(57)【要約】【課題】破壊靱性値の分布およびばらつきを考慮した確率論的破壊解析を可能とする。【解決手段】実施形態によれば、破壊評価解析装置１００は、中性子照射量情報記憶部１１２と、構造物情報記憶部１１３と、き裂情報記憶部１１４と、外荷重情報記憶部１１５と、演算結果記憶部１１６を有する。また、破壊評価解析装置１００は、き裂の先端近傍の応力を算出する応力算出部１２１と、応力拡大係数Ｋを算出する応力拡大係数算出部１２２と、中性子照射量分布およびばらつきを設定する中性子照射量設定部１２３と、破壊靭性値ＫＩＣを算出する破壊靭性値導出部１２４と、破壊の有無を判定する破壊評価部１２５と、繰り返し判定部１２６と、破壊確率を算出する破壊確率算出部１２７とを有する。【選択図】図２
2017156237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子照射を受ける構造物の破壊確率を評価し、記憶部、演算部、入力部および出力部を具備する破壊評価解析装置であって、
前記記憶部は、
前記入力部に外部入力された前記構造物内の板厚方向の中性子照射量の分布およびそれぞれの箇所における中性子照射量のばらつきに関する中性子照射量情報を受け入れて記憶する中性子照射量情報記憶部と、
前記入力部に外部入力された前記構造物のポアソン比および縦弾性係数を含む構造物情報を受け入れて記憶する構造物情報記憶部と、
前記入力部に外部入力された前記構造物に生じているき裂に関するき裂情報を受け入れて記憶するき裂情報記憶部と、
前記入力部に外部入力された外荷重情報を受け入れて記憶する外荷重情報記憶部と、
前記演算部での演算結果を記憶する演算結果記憶部と、
を有し、
前記演算部は、
前記外荷重情報に基づいて前記構造物の前記き裂の先端近傍の応力を算出する応力算出部と、
前記応力と前記構造物情報記憶部に記憶されたき裂情報とに基づいて応力拡大係数Ｋを算出する応力拡大係数算出部と、
前記中性子照射量情報記憶部に記憶された前記中性子照射量情報に基づいて前記構造物の板厚方向の中性子照射量分布およびばらつきを設定する中性子照射量設定部と、
前記構造物情報記憶部に記憶された前記構造物情報と前記中性子照射量情報記憶部に記憶された前記中性子照射量情報とに基づいて破壊靭性値ＫＩＣを算出する破壊靭性値導出部と、
前記応力拡大係数Ｋと前記破壊靭性値ＫＩＣとを比較して破壊の有無を判定する破壊評価部と、
前記応力算出部、前記応力拡大係数算出部、前記中性子照射量設定部、前記破壊靭性値導出部、および前記破壊評価部により実行される繰り返しの演算回数が、前記入力部に外部入力された繰り返し回数以内であるかを判定する繰り返し判定部と、
前記破壊評価部での前記繰り返しの演算回数分の演算結果に基づいて前記構造物の破壊確率を算出する破壊確率算出部と、
を有することを特徴とする破壊評価解析装置。
【請求項２】
前記中性子照射量設定部は、前記構造物の板厚方向の各位置においての中性子照射量のばらつきが正規分布しているものとして扱うことを特徴とする請求項１に記載の破壊評価解析装置。
【請求項３】
前記中性子照射量設定部は、前記正規分布の中央値および標準偏差が前記構造物の板厚方向の深さの関数であるものとして扱うことを特徴とする請求項２に記載の破壊評価解析装置。
【請求項４】
前記中性子照射量設定部は、前記き裂の先端近傍の中性子照射量のばらつきの前記正規分布の標準偏差が前記き裂の先端近傍の中性子照射量の中央値に比例するものとして扱うことを特徴とする請求項２に記載の破壊評価解析装置。
【請求項５】
前記中性子照射量設定部は、前記き裂の先端近傍の中性子照射量のばらつきの前記正規分布の標準偏差が一定値であるものとして扱うことを特徴とする請求項２に記載の破壊評価解析装置。
【請求項６】
前記応力算出部は、前記き裂の先端近傍の応力のばらつきが正規分布しているものとして扱うことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の破壊評価解析装置。
【請求項７】
前記応力拡大係数算出部は、次の式により前記応力拡大係数Ｋを算出することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の破壊評価解析装置。
Ｋ＝（Ｆｍσｍ＋Ｆｂσｂ）√（πａ）
ただし、Ｆｍは膜応力分の重み係数、σｍは膜応力、Ｆｂは曲げ応力分の重み係数、σｂは曲げ応力、ａはき裂深さ、πは円周率を示す。
【請求項８】
