特許 7493436 解析装置、解析方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-23

(45)【発行日】2024-05-31

(54)【発明の名称】解析装置、解析方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/38 20060101AFI20240524BHJP

   G21C 13/02 20060101ALI20240524BHJP

   G21D 1/00 20060101ALI20240524BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

E04B1/38 ESW

G21C13/02 200

G21D1/00 Z

G01N3/00 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020199590

(22)【出願日】2020-12-01

(65)【公開番号】P2022087587

(43)【公開日】2022-06-13

【審査請求日】2023-01-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】最上 雄一

(72)【発明者】

【氏名】吉津 匡

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 孝昭

【審査官】須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－３１０６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３７７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９５３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２７７３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７８８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１１１６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２０２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３６４２２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／００

Ｅ０４Ｂ １／３８

Ｇ２１Ｃ １３／０２

Ｇ２１Ｄ １／００

Ｇ０１Ｎ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の部材、及び前記複数の部材を接続する接続部を含む構造物の構造解析の解析条件を設定する条件設定部と、
前記条件設定部によって設定された解析条件で、前記構造物の構造解析を実行する解析実行部と、
前記接続部の解析結果が、閾値を超えたかを判断する判断部と、
を含み、
前記条件設定部は、
前記構造物の中性子束を前記解析条件として設定し、前記接続部への中性子の照射量と前記接続部に作用する応力に対する閾値との関係を示す閾値関係情報に基づき、中性子の照射量が高くなるほど値が小さくなるように、前記閾値を設定し、
前記閾値を超えた前記接続部が、破断しているとみなす解析条件に更新し、
前記解析実行部は、更新された前記解析条件で、構造解析をする、
解析装置。

【請求項2】

前記解析実行部は、解析実行から解析上で所定時間経過後に前記接続部の状態を解析し、
前記判断部は、前記所定時間後の前記接続部の解析結果により、閾値を超えたかを判断する、請求項１に記載の解析装置。

【請求項3】

前記判断部は、解析上で所定時間が経過する毎に、前記接続部の解析結果を取得し、前記接続部の解析結果が閾値を超えたかを判断する、請求項１又は請求項２に記載の解析装置。

【請求項4】

前記条件設定部は、前記解析実行部の構造解析での解析結果が前記閾値を超えた前記接続部についての解析条件を、前記接続部の剛性をゼロとすること、前記接続部の拘束条件を外すこと、及び前記接続部のモデルを解析上から削除することとの、いずれかに設定する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の解析装置。

【請求項5】

前記条件設定部は、前記接続部の解析結果が閾値を超えた解析上のタイミングから、解析上で所定の期間が経過したタイミングで、前記接続部についての解析条件を更新する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の解析装置。

【請求項6】

前記解析実行部は、前記接続部が複数設けられた構造物の構造解析を実行し、前記判断部は、前記接続部毎に、解析結果が閾値を超えたか判断し、前記条件設定部は、前記接続部毎に解析条件を設定する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の解析装置。

【請求項7】

前記接続部は、ボルト、リベット、及び溶接部の少なくとも１つである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の解析装置。

【請求項8】

前記構造物は、原子力設備に設けられる構造物である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の解析装置。

【請求項9】

前記条件設定部は、解析条件として、前記構造物の温度、前記構造物の応力と歪との関係情報、前記構造物のヤング率、前記構造物のポアソン比、前記構造物の線膨張係数、前記構造物のスウェリング評価式、及び前記構造物のクリープ特性の、少なくとも１つを設定する、請求項８に記載の解析装置。

【請求項10】

複数の部材、及び前記複数の部材を接続する接続部を含む構造物の構造解析の解析条件を設定するステップと、
設定された解析条件で、前記構造物の構造解析を実行するステップと、
前記接続部の解析結果が、閾値を超えたかを判断するステップと、
を含み、
前記解析条件を設定するステップにおいては、
前記構造物の中性子束を前記解析条件として設定し、前記接続部への中性子の照射量と前記接続部に作用する応力に対する閾値との関係を示す閾値関係情報に基づき、中性子の照射量が高くなるほど値が小さくなるように、前記閾値を設定し、
前記閾値を超えた前記接続部が、破断しているとみなす解析条件に更新し、
前記構造解析を実行するステップにおいては、更新された前記解析条件で、構造解析をする、
解析方法。

【請求項11】

複数の部材、及び前記複数の部材を接続する接続部を含む構造物の構造解析の解析条件を設定するステップと、
設定された解析条件で、前記構造物の構造解析を実行するステップと、
前記接続部の解析結果が、閾値を超えたかを判断するステップと、
を含む解析方法を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記解析条件を設定するステップにおいては、
前記構造物の中性子束を前記解析条件として設定し、前記接続部への中性子の照射量と前記接続部に作用する応力に対する閾値との関係を示す閾値関係情報に基づき、中性子の照射量が高くなるほど値が小さくなるように、前記閾値を設定し、
前記閾値を超えた前記接続部が、破断しているとみなす解析条件に更新し、
前記構造解析を実行するステップにおいては、更新された前記解析条件で、構造解析をする、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、解析装置、解析方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

複数の部材同士を、ボルトなどの接続部で接続する技術が一般に知られている。例えば特許文献１には、原子炉容器内において、冷却材の流れを区分けするバッフル板とそれを固定するフォーマ板とを、バッフルフォーマボルトで接続する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－１１１６８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バッフルフォーマボルトに限られず、複数の部材同士を接続する接続部を含む構造物については、経年劣化による構造物の損傷を未然に防ぐため、その寿命を高精度に評価することが求められている。

