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東海第二発電所 工事計画審査資料
資料番号

補足-440-1 改 15

提出年月日

平成 30 年 8 月 10 日

工事計画に係る補足説明資料
補足-440-1【竜巻への配慮が必要な施設の強度に関する説明書の全般の補足説明】

平成 30 年 8 月
日本原子力発電株式会社

1

補足説明資料目次
Ⅰ. はじめに
1．強度計算の方針に関する補足説明資料
1.1 風力係数について
1.2 強度計算時の施設の代表性について
1.3 換気空調設備の竜巻の影響を考慮する施設について
1.4 構造強度評価における評価対象部位の選定について
2．竜巻より防護すべき施設を内包する施設の強度計算に関する補足説明資料
2.1 鉄筋コンクリート部材の裏面剥離評価方法について
2.2 コンクリートの裏面剥離に対する設備対策の評価手法について
2.3 原子炉建屋大物搬入口扉の貫通評価について
2.4 ブローアウトパネル開口部から侵入する風に対する対応方針について
2.5 原子炉建屋外側ブローアウトパネルの飛び出し挙動について
2.6 使用済燃料乾式貯蔵建屋の使用済燃料乾式貯蔵容器冷却性能について
2.7 使用済燃料乾式貯蔵建屋壁面への車両の衝突影響について
2.8 飛来物として設定する車両の設定について
2.9 鉄筋コンクリートの衝突解析モデルにおける破断限界の設定について
2.10 原子炉建屋原子炉棟屋根スラブ変形評価の許容値の設定について
2.11 車両衝突時における使用済燃料乾式貯蔵建屋内壁ライナの挙動について
2.12 原子炉建屋原子炉棟屋根スラブの貫通及び裏面剥離評価について
2.13 鉄筋コンクリート部材の貫通評価及び裏面剥離評価について
3．海水ストレーナの強度計算に関する補足説明資料
3.1 海水ストレーナの評価対象部位について
4．屋外の重大事故等対処設備の固縛装置の強度計算に関する補足説明資料
4.1 固縛装置の設計における保守性について
4.2 固縛装置の設計における設備の代表性について
4.3 屋外の重大事故等対処設備の収納ラックに対する固縛対応ついて
5．主排気筒の強度計算に関する補足説明資料
5.1 竜巻飛来物による構造欠損の想定箇所について
5.2 起因事象を竜巻とした場合の主排気筒に求められる機能について
6．ディーゼル発電機吸気口の強度計算に関する補足説明資料
6.1 ディーゼル発電機吸気口の局部ばね定数及び局部応力の算出について

2

7．防護対策施設の強度計算に関する補足説明資料
7.1 シャックルの許容限界について
7.2 飛来物のオフセット衝突の影響について
7.3 金網の設計裕度の考え方
7.4 ワイヤロープの変形を考慮したネットシステムのたわみについて
7.5 ワイヤロープの初期張力について
7.6 補助金網の影響について
7.7 防護対策施設の設計の考え方について
7.8 防護鋼板及び架構の解析手法の保守性について
8．排気管，放出管及びベント管の強度計算に関する補足説明資料
8.1 ディーゼル発電機排気管の許容応力について：今回ご説明分

3

Ⅰ. はじめに
1.

概要
本補足説明資料は，以下の説明書についての内容を補足するものである。
本補足説明資料と添付書類との関連を表－1 に示す。
・Ⅴ-3-別添 1 竜巻への配慮が必要な施設の強度に関する説明書

1

4

2

5

1.

1.3 換気空調設備の竜巻の影響を考慮する施設について

1.2 強度計算時の施設の代表性について

1.1 風力係数について

強度計算の方針に関する補足説明資料

工事計画添付書類に係わる補足説明資料（竜巻）Ⅴ-3-別添 1-1-5「換気空調設備の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-10-3「排気管，放出管及びベント管の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-9「配管及び弁の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-8「ディーゼル発電機吸気口の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-7「ディーゼル発電機用海水ストレーナの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-6「ディーゼル発電機用海水ポンプの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-5「換気空調設備の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-3「残留熱除去系海水系ストレーナの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-2「残留熱除去系海水系ポンプの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-10-3「排気管、放出管およびベント管の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-10-2「消音器の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-9「配管および弁の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-8「ディーゼル発電機吸気口の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-7「ディーゼル発電機海水ストレーナの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-6「ディーゼル発電機海水ポンプの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-5「換気空調設備の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-4「主排気筒の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-3「残留熱除去系海水系ストレーナの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-2「残留熱除去系海水系ポンプの強度計算書」

