JP2008293100A - Analytic method, analytic system and analytic program for welded body physical quantity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多層溶接したときの被溶接体の物理量を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析方法、解析システムおよび解析プログラムに関する。 The present invention relates to an analysis method, an analysis system, and an analysis program for a welded body physical quantity that solves the physical quantity of the welded body when multilayer welding is performed by numerical analysis.
溶接は、熱源となる溶接棒ないし溶接トーチを、被溶接体の溶接線上を移動させ、高温の溶接金属を被溶接体に付着させていく接合方法である。溶接線上を溶接棒が通過して形成される溶接部を溶接パスといい、溶接を繰り返し実施し、開先内での同一高さの数パスにより層を形成し、複数の層を開先内に積層することにより溶接を完了する。一般に溶接部は多パス、多層となっている。 Welding is a joining method in which a welding rod or welding torch serving as a heat source is moved on the weld line of the welded body, and a high-temperature weld metal is attached to the welded body. A weld formed by passing a welding rod on the weld line is called a welding pass. Repeated welding is performed to form layers by several passes at the same height in the groove. Welding is completed by laminating to. In general, the welded portion has multiple passes and multiple layers.
溶接により配管などの溶接構造物に発生する残留応力は、溶接時の熱による局所的かつ急激な温度変化に伴って発生し、応力腐食割れを引き起こす主要な原因の一つである。そのため、従来から残留応力を低減する溶接方法の研究・開発が行われている(たとえば特許文献1ないし特許文献5参照)。また、残留応力を測定する方法も検討されている(たとえば特許文献6および特許文献7参照)。
Residual stress generated in welded structures such as pipes by welding is generated with local and rapid temperature changes due to heat during welding and is one of the main causes of stress corrosion cracking. Therefore, research and development of a welding method for reducing residual stress has been conventionally performed (for example, see
一方、残留応力を予測・評価する方法も検討されている(たとえば特許文献8および特許文献9参照)。この手法の一つである残留応力解析では、溶接による非定常の入熱を模擬した熱弾塑性解析が必要となる。これは溶接過程を緻密に模擬していく解析であり、多層の溶接を対象とした場合には、複数の溶接パスに亘る解析が必要となるため、大型計算機による計算でも多くの計算時間を要する。このため、計算時間を短縮するための方法も検討されている(たとえば特許文献10および特許文献11参照)。残留応力解析は、伝熱現象を解く伝熱解析および、熱履歴による物性の変化を解く弾塑性解析から構成されるが、伝熱解析と弾塑性解析は必ずしも同時に行う必要はなく、伝熱解析結果の温度履歴を用いて熱弾塑性応力解析を行うことが可能である。
On the other hand, methods for predicting / evaluating residual stress have also been studied (see, for example,
溶接残留応力解析において、伝熱解析では非定常伝熱方程式、弾塑性解析ではつり合い方程式で現される支配方程式を時間進行させていく中で、一般的には実際の溶接における溶接棒の進行速度にあわせて入熱部を移動させていく。実際に入熱部を動かす時間進行の解析を行うことで、被溶接体の温度履歴、残留応力、ひずみ、などに代表される解析結果を求めていた。このように溶接線を入熱部を移動させる場合には、温度やひずみ、応力などの変化を高い精度で解析を行うには、溶接棒の移動範囲全体に亘って密な解析格子を準備する必要があり、多大な計算量が必要であった。
残留応力解析において3次元の対象を2次元モデルに置き換えることで計算時間を削減することができるが、事象をより緻密に再現することが可能な3次元モデルを必要とする解析では、その計算時間が膨大である。 In the residual stress analysis, the calculation time can be reduced by replacing the three-dimensional object with the two-dimensional model. However, in the analysis that requires a three-dimensional model capable of reproducing the event more precisely, the calculation time is reduced. Is enormous.
