並列タイトル等Simplified evaluation methods for cylindrical structures subjected to flow-induced vibration
一般注記温度計や液面計のように、配管内に挿入される円柱状構造物の設計に際しては、流力振動による疲労破損の防止が重要である。FEMを用いた詳細解析による設計は可能であるが、比較的単純な構造であること、プラントでは少しずつ形状の異なるものが多数使用されることなどから、公式による設計が可能であればその便益は大きい。そこで、本研究ではウェル型の温度計を念頭において、「温度計の流力振動防止のための設計方針(案)」に準拠した評価を簡易に行う手法を検討した。温度計が支持位置で管内と管外部に分割できると考え、それぞれのはりとしての基本振動モードについて、固有振動数の算出法と、先端変位と支持端での発生応力の関係を求めた。この際、片持ちはりの解析手法を参考に、支持部の回転剛性を考慮したはり、先端に集中質量を有するはりに対する理論解を導出した。導出した理論解を、管台による支持や段付き部、テーパー部等の構造部位を有する典型的な温度計の評価に適用するため、固有振動数をFEM解を基準として10\%以内の誤差で求めることができる一様断面のはりに置換する方法について検討した。換算減衰、先端変位については、一様断面のはりの1次モード形状を考慮して、安全側の評価ができるように簡易式を作成した。検討した評価手法の妥当性を検証するため、例題に簡易手法を適用し、詳細な解析手法による評価結果と比較した。固有振動数については、管内、管外側ともに詳細解析と比較し10\%の誤差内で評価できる。管内側の換算減衰についてはオーダーが合う程度、支持部応力については簡易評価としては十分実用に供し得る程度(数10\%程度)の評価ができる。
In case of design of cylindrical structures immersed in piping such as thermometers and liquid level meters, it is very important to prevent fatigue failure due to fluid induced vibration. There are a large number of the structures, which shapes are almost simple with small difference, in a plant. We can design the structures by detailed analysis using FEM. But, it is more convenience for designers to design them by formula. This report presents simplified evaluation methods for cylindrical structures subjected to flow-induced vibration in accordance with "Proposed Flow-Induced Vibration Design Guide for Thermometer Wells". We supposed that, dividing the thermometers at their supporting point between inside of piping and outside, and estimating vibration performance of them as a beam individuall, the performance of the whole thermometers could be estimated. On the basis of vibration analysis of a cantilever-beam, frequency equations, vibration mode-shape functions and relationships between nominal stress of the support end and displacement of the free end were derived theoretically for first vibration mode of beams, which have rotational stiffness at the support end or lumped mass at the free end. Methods to substitute beams of uniform section for thermometers which are supported with short nozzle or having non-uniform properties, such as taper and steps, were discussed. Considering the mode shape of a beam, equations to calculate reduced damping and displacement at beam-end are also derived. In order to verify the adequacy of the simplified methods, we applied the methods to some problems and compared estimated reduced velocities, reduced damping and maximum stresses with the results from restrict analysis methods. Values of natural frequencies and reduced velocities agreed within 10\% error, and orders of values of reduced damping agreed. We also confirmed values of maximum stress of well side agreed within 10\% error.
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連携機関・データベース国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）
提供元機関・データベース日本原子力研究開発機構 : JOPSS:JAEA Originated Papers Searching System