前記応力拡大係数算出部は、ａ／ｔ（ｔは構造物の板厚）の関数として、膜応力分の重み係数Ｆｍ、および曲げ応力分の重み係数Ｆｂを算出することを特徴とする請求項７に記載の破壊評価解析装置。
【請求項９】
中性子照射を受ける構造物の破壊確率を評価する破壊評価システムであって、
前記構造物の表面における放射線量を測定する放射線検出器と、
前記構造物に生じたき裂を計測する探傷装置と、
演算部、記憶部、入力部および出力部を具備し、中性子照射量情報およびき裂情報に基づいて、前記構造物の破壊確率を算出する破壊評価解析装置と、
を備え、
前記記憶部は、
前記入力部に外部入力された前記構造物内の板厚方向の中性子照射量の分布およびそれぞれの箇所における中性子照射量のばらつきに関する中性子照射量情報を受け入れて記憶する中性子照射量情報記憶部と、
前記入力部に外部入力された前記構造物のポアソン比および縦弾性係数を含む構造物情報を受け入れて記憶する構造物情報記憶部と、
前記入力部に外部入力された前記構造物に生じているき裂に関するき裂情報を受け入れて記憶するき裂情報記憶部と、
前記入力部に外部入力された外荷重情報を受け入れて記憶する外荷重情報記憶部と、
前記演算部での演算結果を記憶する演算結果記憶部と、
を有し、
前記演算部は、
前記外荷重情報に基づいて前記構造物の前記き裂の先端近傍の応力を算出する応力算出部と、
前記応力と前記き裂情報記憶部に記憶された前記き裂情報とに基づいて応力拡大係数Ｋを算出する応力拡大係数算出部と、
前記中性子照射量情報記憶部に記憶された前記中性子照射量情報に基づいて前記構造物の板厚方向の中性子照射量分布およびばらつきを設定する中性子照射量設定部と、
前記構造物情報記憶部に記憶された前記構造物情報と前記中性子照射量情報記憶部に記憶された前記中性子照射量情報とに基づいて破壊靭性値ＫＩＣを算出する破壊靭性値導出部と、
前記応力拡大係数Ｋと前記破壊靭性値ＫＩＣとを比較して破壊の有無を判定する破壊評価部と、
前記応力算出部、前記応力拡大係数算出部、前記中性子照射量設定部、前記破壊靭性値導出部、および前記破壊評価部により実行される演算回数が、前記入力部に外部入力された繰り返し回数以内であるかを判定する繰り返し判定部と、
前記破壊評価部での前記繰り返し回数分の演算結果に基づいて前記構造物の破壊確率を算出する破壊確率算出部と、
を有することを特徴とする破壊評価システム。
【請求項１０】
前記中性子照射量設定部は、前記表面における中性子照射量にもとづき、前記き裂の先端における中性子照射量を次の式を用いて算出することを特徴とする請求項９に記載の破壊評価システム。
Φｔ＝Φ０ｔ・ｅｘｐ（−ｈ・ａ）
ただし、Φｔは前記き裂の先端における中性子照射量、Φ０ｔは前記表面における中性子照射量、ａは亀裂の深さ、ｈは定数を示す。
【請求項１１】
前記中性子照射量設定部は、定数ｈとして、（０．２４／２５．４）を用いることを特徴とする請求項１０に記載の破壊評価システム。
【請求項１２】
中性子照射を受ける構造物の破壊確率を評価する破壊評価方法であって、
入力部が繰り返し回数、前記構造物のき裂寸法を含むき裂情報、ポアソン比および縦弾性係数を含む構造物情報を読み込む読み込みステップと、
応力算出部が前記構造物のき裂先端近傍の応力を設定する応力算出ステップと、
応力拡大係数算出部が、前記応力と前記き裂寸法とに基づいて応力拡大係数Ｋを算出する応力拡大係数算出ステップと、
中性子照射量設定部が、中性子照射量情報記憶部に記憶された前記構造物内の板厚方向の中性子照射量の分布およびそれぞれの箇所における中性子照射量のばらつきに関する中性子照射量情報に基づいて前記構造物の板厚方向の中性子照射量分布を設定する中性子照射量分布設定ステップと、
破壊靭性値導出部が、前記構造物情報と前記中性子照射量情報とに基づいて破壊靭性値ＫＩＣを導出する破壊靭性値導出ステップと、
破壊評価部が、前記応力拡大係数Ｋと前記破壊靭性値ＫＩＣとを比較して破壊の有無を判定する破壊評価ステップと、
繰り返し判定部が、前記応力算出ステップないし前記破壊評価ステップまでの繰り返しの演算回数が前記入力部に外部入力された繰り返し回数に到達したか否かを判定し、到達していない場合は前記応力算出ステップに戻る繰り返し判定ステップと、
前記繰り返し判定ステップで繰り返し回数に到達したと判定された場合に、破壊確率算出部が、前記破壊評価部での繰り返し回数分の演算結果に基づいて前記構造物の破壊確率を算出する破壊確率算出ステップと、
を有することを特徴とする破壊評価方法。
【請求項１３】