【0005】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、複数の部材同士を接続する接続部を含む構造物の寿命を高精度に予測可能な解析装置、解析方法及びプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る解析装置は、複数の部材、及び前記複数の部材を接続する接続部を含む構造物の構造解析の解析条件を設定する条件設定部と、前記条件設定部によって設定された解析条件で、前記構造物の構造解析を実行する解析実行部と、前記接続部の解析結果が、閾値を超えたかを判断する判断部と、を含み、前記条件設定部は、前記閾値を超えた前記接続部が、破断しているとみなす解析条件に更新し、前記解析実行部は、更新された前記解析条件で、構造解析をする。

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る解析方法は、複数の部材、及び前記複数の部材を接続する接続部を含む構造物の構造解析の解析条件を設定するステップと、設定された解析条件で、前記構造物の構造解析を実行するステップと、前記接続部の解析結果が、閾値を超えたかを判断するステップと、を含み、前記解析条件を設定するステップにおいては、前記閾値を超えた前記接続部が、破断しているとみなす解析条件に更新し、前記構造解析を実行するステップにおいては、更新された前記解析条件で、構造解析をする。

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るプログラムは、複数の部材、及び前記複数の部材を接続する接続部を含む構造物の構造解析の解析条件を設定するステップと、設定された解析条件で、前記構造物の構造解析を実行するステップと、前記接続部の解析結果が、閾値を超えたかを判断するステップと、を含む解析方法を、コンピュータに実行させるプログラムであって、前記解析条件を設定するステップにおいては、前記閾値を超えた前記接続部が、破断しているとみなす解析条件に更新し、前記構造解析を実行するステップにおいては、更新された前記解析条件で、構造解析をする。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、複数の部材同士を接続する接続部を含む構造物の寿命を高精度に予測できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施形態に係る炉内構造物の模式的な一部断面図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る炉内構造物の模式的な一部拡大図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る解析装置の模式的なブロック図である。

【図4】図４は、接続部の解析モデルの一例を示す図である。

【図5】図５は、閾値の一例を示すグラフである。

【図6】図６は、解析処理の処理フローを説明するフローチャートである。

【図7】図７は、接続部の破断が模擬された場合の構造解析結果の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0012】

（構造物）
図１は、本実施形態に係る炉内構造物の模式的な一部断面図であり、図２は、本実施形態に係る炉内構造物の模式的な一部拡大図である。図２は、図１の破線で囲われた部分を拡大した図である。本実施形態に係る解析装置１０は、炉内構造物Ｒに備えられる構造物Ｖの構造解析を実行する。炉内構造物Ｒは、原子力発電プラントの加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）に用いられる。ただし、炉内構造物Ｒは、加圧水型原子炉に用いられることに限られず、例えば沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）に用いられてもよい。図２に示すように、炉内構造物Ｒには、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃとを含む構造物Ｖが設けられている。炉心槽Ｗ内には、複数の燃料集合体が設けられており、燃料集合体に至る冷却材流れがバッフル板Ｂで区分けされている。接続部Ｃは、構造物Ｖに複数設けられており、バッフル板Ｂとフォーマ板Ｆとを接続し、フォーマ板Ｆと炉心槽Ｗとを接続する。本実施形態に係る接続部Ｃは、部材同士を接続するボルトである。すなわち、バッフル板Ｂとフォーマ板Ｆを接続する接続部Ｃは、いわゆるバッフルフォーマボルトであり、フォーマ板Ｆと炉心槽Ｗとを接続する接続部Ｃは、いわゆるバレルフォーマボルトである。

【0013】

本実施形態に係る解析装置１０は、以上のような構造の構造物Ｖの構造解析を実行するものであるが、解析装置１０が構造解析する構造物Ｖは、以上の構成のものに限られず、原子力設備に設けられる任意の構造物であってもよい。さらにいえば、解析装置１０が構造解析する構造物Ｖは、原子力設備に設けられるものであることにも限られない。構造物Ｖは、接続部Ｃと、接続部Ｃによって接続される複数の任意の部材を含む任意の構造物であってよい。ただし、構造物Ｖは、複数の接続部Ｃを含むことが好ましい。また、接続部Ｃは、ボルトであるが、それに限られず、複数の部材を接続する任意のものであってよい。例えば、接続部Ｃは、ボルト、リベット、及び溶接部の少なくとも１つであってよい。

【0014】

（解析装置）
解析装置１０は、ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）による構造解析を実行する。構造解析とは、構造物Ｖの状態を推定する解析を指し、構造物Ｖに作用する応力や歪みを解析する応力解析を指すことが好ましい。解析装置１０は、解析上の時間軸で解析が開始するタイミングである解析開始タイミングから、解析上の時間軸で解析が終了するタイミングである解析終了タイミングまでの、経時的な構造解析を実行する。すなわち、解析装置１０は、解析開始タイミングから解析終了タイミングまでの、解析上の時間軸における所定タイミング毎（所定時間が経過する毎）の、構造物Ｖの構造解析を解析する。例えば、解析開始タイミングが２０２０年１月１日であり、解析終了タイミングが２０８０年１月１日である場合、解析装置１０は、２０２０年１月１日から２０８０年１月１日までの間の、所定タイミング毎の、構造物Ｖに作用する応力を解析する。なお、解析開始タイミング及び解析終了タイミングは、任意に設定可能である。また、所定タイミングも、すなわち、１つの構造解析が行われたタイミングから次の構造解析が行われたタイミングまでの所定時間（構造解析のサンプリングレート）も、任意に設定可能である。ここでの所定時間は一定でなくてよく、例えば、最初は現在時刻から１日後の解析結果を出力し、その次には、直前で解析結果が出力されてから２日後の解析結果を出力してもよい。