弾塑性解析においては、溶接開始部や終端部ではなく、溶接線の大部分を占める部分にのみ注目する場合が多い。また、残留応力やひずみの変化が大きくなる箇所は主として温度変化の大きい高温部近傍であり、溶接開始部と終端部を除く溶接棒周りの高温部は溶接棒位置に対して固定と考えられる。加えて、溶接開始部と終端部に近い部分以外では、溶接線からの距離と方向が同じである任意の注目点における温度変化は温度ピークの発生時刻がずれるだけである。 In elasto-plastic analysis, attention is often focused only on the portion occupying most of the weld line, not on the welding start and end portions. Further, the portion where the change in residual stress and strain becomes large is mainly in the vicinity of the high temperature portion where the temperature change is large, and the high temperature portion around the welding rod excluding the welding start and end portions is considered to be fixed with respect to the position of the welding rod. In addition, the temperature change at any point of interest having the same distance from the weld line and the direction except for the portion close to the welding start portion and the end portion only shifts the temperature peak generation time.
この点に着目し、移動座標系を適用することによりこの伝熱解析に要する計算時間を削減することが試みられており(たとえば特許文献12参照)、弾塑性解析についても移動座標系を適用した手法が開示されている(たとえば非特許文献1参照)。しかし、これらの移動座標系を採用した方法は、多パスないし多層溶接などの連続して行われる溶接を想定していない。このため、弾塑性解析におけるひずみや残留応力など、ある溶接パスの溶接による影響が、それ以降の溶接パスの解析に引き継がれないため、多パスないし多層溶接などの連続して行われる溶接の解析が困難である。 Focusing on this point, attempts have been made to reduce the calculation time required for this heat transfer analysis by applying a moving coordinate system (see, for example, Patent Document 12), and the moving coordinate system was also applied to elastoplastic analysis. A technique is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1). However, methods employing these moving coordinate systems do not assume continuous welding such as multi-pass or multilayer welding. For this reason, the effects of welding in one welding pass, such as strain and residual stress in elasto-plastic analysis, are not carried over to the analysis of subsequent welding passes. Is difficult.
そこで、本発明は、多層溶接時の被溶接体の残留応力などの物理量の数値的な解析に要する計算時間を短縮することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to shorten the calculation time required for numerical analysis of physical quantities such as residual stress of a welded body during multi-layer welding.
上述の課題を解決するため、被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析方法において、前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルについて前記数値解析を行うこと、を特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a differential equation and an integral equation governing the physical quantity of the welded body when the heat source is moved a plurality of times along the weld line of the welded body and multilayer welding is performed in a plurality of welding passes. In the method of analyzing a physical quantity to be welded that solves the equation described by any of the above by numerical analysis, the welding coordinate system uses a moving coordinate system that moves in the opposite direction at the same speed as the moving speed of the heat source in the welding path. The numerical analysis is performed on the analysis model in which the welding target is projected and arranged corresponding to each welding path so that the line is continuous downstream of the moving coordinate system of the welding line in the previous welding pass. It is characterized by performing.
また、本発明は、被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析システムにおいて、前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルを生成し記憶する解析モデル記憶装置と、前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解くコンピュータプログラムを記憶するプログラム記憶装置と、前記解析モデルに基づいて前記コンピュータプログラムを用いて前記被溶接体の物理量を求める演算装置と、を有することを特徴とする。 Further, the present invention provides either a differential equation or an integral equation that governs the phenomenon of the physical quantity of the welded body when the heat source is moved a plurality of times along the weld line of the welded body and multilayer welding is performed by a plurality of welding passes. In the system for analyzing physical quantities to be welded that solves the equation described by the numerical analysis, the welding line is moved using the moving coordinate system that moves in the opposite direction at the same speed as the moving speed of the heat source in the welding path. An analysis model that generates and stores an analysis model in which the welded body is projected and arranged corresponding to each welding path so as to be continuous downstream of the moving coordinate system of the welding line in the previous welding pass A computer program that solves an equation described by one of a differential equation and an integral equation that governs a physical quantity of the storage device and the physical object of the welded body by numerical analysis A program storage device for storing, and having a arithmetic device for determining the physical quantity of the object to be welded member using the computer program based on the analysis model.
また、本発明は、被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析プログラムにおいて、コンピュータに、前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルを生成させる機能と、前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く機能と、を実現させることを特徴とする。 Further, the present invention provides either a differential equation or an integral equation that governs the phenomenon of the physical quantity of the welded body when the heat source is moved a plurality of times along the weld line of the welded body and multilayer welding is performed by a plurality of welding passes. In the analysis program of the physical quantity to be welded that solves the equation described by the numerical analysis, the computer uses a moving coordinate system that moves in the opposite direction at the same speed as the moving speed of the heat source in the welding path. A function of generating an analysis model in which the welded body is projected and arranged corresponding to each welding path so that the welding line continues downstream of the moving coordinate system of the welding line in the previous welding pass And a function for solving an equation described by either a differential equation or an integral equation governing the physical quantity of the welded body by a numerical analysis. The features.