該当添付資料表－1 補足説明資料と添付資料との関連（1／5）

3

6

いて

Ⅴ-3-別添 1-1-10-3「排気管、放出管およびベント管の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-10-2「消音器の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-9「配管および弁の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-8「ディーゼル発電機吸気口の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-7「ディーゼル発電機海水ストレーナの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-6「ディーゼル発電機海水ポンプの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-5「換気空調設備の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-4「主排気筒の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-3「残留熱除去系海水系ストレーナの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-1「竜巻より防護すべき施設を内包する施設の強度計算書」

表－1 補足説明資料と添付資料との関連（3／5）

2.5 原子炉建屋外側ブローアウトパネルの飛び出し挙動につ

方針について2.4 ブローアウトパネル開口部から侵入する風に対する対応

2.3 原子炉建屋大物搬入口扉の貫通評価についてついて

2.2 コンクリートの裏面剥離に対する設備対策の評価手法に

2.1 鉄筋コンクリート部材の裏面剥離評価方法について

該当添付資料Ⅴ-3-別添 1-1-2「残留熱除去系海水系ポンプの強度計算書」

2． 竜巻より防護すべき施設を内包する施設の強度計算に関する補足説明資料

1.4 構造強度評価における評価対象部位の選定について

工事計画添付書類に係わる補足説明資料（竜巻）表－1 補足説明資料と添付資料との関連（2／5）

4

7

いて

2.13 鉄筋コンクリート部材の貫通評価及び裏面剥離評価につについて

2.12 原子炉建屋原子炉棟屋根スラブの貫通及び裏面剥離評価の挙動について2.11 車両衝突時における使用済燃料乾式貯蔵建屋内壁ライナ

について

2.10 原子炉建屋原子炉棟屋根スラブ変形評価の許容値の設定

設定について2.9 鉄筋コンクリートの衝突解析モデルにおける破断限界の2.8 飛来物として設定する車両の設定についてて

2.7 使用済燃料乾式貯蔵建屋壁面への車両の衝突影響につい

性能について

2.6 使用済燃料乾式貯蔵建屋の使用済燃料乾式貯蔵容器冷却工事計画添付書類に係わる補足説明資料（竜巻）Ⅴ-3-別添 1-1-1「竜巻より防護すべき施設を内包する施設の強度計算書」

該当添付資料58

屋外の重大事故等対処設備の収納ラックに対する固縛対

6.1

算出についてディーゼル発電機吸気口の局部ばね定数及び局部応力の6．ディーゼル発電機吸気口の強度計算に関する補足説明資料

ついて

5.2 起因事象を竜巻とした場合の主排気筒に求められる機能に

5.1 竜巻飛来物による構造欠損の想定箇所について

5．主排気筒の強度計算に関する補足説明資料

応ついて

4.3

4.2 固縛装置の設計における設備の代表性について

4.1 固縛装置の設計における保守性について

該当添付資料Ⅴ-3-別添 1-1-7「ディーゼル発電機海水ストレーナの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-3「残留熱除去系海水系ストレーナの強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-8「ディーゼル発電機吸気口の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-1-4「主排気筒の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-3-1「屋外重大事故等対処設備の固縛装置の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-3「屋外重大事故等対処設備の固縛装置の強度計算の方針」

4．屋外の重大事故等対処設備の固縛装置の強度計算に関する補足説明資料

3.1 海水ストレーナの評価対象部位について

3. 海水ストレーナの強度計算に関する補足説明資料

工事計画添付書類に係わる補足説明資料（竜巻）表－1 補足説明資料と添付資料との関連（4／5）

6

9

について

ワイヤロープの変形を考慮したネットシステムのたわみ

8.1 ディーゼル発電機排気管の許容応力について

8．排気管，放出管及びベント管の強度計算に関する補足説明資料

7.8 防護鋼板及び架構の解析手法の保守性について

7.7 防護対策施設の設計の考え方について

7.6 補助金網の影響について

7.5 ワイヤロープの初期張力について

7.4

7.3 金網の設計裕度の考え方

7.2 飛来物のオフセット衝突の影響について

7.1 シャックルの許容限界について

7．防護対策施設の強度計算に関する補足説明資料

工事計画添付書類に係わる補足説明資料（竜巻）Ⅴ-3-別添 1-1-10-3「排気管，放出管及びベント管の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-2-1-3「架構の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-2-1-2「防護鋼板の強度計算書」