前記中性子照射量分布設定ステップは、前記構造物の板厚方向の各位置においての前記中性子照射量のばらつきが正規分布しているものとして、前記繰り返し判定ステップごとに前記中性子照射量を確率的に求めることを特徴とする請求項１２に記載の破壊評価方法。
【請求項１４】
前記応力算出ステップは、前記構造物の板厚方向の各位置においての前記応力のばらつきが正規分布しているものとして、前記繰り返し判定ステップごとに前記応力を確率的に求めることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の破壊評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、破壊評価解析装置、破壊評価システム、および破壊評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物には経年劣化が生じることがある。例えば、原子力発電プラントの原子炉圧力容器内に設けられた炉内構造物、たとえばシュラウドサポートは、炉心で発生する熱や中性子の照射により材料の劣化が生じ破壊靱性値が低下する。シュラウドサポートの外表面は中性子照射の影響が内表面に比べ小さいため、破壊靱性値の低下は内表面より小さい。その結果、シュラウドサポートには内表面から外表面にかけて破壊靱性値の分布が存在することになる。このシュラウドサポートの内表面にき裂が生じたと仮定し、外部からの荷重によってシュラウドサポートが破壊するか否かを解析で評価する場合、き裂先端の破壊靱性値を正確に評価する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５１２５２６号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８８３８号公報
【特許文献３】特開２０１１−３８７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように、破壊靱性値の低下は構造物全体に均一に生じるのではなく、熱や中性子照射などを直接受ける面が最も大きく、その面から離れるに伴い減衰する。また、同一箇所でも、熱や中性子照射などにばらつきが生じるため、破壊靱性値にもばらつきが生じる。
【０００５】
従来、このような構造物の破壊評価を行う際は、演算の煩雑さを避けるために、また、中性子照射量について安全側の評価、すなわち厳しい側の評価であることから、中性子照射の時間的積算量である中性子照射量は、板厚方向に一定であると近似して、中性子照射量が最も大きな内面での値を用いていた。
【０００６】
シュラウドサポートのように板厚寸法が大きな構造物の場合は、中性子照射量の板厚方向の減衰による分布は顕著である。このような場合、中性子照射量が板厚方向に一定とした場合、解析上はすでに破壊条件に至っているが、現実には破壊に対して大きな余裕を有しているという事態が生じることも考えられる。したがって、現実的にはむしろ、中性子照射量の板厚方向の分布を考慮し、その上で適正な余裕をとることが望ましい。
【０００７】
そこで、本発明の実施形態は、破壊靱性値の分布およびばらつき、あるいは外部からの荷重のばらつきを考慮した確率論的破壊解析を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本実施形態は、中性子照射を受ける構造物の破壊確率を評価し、記憶部、演算部、入力部および出力部を具備する破壊評価解析装置であって、前記記憶部は、前記入力部に外部入力された前記構造物内の板厚方向の中性子照射量の分布およびそれぞれの箇所における中性子照射量のばらつきに関する中性子照射量情報を受け入れて記憶する中性子照射量情報記憶部と、前記入力部に外部入力された前記構造物のポアソン比および縦弾性係数を含む構造物情報を受け入れて記憶する構造物情報記憶部と、前記入力部に外部入力された前記構造物に生じているき裂に関するき裂情報を受け入れて記憶するき裂情報記憶部と、前記入力部に外部入力された外荷重情報を受け入れて記憶する外荷重情報記憶部と、前記演算部での演算結果を記憶する演算結果記憶部と、を有し、前記演算部は、前記外荷重情報に基づいて前記構造物の前記き裂の先端近傍の応力を算出する応力算出部と、前記応力と前記構造物情報記憶部に記憶されたき裂情報とに基づいて応力拡大係数Ｋを算出する応力拡大係数算出部と、前記中性子照射量情報記憶部に記憶された前記中性子照射量情報に基づいて前記構造物の板厚方向の中性子照射量分布およびばらつきを設定する中性子照射量設定部と、前記構造物情報記憶部に記憶された前記構造物情報と前記中性子照射量情報記憶部に