課題 ： 内圧を受ける円筒胴＋平鏡板構造部 （H２７） の応力と強度 ＜課題モデル＞ 表１に示す４つのモデルから 割り当て 対称軸 平鏡板（円板） T Ｂ 接合点 Ｊ 内圧Ｐ 円筒胴 R ｔ ＜解析条件＞ ・荷重：内圧Ｐ＝１０ＭＰａ ・ＦＥＭモデル： 軸対称ソリッド要素 ＜検討課題＞ １．解析モデルの妥当性 ２．変形・応力特性 ３．強度評価 ４. 製造方法 Ａ 図１ 平鏡板付き圧力容器構造 円筒＋円板の接合構造として； 各モデルとも図２の３種類の 構造について検討する ＜表１ 課題モデル（形状・寸法、材料）＞ 形状・寸法 モデルNO. モデル１ 材料 SB４１０ モデル２ モデル３ SB４８０ モデル４ 円筒胴の 円筒胴の 平鏡板の 内半径 板厚 板厚 隅の 半径 R ｔ T ｒ＝T/２ 500 40 105 52.5 1000 80 210 105 500 30 95 47.5 1000 60 190 95 材料物性値 材料 ヤング率 ポアソン比 降伏強さ σｙ E ν 引張強さ 疲労強度 σu （SN線図） SB４１０ 205GPa 0.3 225MPa 410MPa 図３（１） SB４８０ 205GPa 0.3 265MPa 480MPa 図３（２） 対称軸 対称軸 平鏡板 対称軸 平鏡板 平鏡板 ｒ 円筒胴 （ａ） 直接接合 （ 基準構造） Ｗ．Ｌ． 円筒胴 （ｂ） 内接ｒ付き 図２ 接合構造 （ｒ＝Ｔ／２） Ｗ．Ｌ． ｒ 円筒胴 （ｃ） 内溝ｒ付き ＜検討課題＞ １．解析モデルの妥当性 → “変位と応力の両方について” オーダーエステメーション （１）薄肉円筒胴の式 （２）周辺単純支持円板の式 ２．変形特性・応力特性 → “円筒一般部Ａ，円板中心Ｂ，接合部Ｊの各部位 および全体に注目して” ３種類の接合構造（図2(a）、（ｂ）、（ｃ））について、 （１）変形特性 （２）応力特性 （３）応力特性の比較 ３．強度評価 ０ Ａ （１）円筒胴一般部Aの塑性崩壊強度 →膜応力場における膜降伏パターン （外面） 円筒板厚 σ（膜） （内面） ・３つの膜応力（板厚平均）成分σｉ，ｍ（ｉ＝θ，ｚ，ｒ）から ＊Ｍｉｓｅｓ応力σ ｍ，Ｍｉｓｅｓ を求める。 崩壊条件 ： Ｍｉｓｅｓ応力σｍ，Ｍｉｓｅｓ＝σｙ ＊FEM解析では近似的にｔ/２（板厚中央）における値を用いてよい。 （膜＋曲げ） ３．強度評価 ０ 膜 Ｂ 曲げ （＋） （外面） 円板板厚 （内面） （２）円板中心部Bの塑性崩壊強度 →（膜＋曲げ）応力場における塑性崩壊パターン （ⅰ）３つの（膜＋曲げ）応力成分から Ｍｉｓｅｓ応力σ（ｍ＋ｂ），Ｍｉｓｅｓを求める。 （ⅱ）３つの膜応力（板厚平均）成分σｉ，ｍ（ｉ＝θ，ｚ，ｒ）から ＊Ｍｉｓｅｓ応力σ ｍ，Ｍｉｓｅｓ を求める。 崩壊限界条件 ： （ⅰ）のＭｉｓｅｓ応力σ（ｍ＋ｂ），Ｍｉｓｅｓと（ⅱ）のＭｉｓｅｓ応力σｍ，Ｍｉｓｅｓ の組合せの形で崩壊限界の式/線図が与えられる。 ＊FEM解析では近似的にT/２（板厚中央）における値を用いてよい。 ３．強度評価 （３）接合構造Ｊ部の疲労強度の評価 ①最大主応力で評価 （Ｍｉｓｅｓの相当応力ではなく） ②平均応力σｍの影響について、 最大効果を考慮したSN線図が与えられている。 応力振幅だけを適用して疲労寿命を評価する。 （４）接合構造の強度差をまとめて比較 ４．製造法 ３種類の接合構造の円形平鏡構造部をどのように製作 するか。 適用する工作法について、とくに留意すべき点を述べよ。 ＜引張＋曲げを受ける円板の崩壊条件＞ 設計用に変形 崩壊限界点 Ｐｃ(Ｘｃ ，Ｙｃ） 1.8 Ｙ＝（σｍ＋σｂ）／σｙ σ σｂ ３ ＝ １－ ｍ σｙ ２ σｙ ２ （１） （崩壊限界） ● 1.6 （崩壊条件） ２ σｍ＋σｂ σｍ ３ σｍ （１‘） ＝ ＋ １－ σｙ σｙ ２ σｙ 1.4 1.2 ●計算点 1 Ｐ０（Ｘ０ ，Ｙ０） Ｌｃ “σｍ，σｂ，（ σｍ＋σｂ）は３つの応力成分 ではなく、それぞれのＭｉｓｅｓ応力を表わす“ 0.8 0.6 Ｌ０ 0.4 安全余裕＝Ｌｃ／Ｌ０ （＝Ｘｃ／Ｘ０＝Ｙｃ／Ｙ０） 0.2 0 ● 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Ｘ＝σｍ／σｙ 1
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