Ⅴ-3-別添 1-2-1-1「防護ネットの強度計算書」

該当添付資料表－1 補足説明資料と添付資料との関連（5／5）

（空白）

10

5.2 起因事象を竜巻とした場合の主排気筒に求められる機能について

11

竜巻影響評価においては，設計荷重に対し，設計対象施設の構造健全性等が維持され，安全機能が維持されることを確認することとされている。
「実用発電用原子炉及びその附属施設の位置、構造及び設備の基準に関する規則」（以下，「設置許可基準規則」という。
）において，「安全機能」は次のように定義されている。
五 「安全機能」とは，発電用原子炉施設の安全性を確保するために必要な機能であって，次に掲げるものをいう。
イ

その機能の喪失により発電用原子炉施設に運転時の異常な過渡変化又は設計基準事故が発生し，これにより公衆又は従事者に放射線障害を及ぼすおそれがある機能

ロ 発電用原子炉施設の運転時の異常な過渡変化又は設計基準事故の拡大を防止
し，又は速やかにその事故を収束させることにより，公衆又は従事者に及ぼすおそれがある放射線障害を防止し，及び放射性物質が発電用原子炉を設置する
工場又は事業所外へ放出されることを抑制し，又は防止する機能
ここで，主排気筒の有する安全機能，つまり放射性物質の放出低減機能は，「発電用原子炉施設の運転時の異常な過渡変化又は設計基準事故の拡大を防止し，又は速やかにその事故を収束させることにより，公衆又は従事者に及ぼすおそれがある放射線障害を防止し，及び放射性物質が発電用原子炉を設置する工場又は事業所外へ放出されることを抑制し，又は防止する機能」に該当する。
しかしながら，竜巻を起因として放射性物質の放出を伴う事象が発生することはないことから，竜巻影響評価においては，主排気筒に求められる安全機能要求はないと判断している。
（表 1-1 参照）また，主排気筒に損傷が確認された場合は，安全上支障の無い期間に損傷箇所の補修を行うこととする。
なお，設置許可基準規則の安全機能には該当しないが，通常時（プラント停止時含む）
においても，気体廃棄物等を主排気筒から高所放出していることから，通常時において損傷した主排気筒から放出した場合の被ばくを評価した結果を表 1-2 に示す。実際には，主排気筒に損傷が認められた場合にはプラントを停止し速やかに補修を行うため，被ばく量に対する影響はほとんどないが，本評価においては，保守的な設定（プラントが通常運転を継続し，かつ補修に時間を要する）を用いた場合においても，通常時における線量目標
値を満足することを確認した。
以

上

5-2-1

12

表 1-1 設計基準事故（環境への放射性物質の異常な放出を伴う事象）に関する竜巻による影響
設計基準事故(環境への放射性物質の異常な放出を伴う

事象の概要

評価結果

放射性気体廃棄物処理施設

放射性気体廃棄物施設の一

放射性気体廃棄物処理設備の破損部が破損し，貯留されていである活性炭式希ガスホーた気体状の放射性物質環境

ルドアップ装置，隔離弁等に放出される。

は原子炉建屋及びタービン

事象)