【0015】

図３は、本実施形態に係る解析装置の模式的なブロック図である。解析装置１０は、コンピュータであり、入力部２０と、出力部２２と、記憶部２４と、制御部２６とを含む。入力部２０は、ユーザの操作を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボードやタッチパネルなどである。出力部２２は、情報を出力する装置であり、例えば、画像を表示する表示部を含む。記憶部２４は、制御部２６の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。記憶部２４は、構造解析を行うためのプログラムを記憶している。記憶部２４が保存する制御部２６用のプログラムは、解析装置１０が読み取り可能な記録媒体に記憶されていてもよい。

【0016】

制御部２６は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。制御部２６は、条件設定部３０と、解析実行部３２と、判断部３４と、寿命推定部３６とを含む。制御部２６は、記憶部２４からプログラム（ソフトウェア）を読み出して実行することで、条件設定部３０と解析実行部３２と判断部３４と寿命推定部３６とを実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部２６は、１つのＣＰＵによってこれらの処理を実行してもよいし、複数のＣＰＵを備えて、それらの複数のＣＰＵで、処理を実行してもよい。また、条件設定部３０と解析実行部３２と判断部３４と寿命推定部３６との少なくとも一部を、ハードウェアで実現してもよい。

【0017】

（解析条件の設定）
条件設定部３０は、構造物Ｖの構造解析の解析条件を設定する。解析条件とは、構造物Ｖの構造解析を行うための入力値を指す。条件設定部３０は、ユーザによって入力された解析条件を取得して、構造物Ｖの構造解析の解析条件として設定してよいし、外部の装置から解析条件を取得して、構造物Ｖの構造解析の解析条件として設定してよいし、演算により解析条件を算出して、構造物Ｖの構造解析の解析条件として設定してもよい。条件設定部３０は、解析開始タイミングから解析終了タイミングまでの所定タイミング毎に、解析条件を設定する。

【0018】

条件設定部３０は、解析条件として、構造物Ｖの中性子束、構造物Ｖの温度、構造物Ｖの応力と歪との関係情報、構造物Ｖのヤング率、構造物Ｖのポアソン比、構造物Ｖの線膨張係数、構造物Ｖのスウェリング評価式、及び構造物Ｖのクリープ特性の、少なくとも１つを設定する。条件設定部３０は、構造物Ｖの中性子束、構造物Ｖの温度、構造物Ｖの応力と歪との関係情報、構造物Ｖのヤング率、構造物Ｖのポアソン比、構造物Ｖの線膨張係数、構造物Ｖのスウェリング評価式、及び構造物Ｖのクリープ特性の全てを設定することが好ましい。以下、各解析条件の設定方法について説明する。

【0019】

条件設定部３０は、構造物Ｖの中性子束を解析条件として設定する。構造物Ｖの中性子束とは、構造物Ｖに含まれる各部材における中性子束を指し、本実施形態では、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃにおける中性子束を意味する。条件設定部３０は、解析開始タイミングから解析終了タイミングまでの所定タイミング毎の、構造物Ｖの位置毎の中性子束（中性子束分布）を、解析条件として設定する。条件設定部３０は、構造物Ｖの中性子束を任意の方法で設定してよいが、例えば、構造物Ｖの放射線解析で算出された値を用いてよい。

【0020】

条件設定部３０は、構造物Ｖの温度を解析条件として設定する。構造物Ｖの温度とは、構造物Ｖに含まれる各部材の温度を指し、本実施形態では、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃの温度を意味する。条件設定部３０は、解析開始タイミングから解析終了タイミングまでの所定タイミング毎の、構造物Ｖの位置毎の温度（温度分布）を、解析条件として設定する。条件設定部３０は、構造物Ｖの温度を任意の方法で設定してよいが、例えば、構造物Ｖの放射線解析で算出されたγ発熱分布（ガンマ線による位置毎の発熱量）と、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析によって算出された構造物Ｖの位置毎の熱伝達率と、ＣＦＤ解析によって算出された構造物Ｖの位置毎の流体温度とに基づき、算出された構造物Ｖの温度を用いてよい。

【0021】

条件設定部３０は、構造物Ｖの応力と歪との関係情報を、解析条件として設定する。応力と歪との関係情報とは、応力と歪との関係を示す情報であり、応力－歪曲線ともいえる。構造物Ｖの応力と歪との関係情報とは、構造物Ｖに含まれる各部材の応力と歪との関係情報を指し、本実施形態では、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃのそれぞれについての、応力と歪との関係情報を意味する。応力と歪との関係は、材料と、中性子照射量とに応じて決まる。そのため、本実施形態では、中性子照射量に応じた応力－歪曲線が、材料毎に準備される。条件設定部３０は、構造物Ｖに含まれる部材のそれぞれについて、その部材と同じ材料についての中性子照射量に応じた応力－歪曲線を、応力と歪との関係情報として用いる。