本発明によれば、多層溶接時の被溶接体の残留応力などの物理量の数値的な解析に要する計算時間を短縮することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the calculation time required for numerical analysis of physical quantities such as residual stress of the welded body during multi-layer welding.
本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 An embodiment of residual stress analysis during multi-layer welding according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[第1の実施の形態]
図2は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第1の実施の形態における解析対象の多層溶接を示す斜視図である。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a perspective view showing multi-layer welding to be analyzed in the first embodiment of residual stress analysis during multi-layer welding according to the present invention.
溶接では、熱源となる溶接棒22ないし溶接トーチを、被溶接体21の溶接線25に沿って移動させ、高温の溶接金属24を被溶接体21に付着させていく。溶接線25上を溶接棒22が通過して形成される溶接部を溶接パスという。多層溶接では、溶接を繰り返し施し、開先内での同一高さの数パスにより層を形成し、複数の層を開先内に積層することにより溶接を完了する。本実施の形態では、このように平板状の被溶接体の溶接部が多パス・多層となった多層直線状溶接を解析対象とし、この解析対象を移動座標系によって取り扱い、弾塑性解析および伝熱解析を行う。
In welding, a welding rod 22 or a welding torch serving as a heat source is moved along a
次に、移動座標系による解析方法について説明する。 Next, an analysis method using a moving coordinate system will be described.
図3は、固定座標系における解析モデルを模式的に示す斜視図である。図4は、移動座標系における解析モデルを模式的に示す斜視図である。図3および図4は、いずれも平板状の被溶接体1に、溶接線5に沿った直線状の溶接を施す状態を示すものである。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing an analysis model in a fixed coordinate system. FIG. 4 is a perspective view schematically showing an analysis model in the moving coordinate system. FIGS. 3 and 4 both show a state in which linear welding along the
図3に示すような固定座標系における解析モデルでは、たとえば、被溶接体1と同じ形状を解析領域とし、溶接棒2はモデル化を行わず、入熱部7を境界条件としてモデル化する。解析において入熱は、入熱部7に境界条件として与える方法や、被溶接体中の領域を発熱体とみなす方法などによりモデル化される。
In the analysis model in the fixed coordinate system as shown in FIG. 3, for example, the same shape as the
固定座標系における解析モデルを用いる溶接残留応力解析において、伝熱解析では非定常伝熱方程式、弾塑性解析ではつり合い方程式で現される支配方程式を時間進行させていく中で、実際の溶接における溶接棒2の進行速度8にあわせて入熱部7を移動させていく。このため、ある時間が経過すると、溶接棒2および入熱部7は、それぞれ符号9、符号10の位置となる。このように、実際に入熱部7を動かす時間進行の解析を行うことで、被溶接体1の温度履歴、残留応力、ひずみなどに代表される解析結果を求める。
In welding residual stress analysis using an analysis model in a fixed coordinate system, the unsteady heat transfer equation in heat transfer analysis and the governing equation expressed by the balance equation in elasto-plastic analysis are progressed over time, so welding in actual welding The
つまり、熱源となる溶接棒2と溶接線5との関係は、溶接線上の溶接始点−終点間における溶接棒2の一定方向の進行運動である。溶接が多層ないし多パスで行われる場合であってもこの関係は同様であり、上記の進行運動を溶接パスの回数繰り返すこととなる。
That is, the relationship between the
一方、図4に示すような移動座標系における解析モデルでは、熱源となる溶接棒2の進行運動を熱源と共に移動する移動座標系で扱う。熱源と共に移動する移動座標系を考えると、入熱部7は見かけ上止まった状態となり、被溶接体1が溶接方向に沿って、溶接方向と反対方向3に移動することとなる。
On the other hand, in the analysis model in the moving coordinate system as shown in FIG. 4, the moving motion of the
図1は、本実施の形態における解析モデルの斜視図である。図5は、本実施の形態における解析手順を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a perspective view of an analysis model in the present embodiment. FIG. 5 is a flowchart showing an analysis procedure in the present embodiment.