建屋内にあり，竜巻により破損することはない。
燃料集合体の落下

燃料交換時に燃料集合体が使用済燃料プールがある原

落下して破損し，放射性物

子炉建屋原子炉棟には，有質が環境に放出される。

意な飛来物は侵入しない。
また，竜巻準備体制発令時
は燃料交換作業を中止する運用とする。したがって，
竜巻により燃料集合体が落下・破損することはない。

原子炉冷却材喪失

制御棒落下

原子炉冷却材圧力バウンダ

原子炉冷却材圧力バウンダ

リを構成する配管あるいはリは原子炉格納容器内及びこれに付随する機器等の破原子炉建屋原子炉等内にあ損等により，冷却材が系外り，竜巻により破損するこに流出する。

とはない。

制御棒駆動機構あるいは同

制御棒駆動機構あるいは同ハウジングの損傷等によりハウジングは原子炉格納容

制御棒が炉心外に落下し，器内にあり，竜巻により破冷却材が系外に流出する。

損することはない。

5-2-2

13

表 1-2 通常時（プラント停止時含む）における主排気筒破損時の被ばく評価結果
主排気筒破損時の主排気筒健全時の＊

1 年間の累積線量

1 年間の累積線量（μSv/y）（μSv/y）

希ガス

約 10

約 2.8

―

よう素

約 24

約 0.4

―

液体（よう素除く）

約 5.2

約 5.2

―

合計

約 39

約 8.4

50

被ばく経路

目標値
（μSv/y）

注記＊ 評価条件は以下のとおり。
・実際には，筒身に損傷が認められた場合にはプラントを停止し速やかに補修を行うが，本評価においては，プラントが通常運転を 1 年間継続すると保守的に仮定した。
・補修に必要な期間として，筒身に想定される局所的な損傷モード（貫通）に対しては保守的と考えられる 6 ヶ月を想定し，補修完了までの 6 ヶ月を地上放出，補修完了後の 6 ヶ月を高所放出とした。
・地上放出は放出源有効高さ 0m とし，気象データは地上観測データとした。
・その他の条件は，設置変更許可申請（平成 26 年 5 月 20 日）と同じとした。

5-2-3

14

7.8 防護鋼板及び架構の解析手法の保守性について

15

1.

概要
本資料は，Ｖ-3-別添1「竜巻への配慮が必要な施設の強度に関する説明書」のうち，Ｖ-3-別添1-2-1-2「防護鋼板の強度計算書」及びＶ-3-別添1-2-1-3「架構の強度計算書」に関する補足説明資料である。
防護鋼板及び架構を構成する鋼製部材については，それぞれＶ-3-別添1-2-1-2及びＶ-3-別添1-2-1-3において3次元FEMモデルを用いた飛来物衝突評価を実施しており，これらの評価における鋼材の動的物性値の設定は，電力中央研究所報告「竜巻飛来物を模擬した重錘の鋼板上への自由落下衝突試験による鋼板貫通評価手法の提案（研究報告：
N15004）」（以下，電中研報告という）において実施している重錘の自由落下衝突試験のための事前解析の解析手法を参考に実施している。
本資料においては，上述の動的物性値の設定手法について示すとともに，参照した電中研報告における解析手法（以下，電中研解析手法という）が重錘の自由落下衝突試験
結果と整合していること，及び当社の設定条件が電中研報告の試験結果に対し保守性を有していることについて記載する。
設定条件の保守性に係る評価フローを図1-1に示す。

検討開始① 電中研解析手法と自由落下衝突試験結果との整合性② 電中研解析手法と当社の解析手法の比較③ 当社の解析手法と自由落下衝突試験結果との比較検討終了

図 1-1 防護鋼板解析手法の保守性に関する評価フロー

7-8-別 1-2162.

動的物性値の選定手法
飛来物の衝突に対する解析は，変形速度が大きいためひずみ速度効果を考慮することとし，以下に示す Cowper-Symonds の式を適用している。

=

+

1+

/

/

．
ここで，σeq は動的応力，A は降伏応力，B は硬化係数，εpl は相当塑性ひずみ，εpl は無次元相当塑性ひずみ速度，n は硬化指数，D 及び q はひずみ速度係数を表す。これらのパラメータは，日本溶接協会の動的物性の推定式（WES 式）にフィッティングする様に選定した。
以下に，防護鋼板を例として，選定したパラメータ（表 2-1 参照）とその選定方法を示す。
表 2-1 Cowper-Symonds 式へ入力するパラメータ（防護鋼板）
防護鋼板
材料

SM490

B
n
D（s-1）q
降伏応力及び引張強さに関する WES 式は以下のとおり。

=( )8 × 10=( )8 × 10( ).

1ln(10 / )1ln(10 / )

( )

.

