費用と労力とを投じなければならないという問題があった。

また、供試体の製作には製作誤差がつきものであるが、公差をふった供試体を製作することはコスト面からしてほとんど不可能であり、よって公差評価を行うことができないという問題があった。

更に、上述したように、実機における評価が不可能なために、供試体での評価を行うわけであるが、供試体による評価結果を実機に適用し、実機における面内圧縮強度の評価結果を推定する場合に、推定した評価結果を裏付ける情報が乏しく、信頼性が低いという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コスト低減並びに評価精度の向上を図ることのできる面内圧縮強度評価装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、蒸気発生器の内部に配置され、伝熱管が貫通する多数の貫通孔が形成された管支持板の面内圧縮強度を評価する面内圧縮強度評価装置であって、実際に使用される前記管支持板と略同じ構造を有する供試体を作成し、該供試体に形成された前記貫通孔の各々に所定長さの伝熱管を挿入した状態で荷重を与えて面内圧縮強度評価を行ったときの荷重と該供試体の変位量とに関する評価結果が第１情報として格納されている記憶部と、前記供試体の構造モデルを作成し、前記面内圧縮強度評価と同じ条件で面内圧縮強度評価をシミュレーションすることにより、荷重と構造モデルの変位量とに関する評価結果である第２情報を得る第１解析部と、前記第１解析部によって得られた第２情報が前記記憶部に格納されている前記第１情報に近づくように、面内圧縮強度に影響を与える構造モデルの要素因子を調整するための調整部と、前記第２情報が前記第１情報に最も近づいたとき、又は、第２情報と第１情報との差が許容範囲内となったときの前記要素因子が維持された状態で、前記構造モデルを前記蒸気発生器に実際に適用される前記管支持板の構造形状に展開し、展開した構造モデルを用いて面内圧縮強度評価を行う第２解析部とを具備する面内圧縮強度評価装置を提供する。

本発明によれば、実際に使用される管支持板と略同じ構造を有する供試体が作成され、この供試体に形成された貫通孔の各々に所定長さの伝熱管を挿入した状態で荷重が与えられることにより、実際に面内圧縮強度評価が行われる。そして、このときに得られた荷重と供試体の変位量とに関する評価結果が第１情報として記憶部に格納される。
また、第１の解析部により、供試体の構造モデルが作成され、この供試体の構造モデルを用いた面内圧縮強度評価が実際と同じ条件でシミュレーションされ、荷重と構造モデルの変位量とに関する評価結果である第２情報が取得される。第１情報と第２情報とが得られると、調整部により、第２情報が第１情報に近づくように、構造モデルの要素因子が調整される。このとき調整される要素因子は、面内圧縮強度に影響を与える要素因子である。そして、第２解析部により、第２情報が第１情報に最も近づいたときの要素因子が引き継がれたまま供試体の構造モデルが展開されて実機レベルの構造モデルが作成され、この構造モデルを用いて面内圧縮強度評価が行われる。

このように、供試体を用いて行われた実際の面内圧縮強度評価の評価結果に近いシミュレーション結果が得られるように、供試体の構造モデルの要素因子の調整が行われ、最も実際の評価結果に近い評価結果が得られたときの要素因子を持つ構造モデルを実機に展開して面内圧縮強度評価をシミュレーションするので、実験結果の再現性が担保された構造モデルを用いて実機のシミュレーションを行うことが可能となり、実機における評価結果の信頼性を高めることができる。
また、従来は異方性を考慮するために供試体を少なくとも２つ用意する必要があったが、本発明では、実際の管支持体の面内圧縮強度評価の特性を把握するために供試体を作成すればよいので、供試体は一つで足りる。従って、供試体の作成に要する費用や労力を軽減することができる。更に、シミュレーションであれば、様々な条件（角度や大きさ等）で荷重を与えることができ、バリエーション豊富な評価を行うことができる。
上記面内圧縮強度に影響を与える構造モデルの要素因子とは、例えば、構造モデルの材料因子及び構造モデルの変形を規定するための変形要素因子が挙げられる。材料因子としては、例えば、材料硬化則等が挙げられる。また、変形要素因子は、３次元モデル（ｘ，ｙ，ｚ）を２次元モデル（ｘ，ｙ）で簡易的に評価するために用いられる要素であり、例えば、平面応力要素、平面ひずみ要素等が挙げられる。平面応力要素は、ｚ軸方向の応力をゼロ、つまり、構造モデルがｚ軸方向に自由に変形することを規定する要素である。平面ひずみ要素は、ｚ軸方向のひずみをゼロ、つまり、構造モデルがｚ軸方向に変形しないことを規定する要素である。例えば、平面応力要素は、ｚ軸方向の厚みが薄い場合に適用され、平面ひずみ要素は、ｚ軸方向に十分な厚みがある場合に適用される。

