CN102822658B - 点焊部的断裂分析方法、装置 - Google Patents

点焊部的断裂分析方法、装置 Download PDF

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Abstract

基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B以及剖面高度H当中的至少一个，求出负荷式断裂、力矩式断裂、焊点内断裂的各个断裂方式下的焊接部的最大容许负荷值。而且，根据这些断裂方式，求出在达到焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的即发生完全的断裂的位移或时刻的断裂临界。

Description

点焊部的断裂分析方法、装置
技术领域
本发明涉及用于在汽车的碰撞仿真等中分析点焊部的断裂的方法、装置、程序以及计算机能够读取的存储介质。 
背景技术
近年来，在汽车行业中，能够降低碰撞时对乘客的伤害的车体结构的开发成为紧急的课题。这种碰撞安全性佳的车体结构能够通过如下方式实现：用客厢部以外的结构部件吸收碰撞时的冲击能量，使客厢部的变形为最小限度来确保生存空间。即，通过结构部件吸收冲击能量是重要的。 
吸收汽车的正面全接触碰撞（フルラップ衝突）或偏置碰撞（フセット衝突）的冲击能量的主要结构部件是前纵梁。前纵梁在通过冲压成型等部件成型后，通过点焊使部件截面封闭化（閉断面化）。通常，通过使此前纵梁纵弯曲来吸收冲击能量。为了提高冲击能量的吸收，使纵弯曲形态稳定化并且不在中途弯折或断裂是重要的。 
关于部件的点焊，为了使纵弯曲稳定化，在不对点焊间隔、焊点直径、焊接条件进行最优化时，存在如下问题：纵弯曲时发生自焊接点起的断裂，未达到稳定的纵弯曲形态，从而冲击能量的吸收降低。 
以往，为了解决这种问题，改变点焊间隔并试作部件，实施纵弯曲试验，研究不在焊接点断裂而稳定地纵弯曲的条件。 
但是，在此方法中，需要针对每台汽车甚至每个部件进行试作并实施试验等的反复试验。因此，存在要花费制作成本并且设计也需要时间的问题。 
关于点焊部的断裂临界的估算方法，以往提出了各种提案，例如，在日本特开2005-148053号公报（下述专利文献1）中，记载了如下 方法：通过具有点焊部的试验片的剪切拉伸试验或者十字形拉伸试验，预先求出焊点直径d与上述试验片宽度之比与应力集中系数α的关系，以具有任意拉伸强度的材料为对象，估算剪切拉伸试验以及十字形拉伸试验的断裂临界负荷，由此估算新的试验条件或者实际部件下的点焊部的断裂临界负荷的方法。 
另外，在日本特开2005-315854号公报（下述专利文献2）中，记载了如下方法：进行具有点焊部的凸缘拉伸试验（フランジ引張試験），根据对点焊部的端部施加上的弯矩M、以及根据试验材的板厚、板宽、强度特性在理论上求出的全塑性力矩Mp，预先求出力矩效率γ，根据此力矩效率γ以及与具有任意的板厚、板宽、强度特性的材料相对应的全塑性力矩Mp′，估算由凸缘拉伸试验引起的点焊部的断裂临界力矩。 
另外，在日本特开2005-326401号公报（下述专利文献3）中，记载了如下方法：基于在点焊接头上的十字式拉伸试验及/或剪切式拉伸试验，根据材料强度、板厚、点焊的焊点直径、接头的板宽以及拉伸试验的接头的旋转角中的全部或者任一个，计算出十字式拉伸及/或剪切式拉伸中的点焊部的断裂强度参数，存储上述每个钢种的断裂强度参数，将该存储的断裂强度参数导入到通过有限元法对点焊周围的变形进行模型化的断裂预测公式中，来判断点焊部断裂。 
另外，在日本特开2007-304005号公报（下述专利文献4）中，记载了如下方法：基于在点焊接头上的十字式拉伸试验及/或剪切式拉伸试验，将板厚、点焊的焊点直径、母材部分的材料强度以及断裂伸长量的一部分或者全部，和，接头的焊接间隔以及与上述焊接间隔正交的接头长度中的任一方或者双方输入计算机，计算机根据那些输入的数据计算出十字式拉伸及/或剪切式拉伸中的点焊部的断裂变形参数，将每种钢的断裂变形参数存入参数存储单元，将参数存储单元中存储的断裂变形参数导入到通过有限元法对点焊周围的变形进行模型化的破坏预测公式，来判断点焊部破坏，由此在计算机上的有限元法分析中，进行例如汽车部件的点焊部的断裂预测。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本特开2005-148053号公报 