1
ln(10 / )1ln(10 / )． ．
ここで，σY，σY0 は降伏応力，σT，σT0 は引張強さ，T，T0 は温度，ε，ε0 はひずみ速度，E はヤング係数を示す。
鋼製部材の動的物性値を選定するにあたり，以下の項目を考慮した。
(1) 貫通評価における許容値は破断ひずみとしていることから，Cowper-Symonds 式により算出した引張強さが WES 式で算出した値にフィッティングする様，パラメータを適切に設定した。
(2) (1)と併せて，電中研報告書では，ひずみ速度 10 s-1 近傍において，Cowper-Symonds
式で算出した引張強さが WES 式で算出したものよりも小さくなるように設定し，貫通評価に対して保守的になるように配慮していることを参考に，ここではひずみ速度 0.1～100 s-1 の範囲において WES 式で算出した値よりも小さくなるように設定した。

7-8-別 1-3

17

表 2-1 に示すパラメータを適用したときの動的物性値について，WES 式による値と合わせ図2-1 に示す。
700

600

500

真応力(MPa)

400

300

200

WES推定式 引張強さ
100

Cowper Syomonds式

引張強さ

WES推定式 降伏応力
Cowper Syomonds式
00.0001

0.001

0.01

0.1
ひずみ速度(/s)

1

10

降伏応力

100

図 2-1 防護鋼板におけるひずみ速度-真応力曲線

7-8-別 1-4

18

3.

電中研解析手法と自由落下衝突試験結果との整合性について
上記の動的物性値設定手法の設定に際し参照した，電中研解析手法の妥当性について

以下に示す。
3.1 事前解析における塑性ひずみ及び試験結果における貫通有無について
電中研報告においては，事前解析にて得られた衝突エネルギーと鋼板に発生する相当塑性ひずみの関係を求め，試験の重錘落下高さに反映を行っている。その際に得られた事前解析結果による相当塑性ひずみと自由落下衝突試験における貫通有無の関係を表3-1に示す。
表 3-1 事前解析結果による相当塑性ひずみと自由落下衝突試験における貫通有無
試験条件

試験(解析)

試験結果によ事前解析で得られた相当塑

ケース

飛来物

被衝突体＊

落下高さ(m)

る貫通有無

SS-1

剛パイプ重錘

SS400

17.0

有

17.4

SS-2

剛パイプ重錘

SS400

12.5

有

14.9

SS-4

剛パイプ重錘

SS400

11

無

14.1

SS-3

剛パイプ重錘

SS400

9.5

無

13.0

性ひずみ(%)

注記 ＊：有効開口部サイズ 1.4m×1.4m×t9mm，接続部 2 辺固定
上記の試験結果及び事前解析結果より，試験ケース SS-2 においては，貫通が発生しており，事前解析により得られた相当塑性ひずみは 14.9%である。また，試験ケース SS-4 においては，貫通が発生しておらず，事前解析により得られた相当塑
性ひずみは 14.1%である。したがって，試験結果及び事前解析結果より，SS400 鋼
板については，相当塑性ひずみが 14.1%～14.9%の間で貫通が発生することが考えられる。
3.2 SS400 鋼板の引張試験における塑性ひずみについて
表 3-2 に自由落下衝突試験に用いた SS400 鋼板の引張試験で得られた材料特性値を示す。ここで，試験に使用した被衝突体である SS400 鋼板の材料試験値から得られた引張ひずみに相当する塑性ひずみが 14.9%であることから，被衝突体である SS400 鋼板の塑性ひずみが 14.9%付近に達した場合に飛来物が貫通することが考えられる。

7-8-別 1-5

19

表 3-2 自由落下衝突試験に用いた SS400 鋼板の材料試験値他
塑性ひずみ(左材料試験結果 (平均値)
引張ひずみを真部材

鋼板(SS400)

降伏応力

引張強さ

引張ひずみ

ヤング率

ひずみに換算し

(MPa)

(MPa)

(-)

(GPa)

た値 (-)