【0022】

条件設定部３０は、構造物Ｖのヤング率を、解析条件として設定する。構造物Ｖのヤング率とは、構造物Ｖに含まれる各部材のヤング率を指し、本実施形態では、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃのそれぞれについてのヤング率を意味する。ヤング率は、材料及び温度分布に応じて決まる。そのため、本実施形態では、温度とヤング率との関係を示す情報が、材料毎に準備される。条件設定部３０は、構造物Ｖに含まれる部材のそれぞれについて、その部材と同じ材料についての温度とヤング率との関係を示す情報を、ヤング率として用いる。

【0023】

条件設定部３０は、構造物Ｖのポアソン比を、解析条件として設定する。構造物Ｖのヤング率とは、構造物Ｖに含まれる各部材のポアソン比を指し、本実施形態では、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃのそれぞれについてのポアソン比を意味する。ポアソン比は、材料に応じて決まるため、条件設定部３０は、解析開始タイミングから解析終了タイミングまでの全ての期間において、ポアソン比として同じものを用いる。

【0024】

条件設定部３０は、構造物Ｖの線膨張係数を、解析条件として設定する。構造物Ｖのヤング率とは、構造物Ｖに含まれる各部材の線膨張係数を指し、本実施形態では、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃのそれぞれについての線膨張係数を意味する。線膨張係数は、材料及び温度分布に応じて決まる。そのため、本実施形態では、温度と線膨張係数との関係を示す情報が、材料毎に準備される。条件設定部３０は、構造物Ｖに含まれる部材のそれぞれについて、その部材と同じ材料についての温度と線膨張係数との関係を示す情報を、線膨張係数として用いる。

【0025】

条件設定部３０は、構造物Ｖのスウェリング評価式を解析条件として設定する。スウェリング評価式とは、中性子の照射量、温度とスウェリング量との関係を示す情報である。スウェリング量とは、中性子の照射による部材の膨張量を指す。構造物Ｖのスウェリング評価式とは、構造物Ｖに含まれる各部材のスウェリング量を推定する式を指し、本実施形態では、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃのそれぞれについてのスウェリング評価式を意味する。スウェリング評価式は、材料に応じて決まるため、条件設定部３０は、解析開始タイミングから解析終了タイミングまでの全ての期間において、スウェリング評価式として同じものを用いる。条件設定部３０は、構造物Ｖのスウェリング評価式を任意の方法で設定してよいが、例えば、実験データに基づき設定されたものを用いてよい。条件設定部３０は、接続部Ｃのスウェリング評価式として次の式（１）を用いてよい。

【0026】

Ｓ＝（１００・ΔＶ／Ｖ０）＝Ａ・（ｄｐａ’・１０^７／１．２５）^{－０．７３}・（ｄｐａ／４．９）^２ ・・・（１）

【0027】

ここで、Ｓがスウェリング量の比率であり、ΔＶが中性子の照射による部材の膨張体積量であり、Ｖ０が膨張前の部材の体積であり、ｄｐａ’が単位時間当たりの中性子の照射量（ｄｐａ／ｓｅｃ）であり、ｄｐａが中性子の照射量（ｄｐａ）を指す。また、Ａは、次の式（２）に示した値である。式（２）におけるＴは、温度（℃）である。

【0028】

Ａ＝ｅｘｐ（－１．５９１＋０．２４５・Ｔ－１．２１０・Ｔ^２－１．３８４・Ｔ^３－１．２０４・Ｔ^４） ・・・（２）

【0029】

条件設定部３０は、構造物Ｖのクリープ特性を解析条件として設定する。クリープ特性とは、部材への中性子の照射量及び部材に生じる応力と、クリープによる歪量との関係を示す情報である。構造物Ｖのクリープ特性とは、構造物Ｖに含まれる各部材のクリープ特性を指し、本実施形態では、炉心槽Ｗとバッフル板Ｂとフォーマ板Ｆと接続部Ｃのそれぞれについてのクリープ特性を意味する。条件設定部３０は、構造物Ｖのクリープ特性を任意の方法で設定してよいが、例えば、実験データに基づき設定されたものを用いてよい。条件設定部３０は、接続部Ｃのクリープ特性として次の式（３）を用いてよい。

【0030】

ε＝Ｅ・σ・｛１－ｅｘｐ（－Ｅ’・Ｆ）｝＋Ｂ０・σ（１＋Ｂ１・σ^３）・Ｆ ・・・（３）

【0031】

ここで、εがクリープによる歪量であり、σが応力（ＭＰａ）であり、Ｅ’及びＥは遷移クリープ定数であり、Ｆは中性子の照射量（ｄｐａ）であり、Ｂ０及びＢ１は定常クリープ定数を指す。なお、Ｅとして０．７３３・１０^－６（ＭＰａ^－1）を用い、Ｅ’として４．３（ｄｐａ^－1）を用い、Ｂ０として０．９７５・１０^－６（ｄｐａ^－1・ＭＰａ^－1）を用い、Ｎ１として０．３２８・１０^－８（ＭＰａ^－３）を用いてよい。