記憶された前記中性子照射量情報とに基づいて破壊靭性値ＫＩＣを算出する破壊靭性値導出部と、前記応力拡大係数Ｋと前記破壊靭性値ＫＩＣとを比較して破壊の有無を判定する破壊評価部と、前記応力算出部、前記応力拡大係数算出部、前記中性子照射量設定部、前記破壊靭性値導出部、および前記破壊評価部により実行される演算回数が、前記入力部に外部入力された繰り返し回数以内であるかを判定する繰り返し判定部と、前記破壊評価部での前記繰り返し回数分の演算結果に基づいて前記構造物の破壊確率を算出する破壊確率算出部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本実施形態は、中性子照射を受ける構造物の破壊確率を評価する破壊評価システムであって、前記構造物の表面における放射線量を測定する放射線検出器と、前記構造物に生じたき裂を計測する探傷装置と、演算部、記憶部、入力部および出力部を具備し、中性子照射量情報およびき裂情報に基づいて、前記構造物の破壊確率を算出する破壊評価解析装置と、を備え、前記記憶部は、前記入力部に外部入力された前記構造物内の板厚方向の中性子照射量の分布およびそれぞれの箇所における中性子照射量のばらつきに関する情報を受け入れて記憶する中性子照射量情報記憶部と、前記入力部に外部入力された前記構造物のポアソン比および縦弾性係数を含む構造物情報を受け入れて記憶する構造物情報記憶部と、前記入力部に外部入力された前記構造物に生じているき裂に関するき裂情報を受け入れて記憶するき裂情報記憶部と、前記入力部に外部入力された外荷重情報を受け入れて記憶する外荷重情報記憶部と、前記演算部での演算結果を記憶する演算結果記憶部と、を有し、前記演算部は、前記外荷重情報に基づいて前記構造物の前記き裂の先端近傍の応力を算出する応力算出部と、前記応力と前記き裂情報記憶部に記憶されたき裂寸法とに基づいて応力拡大係数Ｋを算出する応力拡大係数算出部と、前記中性子照射量情報記憶部に記憶された前記中性子照射量情報に基づいて前記構造物の板厚方向の中性子照射量分布およびばらつきを設定する中性子照射量設定部と、前記構造物情報記憶部に記憶された前記構造物情報と前記中性子照射量情報記憶部に記憶された前記中性子照射量情報とに基づいて破壊靭性値ＫＩＣを算出する破壊靭性値導出部と、前記応力拡大係数Ｋと前記破壊靭性値ＫＩＣとを比較して破壊の有無を判定する破壊評価部と、前記応力算出部、前記応力拡大係数算出部、前記中性子照射量設定部、前記破壊靭性値導出部、および前記破壊評価部により実行される演算回数が、前記入力部に外部入力された繰り返し回数以内であるかを判定する繰り返し判定部と、前記破壊評価部での前記繰り返し回数分の演算結果に基づいて前記構造物の破壊確率を算出する破壊確率算出部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本実施形態は、中性子照射を受ける構造物の破壊確率を評価する破壊評価方法であって、入力部が繰り返し回数、前記構造物のき裂寸法を含むき裂情報、ポアソン比および縦弾性係数を含む構造物情報を読み込む読み込みステップと、応力算出部が前記構造物のき裂先端近傍の応力を設定する応力算出ステップと、応力拡大係数算出部が、前記応力と前記き裂寸法とに基づいて応力拡大係数Ｋを算出する応力拡大係数算出ステップと、中性子照射量設定部が、中性子照射量情報記憶部に記憶された前記構造物内の板厚方向の中性子照射量の分布およびそれぞれの箇所における中性子照射量のばらつきに関する中性子照射量情報に基づいて前記構造物の板厚方向の中性子照射量分布を設定する中性子照射量分布設定ステップと、破壊靭性値導出部が、前記構造物情報と前記中性子照射量情報とに基づいて破壊靭性値ＫＩＣを導出する破壊靭性値導出ステップと、破壊評価部が、前記応力拡大係数Ｋと前記破壊靭性値ＫＩＣとを比較して破壊の有無を判定する破壊評価ステップと、繰り返し判定部が、前記応力算出ステップないし前記破壊評価ステップまでの演算の繰り返し回数が前記入力部に外部入力された繰り返し回数に到達したか否かを判定し、到達していない場合は前記応力算出ステップに戻る繰り返し判定ステップと、前記繰り返し判定ステップで繰り返し回数に到達したと判定された場合に、破壊確率算出部が、前記破壊評価部での繰り返し回数分の演算結果に基づいて前記構造物の破壊確率を算出する破壊確率算出ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、破壊靱性値の分布およびばらつき、あるいは外部からの荷重のばらつきを考慮した確率論的破壊解析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る破壊評価システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る破壊評価解析装置の構成を示すブロック図である。