322.3

474.4

0.1624

209.7

0.151

記から弾性ひずみを差し引いた値)
0.149

3.3 電中研解析手法及び自由落下衝突試験結果と材料試験値の整合性
3.1 により事前解析における相当塑性ひずみと自由落下衝突試験における貫通有無
より，飛来物衝突により発生する SS400 鋼板の相当塑性ひずみが 14.1～14.9%に達した場合に貫通することが考えられること，3.2 の SS400 鋼板の引張試験における材料
試験値より SS400 鋼板の塑性ひずみが 14.9%であることから，電中研報告における事
前解析及び自由落下衝突試験結果は材料試験結果とよく整合していることが確認できる。
したがって，電中研解析手法は自由落下衝突試験結果とよく整合している解析手法であるといえる。表 3-3 に，電中研報告における事前解析及び自由落下衝突試験から得られた結果並びに材料試験から得られた結果を示す。
表 3-3

電中研報告書における事前解析，自由落下衝突試験及び材料試験から得られた結果

事前解析及び自由落下衝突試

材料試験から得られた結果

結論

SS400 鋼板については，飛来

自由落下衝突試験に使用した

左記より電中研解析手法は自物衝突により相当塑性ひずみ

SS400 鋼板の引張ひずみに相由落下衝突試験結果とよく整が14.1%～14.9%に達した場合当する塑性ひずみが14.9%

合しているといえる。

験から得られた結果に貫通する。

4. 電中研解析手法と当社の解析手法の比較について
電中研解析手法と当社の解析手法の比較を表 4-1 に示す。本比較表より，当社の解析手法については，「静的な物性値の出典」及び「破断ひずみ（破断条件）」において保守性を有しており，その他については差異がないことから，当社の解析手法は電中研解析手法に比べ保守性を有しているといえる。

7-8-別 1-6

20

表 4-1 電中研解析方法と当社の解析手法の差異
比較項目
解析コード

電中研解析手法

当社の解析手法

AUTODYN

LS-DYNA

備考「原子力安全基盤機構：原子力発電施設等に係る構造物の爆発衝撃荷重挙動解析(JNES/SSD08-014,平成20 年11 月)」において，AUTODYNとLS-DYNAとの間でコードに依存する特性は少ないことが確認されていることから，解析コードに有意な差はないといえる。

材料

静的な物性値

物性値

の出典

材料試験値

JIS 規格値

電中研解析手法については，引張試験において得られた材料試験値を使用しており，JIS規格値を使用している当社の解析手法に保守性
有（例．SS400 鋼板の材料試験値の降伏応力
322MPa に対してJIS 値は245MPa）

動的な物性値WES 式※1

同左の出典※1：(社)日本溶接協会「動的繰返し大変形を受ける溶接鋼構造物の脆性破壊性能評価方
法，WES2808:2003」による推定式

応力―ひずみCowper Symonds

関係

モデル※2

同左

※2：「原子力安全基盤機構：原子力発電施設
等に係る構造物の爆発衝撃荷重挙動解析(JNES/SSD08-014,平成20 年11 月)」において使用しているひずみ速度を考慮したモデル

破断ひずみ

相当塑性ひずみ

破断伸びのJIS 規

破断ひずみについて電中研提案の値に対し，(破断条件)がJSME 規格※3

格値をTF=2 で除小さな値を採用していることから破断しやすの限界3 軸ひず

し，真ひずみに変い設定となっており，保守性を有している。

みεLにおける

換した値に達した※3：「日本機械学会：発電用原子力設備規格

TF=2 の値に達し場合（例．SS400

シビアアクシデント時の構造健全性評価ガイた場合を提案の場合：8.1%）

ドライン<BWR 鋼製格納容器編>(2014 年7（例．SS400 の月)」

場合：12.8%）

7-8-別 1-721

5.

当社の解析手法の保守性について
当社の解析手法の保守性を確認することを目的として，表 4-1 に記載している当社の解析手法における設定値を用いて，電中研報告における重錘の鋼板上への自由落下衝突試験（以下，電中研試験という）の追解析を行った。その結果を表 5-1 に，解析モデル
を図 5-1 に示す。解析モデルは電中研試験と同様 2 辺固定とし，重錘部については，密度を大きくした要素を採用することで重錘の重量を模擬している。また，本検討においては，解析ソフトとして Virtual Performance Solution（以下「VPS」という。）を用いた。VPS については，別紙に示すとおり，AUTODYN との間に有意な差はないといえる
ため，同様に AUTODYN と差がないと評価されている，強度計算書の計算に用いた LSDYNA においても，同様の結果が得られると考えられる。
表 5-1 の追解析結果より，自由落下衝突試験において貫通が発生しなかったケースにおいても，当社の解析手法による解析結果においては貫通が発生していること，また貫通が発生したケースにおける残留速度が自由落下衝突試験結果の残留速度よりも大きいことから，当社の解析手法は保守性を有しているといえる。
表 5-1 当社の解析手法による自由落下衝突試験の追解析
試験条件