专利文献2：日本特开2005-315854号公报 
专利文献3：日本特开2005-326401号公报 
专利文献4：日本特开2007-304005号公报 
发明内容
发明所要解决的课题 
但是，无论在任一个专利文献中，都未求出在达到焊接部的最大容许负荷值之后产生完全的断裂为止的容许负荷值。另外，不能应对由在点焊部起作用的张力导致断裂的负荷式断裂（以下也称为负荷式母材塞焊断裂：荷重型母材·プラグ破断）、由对点焊部的端部施加的弯矩导致断裂的力矩式断裂（以下也称为力矩式母材塞焊断裂：モーメント型母材·プラグ破断）以及由在点焊部起作用的剪切力导致断裂的焊点内断裂。 
本发明是鉴于如前所述的现有技术的问题点来做出的，其目的在于，实现能够求出在达到焊接部的最大容许负荷值之后发生完全的断裂为止的容许负荷值。 
用于解决问题的手段 
本发明是为了解决前述的课题而专心研究的结果，其要点如下所述。 
（1）一种点焊部的断裂分析方法，其特征在于，具有： 
基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B、剖面高度H当中的至少一个，求出规定的断裂方式下的焊接部的最大容许负荷值的步骤；以及 
根据上述规定的断裂方式，求出在达到上述焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻的步骤。 
（2）如（1）所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于， 
使用负荷式断裂、力矩式断裂以及焊点内断裂作为上述规定的方式。 
（3）如（1）所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于， 
上述规定的断裂方式是力矩式断裂，用剖面高度H来修正其最大容许负荷值。 
（4）如（1）所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于， 
上述规定的断裂方式是焊点内断裂，在求出其最大容许负荷值时，用以下列公式表示的焊点部碳当量的厚度方向的加权平均Ceq作为焊接的试验片的种类i， 
Ceq＝Σi＝1n｛ti·Ceqi｝/Σi＝1n｛ti｝，其中i＝1～n。 
（5）如（1）所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于， 
在求出上述最大容许负荷值的步骤中，当上述焊接的钢板为三块以上时，对于将该三块以上的钢板接合的两处以上的焊接部，分别进行判定，此时，在里面侧重叠的钢板的板厚为该重叠的钢板的板厚的总和。 
（6）如（1）所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于， 
进行断裂详细信息的输出。 
（7）一种点焊部的断裂分析装置，其特征在于，包括： 
基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B、剖面高度H当中的至少一个，求出规定的断裂方式下的焊接部的最大容许负荷值的单元；以及 
根据上述规定的断裂方式，求出在达到上述焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻的单元。 
（8）一种程序，用于使计算机执行如下处理： 
基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B、剖面高度H当中的至少一个，求出规定的断裂方式下的焊接部的最大容许负荷值的处理；以及 
根据上述规定的断裂方式，求出在达到上述焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻的处理。 
（9）一种计算机能够读取的存储介质，其特征在于，存储有用于使计算机执行如下处理的程序： 
基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B、剖面高度H当中的至少一个，求出规定的断裂方式下的焊接部的最大容许负荷值的处理， 
根据上述规定的断裂方式，求出在达到上述焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻的处理。 