本実施の形態の残留応力解析は、被溶接体101の溶接線105に沿って複数の溶接パスの溶接を施す場合について解析を行う。
The residual stress analysis according to the present embodiment is performed when a plurality of welding passes are welded along the
残留応力解析では、まず、被解析体の離散化、解析条件、被解析体および溶接金属の物性値を設定し入力、もしくは予めこれらを記述したファイルを読み込む(ステップS1)。 In the residual stress analysis, first, discretization of the object to be analyzed, analysis conditions, physical property values of the object to be analyzed and the weld metal are set and input, or a file in which these are described in advance is read (step S1).
被解析体の離散化において、被溶接体1を1回のパスにおける溶接の終点と次の溶接パスの始点とが数値的に連続となるようにモデル化する。すなわち、被溶接体1および溶接パスが一回以上終了した被溶接体1を投影したものを並べて結合し、数値的に連続として扱うようモデル化する。また、各溶接パスに対応した熱源となる溶接棒102およびこの溶接棒102を投影した投影溶接棒202,302も同様に並べて配置されていると想定する。このモデル化により、熱源と共に移動する移動座標系を用いた解析において、溶接金属が徐々に積層されていく手順が再現されるため、最初の溶接パスから溶接終了に至る溶接の影響を全て反映した解析を行うことができる。
In discretization of the object to be analyzed, the welded
具体的には、第1溶接パスにおける被溶接体101に連続するように、投影被溶接体201がモデル化される。投影被溶接体201とは、溶接パスが一回終了した状態である第2溶接パスにおける被溶接体1を投影したものである。同様に、溶接パスが一回以上終了した被溶接体101を投影したものを並べて結合していき、最終溶接パスにおける被溶接体1を投影した投影被溶接体301まで連続となるようにモデル化する。このモデル化により、被溶接体101の溶接線105は、第2溶接パスにおける溶接線205、および、最終溶接パスにおける溶接線305に連続した直線として現される。
Specifically, the projection welded
弾塑性解析では、拘束条件、溶接開始時温度、雰囲気温度などを解析条件として挙げられる。また、弾塑性解析では、被溶接体および溶接金属の密度、弾性定数、応力−ひずみ関係などが物性値として挙げられる。 In elasto-plastic analysis, constraint conditions, welding start temperature, ambient temperature, and the like can be cited as analysis conditions. Further, in the elasto-plastic analysis, the density, elastic constant, stress-strain relationship, etc. of the welded body and the weld metal are listed as physical property values.
伝熱解析では、各溶接パスの入熱量、入熱位置、入熱分布、およびこれらの時間変化、入熱部の移動速度もしくは移動角速度、溶接開始時温度、雰囲気温度、大気への放熱に関する熱伝達率などが解析条件として挙げられる。また、伝熱解析では、被溶接体および溶接金属の密度、熱伝導率、比熱などが物性値として挙げられる。 In heat transfer analysis, the amount of heat input, the heat input position, the heat input distribution of each welding pass, and their changes over time, the moving speed or moving angular speed of the heat input part, the temperature at the start of welding, the ambient temperature, and the heat related to heat radiation to the atmosphere. The transmission rate can be cited as an analysis condition. In heat transfer analysis, the physical properties include the density, thermal conductivity, specific heat, and the like of the welded body and the weld metal.
次に、ステップS1にてモデル化を行った全ての溶接パス入熱部をモデル化する(ステップS2)。 Next, all the welding pass heat input parts modeled in step S1 are modeled (step S2).