試験結果による

当社の解析手法を貫通有無(残留用いた追解析によ

速度(m/s))

る貫通有無(残留

試験ケース
飛来物

被衝突体

落下高さ(m)速度(m/s))SS-1

剛パイプ重錘

SS400

17.0

有(8.5m/s)

SS-2

剛パイプ重錘

SS400

12.5

有(2.9m/s)

SS-4

剛パイプ重錘

SS400

11

無

SS-3

剛パイプ重錘

SS400

9.5

無

図 5-1 解析モデル
以

上7-8-別 1-8

22

別紙 1

AUTODYN と Virtual Performance Solution の比較検証結果
電中研報告の試験結果に対する動的物性値設定手法の保守性の検討においては，解析ソフトに Virtual Performance Solution（VPS）を用いた。以下に，電中研解析で適用している AUTODYN と VPS との間に有意な差異がないことの検証結果を示す。
AUTODYN と VPS の間における，解析コードに依存する差異の有無を確認するために，
材料物性値，固定条件等の入力条件を同一とし，その解析結果を比較した。
解析条件は，表 1 に示す，電中研による自由落下衝突試験の条件とした。また，解析により得られた，鋼板に生じる変位を図 1 に，鋼板に生じる相当塑性ひずみを図 2 に示す。
表 1 影響評価に用いる解析条件
解析条件

解析ケース

飛来物

被衝突体

落下高さ(m)SS-1

剛パイプ重錘

SS400

17.0

SS-2

剛パイプ重錘

SS400

12.5

SS-4

剛パイプ重錘

SS400

11

SS-3

剛パイプ重錘

SS400

9.5

VPS モデル電中研（AUTODYN）モデル

図 1 AUTODYN と VPS の比較検証結果(鋼板の変位)

7-8-別 1-1

23

max17.6%

VPS モデル電中研（AUTODYN）モデル(a)相当塑性ひずみコンタ図(ケース：SS-1)

Plastic Strain [%]

20.0
18.0

VPS

16.0

電中研

14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
ss-1

ss-2

ss-4

ss-3

(b)相当塑性ひずみ最大値比較
図2

AUTODYN と VPS の比較検証結果(相当塑性ひずみ)

図 1 及び図 2 より，AUTODYN と VPS の解析結果に有意な差がないことから，AUTODYN と VPSの間に有意な差異はないといえる。
以上7-8-別 1-2

24

別紙 2

計算機プログラム（解析コード）の概要
・Ｖｉｒｔｕaｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ

7-8-別 2-1

25

目次
1.

はじめに

3

1.1 使用状況一覧

42.

解析コードの概要

53.

コードの検証77-8-別 2-2

26

1.

はじめに
本資料は，計算機プログラム（解析コード）Virtual Performance Solutionについて説明するものである。

2.

解析コードの概要
コード名

項目

Virtual Performance Solution

使用目的

3 次元有限要素法による衝突解析（竜巻飛来物影響評価）

開発機関

ESI Group

開発時期

2002 年使用したバージョン

2015
Virtual Performance Solution（以下，「VPS」という。
）は，ESI Groupにより開発・公開された、衝突安全・機構応力・強度剛性・疲労耐久・

コードの概要振動音響など、多領域の解析ソフトを包括した構造解析用の汎用市販コードであり，衝撃・衝突現象を含めた、強い非線形性（幾何学的／材料

NT2 補② 付録 23 R0／接触）を伴う現象についても，動的陽解法有限要素法を用いた高速・高精度な解析が可能である。
Virtual Performance Solution は，動的物性値の設定に用いるパラメータの保守性の確認において，竜巻飛来物に対する防護鋼板への衝突試験結果と比較するための，3 次元有限要素法による衝突解析の計算値の算出に使用している。
【検証（Verification）】
本解析コードの検証の内容は以下のとおりである。
・下記の文献に提示されている動的な事象についてVPSによる解析を実施し，解析結果が文献に記載された理論値や実験結果と一致す
検証（Verification）
及び妥当性確認(Validation）

