JP2007226661A - ウェルドボンドの塗布位置解析装置、及び、ウェルドボンドの塗布位置解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車体の剛性等を向上するためのウェルドボンドの塗布位置を明確にし、最小限の塗布位置で設備投資、生産性への影響、コストアップを抑制しながら最大の効果を得る。
【解決手段】車体等の解析対象について有限要素モデルを形成し、全ての接合部位をバネ接合で近似処理する。車体の１節ねじりのモード、２節曲げのモード、横曲げのモードの３つのモードについてモーダル解析もしくはモード解析の実固有値解析を実行し、バネ接合で近似した部分の歪の分布状態を得る。そして、歪の大きい部分をウェルドボンドを塗布する部分として決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に車体の各接合部に対して用いるウェルドボンドの塗布位置解析装置、及び、ウェルドボンドの塗布位置解析方法に関する。

従来より、車体等の板金の接合部においては、ウェルドボンドを塗布することにより、車体剛性や強度が向上することが知られている。例えば、特開２００４−８２１３６号公報では、車体のインナパネルの接合フランジとアウタパネルの接合フランジとを接合する際にウェルドボンドを用いて接合する技術が開示されている。
特開２００４−８２１３６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されるようなウェルドボンドを塗布すると、生産効率が悪化したり設備投資が必要となるため、塗布部位はできるだけ少なくした方が好ましい。こうしたことから、ウェルドボンドの塗布を最小とし、剛性等の面で最大の効果を得られるように塗布位置が決定できる技術が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車体の剛性等を向上するためのウェルドボンドの塗布位置を明確にし、最小限の塗布位置で設備投資、生産性への影響、コストアップを抑制しながら最大の効果を得られるようにするウェルドボンドの塗布位置解析装置、及び、ウェルドボンドの塗布位置解析方法を提供することを目的とする。

本発明は、解析対象とするモデルを有限要素モデルにて表現する解析モデル形成手段と、上記解析モデル形成手段で形成した解析モデルのウェルドボンドを塗布して接合可能な部位をバネ接合で近似させる接合部近似手段と、上記接合部近似手段でバネ接合にて近似した解析モデルに対し、予め設定したモードにおける歪分布状態を実固有値解析により解析する解析手段と、上記解析手段による解析で得られた歪分布状態に応じてウェルドボンドの塗布位置を決定する塗布位置決定手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によるウェルドボンドの塗布位置解析装置、及び、ウェルドボンドの塗布位置解析方法によれば、車体の剛性等を向上するためのウェルドボンドの塗布位置を明確にし、最小限の塗布位置で設備投資、生産性への影響、コストアップを抑制しながら最大の効果を得ることが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１乃至図１１は本発明の実施の一形態を示し、図１はウェルドボンドの塗布位置解析装置の全体を示す構成図、図２はウェルドボンドの塗布位置解析プログラムのフローチャート、図３は解析対象とする車体の斜視図、図４は溶接により接合する部分の一例を示す斜視図、図５はウェルドボンドを用いた接合部をバネ接合で近似することの拡大説明図、図６は車体においてバネ接合で近似される部分を示す斜視図、図７は1節ねじりのモードによる歪の分布を示す説明図、図８は２節曲げのモードによる歪の分布を示す説明図、図９は横曲げのモードによる歪の分布を示す説明図、図１０は図９のフロントサイドフレーム部分の拡大説明図、図１１は接合部位におけるウェルドボンドの状態と板金の状態の様々な例の説明図である。

本実施形態において、ウェルドボンドの塗布位置解析の処理は、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略称）等のコンピュータシステムにおいて後述する処理プログラムが実行されることによって行われる。

図１に示すように、ウェルドボンドの塗布位置解析装置であるＰＣ１は、中央処理装置（以下、ＣＰＵと略称）と各種データ及びプログラムを記憶する記憶装置とを備えたコンピュータ本体２と、このコンピュータ本体２に接続された、キー入力装置であるキーボード３と、ポインティングデバイスであるマウス４と、表示装置であるモニタ５とを有して主要に構成されている。

このコンピュータ本体２には、解析対象とする部位の図面や描画等の解析対象とするデータが、ＦＤ（flexible disk）、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の記録メディアや、回線を通じて供給され、コンピュータ本体２に内蔵された、ＨＤ（Hard Disk）に記録され、後述のウェルドボンドの塗布位置解析プログラムに従って、ウェルドボンドの塗布位置解析が実行される。