【図３】解析対象の例としての二次元き裂を有する平板の概念図である。
【図４】中性子照射量分布の例を示すグラフである。
【図５】中性子照射量のばらつきの確率密度関数の例を示すグラフである。
【図６】中性子照射量のばらつきの累積確率の例を示すグラフである。
【図７】実施形態に係る確率論的破壊評価解析方法の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る破壊評価解析装置、破壊評価システム、および破壊評価方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る破壊評価システムの構成を示すブロック図である。破壊評価システム５００は、対象とする構造物（以下、構造物）１０に生じたき裂１５に関連して構造物１０が破壊に至るか否かを評価する。破壊評価システム５００は、破壊評価解析装置１００、放射線検出器２００、および探傷装置３００を有する。
【００１５】
探傷装置３００は、プラントが停止しメンテナンス状態に移行した後に、構造物１０の近傍に持ち込まれて、構造物１０に生じたき裂深さを含むき裂１５の形状、寸法を測定する。
【００１６】
放射線検出器２００は、プラント運転中に、構造物１０の表面の中性子の強度、すなわち中性子束レベルを測定する。放射線検出器２００は、プラント運転中に炉心内の出力分布を測定する局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ：Ｌｏｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｎｇｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒ）のうち、最も近いものを用いてもよい。あるいは、これらのＬＰＲＭの出力に基づいて算出される原子炉の炉心内の中性子束の分布に基づいて、構造物１０の内壁における中性子束を推定することができる。
【００１７】
放射線検出器２００による測定結果、あるいは炉心内の中性子束分布に基づく推定結果を、照射時間で累積することにより、構造物１０の内壁の中性子照射量を求めることができる。
【００１８】
破壊評価解析装置１００は、計算機システムであり、構造物１０の内壁の中性子照射量、探傷装置３００の測定結果によるき裂１５の深さ、および計算機システムの入力部からの外部情報に基づいて、構造物１０が破壊に至るか否かの破壊評価を行う。
【００１９】
図２は、実施形態に係る破壊評価解析装置の構成を示すブロック図である。破壊評価解析装置１００は、記憶部１１０、演算部１２０、入力部１３０および出力部１４０を有する。
【００２０】
入力部１３０は、外部から入力される少なくとも、繰り返し回数Ｎと、構造物１０の形状・寸法、ポアソン比および縦弾性係数、使用温度条件を含む構造物情報と、き裂１５の形状・寸法を含むき裂１５に関する情報（き裂情報）と、構造物１０の板厚方向の中性子照射量の分布および板厚方向の各位置における中性子照射量のばらつきを含む中性子照射量に関する情報（中性子照射量情報）と、構造物１０に付加される外荷重およびそのばらつきに関する情報（外荷重情報）とを受け入れる。
【００２１】
記憶部１１０は、繰り返し回数記憶部１１１、中性子照射量情報記憶部１１２、構造物情報記憶部１１３、き裂情報記憶部１１４、外荷重情報記憶部１１５、および演算結果記憶部１１６を有する。
【００２２】
繰り返し回数記憶部１１１は、入力部１３０が受け入れた繰り返し回数Ｎを記憶する。中性子照射量情報記憶部１１２は、入力部１３０が受け入れた中性子照射量情報を記憶する。構造物情報記憶部１１３は、入力部１３０が受け入れた構造物情報を記憶する。構造物情報には、前記の構造物１０の形状・寸法、ポアソン比および縦弾性係数、使用温度条件の他に、使用温度条件および中性子照射量に依存する形での当該構造物１０の材料の破壊靭性値が含まれる。き裂情報記憶部１１４は、入力部１３０が受け入れたき裂情報を記憶する。また、演算結果記憶部１１６は、演算部１２０で演算された結果を記憶する。
【００２３】