各溶接パスに対応した熱源すなわち各入熱部は、溶接の順序に従って以下のように配置される。各溶接パスに対応した熱源は、溶接線105,205,305に沿って、第1溶接パスの入熱部107、第2溶接パスの入熱部207と、最終溶接パスの入熱部307まで配置される。なお、第1溶接パス、第2溶接パスおよび最終溶接パスにおける溶接棒102および投影溶接棒202,302に関してはモデル化を行わない。
The heat sources corresponding to the respective welding passes, that is, the respective heat input portions are arranged as follows according to the welding order. The heat source corresponding to each welding pass is along the
図1において、符号106、符号206、符号306は、それぞれ第1溶接パス、第2溶接パスおよび第3溶接パスにおける溶接済みの溶接線を表す。また、符号104、符号204、符号304は、それぞれ、第1溶接パスにおける被溶接体101、および、第2溶接パスならびに最終溶接パスの投影被溶接体201,301に対する、溶接棒102,202,302の相対速度を表す。この解析モデルでは、溶接棒を基準とした移動座標系を用いることで、被溶接体1の各位置において実際の溶接棒2の移動と逆方向の移動となる。
In FIG. 1,
次に、溶接開始時の条件を初期条件に設定する(ステップS3)。溶接開始時温度などが初期条件にあたる。 Next, the conditions at the start of welding are set as initial conditions (step S3). The initial temperature is the welding start temperature.
その後、各溶接パスの溶接条件で弾塑性解析および伝熱解析を行う(ステップS4)。計算は各パスそれぞれの溶接条件で順次行われていく。 Thereafter, elastoplastic analysis and heat transfer analysis are performed under the welding conditions of each welding pass (step S4). The calculation is performed sequentially under the welding conditions for each pass.
被溶接体101では第1溶接パスによる溶接の計算が行われ、その下流部では第1溶接パスによる残留応力が計算されている。この状態が投影被溶接体201の解析の入力となっており、投影被溶接体201の入熱部207によって、第1溶接パスの溶接終了状態に加えて第2溶接パスの溶接解析が行われる。したがって、被溶接体201の下流部では第1溶接パスの履歴に加えて第2溶接パスの解析が終了した状態の残留応力が計算されている。同様に繰り返すことにより、最終溶接パスをモデル化している投影被溶接体301の下流側では、全溶接パスによる入熱が加わった後、すなわち全溶接終了状態の残留応力が得られることとなる。
In the welded
上述のモデル化により、最終溶接パスの被解析体が溶接を終了すると同時に、被解析体1が全ての溶接パスによる計算を経て、弾塑性解析および伝熱解析を終える。全ての溶接パスを数値的に連続として扱うことで、溶接による計算履歴が以後の溶接パスの弾塑性解析条件および伝熱解析条件としてもれなく引き継がれる。 By the above modeling, the object to be analyzed in the final welding pass finishes welding, and at the same time, the object to be analyzed 1 finishes the elasto-plastic analysis and the heat transfer analysis through calculation by all the welding passes. By treating all the welding passes as numerically continuous, the calculation history by welding is inherited as the elasto-plastic analysis conditions and heat transfer analysis conditions of the subsequent welding passes.
最後に、計算結果を出力して(ステップS5)、解析を終了する。 Finally, the calculation result is output (step S5), and the analysis is terminated.
なお、弾塑性解析および伝熱解析は同時に行ってもよいが、まず伝熱解析を行い、その後、伝熱解析によって得られる温度履歴を用いて弾塑性解析を行ってもよい。 Although the elastoplastic analysis and the heat transfer analysis may be performed simultaneously, the heat transfer analysis may be performed first, and then the elastoplastic analysis may be performed using the temperature history obtained by the heat transfer analysis.
図6は、本実施の形態における解析システムのブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram of the analysis system in the present embodiment.