【0032】

（解析モデルの生成）
また、条件設定部３０は、構造物Ｖの解析用のモデルである解析モデルＶＭを取得する。解析モデルＶＭは、構造物Ｖの各部材の３次元モデルを複数の要素に分割し、要素上に節点を設定して、生成されるモデルである。本実施形態では、ユーザによって生成された解析モデルＶＭが、記憶部２４に記憶されており、条件設定部３０は、記憶部２４に記憶された解析モデルＶＭを読み出すことで、解析モデルＶＭを取得する。なお、解析モデルＶＭは、ユーザによって生成されることに限られず、例えば条件設定部３０によって自動で生成されてもよい。本実施形態では、条件設定部３０は、炉心槽Ｗの解析モデルと、バッフル板Ｂの解析モデルと、フォーマ板Ｆの解析モデルと、接続部Ｃの解析モデルとを含むモデルを、解析モデルＶＭとして取得する。条件設定部３０は、解析モデルＶＭを複数取得することなく、１つの解析に対して１つの解析モデルＶＭを取得する。

【0033】

図４は、接続部の解析モデルの一例を示す図である。図４に示すように、条件設定部３０は、接続部Ｃの解析モデルＣＭとして、接続部Ｃの頭部のモデルＣＭ１と接続部Ｃの軸部のモデルＣＭ２とが、頭部と軸部との接続部分のモデルＣＭ３で接続された解析モデルを取得する。なお、軸部のモデルＣＭ２は、ねじ部が形成されていないシャンク部のモデルＣＭ２ａと、ねじ部が形成されるねじ部のモデルＣＭ２ｂとを含む。条件設定部３０は、接続部分のモデルＣＭ３における単位体積あたりの要素数を、頭部のモデルＣＭ１及び軸部のモデルＣＭ２における単位体積当たりの要素数より多い解析モデルＣＭを取得してもよい。これにより、破断しやすい接続部分の解析精度を向上できる。また、条件設定部３０は、接続部分のモデルＣＭ３として、二次要素のモデルを生成し、頭部のモデルＣＭ１及び軸部のモデルＣＭ２として、一次要素のモデルを取得してもよい。二次要素とは、要素の辺と頂点に節点が設定されることを指し、一次要素とは、要素の辺には節点が設定されずに要素の頂点に節点が設定されることを指す。接続部分のモデルＣＭ３を二次要素とし、他を一次要素とすることで、要素の数が多くなりすぎて演算負荷が高くなることを抑制しつつ、破断しやすい接続部分の解析精度を向上できる。

【0034】

条件設定部３０は、解析モデルＶＭを取得したら、解析条件として、各部材のモデルごとに境界条件を設定する。条件設定部３０は、境界条件として、各部材のモデルの境界部分に、荷重条件と拘束条件とを設定する。なお、境界条件についても、ユーザによって設定されて記憶部２４に記憶されたものを、条件設定部３０が取得してもよいし、条件設定部３０が自動的に設定してもよい。

【0035】

（解析の実行）
解析実行部３２は、条件設定部３０が設定した解析条件で、解析上の時間軸における解析終了タイミングまでの、構造物Ｖの構造解析を実行する。より具体的には、解析実行部３２は、条件設定部３０が取得した解析モデルＶＭを用いて、条件設定部３０が設定した解析条件を入力データとして入力して、ＦＥＭによる構造解析を実行して、構造解析の解析結果を出力する。解析実行部３２は、解析上の時間軸における解析開始タイミングから解析終了タイミングまで、構造解析を実行して、所定タイミング毎の構造解析の解析結果を出力する。解析実行部３２は、解析モデルＶＭの節点毎に、作用する応力と変形量とを算出して、解析結果とする。すなわち、解析実行部３２は、解析結果として、構造物Ｖの各部材に作用する応力と構造物Ｖの各部材の変形量とを、出力するといえる。

【0036】

なお、解析実行部３２は、複数の解析モデルを用いることなく、１つの解析モデルＶＭを用いて、構造物Ｖの各部材の構造解析を実行する。

【0037】

（解析結果の判断）
判断部３４は、解析実行部３２による接続部Ｃの構造解析の解析結果を取得し、接続部Ｃの構造解析の解析結果が閾値を超えたかを判断する。具体的には、判断部３４は、解析実行部３２が算出した、接続部Ｃに作用する応力値（接続部Ｃの解析モデルＣＭに作用する応力値）を取得して、接続部Ｃに作用する応力値（接続部Ｃの解析モデルＣＭに作用する応力値）が閾値を超えているかを判断する。判断部３４は、解析実行部３２が解析結果を出力する毎に、接続部Ｃに作用する応力値を取得して、接続部Ｃに作用する応力値が閾値を超えたか判断する。すなわち、判断部３４は、解析上の時間軸における所定タイミング毎の接続部Ｃに作用する応力値を取得して、所定タイミング毎の接続部Ｃに作用する応力値のそれぞれについて、閾値を超えたかを判断する。

【0038】

図５は、閾値の一例を示すグラフである。判断部３４は、接続部Ｃに作用する応力に対する閾値を、任意に設定してよいが、以下に説明するように設定することが好ましい。すなわち、判断部３４は、接続部Ｃへの中性子の照射量と接続部Ｃに作用する応力に対する閾値との関係を示す閾値関係情報を取得し、閾値関係情報に基づき、閾値を設定することが好ましい。閾値関係情報は、例えば実験データに基づき設定されている。閾値関係情報は、図５の線分Ｌに示すように、中性子の照射量が高くなるほど、閾値が小さくなるように設定されている。ただし、線分Ｌは一例である。