演算部１２０は、応力算出部１２１、応力拡大係数算出部１２２、中性子照射量設定部１２３、破壊靭性値導出部１２４、破壊評価部１２５、繰り返し判定部１２６、および破壊確率算出部１２７を有する。
【００２４】
図３は、解析対象の例としての二次元き裂を有する平板の概念図である。図３は、構造物１０に、引張荷重Ｆと、曲げモーメントＭが付加されている場合を示している。曲げモーメントＭは、き裂１５に垂直の方向に付加されている。き裂に対する荷重の作用の仕方は、モードＩの引張形式、モードＩＩのせん断形式、モードＩＩＩの面外せん断形式に分類されるが、図３は、引張形式の場合を示す。
【００２５】
応力算出部１２１は、外荷重情報記憶部１１５に記憶された引張荷重Ｆおよび曲げモーメントＭを含む外荷重情報と、き裂情報記憶部１１４に記憶されたき裂の形状・寸法などのき裂情報とに基づいて、き裂先端近傍の応力として、引張荷重Ｆに起因する膜応力σｍおよび曲げモーメントＭに起因する曲げ応力σｂを算出する。
【００２６】
ここで、外荷重情報には、引張荷重Ｆおよび曲げモーメントＭの負荷の条件に起因して引張荷重Ｆおよび曲げモーメントＭの値にばらつきが存在する場合がある。このような場合には、引張荷重Ｆに起因する膜応力σｍおよび曲げモーメントＭに起因する曲げ応力σｂにもばらつきが付帯する。このばらつきの確率密度関数は、たとえば正規分布で近似することができ、膜応力σｍおよび曲げ応力σｂはそれぞれ中央値と標準偏差により表現することができる。
【００２７】
ここで、ばらつきを考慮して確率的に膜応力σｍおよび曲げ応力σｂを設定するには、乱数を用いる方法がある。具体的には、後述する中性子照射量の確率的な設定方法と同様な方法で行うことができる。
【００２８】
応力拡大係数算出部１２２は、応力算出部１２１において算出された膜応力σｍおよび曲げ応力σｂと、構造物情報記憶部１１３に記憶された構造物情報と、き裂情報記憶部１１４に記憶されたき裂情報とに基づいて、次の式（１）によりき裂先端の応力拡大係数Ｋを算出する。
Ｋ＝（Ｆｍσｍ＋Ｆｂσｂ）√（πａ）          …（１）
ただし、ａはき裂の深さ、Ｆｍは膜応力に対する重み係数、Ｆｂは曲げ応力に対する重み係数である。
【００２９】
ここで、膜応力σｍおよび曲げ応力σｂは、ばらつきを考慮して確率的に求められた値であるので、これに基づいて導出された応力拡大係数Ｋもまた、確率的な値である。
【００３０】
膜応力σｍに対する重み係数Ｆｍおよび曲げ応力σｂに対する重み係数Ｆｂを、次の式（２）、（３）のように、（ａ／ｔ）の関数として求めてもよい。ただし、ｔは構造物の板厚である。
Ｆｍ＝ｆｍ（ａ／ｔ）            …（２）
Ｆｂ＝ｆｂ（ａ／ｔ）            …（３）
【００３１】
また、さらに具体的には、次の式（４）、（５）により膜応力σｍに対する補正係数Ｆｍおよび曲げ応力σｂに対する補正係数Ｆｂをそれぞれ求めてもよい。
【００３２】
【数１】
2017156237.tif 000003
【００３３】
【数２】
2017156237.tif 000004
【００３４】
図４は、中性子照射量分布の例を示すグラフである。横軸は構造物１０の板厚方向の距離ａ、縦軸は、中性子照射量Φｔである。中性子照射量Φｔは、中性子束Φの中性子照射の時間に関する積算量である。中性子照射の時間は板厚方向の各部に共通であるから、中性子照射量Φｔは、中性子束Φに比例する。中性子束Φは、板厚方向に進むにつれて減衰する。したがって、中性子照射量Φｔも、図４の曲線Ａに示すように板厚方向にすすむにつれて低減するような分布を有している。
【００３５】
ここで、中性子照射量の板厚方向の分布は、通常、次の式（６）のように指数関数で与えられる。あるいは、次の式（７）を用いてもよい。但し、ａは板厚方向の深さ、ａの係数は、長さの逆数の次元をもつ定数である。
Φｔ＝Φ０ｔ×ｅｘｐ（−ｈａ）              …（６）
【００３６】
【数３】
2017156237.tif 000005
【００３７】
構造物１０の板厚方向における中性子束の減衰は、中性子と構造物１０との相互作用の結果生ずるものである。構造物１０の構成は結晶粒等の影響により微視的には非均質である。また、中性子と構造物１０との相互作用も確率的なものである。これらの結果、中性子照射量は、曲線Ａに沿って減衰するものの、曲線Ａの近傍でばらつきが存在する。
【００３８】
たとえば、板厚方向の距離がａ１の位置においては、曲線Ａによれば中性子照射量Φｔは、Φｍｔであるが、ばらつきを考慮すると、たとえばΦｍｔを中央値として、後述する図５の例のように、その近傍にばらついている。このばらつきは、たとえば正規分布で近似することができ、中央値と標準偏差により表現することができる。