上記面内圧縮強度評価装置において、前記第２解析部は、前記管支持板の外周に所定の間隔をあけて配置されたウェッジに対して、正弦波状または余弦波状に分布する荷重を与えることにより、面内圧縮強度評価を行うこととしてもよい。

このように、管支持板の外周に正弦波状または余弦波状に分布する荷重を与えることにより、地震等により振動が管支持板に伝搬されたときに管支持板に与えられる荷重を模擬することができ、現実に即した荷重を管支持板に与えることが可能となる。これにより、実際に地震等が発生したときの管支持板及びその内部の挙動等を把握することができる。

本発明は、蒸気発生器の内部に配置され、伝熱管が貫通する多数の貫通孔が形成された管支持板の面内圧縮強度を評価する面内圧縮強度評価方法であって、実際に使用される前記管支持板と略同じ構造を有する供試体を作成し、該供試体に形成された前記貫通孔の各々に所定長さの伝熱管を挿入した状態で荷重を与えて面内圧縮強度評価を行い、荷重と該供試体の変位量とに関する評価結果を第１情報として得る第１工程と、前記供試体の構造モデルを作成し、前記面内圧縮強度評価と同じ条件で面内圧縮強度評価をシミュレーションすることにより、荷重と構造モデルの変位量とに関する評価結果である第２情報を得る第２工程と、前記第２情報が前記第１情報に近づくように、面内圧縮強度に影響を与える構造モデルの要素因子を調整する第３工程と、前記第２情報が前記第１情報に最も近づいたとき、又は、第２情報と第１情報との差が許容範囲内となったときの前記要素因子が維持された状態で、前記構造モデルを前記蒸気発生器に実際に適用される前記管支持板の構造形状に展開し、展開した構造モデルを用いて面内圧縮強度評価を行う第４工程とを含み、前記第４工程は、前記管支持板の外周に所定の間隔をあけて配置されたウェッジに対して、正弦波状または余弦波状に分布する荷重を与えることにより、面内圧縮強度評価を行う面内圧縮強度評価方法を提供する。

本発明によれば、コスト低減を図ると共に評価精度を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る面内圧縮強度評価装置の概略構成を示したブロック図である。本発明の一実施形態に係る面内圧縮強度評価装置が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。供試体の概略構成を示した図である。面内圧縮強度評価に使用される載荷治具の概略構成を示した図である。面内圧縮強度評価の評価結果の一例を示した図である。実機における面内圧縮強度評価のシミュレーションにおいて、ウェッジに与えられる荷重の一例を示した図である。本発明の一実施形態に係る面内圧縮強度評価装置の動作フローを示した図である。実際の供試体に係る面内圧縮強度評価の評価結果とシミュレーションによる面内圧縮強度評価の評価結果とを比較して示した図である。原子力発電所で用いられている蒸気発生器の概略構成を示した図である。管支持板を蒸気発生器の上方から見た平面図である。貫通孔の形状及び配置の一例を示した図である。

以下に、本発明に係る面内圧縮強度評価装置及び方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る面内圧縮強度評価装置は、原子力発電所で使用される蒸気発生器の内部に配置され、伝熱管が貫通する多数の貫通孔が形成された管支持板の面内圧縮強度を評価する装置である。蒸気発生器の構造並びに本実施形態に係る内面圧縮強度評価装置が評価の対象とする管支持板は、図９及び図１０に示した構造をしており、これらの説明については、上述の通りである。即ち、管支持板５は、図１０及び図１１に示されるように、その中央部分に、伝熱管７を貫通させるための多数の貫通孔１００が形成されている。管支持板は、図９に示される蒸気発生器１の内部に水平状態で配置されるものであり、伝熱管７が貫通孔１００を鉛直方向に貫通する。貫通孔１００の形状は、例えば、図１１に示すように、六角形状をしている。また、伝熱管７が貫通孔１００を貫通した状態で、伝熱管７の外周面と貫通孔１００の内周面との間には隙間が設けられており、この空間が二次冷却水や蒸気の流通路とされる。