【0039】

具体的には、判断部３４は、閾値関係情報と、接続部Ｃへの中性子の照射量とに基づいて、閾値を設定する。判断部３４は、条件設定部３０が設定した解析条件（中性子束）から、接続部Ｃに作用する応力値が算出された解析上のタイミングまでにおける、接続部Ｃへの中性子の照射量の積算値を取得する。そして、判断部３４は、閾値関係情報において、取得した中性子の照射量の積算値に対応付けられた閾値を抽出して、接続部Ｃに作用する応力に対する閾値として設定する。判断部３４は、設定した閾値と、解析実行部３２から取得した接続部Ｃに作用する応力値とを比較して、接続部Ｃに作用する応力値が閾値より大きい場合には、接続部Ｃに作用する応力値が閾値を超えたと判断する。一方、判断部３４は、接続部Ｃに作用する応力値が閾値以下の場合には、接続部Ｃに作用する応力値が閾値を超えていないと判断する。

【0040】

なお、本実施形態では、構造物Ｖには複数の接続部Ｃが含まれている。従って、判断部３４は、それぞれの接続部Ｃについて、構造解析の解析結果（作用する応力値）を取得して、閾値を超えたかを判断する。すなわち、判断部３４は、それぞれの接続部Ｃについて、解析上の時間軸における所定タイミング毎の構造解析結果が、閾値を超えたかを判断する。

【0041】

以上説明したように、判断部３４は、接続部Ｃの解析結果として、接続部に作用する応力値を取得して、応力値が閾値を超えたかを判断する。ただし、判断部３４は、接続部に作用する応力値が閾値を超えたかを判断することに限られない。例えば、判断部３４は、接続部Ｃの解析結果として、接続部Ｃの変形量を取得して、変形量が閾値を超えたかを判断してもよい。すなわち、判断部３４は、接続部Ｃの破断に関連するデータを、解析結果として取得して、その解析結果が閾値を超えたかを判断してよい。

【0042】

（解析条件の更新）
条件設定部３０は、判断部３４によって接続部Ｃの解析結果（ここでは接続部Ｃに作用する応力値）が閾値を超えたと判断された場合には、その接続部Ｃの解析条件を更新する。条件設定部３０は、解析結果が閾値を超えた接続部Ｃが、解析上で破断しているとみなすように、その接続部Ｃの解析条件を更新する。すなわち、条件設定部３０は、解析上の時間軸において、その解析結果が算出されたタイミング以降においては、その接続部Ｃが破断した状態が模擬されるように、その解析結果が算出されたタイミング以降のその接続部Ｃの解析条件を変更する。

【0043】

接続部Ｃを解析上で破断しているとみなすための解析条件は、任意であってよいが、例えば、接続部Ｃの剛性をゼロとすることと、接続部Ｃの拘束条件を外すことと、接続部Ｃの解析モデルＣＭを解析モデルＶＭ上から削除することとの、いずれかであることが好ましい。すなわち、判断部３４によって接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたと判断された場合には、条件設定部３０は、その解析結果が算出された解析上のタイミング以降においては、その接続部Ｃの剛性をゼロとするか、その接続部Ｃの拘束条件を外すか、その接続部Ｃの解析モデルＣＭを削除するかの、いずれかを実行する。なお、拘束条件を外すとは、その接続部ＣのモデルＣＭが、解析上で固定されない状態にすることを指す。

【0044】

また、条件設定部３０は、解析結果が閾値を超えた接続部Ｃについて、その解析モデルＣＭを複数に分割させることで、接続部Ｃを解析上で破断しているとみなしてもよい。この場合、条件設定部３０は、図４に示すシャンク部のモデルＣＭ２ａの箇所で、解析モデルＣＭを分割することが好ましい。より具体的には、条件設定部３０は、シャンク部のモデルＣＭ２ａの、軸方向における中央箇所で、解析モデルＣＭを分割することが好ましい。接続部Ｃの解析モデルＣＭにおいて、応力集中しやすい箇所は、接続部分のモデルＣＭ３である。それに対して、モデルＣＭ３ではなく、シャンク部のモデルＣＭ２ａで分割して、シャンク部で破断されたと模擬することで、詳細な解析が必要となる接続部分のモデルＣＭ３の解析精度が低下することを抑制できる。

【0045】

なお、本実施形態では、構造物Ｖには複数の接続部Ｃが含まれている。従って、条件設定部３０は、接続部Ｃ毎に解析条件を設定するといえる。

【0046】

（解析の継続）
条件設定部３０によって接続部Ｃの解析条件が更新されたら、解析実行部３２は、接続部Ｃの解析条件が更新された解析上のタイミング以降（閾値を超えた接続部Ｃの解析結果が算出された解析上のタイミング以降）の構造解析を、更新された解析条件を用いて、継続する。解析実行部３２は、接続部Ｃの解析条件が更新される度に、更新された解析条件を用いて、解析終了時刻まで、構造解析を行う。接続部Ｃの解析条件がこのように更新されたら、複数の接続部Ｃの荷重分担を再配分することができるため、より高精度な寿命予測が可能となる。

