微小試験法と逆問題解析を用いた原子力プラント構造材料の高精度強度予測技術の開発

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本研究の目的は,微小試験法の一つであるシェアパンチ試験法と,有限要素法を用いた逆問題解析技術とを融合することにより,微小試験法のみを用いた従来の強度特性評価では成しえなかった,標準試験片による単軸引張試験と同等な材料の弾塑性変形挙動データが取得することのできる評価手法を開発し,手法を大型溶接構造部材の構造強度評価に適用し有効性を実証することにある.平成19年度は,シェアパンチ試験の実データとシェアパンチ試験を模擬した有限要素解析とにより,対象材料(オーステナイトステンレス鋼SUS316鋼)の短軸引張試験による応力-ひずみ曲線を予測しうる逆問題解析アルゴリズムの構築を試みた.シェアパンチ試験については,試験機の出力である荷重-変位曲線のほかに,破断までの変形過程における変形量,変形様式などを試験片の断面観察により求めた.有限要素解析においては,要素としては軸対象要素を,材料データとしては前述の短軸引張試験データを,主な接触部位には摩擦係数を変数とする接触要素を適用し,初期の境界条件は平成18年度最適化した条件を用いた.その結果,変形量が比較的小さい弾性変形領域および降伏直後程度までについては,繰返し計算による境界条件の最適化により,応力-ひずみ曲線が比較的精度良く取得できることが明らかとなった.しかし,変形量が比較的大きい塑性変形領域では,局所的に大きな変形が生じている領域において微小き裂の発生が断面観察により確認され,その影響により一意の解を得ることが出来なかった.これについては,き裂開口条件の定量的導出により,き裂開口に伴うエネルギー変化を解析条件として導入し,モデルを再構築する必要があると考えられる.