この解析システムは、解析プログラム記憶装置13、計算結果記憶装置14、解析条件・物性・解析モデル記憶装置15、CPU(演算装置)16、メモリ17、入力装置18および表示装置19を備えている。解析プログラム記憶装置13には、上述の解析方法を実現するためのコンピュータプログラムが記憶されている。たとえば入力装置18から入力された解析条件、物性値および解析モデルは解析条件・物性・解析モデル記憶装置15に記憶される。解析モデルは、解析条件・物性・解析モデル記憶装置15に、被溶接体1の形状、各溶接パスでの溶接棒2の移動などを入力して、自動的に生成させてもよい。
The analysis system includes an analysis
解析者が、入力装置18を介して演算装置16に対する解析実行の命令を入力すると、演算装置16は、弾塑性解析プログラムを弾塑性解析記録装置13から、解析条件・物性・解析モデルを解析条件・物性・解析モデル記録装置15から読み込み、弾塑性解析および伝熱解析の計算を開始する。解析終了後、解析結果を計算結果記録装置14に記録して終了する。解析が終了した旨を、表示装置19により解析者に通知しても良い。
When an analyst inputs an analysis execution command to the
なお、解析対象となる被溶接体101および投影被溶接体201,301の領域全体を分割し、それぞれ別のCPUで同時かつ独立に計算を行う並列計算方法を用いてもよい。この場合、CPU16を複数個とした共有メモリ型並列計算機や、複数の上述の解析システムをネットワークで互いに結合したPCクラスタ並列計算機のような分散メモリ型並列計算機を用いることができる。
Note that a parallel calculation method may be used in which the entire region of the welded
固定座標系によって溶接線を入熱部が移動するようにモデル化した場合には、温度やひずみ、応力などの変化を高い精度で解析を行うためには、溶接棒の移動範囲全体に渡って密な解析格子を準備する必要があり、多大な計算量が必要となる。一方、本実施の形態のように移動座標系の解析モデルを用いると、入熱部の近傍では溶接途中の高温の状態を表しているが、入熱部の十分下流側では溶接棒が通り過ぎ十分時間が経過して低温となった状態を表しており、溶接後の残留応力やひずみを得ることができる。したがって、入熱部の下流側の溶接棒が通り過ぎ十分時間が経過して低温となった部分のみを密な解析格子として解析を行うことにより、精度の高い解析結果が短時間で得られる。 When the welding line is modeled so that the heat input moves in a fixed coordinate system, it is necessary to analyze the changes in temperature, strain, stress, etc. with high accuracy over the entire moving range of the welding rod. It is necessary to prepare a dense analysis grid, which requires a large amount of calculation. On the other hand, when the analysis model of the moving coordinate system is used as in the present embodiment, a high temperature state during welding is shown in the vicinity of the heat input part, but the welding rod passes sufficiently on the downstream side of the heat input part. It represents a state in which the temperature has been lowered over time, and residual stress and strain after welding can be obtained. Therefore, by analyzing only the portion where the welding rod on the downstream side of the heat input portion passes and becomes low temperature after a sufficient time has passed, a highly accurate analysis result can be obtained in a short time.
このように、本実施の形態の解析方法を用いることにより、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。 Thus, by using the analysis method of the present embodiment, the calculation time required for residual stress analysis during multi-layer welding can be shortened.
[第2の実施の形態]
図7は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第2の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a perspective view of an analysis model in the second embodiment of the residual stress analysis at the time of multilayer welding according to the present invention.
本実施の形態では、円筒の側面の一部が被溶接体101であり、この被溶接体101の外面に、多層の周方向溶接を施す場合の解析を行う。被溶接体101は回転対称体の一部であるから、被溶接体101を固定した固定座標系では、溶接棒102は回転運動する。そこで、本実施の形態では、座標系として入熱部とともに移動する回転座標系を用いる。被溶接体101の移動は、実際の溶接棒102の回転と逆方向の回転となる。
In the present embodiment, a part of the side surface of the cylinder is the welded
このような被溶接体101であっても、回転座標系を用いることにより第1の実施の形態と同様に残留応力解析を行うことができ、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
Even in such a welded
[第3の実施の形態]
図8は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第3の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a perspective view of an analysis model in the third embodiment of the residual stress analysis at the time of multilayer welding according to the present invention.
本実施の形態では、被溶接体101は扇形であり、この被溶接体101の上面の周方向に、多層の周方向溶接を施す場合の解析を行う。周方向溶接であるから、被溶接体101を固定した固定座標系では、溶接棒102は回転運動する。そこで、本実施の形態では、座標系として入熱部とともに移動する回転座標系を用いる。被溶接体101の移動は、実際の溶接棒102の回転と逆方向の回転となる。
In the present embodiment, the welded
このような被溶接体101であっても、回転座標系を用いることにより第1の実施の形態と同様に残留応力解析を行うことができ、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
Even in such a welded
[第4の実施の形態]
図9は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第4の実施の形態における被溶接体の斜視図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 9 is a perspective view of an object to be welded in the fourth embodiment of residual stress analysis during multi-layer welding according to the present invention.