本実施の形態により実行される具体的なウェルドボンドの塗布位置解析を、図２のフローチャートにより説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、解析対象１０の読み込みを行う。この解析対象１０としては、例えば、図３に示すような、ＣＡＤ（computer-aided design）データとして格納された車体である。

次いで、Ｓ１０２に進み、上述の解析対象１０について、有限要素モデルを形成する。すなわち、このＳ１０２の処理の部分が解析モデル形成手段としてのものである。

次に、Ｓ１０３に進み、全ての接合部位をバネ接合で近似処理する。例えば、図４に示すように、板金Ａ１１のフランジ部分１１ａと板金Ｂ１２のフランジ部分１２ａとをスポット溶接１３により接合し、その接合部分には、図５（ａ）に示すように、ウェルドボンド１４を用いるものとする。

予め実験等により求めたウェルドボンド１４の特性を基に、ウェルドボンド１４の面積あたりのバネ定数を設定しておく。そして、車体のウェルドボンド１４を塗布して接合可能な接合部位全体に対し、図５（ｂ）に示すように、モデル化された各要素の格子毎に上述のバネ定数で分担させることにより、全ての接合部位がバネ接合されたものとして近似するのである（図５（ｂ）中において、符号１５はバネ接合に近似されたバネ接合部分である）。尚、この際、圧縮１方向、剪断２方向の３方向につき考慮される。また、スポット溶接１３の部位は、それぞれソリッド１６で近似する。この結果、車体のバネ接合で近似される部位は、例えば、図６に示すものとなる。すなわち、このＳ１０３の処理の部分が接合部近似手段としてのものとなっている。

次に、Ｓ１０４に進み、モーダル解析もしくはモード解析の実固有値解析を実行し、Ｓ１０３で近似した、全バネの歪を解析する。これは、車体の１節ねじりのモード（車体の前側と後側で逆方向にねじるモード）、２節曲げ（縦曲げ）のモード（車体中央部を上方に突出させるように曲げるモード）、横曲げのモードの３つのモードについて解析が行われる。

１節ねじりのモードでは、例えば、図７に示すように、車体のＡピラー等の部位においてバネ接合で近似した部分の歪が大きくなる（図７中の斜線で示す部分）。

また、２節曲げ（縦曲げ）のモードでは、例えば、図８に示すように、車体のＢピラー上部、Ｃピラー上部、クロスメンバ等の部位においてバネ接合で近似した部分の歪が大きくなる（図８中の斜線で示す部分）。

更に、横曲げのモードでは、例えば、図９に示すように、フロントサイドフレーム、Ａピラー等の部位においてバネ接合で近似した部分の歪が大きくなる（図９中の斜線で示す部分）。尚、これらは、予め設定する閾値以上の歪となる部位のみを表したものである。このように、このＳ１０４の処理の部分が解析手段としてのものとなっている。

次いで、Ｓ１０５に進み、Ｓ１０４で得られたバネ部分の歪の解析結果を基に、ウェルドボンドの塗布位置を決定する。すなわち、バネ部分の歪が大きいと解析された部分にウェルドボンドを塗布するように決定する。例えば、Ｓ１０４の横曲げのモードによりフロントサイドフレームの部分が、図１０の拡大図に示すように得られる場合（黒で塗りつぶした部分が歪の大きな部分）、フロントサイドフレームのインナパネルとアウタパネルとの接合フランジにウェルドボンドを用いて剛性を高めるのである。尚、歪の大きな部分が連続していない場合であっても、作業効率の面からウェルドボンドを塗布した方が望ましい場合があり、このような場合ではウェルドボンドを塗布するものとする。このように、このＳ１０５の処理の部分が塗布位置決定手段としてのものとなっている。

次に、Ｓ１０６に進み、Ｓ１０５によって決定したウェルドボンドの塗布位置に変更した状態（バネ接合で近似）で、再度、実固有値解析を実行し、各パネル部分の歪を解析する。この解析もＳ１０４の解析と同様に、車体の１節ねじりのモード、２節曲げのモード、横曲げのモードの３つのモードについて解析する。

そして、Ｓ１０７に進み、今度はフレーム部分の歪の分布状態に基づき板厚変更可能なフレームを抽出する。すなわち、歪が大きく表れているフレームは変更せず、歪のほとんど表れていないフレームの板厚を薄く変更するのである。このように、Ｓ１０６、及び、Ｓ１０７がフレーム部解析手段としてのものとなっている。

