熱成層高サイクル熱疲労条件の推定を例としたクロスフィジックス逆問題解析手法の構築

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本研究の目的は、熱成層等による配管内の高サイクル熱疲労条件を、配管の外側で観測した温度分布あるいはひずみ分布から推定する逆問題解析手法を構築することにある。本年度の研究成果は以下の通りである。1.配管内部のスラグ流に伴う配管内面の周期的温度変動を外面温度観測から推定する問題に対する逆解析手法を構築し、観測誤差の影響を明らかにした。まず、内面温度変動に対する外面温度変動の温度減衰率と時間遅れを、温度変化の周波数とスラグ流の流速の関数により表した。この結果を用いて、周波数分解された外面温度履歴に、減衰率の逆数を乗じ、時間遅れを逆に早めることにより、配管内面の温度分布を求めた。また、外面の複数点における温度観測結果をもとに、スラグ流の流速を推定した。温度変化に複数の周波数成分が含まれる場合においても、良好な推定ができることが明らかとなった。外面で計測する温度履歴に含まれる観測誤差が推定結果に及ぼす影響を調べた。数理解析結果と有限要素解析結果に表れる温度減衰率の相違を考慮することにより、外面温度履歴より内面温度履歴およびスラグ流の速度を精度よく推定することができた。2.配管の減肉の状況を把握するため、外面温度変動履歴から配管減肉量を推定した。外面の計測精度が推定結果に及ぼす影響を明らかにした。3.配管にき裂が存在する場合、起動時および停止時には、高温流体あるいは低温流体の流入により、過渡的に高い応力拡大係数がき裂先端に発生する。内面温度履歴をべき関数で与えた時の応力拡大係数の解析結果を重ね合わせることにより、この応力拡大係数の過渡値を最小にするような、起動時あるいは停止時の流体温度履歴の与え方を求めた。提案した逆解析手法により、応力拡大係数の過渡的最大値が低減できることがわかった。