In order to analyze a thermal shock phenomenon which occurs in fusion reactor components, a three-dimensional elasto-dynamic calculational method has been developed, based on a boundary element approach. The calculational basis is Navier's equation which includes a thermal expansion term. The temperature distribution in the structure is calculated by an unsteady heat conduction equation. Navier's equation is discretized by using Kelvin's fundamental solution. In this case, a domain integral still remains in the acceleration term. This domain integral term is transformed to a boundary integral form by introducing an arbitrary function of the distance between the observation and source points. A general analytical boundary integration form of this term for the three-dimensional case is obtained, when the arbitrary function is approximated by a polynomial series of the distance between the observation and source points.Verification of the method was made on the longitudinal oscillation of a square column, when a sudden compression load was applied to the top surface. The solutions for displacement and frequency in the time domain agreed with the theoretical ones within 5%. The present method was also applied to the thermal shock problem of the first wall in which a surface is suddenly heated in contact with the plasma.
核融合炉構成要素に発生する熱衝撃現象を解析するため、境界要素法に基づく三次元弾性動力学計算法が開発された。計算の基礎は、熱膨張項を含むナビエ方程式である。構造物内の温度分布は、非定常熱伝導方程式によって計算される。ナビエ方程式は、ケルビンの基本解を用いて離散化される。この場合、加速度項には領域積分が依然として残る。この領域積分項は、観測点とソース点間の距離の任意関数を導入することにより、境界積分形式に変換される。この任意関数が観測点とソース点間の距離の多項式級数で近似される場合、三次元の場合に対するこの項の一般的な解析的境界積分形式が得られる。本手法の検証は、上面に急激な圧縮荷重が作用した角柱の縦振動に対して行われた。変位および周波数に関する解は、理論解と5%以内で一致した。本手法はまた、プラズマに接触して急激に加熱される表面を有する第一壁の熱衝撃問題にも適用された。