図１に、本実施形態に係る面内圧縮強度評価装置の概略構成を示す。図１に示すように、本実施形態に係る面内圧縮強度評価装置１０は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置１２、補助記憶装置１３、キーボードやマウスなどの入力装置１４、表示装置１５、及び外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置１６などで構成されている。

補助記憶装置１３は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置１３には、各種プログラム（例えば、面内圧縮強度評価プログラム）が格納されており、ＣＰＵ１１が補助記憶装置１３から主記憶装置１２にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。

図２は、面内圧縮強度評価装置１０が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図２に示されるように、面内圧縮強度評価装置１０は、記憶部２１と、第１解析部２２と、調整部２３と、第２解析部２４とを備えて構成されている。

記憶部２１には、蒸気発生器１に実際に使用される管支持板５と略同じ構造を有する供試体を作成し、該供試体に形成された貫通孔１００の各々に所定長さの伝熱管７を挿入した状態で荷重を与えて面内圧縮強度評価を行ったときの荷重と該供試体の変位量とに関する評価結果が第１情報として格納されている。

面内圧縮強度評価については、例えば、以下のように行われる。
まず、シミュレーションに先駆けて行われる面内圧縮強度評価では、蒸気発生器１に実際に使用される管支持板５と略同じ構造を有する供試体が作成される。図３に供試体の概略構成を示す。図３に示すように、供試体６０は、四角形とされており、多数の貫通孔１００が外枠部４０で挟まれた構成とされている。外枠部４０は、四辺のうちの対向する二辺（図３ではＸ方向に沿う二辺）にのみ設けられている。

図４は、面内圧縮強度評価に使用される載荷治具の概略構成を示した図である。載荷治具の基底には、ウェッジ５０が配置されており、このウェッジ５０の上に、供試体６０が固定される。このとき、供試体６０は、外枠部４０が底面及び上面になるように、即ち、図３において、Ｘ方向が水平方向、Ｙ軸が鉛直方向となるように、載荷治具に固定される。この状態で、供試体６０の各貫通孔１００には、所定長さの伝熱管７が挿入される。供試体６０の各貫通孔１００に伝熱管７が挿入された状態で、供試体６０の上面部から荷重が与えられることで、面内圧縮強度評価が実施される。面内圧縮強度評価では、荷重を所定量単位で与えていき、そのときの供試体６０の鉛直方向における変位量を供試体６０の両側面に配置された２つの変位計（図示略）により読み取ることで行われる。図５に、面内圧縮強度評価の評価結果の一例を示す。図５において、横軸は変位量、縦軸は荷重を示している。荷重が小さい領域では弾性変形により変位量の変化はあまりみられないが、荷重がある値を超えると、弾性変形から塑性変形に変わることにより、所定量当たりの荷重に対する変位量が大きくなる。

また、面内圧縮強度評価では、図５に示すグラフを得る他、スティック荷重の検出が行われる。このスティック荷重とは、荷重を管支持板５の外周から与えることで、徐々に板内部に形成された貫通孔１００が変形し、いずれか一つの貫通孔１００の内周面とその貫通孔１００を貫通している伝熱管７の外周面とが接触したときの荷重の値をいう。このスティック荷重は、例えば、所定単位で荷重を与える度に試験員が全ての貫通孔１００の状態を確認し、貫通孔１００の内周面が伝熱管７の外周面に接触している貫通孔を一つでも確認したときに、そのときに与えていた荷重の値を読み取ることにより検出される。