发明的效果 
根据本发明，根据规定的断裂方式，求出在达到焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻，因此能够求出达到产生完全的断裂为止的容许负荷值。另外，即使事前不知道发生了哪种断裂方式的情况下，也能够根据点焊部的性质或负荷状态，估算恰当的断裂性能（挙動）。而且，通过三块以上时的处理以及详细信息输出，能够使防止断裂对策技术的研究变得容易。 
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的点焊部的断裂分析装置的结构的图。 
图2是表示剪切式拉伸试验的概要的模式图。 
图3是表示存在多个点焊打点（打点）的部件的例子的立体图。 
图4是重叠三块钢板A、B、C来评价钢板A-B间的断裂时的剖视图。 
图5A是表示负荷式断裂中的容许负荷值的递减方法的图。 
图5B是表示力矩式断裂中的容许负荷值的递减方法的图。 
图5C是表示焊点内断裂中的容许负荷值的递减方法的图。 
图6是表示本实施方式中的计算步骤的流程图。 
图7是表示能够构成点焊部的断裂分析装置的计算机系统的一个例子的框图。 
图8是例示实施例中使用的分析模型的图。 
图9A是用于说明实施例中的部件的动态压溃试验时的点焊部的断裂的情况的图，也是表示分析结果的图。 
图9B是用于说明实施例中的部件的动态压溃试验时的点焊部的断裂的情况的图，也是用图来示意性地表示试验结果的照片的图。 
图10是例示实施例中使用的分析模型的图。 
具体实施方式
以下，参照附图说明一下本发明的优选的实施方式。 
图1是表示本实施方式涉及的点焊部的断裂分析装置100的结构的图。101是输入部，输入点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B以及剖面高度H。 
102a、102b、102c是负荷式断裂的最大容许负荷值计算部、力矩式断裂的最大容许负荷值计算部、焊点内断裂的最大容许负荷值计算部，分别对负荷式断裂方式、力矩式断裂方式、焊点内断裂方式中的焊接部的最大容许负荷值进行分析、计算。 
102d是容许负荷值计算部，求出在达到在最大容许负荷值计算部102a～102c中计算出的焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻。 
103是输出部，进行由最大容许负荷值计算部102a～102c以及容许负荷值计算部102d得到的断裂详细信息的输出。 
图2是表示剪切式拉伸试验的概要的图。如图2所示，试验片重叠试验片宽度4的作为母材2的两块钢板，点焊并形成焊点1。对于此试验片，在箭头3表示的拉伸方向进行拉伸试验，直到试验片断裂为止。这时，测量拉伸方向3上的试验片的位移和负荷。在焊点1的 周围发生断裂，这时应变达到最大。 
以往，仅应对由在点焊部起作用的张力导致断裂的负荷式断裂（以下也称为负荷式母材塞焊断裂）、由对点焊部的端部施加的弯矩导致断裂的力矩式断裂（以下也称为力矩式母材塞焊断裂）的断裂方式，不能进行考虑了多个断裂方式的分析，所以有时分析结果与实验结果很不一致。 
因此，本实施方式基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B以及剖面高度H，求出负荷式断裂、力矩式断裂、焊点内断裂各自的断裂方式下的焊接部的最大容许负荷值，当点焊部的状态量达到上述任一种断裂方式的最大容许负荷值时，评价为在该断裂方式下断裂。由此，根据点焊部的性质或负荷状态，即使事前不知道发生哪种断裂方式，也能够估算恰当的断裂举动。作为点焊部的状态量，对于负荷式断裂以及焊点内断裂可以使用负荷，对于力矩式断裂可以使用力矩，但在本申请中，对于力矩式断裂也称为最大容许负荷值。当使用有限元法时，使用梁要素（ビーム要素）或固体要素（ソリッド要素）来将焊接部模型化。由于在这些要素上负载的负荷或力矩作为具有方向和大小的量而得到其值，所以在本断裂分析方法中可以利用。 
另外，有效宽度B由与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离来决定。具体的，在点焊打点为1个点的试验片中，如图2所示，有效宽度B为与夹着打点的边缘间的距离相当的试验片宽度4。当存在多个点焊打点时，例如在图3所示的部件中，当作用于焊接部的力在与部件长度方向正交的方向上大时，有效宽度B为与邻接的点焊的距离6，当作用于焊接部的力在部件长度方向上大时，有效宽度B为夹着焊接部的边缘和棱线的距离5。 