【００３９】
中性子照射量設定部１２３は、き裂先端の位置における中性子照射量を確率的に設定する。
【００４０】
図５は、中性子照射量のばらつきの確率密度関数の例を示すグラフである。横軸は、中性子照射量Φｔ[ｎ／ｍ２]、縦軸は、ばらつきの確率密度関数ｐ（Φｔ）の値である。
【００４１】
図６は、中性子照射量のばらつきの累積確率の例を示すグラフである。横軸は、中性子照射量Φｔ[ｎ／ｍ２]、縦軸は、ばらつきの累積確率Ｐ（Φｔ）であり、最小値０から最大値１までの値をとる。
【００４２】
ここで、累積確率Ｐ（Φｔ）は確率密度関数ｐ（Φｔ）を用いて次の式（８）により得られる。
【００４３】
【数４】
2017156237.tif 000006
【００４４】
中性子照射量設定部１２３は、累積確率Ｐ（Φｔ）として０から１の間の任意の数値Ｘ１を与え、図６を用いて、Ｘ１に対応する中性子照射量Φ１ｔを設定する。Ｘ１を確率的に与えるには、たとえば、乱数発生器を用いて乱数として与える方法がある。
【００４５】
破壊靭性値導出部１２４は、中性子照射量設定部１２３で設定されたき裂１５の先端部ａ１における中性子照射量Φ１ｔに基づいて、き裂１５の先端部近傍の破壊靭性値ＫＩＣを導出する。
【００４６】
破壊靭性値ＫＩＣは、構造物１０の材料、環境温度および中性子照射を含む環境条件に依存する。したがって、破壊靭性値導出部１２４は、構造物情報記憶部１１３に記憶された構造物１０に関する材料、材料使用温度と、中性子照射量設定部１２３で設定された中性子照射量とから、き裂１５の先端近傍の破壊靭性値ＫＩＣを導出する。
【００４７】
なお、破壊靭性値ＫＩＣを、次の式（９）を用いて算出してもよい。
【００４８】
【数５】
2017156237.tif 000007
【００４９】
ただし、Ｅは縦弾性率、νはポアソン比を示す。
【００５０】
中性子照射量Φ１ｔが前記のようにばらつきを考慮して確率的に設定されるので、これに基づいて算出された破壊靭性値ＫＩＣも、ばらつきを考慮した値であり、かつ確率的な値である。
【００５１】
破壊評価部１２５は、応力拡大係数算出部１２２で算出された確率的な値である応力拡大係数Ｋと、破壊靱性値導出部１２４で導出された確率的な値である破壊靭性値ＫＩＣとを受け入れて、両者を比較し、破壊の有無を評価する。すなわち、応力拡大係数Ｋが破壊靭性値ＫＩＣを下回っていれば、破壊すると判定する。この判定結果は、演算結果記憶部１１６により記憶される。
【００５２】
繰り返し判定部１２６は、応力算出部１２１での応力の確率的な設定および中性子照射量設定部１２３での中性子照射量の確率的な設定を繰り返し行う場合の繰り返し回数が、繰り返し回数記憶部１１１に記憶されている所定の繰り返し回数Ｎに到達したか否かを判定する。
【００５３】
破壊確率算出部１２７は、繰り返し回数が所定の繰り返し回数Ｎとなった後に、演算結果記憶部１１６に記憶された破壊評価部１２５での判定結果に基づいて、破壊確率ｄを算出する。今、繰り返し回数Ｎのうち、破壊評価部１２５が破壊すると判定した回数をＤとすると、破壊確率ｄは、ｄ＝Ｄ／Ｎにより与えられる。この結果は、演算結果記憶部１１６に記憶される。
【００５４】
出力部１４０は、演算結果記憶部１１６に記憶された破壊確率を含む主要な情報と、記憶部１１０のその他の部分に記憶された主要な情報を出力する。
【００５５】
破壊評価解析装置１００に、破壊確率算出部１２７により算出された破壊確率ｄに基づいて、構造物１０の健全性を評価する健全性評価部をさらに設けてもよい。この場合、評価全体として正規分布を仮定すると、たとえば、標準偏差の３倍をカバーする確率で破壊しないとする場合には、破壊確率ｄの判定値を０．００１５程度にすればよい。あるいは、標準偏差の６倍をカバーする確率で破損しないとする場合には、破壊確率ｄの判定値を３．４×１０−６程度にすればよい。この場合、繰り返し回数Ｎは、十分に判定できるための繰り返し回数とする必要がある。
【００５６】
図７は、実施形態に係る確率論的破壊評価解析方法の手順を示すフロー図である。
【００５７】
まず、入力部１３０が、繰り返し回数Ｎ、構造物情報、き裂情報、中性子照射量情報、外荷重情報等を受け入れる（ステップＳ０１）。これらの情報は、それぞれ記憶部１１０内の各部に記憶される（ステップＳ０２）。
【００５８】