面内圧縮強度評価を行うことにより図５に示すような荷重と変位量とが対応付けられた情報（以下「第１情報」という。）及びスティック荷重が得られると、この第１の情報及びスティック荷重は面内圧縮強度評価装置内の記憶部（図２参照）に格納される。
なお、本実施形態では、図４に示すような構造の載荷治具を用い、供試体６０の上面部から荷重を与え、この荷重を基底に配置されたウェッジ５０で受けるような構造としたが、面内圧縮強度評価に用いられる載荷治具の構造はこの限りでなく、供試体６０に荷重を与え、荷重と変位量との関係が得られるような試験が可能な治具であれば足りる。

図２に戻り、第１解析部２２は、上述した実際の面内圧縮強度評価に使用された供試体６０の構造モデルを作成し、実際の面内圧縮強度評価と同じ条件の面内圧縮強度評価をシミュレーションすることにより、荷重と構造モデルの変位量とが対応付けられた第２情報を得る。
具体的には、第１解析部２２は、入力装置１４（図１参照）から入力される情報に基づいて、上述した実際の面内圧縮強度評価に使用された供試体の構造モデルを作成するためのプログラムを有しており、このプログラムを実行することで、供試体の構造モデルを作成する。
入力装置１４から入力される情報としては、例えば、形状因子、材料因子、境界条件、変形要素因子等が挙げられる。形状因子としては、例えば、モデル全体の大きさ、貫通孔の形状、配列等が挙げられる。材料因子としては、例えば、ヤング率や材料硬化則等が挙げられる。境界条件としては、例えば、ウェッジ５０の位置や、供試体６０の端部の拘束条件等が挙げられる。また、変形要素因子は、構造モデルの変形を規定するための変形要素因子であり、３次元モデル（ｘ，ｙ，ｚ）を２次元モデル（ｘ，ｙ）で簡易的に評価するために用いられる要素である。具体的には、平面応力要素、平面ひずみ要素等が挙げられる。平面応力要素は、ｚ軸方向の応力をゼロ、つまり、構造モデルがｚ軸方向に自由に変形することを規定する要素である。平面ひずみ要素は、ｚ軸方向のひずみをゼロ、つまり、構造モデルがｚ軸方向に変形しないことを規定する要素である。例えば、平面応力要素は、ｚ軸方向の厚みが薄い場合に適用され、平面ひずみ要素は、ｚ軸方向に十分な厚みがある場合に適用される。

オペレータによって入力装置１４を介して上述の種々の情報が入力されると、第１解析部２２はこれらの情報に基づいて構造モデルを作成する。そして、第１解析部２２は、数値解析手法を用いることにより、実際の面内圧縮強度評価と同じ条件の面内圧縮強度評価をシミュレーションする。これにより、荷重と構造モデルの変位量とが対応付けられた第２情報が取得される。なお、数値解析手法の一例としては、有限要素法が挙げられる。

調整部２３は、第１解析部２２によって得られた第２情報が記憶部２１に格納されている第１情報に近づくように、該構造モデルにおいて面内圧縮強度に影響を与える要素因子を調整する。
具体的には、調整部２３は、まず、記憶部２１に格納されている第１情報と第１解析部２２によって得られた第２情報との差分を算出し、この差分の最大値が予め設定されている許容範囲内であるか否かを判定する。

この結果、差分の最大値が許容範囲内でなければ、構造モデルを作成するのに用いられた上記各種要素因子のうち、材料因子及び変形要素因子の少なくとも一方を変更して、構造モデルを変更する。具体的には、本実施形態では、材料因子として材料硬化則が調整される。また、変形要素因子としては、例えば、予め設定されている平面応力要素、平面ひずみ要素等の複数の変形要素因子の中からいずれかの要素が選択される。

そして、変更後の構造モデルを用いた面内圧縮強度評価が第１解析部２２によって再度行われることにより、前回とは異なる第２情報が得られると、調整部２３は、この第２情報と第１情報とを再度比較し、差分の最大値が許容範囲内であるか否かを判定する。そして、調整部２３は、差分の最大値が許容範囲内となるまで、材料因子の材料硬化則と変形要素因子の組み合わせを繰り返し更新し、許容範囲内となる因子の条件を求める。