较为理想的是，用剖面高度H来修正力矩式断裂的最大容许负荷值。另外，较为理想的是，当求出焊点内断裂的最大容许负荷值时，使用焊点部碳当量的厚度方向的加权平均。所谓剖面高度H，是指结构体的剖面高度，例如是指图3的符号7所示的高度。 
较为理想的是，用剖面高度H修正力矩式断裂的最大容许负荷值的方法例如将由与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B设为用例如下述（1）公式那样的剖面高度H的一次函数算出的B′，如果剖面高度H变大，则进行缩小有效宽度B的修正。 
B′＝B＋a-b/（cH＋d）···（1） 
a、b、c、d：系数 
另外，设焊点内断裂的最大容许负荷值为焊点部的化学成分的函数，对于化学成分不同的钢板的焊接，使用根据板厚来加权的平均值，由此能够得到更接近于实验结果的分析结果。 
另外，较为理想的是，当焊接的钢板为三块以上时，对于将该三块以上钢板接合的两处以上的点焊部分别进行判断，此时，在里面侧重叠的钢板的板厚为该重叠的钢板的板厚的总和。图4表示钢板A、B、C三块重叠的例子。在点焊中，用电极夹住重叠的板并加压、通电加热，此时板从其中间部分开始融化。通过那里再度凝固来完成板的接合，图4的椭圆部分示意性地表示经过融化→凝固这一过程形成的焊点。当要对钢板A-B间的断裂进行评价时，用钢板B和C的板厚的合计值来代替钢板B侧的板厚，由此当焊接的钢板为三块以上时也能够正确地进行断裂分析。 
根据本实施方式，包含焊点内断裂在内，知道断裂方式和断裂负荷，并且当剖面刚性高时、当在硬度（グレード）不同的钢板的接合处发生焊点内断裂时、当重叠三块以上且焊接部断裂时、多打点结构的断裂时的精度提高，与断裂方式相对应的对策是容易的。 
另外，达到各个断裂方式的最大容许负荷值之后，根据各个断裂方式，求出每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻。当为负荷式断裂、力矩式断裂时，在焊点周围的母材上产生微小的裂痕之后，该裂痕贯穿焊点周围以及母材的板厚，由此产生点焊部的断裂。由于通常车体上使用的材料具有充分的韧性特性，所以由此裂痕的推进引起的容许负荷值的降低缓慢发生。另一方面，当焊点内断裂时，在非常硬的焊点（焊接金属）处产生裂纹，该裂纹在焊点内比较快地传播，所以这时的容许负荷值产生快速的降低。图5A 是表示负荷式断裂中的容许负荷值的递减方法的图，图5B是表示力矩式断裂中的容许负荷值的递减方法的图，图5C是表示焊点内断裂中的容许负荷值的递减方法的图。横轴用位移来表示，这表示通过点焊结合的两个母材间的相对位移。在达到最大容许负荷值之后，容许负荷值变为0，即达到产生完全的断裂为止的位移可以参照板厚或焊点直径等来使用。另外，在数值分析中以时刻为控制变量在决定的速度条件下进行计算的情况多，但该情况下也可以用时刻代替位移来进行容许负荷值的递减。 
作为作用于点焊部的负荷，有垂直地对焊接部（焊点）施加的力（轴力）、以剪切焊点的方式施加的力（剪切力）、焊点的弯曲（力矩）。在数值分析中也每时每刻计算这三种力的成分，与最大容许负荷值进行比较，当达到最大容许负荷值时，判断产生了断裂。图5A～图5C例示了对焊接部施加的力在达到最大容许负荷值之后如何变化。例如在图5A、图5C中，示出了在产生轴力（图中上方的曲线）大于剪切力（图中下方的曲线）那样的变形时，在达到用纵线表示的最大容许负荷值之后使双方的力降低的情况。另外，剪切力和轴力哪个大根据情况而不同，图5A及图5C是例示。 
另外，通过制作能够在计算机上执行上述断裂分析方法的程序，能够实现点焊部的断裂分析计算机程序，通过记录在计算机能够读取的记录介质中，能够实现多个用户能够利用的通用性，上述点焊部的断裂分析计算机程序的特征在于，使计算机执行如下处理：基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B以及剖面高度H当中的至少一个，求出规定的断裂方式下的焊接部的最大容许负荷值的处理；根据上述规定的断裂方式，求出在达到上述焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻的处理。 