次に、応力算出部１２１により、確率的な応力の設定が行われる（ステップＳ０３）。具体的には、き裂先端部での膜応力σｍおよび曲げ応力σｂについてのばらつきの分布のそれぞれの累積確率に基づいて、たとえば、乱数発生器から発せられた０から１の範囲の乱数に基づいて、膜応力σｍおよび曲げ応力σｂの値が設定される。
【００５９】
次に、応力拡大係数算出部１２２が、応力算出部１２１により確率的に設定された膜応力σｍおよび曲げ応力σｂの値に基づいて、前述の式（１）を用いて応力拡大係数Ｋを算出する（ステップＳ０４）。
【００６０】
また、中性子照射量設定部１２３が、き裂１５の先端部近傍における中性子照射量Φｔについてのばらつきの分布の累積確率に基づいて、たとえば乱数発生器から発せられた０から１の範囲の乱数に基づいて、中性子照射量Φｔを設定する（ステップＳ０５）。
【００６１】
次に、破壊靭性値導出部１２４が、構造物情報記憶部１１３に記憶された構造物１０に関する材料、材料使用温度と、中性子照射量設定部１２３で設定された中性子照射量とから、き裂１５の先端近傍の破壊靭性値ＫＩＣを導出する（ステップＳ０６）。
【００６２】
ここで、ステップＳ０４はステップＳ０３の後に、また、ステップＳ０６はステップＳ０５の後に行うという条件のもとに、ステップＳ０３およびステップＳ０４は、ステップＳ０５およびステップＳ０６の後に行うことでもよい。
【００６３】
次に、破壊評価部１２５は、応力拡大係数算出部１２２で算出された応力拡大係数Ｋと、破壊靱性値導出部１２４で導出された破壊靭性値ＫＩＣとを比較し、応力拡大係数Ｋが破壊靭性値ＫＩＣを下回っていれば、破壊すると判定する（ステップＳ０７）。この判定結果は、演算結果記憶部１１６により記憶される（ステップＳ０８）。
【００６４】
繰り返し判定部１２６は、応力算出部１２１での応力の確率的な設定および中性子照射量設定部１２３での中性子照射量の確率的な設定を繰り返し行う場合の繰り返しの演算回数が、繰り返し回数記憶部１１１に記憶されている所定の繰り返し回数Ｎに到達したか否かを判定する。到達しないと判定された場合（ステップＳ０９  ＮＯ）は、ステップＳ０３以降を繰り返す。
【００６５】
繰り返し判定部１２６により繰り返しの演算回数が所定の繰り返し回数Ｎに到達したと判定された場合（ステップＳ０９  ＹＥＳ）、破壊確率算出部１２７は、演算結果記憶部１１６に記憶された破壊評価部１２５での判定結果に基づいて、破壊確率を算出する（ステップＳ１０）。この結果は、演算結果記憶部１１６に記憶され、出力部１４０により出力される。
【００６６】
以上の過程は、たとえば乱数発生器により発せられた乱数に基づき導出された応力拡大係数Ｋと、同様に乱数発生器により発せられた乱数に基づき導出された破壊靭性値ＫＩＣとを、繰り返しの都度、導出して比較することから、モンテカルロ法の手法によっているといえる。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、破壊靱性値の分布およびばらつき、あるいは外部からの荷重による応力のばらつきを考慮した確率論的破壊解析が可能となる。
【００６８】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、き裂に対する荷重の作用の仕方として分類される、モードＩの引張形式、モードＩＩのせん断形式、モードＩＩＩの面外せん断形式のうち、実施形態では、モードＩの場合を例に示したが、モードＩに限定されるものではない。本発明は、他のモードＩＩおよびモードＩＩＩの場合にも、それぞれのモードに対応した応力および破壊靭性値を用いることにより同様の構成および方法により適用可能である。
【００６９】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１０…構造物、１５…き裂、１００…破壊評価解析装置、１１０…記憶部、１１１…繰り返し回数記憶部、１１２…中性子照射量情報記憶部、１１３…構造物情報記憶部、１１４…き裂情報記憶部、１１５…外荷重情報記憶部、１１６…演算結果記憶部、１２０…演算部、１２１…応力算出部、１２２…応力拡大係数算出部、１２３…中性子照射量設定部、１２４…破壊靭性値導出部、１２５…破壊評価部、１２６…繰り返し判定部、１２７…破壊確率算出部、１３０…入力部、１４０…出力部、２００…放射線検出器、３００…探傷装置、５００…破壊評価システム
【図１】
2017156237.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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