【0047】

なお、以上の説明では、条件設定部３０は、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたタイミングで、その接続部Ｃの解析条件を更新していた。すなわち、解析実行部３２は、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたタイミングで、その接続部Ｃが破断した状態を模擬して、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたタイミングからの解析を継続していた。ただしそれに限られず、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたタイミングから所定の時間が経過したタイミングで、接続部Ｃが破断した状態の模擬を開始してもよい。この場合、条件設定部３０は、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたタイミングから所定の時間が経過した解析上のタイミングで、その接続部Ｃについての解析条件を更新する。そして、解析実行部３２は、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたタイミングから所定の時間が経過した解析上のタイミングまでは、更新前の解析条件（破断した状態が模擬されていない解析条件）で、解析を行い、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたタイミングから所定の時間が経過した解析上のタイミング以降においては、更新後の解析条件（破断した状態を模擬した解析条件）で、解析を行う。このように破断を模擬するタイミングを遅らせることにより、例えば応力腐食割れなど、時間をかけて破断される故障モードを適切に反映できる。

【0048】

（寿命の推定）
寿命推定部３６は、解析実行部３２によって実行された構造物Ｖの構造解析の結果に基づき、構造物Ｖの寿命を推定する。寿命推定部３６は、解析実行部３２によって実行された接続部Ｃの解析結果から、接続部Ｃの寿命を推定する。ただし、寿命推定部３６は必須の構成ではない。

【0049】

（解析フロー）
以上説明した解析処理の処理フローを、フローチャートに基づき説明する。図６は、解析処理の処理フローを説明するフローチャートである。図６に示すように、解析装置１０は、条件設定部３０により、構造物Ｖの解析モデルＶＭを取得して、解析条件を設定する（ステップＳ１０）。解析装置１０は、解析実行部３２により、条件設定部３０によって設定された解析条件で、解析モデルＶＭを用いて、構造物Ｖの構造解析を実行する（ステップＳ１２）。解析実行部３２は、解析上の現在時刻から所定時間経過後の（すなわち所定タイミングの）、構造物Ｖの構造解析の解析結果を出力する。解析装置１０は、判断部３４により、接続部Ｃの構造解析の解析結果を取得する（ステップＳ１４）。そして、解析上の時間軸が解析終了時刻に到達していない場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、解析装置１０は、判断部３４により、解析結果が閾値より高い接続部Ｃがあるかを判断する（ステップＳ１８）。解析結果が閾値より高い接続部Ｃがある場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、解析装置１０は、条件設定部３０により、解析結果が閾値より高い接続部Ｃの解析条件を、破断模擬した条件に更新する（ステップＳ２０）。すなわち、条件設定部３０は、解析結果が閾値より高い接続部Ｃの解析モデルＣＭについての解析条件を、破断しているとみなす解析条件に更新する。その後、ステップＳ１２に戻り、更新された解析条件で、解析上の時間軸においてさらに所定時間経過後の解析を行う。なお、上述のように、ここでの所定時間は一定でなくてよく、時間長さを都度変更してもよい。

【0050】

一方、解析結果が閾値より高い接続部Ｃがない場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）、解析装置１０は、条件設定部３０により、接続部Ｃの解析条件を、破断模擬した条件に更新せずに、ステップＳ１２に戻り、解析を継続する。一方、ステップＳ１６において解析終了時刻に到達した場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、解析を終了する。

【0051】

ここで、複数の部材同士を接続する接続部Ｃを含む構造物Ｖについては、その寿命を高精度に評価することが求められている。接続部Ｃの寿命評価には、例えば、経時的な構造解析結果が用いられる。接続部Ｃに破断するような大きな応力が発生していた場合には、その接続部Ｃは、実際には破断して、部材を接続する力を失っている。しかし、従来の経時的な構造解析においては、接続部Ｃに破断するような大きな応力が発生していた場合にも、その接続部Ｃが破断せずに、部材を接続する力を保持していることを前提として、解析が進められてしまっていた。この場合、例えば他の接続部Ｃなどに作用する応力などの解析結果が、実際とは乖離してしまい、解析結果の精度が低下する可能性がある。それに対し、本実施形態に係る解析装置１０は、解析結果が閾値を超えた接続部Ｃの接続条件を更新して、その接続部Ｃが破断された状態を模擬して、以降の解析を継続する。そのため、本実施形態に係る解析装置１０によると、解析結果の精度低下を抑制し、結果として、構造物Ｖの寿命を高精度に評価できる。

【0052】

図７は、接続部の破断が模擬された場合の構造解析結果の例を示す図である。図７では、解析モデルＶＭに、接続部Ｃの解析モデルＣＭａと、他の接続部Ｃの解析モデルＣＭｂがある場合の、応力分布の一例を示している。図７の矢印が出ている側（矢印の根本側）の図は、あるタイミングで解析モデルＣＭａに作用する応力値が閾値を超えた場合を示している。図７の矢印が指す側の図は、解析モデルＣＭａの破断を模擬して解析を続けた場合を示している。図７の矢印が指す側の図に示すように、解析モデルＣＭａの破断が模擬された場合には、解析モデルＣＭａによる接続力が失われた状態が再現され、解析モデルＣＭｂに作用する応力が増加して、実際の状態を適切に反映できることが分かる。