图6是表示本实施方式中的计算步骤的图。 
首先，读取输入信息（步骤S1）。在表1中表示了将钢板A、B点焊时的输入项目。根据断裂方式在判断中使用的输入项目不同，但 通过使用在此列出的全部的输入项目，能够进行对于全部的断裂方式的评价，可以知道最快达到最大容许负荷值的断裂方式。 
[表1] 
接下来，根据负荷式断裂、力矩式断裂、焊点内断裂中的各个断裂方式，使用表1的○标记所示的输入项目，计算出焊接部的最大容许负荷值（步骤S2）。 
在本发明中，不管各个断裂方式中的最大容许负荷值的估算方法，但使用例如下述的方法是较为理想的。 
首先，当是负荷式断裂时，进行具有点焊部的试验片的剪切拉伸试验或十字形拉伸试验，预先求出焊点直径d（mm）与试验片的宽度W（mm）之比d/W与由公式（2）求出的应力集中系数α的关系，以具有任意的拉伸强度的材料为对象，通过公式（3）估算剪切拉伸试验的点焊部的最大容许负荷值Fs（N）的方法是较为理想的。 
α＝TS·W·t/F···（2） 
在此， 
TS：拉伸强度（MPa），t：试验片的厚度（mm），F：断裂临界张力（N） 
Fs＝TS·W·t/α···（3） 
另外，当是力矩式断裂时，进行具有点焊部的凸缘拉伸试验，根据对点焊部的端部施加的弯矩M（N·m）和根据试验材的板厚、板宽、强度特性在理论上求出的全塑性力矩Mp（N·m），通过（4）公 式预先求出力矩效率γ，根据此力矩效率γ和与具有任意的板厚、板宽、强度特性的材料相对应的全塑性力矩Mp′，通过（5）公式估算凸缘拉伸试验的点焊部的最大容许负荷值（最大容许力矩）Mlim（N·m）的方法是较为理想的。 
γ＝Mp/M···（4） 
Mlim＝Mp′/γ···（5） 
另外，当是焊点内断裂时，例如，使用下列公式（7）表示的焊点部碳当量的厚度方向的加权平均Ceq，通过下述公式（6）估算点焊部的最大容许负荷值Fs（N）的方法是较为理想的。 
Fs＝e×Π（d/2）2×（f×Ceq＋g）···（6） 
Ceq＝Σi＝ln{ti·Ceq i｝/Σi＝1n｛ti｝···（7） 
在此，d：焊点直径（mm），Ceq：焊点部碳当量的厚度方向的加权平均，t：试验片的厚度（mm），i：焊接的试验片的种类（i＝1～n），e、f、g：系数。 
而且，在各时刻，计算基于点焊要素的负荷或力矩输出（荷重·モーメント出力）的每个方式的状态变量（步骤S3）。另外，所谓点焊要素，并不是仅包含有限元法中的一个有限要素，根据情况有时也包含多个有限要素。 
接下来，针对每个断裂方式，对步骤S2的最大容许负荷值和步骤S3的状态变量进行比较（步骤S4）。 
当任一种方式的状态变量达到最大容许负荷值时，之后，判断为已经发生断裂，根据之后的点焊要素的相对位移（应变）降低容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻（步骤S5）。 
在全过程的力学计算完成后，输出断裂详细信息（步骤S6）。 
上述评价为断裂的断裂详细信息的输出中，不仅输出已断裂这一结果，还输出断裂方式、最大容许负荷值以及容许负荷值，由此可以用作断裂原因和改善的研究信息。 
在计算机上用有限元法对用点焊结合的任意形状的部件进行模型化，但此时，在用有限元法进行再现的碰撞分析的变形中使计算机不断地计算等效塑性应变εp（相当塑性ひずみ），该等效塑性应变εp 是将对点焊模型化后的部件连接的要素的等效塑性应变εp。此等效塑性应变εp的计算单元依赖于通用的分析码，例如参照ESI公司制作的PAM-CRASH v2002user's manual。 
通过这种处理，并不实际地制作部件并通过碰撞试验来验证点焊的断裂判断，就能够在计算机上进行正确地预测。通过使用此方法，由此能够通过在计算机上改变部件形状、材料、板厚、焊点直径、焊接位置来研究点焊不断裂的条件，能够设计最优的部件。 
图7是表示能够构成点焊部的断裂分析装置的计算机系统的一个例子的框图。在图7中，1200是计算机（PC）。1201是CPU1201，执行在ROM1202或者硬盘（HD）1211中存储的、或者由软磁盘驱动器（FD）1212供给的设备控制软件，总括地对系统总线1204上连接的各设备进行控制。通过在PC1200的CPU1201、ROM1202或者硬盘（HD）1211中存储的程序，构成各功能单元。 