第２解析部２４は、調整部２３による調整により、第２情報と第１情報との差分が許容範囲内となったときの材料因子を有する構造モデルを、蒸気発生器１に実際に適用される管支持板５の構造形状に展開し、展開した構造モデルを用いて面内圧縮強度評価を行う。具体的には、実機への展開に際し、実機に関する種々の情報が入力装置１４から入力される。ここで入力される情報は、例えば、形状因子と境界条件である。第２解析部２４は、第１解析部２２が構造モデルの作成に用いた種々の入力情報のうち、形状因子と境界条件とを今回新たに入力された入力情報に更新することで、実機の構造モデルを作成する。

第１解析部２２で用いられた供試体の構造モデルを実機へ展開する際に、材料因子は、そのまま引き継がれる。このように、材料因子について、供試体の値をそのまま採用して実機の構造モデルを作成することにより、面内圧縮強度の評価に影響度の高い特性をそのまま引き継いだ形で実機の構造モデルが作成される。従って、この構造モデルを用いて行われる実機の面内圧縮強度評価の評価結果は、信頼性が高いものとなる。

実機の構造モデルにおける面内圧縮強度評価のシミュレーションについては、図６に示すように、各ウェッジ５０に対して、正弦波状（または余弦波状）の荷重を与えることにより実施される。このような荷重を与えたときの荷重と変位量を得ることにより、面内圧縮強度評価が行われる。また、実機における面内圧縮強度評価のシミュレーションにおいても、スティック荷重を検出することとしてもよい。

次に、上述した構成を備える面内圧縮強度評価装置の作用について、図７を参照して簡潔に説明する。
まず、面内圧縮強度評価装置における面内圧縮強度評価に先立って、供試体６０を用いた実際の面内圧縮強度評価が行われ（ステップＳＡ１）、このときに得られた荷重と供試体の変位量とが対応付けられた第１情報が記憶部２１に格納される（ステップＳＡ２）。
面内圧縮強度評価装置１０における面内圧縮強度評価では、第１解析部２２によって供試体６０の構造モデルが作成され、この供試体６０の構造モデルを用いて面内圧縮強度評価を実際と同じ条件でシミュレーションされ、荷重と構造モデルの変位量とが対応付けられた第２情報が取得される（ステップＳＡ３）。

第１情報と第２情報とが得られると、調整部２３により、第２情報が第１情報に近づくように、構造モデルの材料因子が調整されるとともに変形要素因子が選定される（ステップＳＡ４）。そして、第２解析部２４では、第２情報が第１情報に最も近づいたときの材料因子を持つ構造モデルが蒸気発生器に実際に適用される管支持板の構造形状に展開され、展開された構造モデルを用いて面内圧縮強度評価が行われる（ステップＳＡ５）。実機の構造モデルにおいて得られた面内圧縮強度評価結果は、記憶部２１に格納されるとともに、グラフ化されて表示装置１５に表示されることで、オペレータに提示される（ステップＳＡ６）。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る面内圧縮強度評価装置及び方法によれば、実際に行われた面内圧縮強度評価の評価結果に近いシミュレーション結果が得られるように、構造モデルのパラメータの合わせ込みを行い、最も実際の評価結果に近い評価結果が得られたときの要素因子を持つ構造モデルを実機に展開して面内圧縮強度評価をシミュレーションする。これにより、実験結果の再現性が担保された構造モデルを用いて実機のシミュレーションを行うことが可能となり、実機における評価結果の信頼性を高めることができる。

更に、供試体と同じ特性を持つ構造モデルが作成できれば、シミュレーションにより荷重の与え方は自由に設定できる。そのため、従来は異方性を考慮するために供試体を２つ用意する必要があったが、本実施形態では、供試体を１つ作成すれば足り、供試体の作成に要する費用や時間を軽減することが可能となる。

なお、本実施形態では、調整部２３が自動的に材料因子の材料硬化則や変形要素因子を更新し、適切な値を得るものとして説明したが、材料因子や変形要素因子の調整については、例えば、オペレータが入力装置１４から材料因子の値や変形要素因子を再入力することにより、調整されることとしてもよい。この場合、例えば、表示装置１５に図８に示すような第１情報と第２情報とを比較して示したグラフを表示し、この表示画面を確認しながらオペレータが入力装置１４から新たな材料因子の値を入力することにより、材料因子を調整する態様が考えられる。