すなわち、以上のウェルドボンドの塗布位置解析によれば、図１１（ａ）に示すように、バネ接合部分にもフレーム部分にも歪の存在しない部分は、ウェルドボンドの塗布が省略でき、且つ、板厚の変更も可能との判定がなされる。また、図１１（ｂ）に示すように、バネ接合部分には歪が存在しないが、フレーム部分に歪が存在する部分は、ウェルドボンドの塗布が省略ができるが、板厚の変更は不可能との判定がなされる。更に、図１１（ｃ）に示すように、バネ接合部分にもフレーム部分にも歪が存在する部分は、ウェルドボンドの塗布の省略も板厚の変更も不可能との判定がなされる。

このように、本実施の形態によれば、車体の剛性等を向上するためのウェルドボンドの塗布位置を明確にし、最小限の塗布位置で設備投資、生産性への影響、コストアップを抑制しながら最大の効果が得られる。

また、本実施の形態によれば、ウェルドボンドの塗布位置のみならず、フレーム部分の解析を行って、フレーム部分の板厚を変更し、軽量化、コストダウンを図ることが可能となる。

尚、フレーム部分の解析は実行せず、ウェルドボンドの塗布位置のみ解析するものであっても良い。また、フレーム部分の解析は、Ｓ１０６の実固有値解析を行わず、Ｓ１０４での解析結果を基に行うようにしても良い。更に、本実施の形態では、Ｓ１０４、Ｓ１０６の実固有値解析は、車体の１節ねじりのモード、２節曲げのモード、横曲げのモードの３つのモードについて解析するようにしているが、これ以外のモードによっても解析するようにしても良く、これら解析に選択するモードは、本実施の形態に限定するものではない。

ウェルドボンドの塗布位置解析装置の全体を示す構成図 ウェルドボンドの塗布位置解析プログラムのフローチャート 解析対象とする車体の斜視図 溶接により接合する部分の一例を示す斜視図 ウェルドボンドを用いた接合部をバネ接合で近似することの拡大説明図 車体においてバネ接合で近似される部分を示す斜視図 1節ねじりのモードによる歪の分布を示す説明図 ２節曲げのモードによる歪の分布を示す説明図 横曲げのモードによる歪の分布を示す説明図 図９のフロントサイドフレーム部分の拡大説明図 接合部位におけるウェルドボンドの状態と板金の状態の様々な例の説明図

符号の説明

１ パーソナルコンピュータ
２ コンピュータ本体
３ キーボード
４ マウス
５ モニタ
１０ 解析対象
１３ スポット溶接
１４ ウェルドボンド
１５ バネ接合部分

Claims (4)

1. 解析対象とするモデルを有限要素モデルにて表現する解析モデル形成手段と、
   上記解析モデル形成手段で形成した解析モデルのウェルドボンドを塗布して接合可能な部位をバネ接合で近似させる接合部近似手段と、
   上記接合部近似手段でバネ接合にて近似した解析モデルに対し、予め設定したモードにおける歪分布状態を実固有値解析により解析する解析手段と、
   上記解析手段による解析で得られた歪分布状態に応じてウェルドボンドの塗布位置を決定する塗布位置決定手段と、
   を備えたことを特徴とするウェルドボンドの塗布位置解析装置。
2. 上記実固有値解析により解析する予め設定したモードは、１節ねじりのモードと２節曲げのモードと横曲げのモードの少なくとも一つのモードであることを特徴とする請求項１記載のウェルドボンドの塗布位置解析装置。
3. 上記塗布位置決定手段で決定したウェルドボンドの塗布状態で予め設定したモードにおけるフレーム部分の歪分布状態を解析し、該解析結果に基づいてフレーム部分の変更を決定するフレーム部解析手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のウェルドボンドの塗布位置解析装置。
4. 解析対象とするモデルを有限要素モデルにて表現する解析モデル形成ステップと、
   上記解析モデル形成ステップで形成した解析モデルのウェルドボンドを塗布して接合可能な部位をバネ接合で近似させる接合部近似ステップと、
   上記接合部近似ステップでバネ接合にて近似した解析モデルに対し、予め設定したモードにおける歪分布状態を実固有値解析により解析する解析ステップと、
   上記解析ステップによる解析で得られた歪分布状態に応じてウェルドボンドの塗布位置を決定する塗布位置決定ステップと、
   を備えたことを特徴とするウェルドボンドの塗布位置解析方法。

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