1203是RAM，作为CPU1201的主内存、工作区等来发挥功能。1205是键盘控制器（KBC），进行向系统主体内输入从键盘（KB）1209输入的信号的控制。1206是显示控制器（CRTC），进行显示装置（CRT）1210上的显示控制。1207是盘控制器（DKC），对存储引导程序（启动程序：使电脑的硬件或软件的执行（动作）开始的程序）、多个应用程序、编辑文件、用户文件以及网络管理程序等的硬盘（HD）1211以及软磁盘（FD）1212的访问进行控制。 
1208是网络适配器（NIC），通过LAN1220与网络打印机、其他的网络设备或者其他的PC进行双向的数据交换。 
通过计算机执行程序也能够实现上述功能。另外，用于向计算机提供程序的单元，例如记录了这样的程序的CD-ROM等计算机能够读取的存储介质或者传送这样的程序的互联网等传送介质也可以作为本发明的实施方式适用。另外，记录了上述程序的计算机能够读取的存储介质等程序产品也可以作为本发明的实施方式适用。上述程序、存储介质、传送介质以及程序产品包含在本发明的范畴内。作为存储介质，例如可以使用软磁盘、硬盘、光盘、光磁盘、CD-ROM、磁带、非易失性存储器、ROM等。 
通过使用这样的装置结构，能够实现在前述点焊部的断裂分析方法中使用的断裂分析装置，该点焊部的断裂分析装置的特征在于，具有：基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B以及剖面高度H当中的至少一个，求出规定的断裂方式下的焊接部的最大容许负荷值的单元；以及根据上述规定的断裂方式，求出在达到上述焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻。 
另外，在计算机上的有限元法分析中，能够正确地进行例如对汽车部件的点焊进行模型化的部分处的断裂预测，所以能够省略在实际的汽车的部件中的碰撞试验时的点焊部断裂的验证，或者能够大幅削减验证试验的次数。另外，由于可以将通过改变汽车的部件的点焊条件的试作或碰撞试验的大规模的实验进行的防止点焊断裂的部件设计置换成通过计算机上的碰撞分析进行的防止点焊部断裂的设计，所以可以有助于大幅削减成本、设计开发期间的缩短化。 
实施例 
在表2中表示本发明的实施例中使用的分析模型。例如发明例14是对于负荷式断裂方式、力矩式断裂方式、焊点内断裂方式全部求出最大容许负荷值，求出在达到最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值的例子。而且，用剖面高度H修正力矩式断裂的最大容许负荷值，在求出焊点内断裂的最大容许负荷值时使用焊点部碳当量的厚度方向的加权平均。另外，当焊接的钢板为三块以上时，对于将该三块以上的钢板接合的两处以上的点焊部分别进行判断，此时，在里面侧重叠的钢板的板厚为该重叠的钢板的板厚的总和。 
另一方面，比较例1是不考虑负荷式断裂方式、力矩式断裂方式、焊点内断裂方式，通过与本发明不同的方法求出最大容许负荷值，不求出在达到最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值的例子。另外，比较例2、3、4分别设为负荷式断裂方式、力矩式断裂方式、焊点内断裂方式而求出最大容许负荷值、但不求出在达到最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值的例子。 
[表2] 
  比较例1   ×   ×   ×   ×   ×   ×
  比较例2   ○   ×   ×   ×   ×   ×
  比较例3   ×   ○   ×   ○   ×   ×
  比较例4   ×   ×   ○   ×   ×   ×
在发明例5、7、10、13、14中，钢板A-B-C三块重叠时，对于A-B之间的焊接部向B的板厚输入B和C的板厚之和，对于B-C间向B的板厚输入B和A的板厚之和。另外，下述实施例中的钢种表示拉伸强度Ts（MPa）、板厚表示t(mm)。 
＜实施例1＞ 
在表3中示出了实施例1的实验条件和实验结果。 
[表3] 