ることを確認している。
＜参照文献＞
Vibration theory and application, 2nd edition
Vector Mechanics for Engineers, Dynamics, 7th edition
Engineering Mechanics Dynamics, 4th edition
Mechanical vibration, 4th edition
Schaum's Outline of Theory and Problems of Engineering
Mechanics, Statics and Dynamics
Classical Dynamics of Particles and Systems, 5thedition・本コードの運用環境について，開発機関から提示された要件を満足していることを確認している。
3/E

27

【妥当性確認（Validation）】
本解析コードの妥当性確認の内容は，以下のとおりである。
・本解析コードは，国内外の宇宙航空，自動車，機械，建築，土木な
どの様々な分野における使用実績を有しており，妥当性は十分に確認されている。
検証（Verification）
及び妥当性確認(Validation）

・開発機関が提示するマニュアルにより，本解析コードの適正な用途
適用範囲を確認している。
・本工事計画で行う3次元有限要素法（はり要素，シェル要素，ソリッド要素）による動的解析（衝突解析）の用途，適用範囲が上述の妥当性確認範囲内にあることを確認している。
・本工事計画における構造に対し使用する要素，3 次元有限要素法による衝突解析（竜巻飛来物影響評価）の使用目的に対し，使用用途
及び使用方法に関する適用範囲が上述の妥当性確認の範囲内であることを確認している。

NT2 補② 付録 23 R03.

コードの検証下記の文献に提示されている，種々の動的な事象をVPSにて解析し，結果が文献に記載された理論値や実験の結果と一致することを確認した。評価内容を以降に示す。

4/E

28

3.1 ばね－質点系の振動（減衰なし）（「Vibration theory and application, 2nd edition」との比較）
単純なばね－質点系モデルの振動に対し挙動を評価し，理論解とよく整合することを確認した。

FEM モデルNT2 補② 付録 23 R0

理論モデル

5/E

29

NT2 補② 付録 23 R0

理論式

理論解との比較（最大変位）

6/E

30

3.2 落下物とバネの衝突（「Vector Mechanics for Engineers, Dynamics, 7th edition）との比較」
ばねの先端の受け皿に，剛体の落下物が衝突した場合の受け皿の挙動を評価し，文献値とよNT2 補② 付録 23 R0

く整合することを確認した。

理論モデル

FEM モデル

7/E

31

NT2 補② 付録 23 R0

文献値（受け皿の変位）との比較

8/E

32

3.3 バネ－質点系（減衰あり）の振動（「Engineering Mechanics Dynamics, 4th edition」との比較）
減衰機構を有するばね－質点系モデルの振動に対し挙動を評価し，理論解とよく整合するこNT2 補② 付録 23 R0とを確認した。

理論モデル

FEM モデル

9/E

33

NT2 補② 付録 23 R0

理論式

理論解との比較（最大変位，最大速度及びピーク時間）

10/E

34

3.4 振動子（減衰なし）の振動（「Mechanical vibration, 4th edition」との比較）
2質点のばね－質点系モデルの振動に対し挙動を評価し，理論解とよく整合することを確認

NT2 補② 付録 23 R0

した。

理論モデル

FEM モデル

11/E

35

NT2 補② 付録 23 R0

理論式

理論解との比較（受け皿の変位）

12/E

36

3.5 棒（ピン支持）の重力下での振動（「Schaum's Outline of Theory and Problems of Engineering Mechanics, Statics andDynamics」との比較）
1点をピンで留められた棒が重力により振動するモデルに対し挙動を評価し，理論解とよくNT2 補② 付録 23 R0

整合することを確認した。

理論モデル

FEM モデル

13/E

37

理論式

NT2 補② 付録 23 R0

理論解との比較（角速度）

14/E

38

3.6 空気抵抗を受ける発射体の運動（「Classical Dynamics of Particles and Systems, 5th edition」との比較）
空気抵抗を受ける球状の発射体の挙動を評価し，理論解とよく整合することを確認した。

FEM モデルNT2 補② 付録 23 R0

理論モデル

15/E

39

NT2 補② 付録 23 R0

理論式

理論解との比較（最大高さ及び到達時刻，最大到達距離及び到達時間）

16/E40