【0053】

（効果）
以上説明したように、本実施形態に係る解析装置１０は、条件設定部３０と、解析実行部３２と、判断部３４とを含む。条件設定部３０は、複数の部材及び複数の部材を接続する接続部Ｃを含む構造物Ｖの構造解析の、解析条件を設定する。解析実行部３２は、条件設定部３０によって設定された解析条件で、構造物Ｖの構造解析を実行する。判断部３４は、接続部Ｃの解析結果が、閾値を超えたかを判断する。条件設定部３０は、閾値を超えた接続部Ｃが、破断しているとみなす解析条件に更新し、解析実行部３２は、更新された解析条件で、構造解析を実行する。本実施形態に係る解析装置１０は、解析結果が閾値を超えた接続部Ｃについては、破断を模擬した状態として解析を行うため、解析結果の精度低下を抑制し、結果として、構造物Ｖの寿命を高精度に評価できる。

【0054】

解析実行部３２は、解析実行から解析上で所定時間経過後に接続部Ｃの状態を解析し、判断部３４は、所定時間後の接続部Ｃの解析結果により、閾値を超えたかを判断する。本実施形態に係る解析装置１０は、解析上で所定時間経過後の接続部Ｃの解析結果から破断しているかを判断することで、解析結果の精度低下を抑制し、結果として、構造物Ｖの寿命を高精度に評価できる。

【0055】

判断部３４は、解析上で所定時間が経過する毎に、接続部Ｃの解析結果を取得し、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたかを判断する。本実施形態に係る解析装置１０は、解析上の時間軸で所定時間が経過する毎に、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたかを判断するため、経時毎に接続部Ｃの破断を模擬することが可能となり、解析結果の精度低下を抑制し、結果として、構造物Ｖの寿命を高精度に評価できる。

【0056】

条件設定部３０は、例えば、解析実行部３２の構造解析での解析結果が閾値を超えた接続部Ｃについての解析条件を、接続部Ｃの剛性をゼロとすること、接続部Ｃの拘束条件を外すこと、及び接続部ＣのモデルＣＭを解析上から削除することとの、いずれかに設定する。本実施形態に係る解析装置１０は、このように解析条件を設定することで、接続部Ｃの破断を適切に模擬できる。

【0057】

条件設定部３０は、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えた解析上のタイミングから、解析上で所定の期間が経過したタイミングで、接続部Ｃについての解析条件を更新してよい。本実施形態に係る解析装置１０は、このように破断を模擬するタイミングを遅らせることにより、例えば応力腐食割れなど、時間をかけて破断される故障モードを適切に反映できる。

【0058】

解析実行部３２は、接続部Ｃが複数設けられた構造物Ｖの構造解析を実行し、判断部３４は、接続部Ｃ毎に、解析結果が閾値を超えたか判断し、条件設定部３０は、接続部Ｃ毎に解析条件を設定する。本実施形態に係る解析装置１０は、複数の接続部Ｃのそれぞれについて、破断を模擬することが可能となり、解析結果の精度低下を抑制し、結果として、構造物Ｖの寿命を高精度に評価できる。

【0059】

接続部Ｃは、ボルト、リベット、及び溶接部の少なくとも１つである。本実施形態に係る解析装置１０は、このような接続部Ｃを有する構造物Ｖについての解析結果の精度低下を抑制し、結果として、寿命を高精度に評価できる。

【0060】

構造物Ｖは、原子力設備に設けられる構造物である。原子力設備に設けられる構造物は、中性子が照射されるなど、特殊な環境下に置かれるとともに、高い信頼性が求められるため、損傷を未然に防ぐ観点から寿命を高精度に評価することが特に求められている。それに対し、本実施形態に係る解析装置１０は、接続部Ｃの破断を模擬して解析を行うことで、原子力設備に設けられる構造物の寿命を高精度に評価できる。

【0061】

条件設定部は、解析条件として、構造物Ｖの中性子束、構造物Ｖの温度、構造物Ｖの応力と歪との関係情報、構造物Ｖのヤング率、構造物Ｖのポアソン比、構造物Ｖの線膨張係数、構造物Ｖのスウェリング評価式、及び構造物Ｖのクリープ特性の、少なくとも１つを設定する。本実施形態に係る解析装置１０は、これらの解析条件を設定することで、原子力設備に設けられる構造物の寿命を高精度に評価できる。

【0062】

本実施形態に係る解析方法は、複数の部材及び複数の部材を接続する接続部Ｃを含む構造物Ｖの構造解析の解析条件を設定するステップと、設定された解析条件で構造物Ｖの構造解析を実行するステップと、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたかを判断するステップと、を含む。解析条件を設定するステップにおいては、閾値を超えた接続部が、破断しているとみなす解析条件に更新し、構造解析を実行するステップにおいては、更新された解析条件で、構造解析を実行する。本解析方法によると、解析結果の精度低下を抑制し、結果として、構造物Ｖの寿命を高精度に評価できる。

【0063】

本実施形態に係るプログラムは、複数の部材及び複数の部材を接続する接続部Ｃを含む構造物Ｖの構造解析の解析条件を設定するステップと、設定された解析条件で、構造物Ｖの構造解析を実行するステップと、接続部Ｃの解析結果が閾値を超えたかを判断するステップと、をコンピュータに実行させる。解析条件を設定するステップにおいては、閾値を超えた接続部が、破断しているとみなす解析条件に更新し、構造解析を実行するステップにおいては、更新された解析条件で、構造解析を実行する。本プログラムによると、解析結果の精度低下を抑制し、結果として、構造物Ｖの寿命を高精度に評価できる。

【0064】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0065】

１０ 解析装置
３０ 条件設定部
３２ 解析実行部
３４ 判断部
３６ 寿命推定部
Ｃ 接続部
Ｖ 構造物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】