在图8以及表4中示出了实施例1的分析条件和分析结果。在发明例1～7中，断裂方式是负荷式断裂，断裂负荷的误差为-2.6%，较小。在表3中实验产生了负荷式断裂，所以如发明例1～7那样使用 负荷式断裂方式来进行分析是较为理想的，但是在分析上，变形在推进并且对焊接部施加的力或力矩在增加，所以可以进行不是负荷式断裂方式的方式的断裂预测。发明例8～10是力矩式断裂方式的断裂判断结果，发明例11～13是焊点内断裂方式的断裂判断结果。如表4所示，实验和分析与用负荷式断裂方式判断的结果相比精度略微恶化，但可以实现实用上足够精度的预测。另一方面，在比较例1中断裂负荷的误差为13%，较大。 
[表4] 
＜实施例2＞ 
在表5中示出了实施例2的实验条件。在发明例1、比较例2中，断裂方式是负荷式断裂。 
[表5] 
当是发明例1时，如图9A、图9B所示，点焊部的断裂部位以及 试验体的变形形状与实验较好地一致。另一方面，当是比较例2时，不求出在达到焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，在达到最大容许负荷值之后容许负荷值马上为0。这时，结果为，发生连锁的点焊部断裂并在帽式试验体的全部的点焊部发生断裂，与实验结果不一致。 
＜实施例3＞ 
在表6中示出了实施例3的实验条件。 
[表6] 
下述示出了实施例3中使用的试验体的主要尺寸。 
帽：帽底部直线45mm，凸缘宽度20mm，剖面高度43mm，全长370mm 
平板：宽度100mm，长度360mm 
点焊间隔：40mm 
下述示出了实施例3的试验条件。 
落锤轴压溃试验：落锤重量140kg，初速度36km/h 
作为有效宽度，在任一个例子中都是，向帽侧部件输入凸缘宽度20mm、向平板材输入宽度的一半即50mm，试验结果是在2个打点处发生塞焊断裂。 
在图10以及表7中示出了实施例3的分析条件和分析结果。如实施例1所示，在剖面形状是平板并且刚性低的试验中，即使发明例2也良好地再现了实验结果。在发明例3中，断裂方式是力矩式断裂。另一方面，在发明例2中，在分析上未发生断裂。在平板上不需要特别注意，但是当应用于具有高的剖面刚性的立体形状时，期望通过剖面高度进行修正。在比较例3中，不求出在达到焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，在达到最大容许负荷值之后容许负荷值马上为0。这时，结果为，产生连锁的点焊部的断裂并且在10个点的点焊部发生断裂，与实验结果不一致。 
[表7] 
＜实施例4＞ 
在表8中示出了实施例4的实验条件和实验结果。 
[表8] 
在表9中示出了实施例4的分析条件和分析结果。如实施例1所示，当对相同材料之间进行焊接时，在这些材料之间不产生差。这是如表8所示那样将不同的材料接合时的例子。在使用不同材料的平均碳当量的值的发明例4中，可知，断裂方式是焊点内断裂，求出断裂负荷的误差为7.2%，较小，获得良好的精度。在发明例2中，不使用平均碳当量的值，使用任一方的材料的碳当量的值来进行分析。在使用焊点内断裂临界低的材料的碳当量的值来分析的发明例2（a）中，断裂负荷的误差为-17%，较大。在使用焊点内断裂临界高的材料的碳当量的值来分析的发明例2（b）中，断裂方式变为负荷式断裂，与实验结果不同，并且断裂负荷的误差为31%，也比较大。当接合相同材料时不需要特别注意，但当接合不同的材料时，使用用板厚加权平均焊点内断裂中使用的碳当量是较为理想的。另外，当接合相同材料时，由于加权平均的结果不变，所以也可以始终进行加权平均。 
[表9] 
＜实施例5＞ 
在表10中示出了实施例5的实验条件，当以钢板A-B-C的顺序三块重叠，抓住钢板A和钢板C进行拉拽的剪切拉伸试验的结果， 钢板A塞焊断裂，断裂负荷是15.9kN。 
[表10] 
在表11中示出了实施例5的分析条件和分析结果。由于当两块重叠时发明例2与发明例5完全相同，所以显然上述实施例1～4也示出了良好的结果。仅限于分析对象是三块重叠时需要注意。在发明例5中，断裂方式是负荷式断裂并且断裂负荷的误差小。另一方面，发明例2的断裂方式是负荷式断裂，但断裂负荷的误差大。在通常的两块重叠中不需要特别考虑，但当三块重叠时，对于关注的两块连接部，期望板厚为其他的接合板组的板厚总和。 
[表11] 
＜实施例6＞ 
在表12中示出了实施例6的实验条件。 
[表12] 
下述示出了实施例6中使用的试验体的主要尺寸。 
帽：帽底部直线45mm，凸缘宽度20mm，剖面高度48mm，全长370mm 
平板：宽度100mm，长度360mm 
点焊间隔：46mm 