また、本実施形態では、第１情報と第２情報との差分の最大値が許容範囲内となった場合に、構造モデルの要素因子の調整を終了し、このときの要素因子を持つ供試体の構造モデルを実機に展開することとしたが、これに代えて、例えば、第１情報と第２情報との差分の最大値が最小になった場合に、構造モデルの要素因子の調整を終了することとしてもよい。

また、本実施形態では、第１情報及び第２情報として、荷重と変位とが対応付けられた図５に示すような特性を採用し、これらの特性の差分の最大値が許容範囲内となった場合に構造モデルの要素因子の調整を終了したが、第１情報及び第２情報として、スティック荷重を採用することとしてもよい。この場合、調整部２３では、例えば、実際の内面圧縮強度評価において得られたスティック荷重と、第１解析部２２によって得られたスティック荷重との差分が最も小さくなった場合、または、スティック荷重の差分が予め設定されている許容範囲内（例えば、５％以内）となった場合に、構造モデルの要素因子の調整を終了することとしてもよい。

１蒸気発生器
５管支持板
７伝熱管
１０面内圧縮強度評価装置
１１ＣＰＵ
１２主記憶装置
１３補助記憶装置
１４入力装置
１５表示装置
１６通信装置
２１記憶部
２２第１解析部
２３調整部
２４第２解析部
４０外枠体
５０ウェッジ
６０供試体
１００貫通孔

Claims

蒸気発生器の内部に配置され、伝熱管が貫通する多数の貫通孔が形成された管支持板の面内圧縮強度を評価する面内圧縮強度評価装置であって、
実際に使用される前記管支持板と略同じ構造を有する供試体を作成し、該供試体に形成された前記貫通孔の各々に所定長さの伝熱管を挿入した状態で荷重を与えて面内圧縮強度評価を行ったときの荷重と該供試体の変位量とに関する評価結果が第１情報として格納されている記憶部と、
前記供試体の構造モデルを作成し、前記面内圧縮強度評価と同じ条件で面内圧縮強度評価をシミュレーションすることにより、荷重と構造モデルの変位量とに関する評価結果である第２情報を得る第１解析部と、
前記第１解析部によって得られた第２情報が前記記憶部に格納されている前記第１情報に近づくように、面内圧縮強度に影響を与える構造モデルの要素因子を調整するための調整部と、
前記第２情報が前記第１情報に最も近づいたとき、又は、第２情報と第１情報との差が許容範囲内となったときの前記要素因子が維持された状態で、前記構造モデルを前記蒸気発生器に実際に適用される前記管支持板の構造形状に展開し、展開した構造モデルを用いて面内圧縮強度評価を行う第２解析部と
を具備し、
前記第２解析部は、前記管支持板の外周に所定の間隔をあけて配置されたウェッジに対して、正弦波状または余弦波状に分布する荷重を与えることにより、面内圧縮強度評価を行う面内圧縮強度評価装置。
蒸気発生器の内部に配置され、伝熱管が貫通する多数の貫通孔が形成された管支持板の面内圧縮強度を評価する面内圧縮強度評価方法であって、
実際に使用される前記管支持板と略同じ構造を有する供試体を作成し、該供試体に形成された前記貫通孔の各々に所定長さの伝熱管を挿入した状態で荷重を与えて面内圧縮強度評価を行い、荷重と該供試体の変位量とに関する評価結果を第１情報として得る第１工程と、
前記供試体の構造モデルを作成し、前記面内圧縮強度評価と同じ条件で面内圧縮強度評価をシミュレーションすることにより、荷重と構造モデルの変位量とに関する評価結果である第２情報を得る第２工程と、
前記第２情報が前記第１情報に近づくように、面内圧縮強度に影響を与える構造モデルの要素因子を調整する第３工程と、
前記第２情報が前記第１情報に最も近づいたとき、又は、第２情報と第１情報との差が許容範囲内となったときの前記要素因子が維持された状態で、前記構造モデルを前記蒸気発生器に実際に適用される前記管支持板の構造形状に展開し、展開した構造モデルを用いて面内圧縮強度評価を行う第４工程と
を含み、
前記第４工程は、前記管支持板の外周に所定の間隔をあけて配置されたウェッジに対して、正弦波状または余弦波状に分布する荷重を与えることにより、面内圧縮強度評価を行う面内圧縮強度評価方法。