焊点直径条件：（1）6.0mm，（2）5.0mm 
下述示出了实施例6的试验条件。 
落锤轴压溃试验：落锤重量140kg，初速度36km/h 
实施例6的实验结果是，在条件（1）下依次断裂，在条件（2） 下瞬间全部断裂。 
下述示出了实施例6的分析条件。发明例14是，对于负荷式断裂以及力矩式断裂，逐渐降低容许负荷值，直到点焊要素的伸长量变为与焊点直径相等为止。另一方面，对于焊点内断裂，逐渐降低容许负荷值，直到点焊要素的伸长量变为与板厚相等为止。比较例2进行负荷式断裂方式下的断裂预测，但如果达到最大容许负荷值，则容许负荷值在瞬间变为0。到断裂发生之前是与发明例11相同的结构。比较例4进行焊点内断裂方式下的断裂预测，但如果达到最大容许负荷值，则容许负荷值在瞬间变为0。到断裂发生之前是与发明例11相同的结构。 
实施例6的分析结果是，在发明例14中条件（1）和（2）得以再现（条件（1）表示在图9A、图9B中）。比较例2能够再现条件（2），但在条件（1）下，全部的焊接也瞬间地断裂。在比较例4中，也和比较例2同样地，再现了条件（2），但在条件（1）下全部的焊接也瞬间地断裂。可知，当要评价在含有多打点的结构体上断裂的打点的推进时，在达到焊接部的最大容许负荷值之后并不使容许负荷值瞬间变为0，而是求出每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻，但在任一种断裂方式下都重要。通过以上的实施例，确认了本发明的效果。 
产业上的可利用性 
在本发明中，根据规定的断裂方式，求出在达到焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻，所以能够求出达到产生完全为止的断裂的容许负荷值。另外，即使事前不知道发生了哪种断裂方式，根据点焊部的性质或负荷状态，也能够估算恰当的断裂举动。而且，通过三块以上时的处理、详细信息输出，能够使防止断裂对策技术的研究变得容易。 

Claims (6)

1.一种点焊部的断裂分析方法，其特征在于，具有：
基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B以及剖面高度H当中的至少一个，求出负荷式断裂、力矩式断裂以及焊点内断裂下的焊接部的最大容许负荷值的步骤；以及
对于上述负荷式断裂、上述力矩式断裂以及上述焊点内断裂中的一部分或全部，求出在达到上述焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻的步骤。
2.如权利要求1所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于，
对于上述力矩式断裂，用剖面高度H来修正其最大容许负荷值。
3.如权利要求1所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于，
对于上述焊点内断裂，在要求出其最大容许负荷值时，使用以下列公式表示的焊点部碳当量的厚度方向的加权平均Ceq，
Ceq＝Σi＝ln｛ti·Ceq i｝/Σi＝ln｛ti｝，
其中，i表示焊接的试验片的种类，i＝1～n。
4.如权利要求1所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于，
在求出上述最大容许负荷值的步骤中，当上述焊接的钢板为三块以上时，对于接合该三块以上钢板的两处以上的焊接部，分别进行判断，此时，在里面侧重叠的钢板的板厚为该重叠的钢板的板厚的总和。
5.如权利要求1所述的点焊部的断裂分析方法，其特征在于，
进行断裂详细信息的输出。
6.一种点焊部的断裂分析装置，其特征在于，具有：
基于点焊的每块钢板的板厚t、拉伸强度TS、伸长量El、焊点部的化学成分、焊接部的焊点直径d、由焊接部与邻接的焊接部、边缘或者棱线的距离决定的有效宽度B以及剖面高度H当中的至少一个，求出负荷式断裂、力矩式断裂以及焊点内断裂下的焊接部的最大容许负荷值的单元；以及
对于上述负荷式断裂、上述力矩式断裂以及上述焊点内断裂中的一部分或全部，求出在达到上述焊接部的最大容许负荷值之后的每时每刻的容许负荷值，求出该容许负荷值变为0的位移或时刻的单元。
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