本実施の形態の被溶接体1は、円筒状の回転対称体である。この被溶接体1の外面の円周方向の溶接線5に沿って溶接棒2を移動させて、多層の周方向溶接を施す場合の残留応力解析を行う。図9において、符号6は溶接済みの溶接線、符号11は、被溶接体1の溶接棒に対する相対回転方向、符号12は溶接棒2に対する被溶接体1の相対回転速度を示す。
The welded
図10は、本実施の形態における解析モデルの斜視図である。 FIG. 10 is a perspective view of the analysis model in the present embodiment.
本実施の形態でも、第2の実施の形態と同様に、各溶接パスにおける被溶接体1を1回のパスにおける溶接の終点と次の溶接パスの始点とが数値的に連続となるように投影する。この際、2回目以降の溶接パスでは、投影された被溶接体1001は、前回までの溶接パスと空間的に重なる場合があるが、これを許容する。つまり、各溶接パスにおける被溶接体1001は、数値的に連続となる投影であるが、各溶接パスは計算上数値的に異なる座標として取り扱う。
Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the
図10において、符号102は1回目の溶接パスにおける溶接棒、符号202は2回目の溶接パスにおける溶接棒を示す。また、符号107は1回目の溶接パスにおける入熱部、符号202は2回目の溶接パスにおける入熱部を示す。符号1005は、投影された未溶接の溶接線、符号1006は、投影された溶接済みの溶接線を示す。被溶接体1の円周方向長さは、溶接棒102が溶接部を通過し、次の溶接棒202が現れるまでの時間と溶接速度から決まる。
10,
被溶接体1を複数回の溶接パスに対応させて投影したものを連続して配置すると実構造物の円周長さ以上となる場合であっても、本実施の形態の解析方法によれば、1回の解析で残留応力が計算できるようにモデル化することができる。よって、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
According to the analysis method of the present embodiment, even if the
[第5の実施の形態]
図11は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第5の実施の形態における被溶接体の斜視図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 is a perspective view of an object to be welded in a fifth embodiment of residual stress analysis during multilayer welding according to the present invention.
本実施の形態の被溶接体1は、円板状の回転対称体である。この被溶接体1の上面の円周方向の溶接線5に沿って溶接棒2を移動させて、多層の周方向溶接を施す場合の残留応力解析を行う。
The welded
図12は、本実施の形態における解析モデルの斜視図である。 FIG. 12 is a perspective view of the analysis model in the present embodiment.
本実施の形態でも、第3の実施の形態と同様に、各溶接パスにおける被溶接体1を1回のパスにおける溶接の終点と次の溶接パスの始点とが数値的に連続となるように投影する。この際、2回目以降の溶接パスでは、第4の実施の形態と同様に、投影された被溶接体1001は、前回までの溶接パスと空間的に重なる場合があるが、これを許容する。つまり、各溶接パスにおける被溶接体1001は、数値的に連続となる投影であるが、各溶接パスは計算上数値的に異なる座標として取り扱う。
Also in this embodiment, as in the third embodiment, the welding end point of each
被溶接体1を複数回の溶接パスに対応させて投影したものを連続して配置すると実構造物の円周長さ以上となる場合であっても、本実施の形態の解析方法によれば、1回の解析で残留応力が計算できるようにモデル化することができる。よって、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
According to the analysis method of the present embodiment, even if the
[その他の実施の形態]
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
[Other embodiments]
The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms. Moreover, it can also implement combining the characteristic of each embodiment.
1,21,101,1001…被溶接体、2,22,102…溶接棒、5,25,105,205,305…溶接線、6…溶接済みの溶接線、7,107,207,307…入熱部、8…進行速度、24…溶接金属、201,301…投影被溶接体、202,302…投影被溶接棒、13…解析プログラム記憶装置、14…計算結果記憶装置、15…解析条件・物性・解析モデル記憶装置、16…CPU、17…メモリ、18…入力装置、19…表示装置 1, 2, 101, 1001 ... welded object, 2, 22, 102 ... welding rod, 5, 25, 105, 205, 305 ... weld line, 6 ... welded weld line, 7, 107, 207, 307 ... Heat input part, 8 ... Progression speed, 24 ... Weld metal, 201, 301 ... Projected body, 202, 302 ... Projected rod, 13 ... Analysis program storage device, 14 ... Calculation result storage device, 15 ... Analysis condition Physical property / analysis model storage device, 16 ... CPU, 17 ... memory, 18 ... input device, 19 ... display device
Claims (6)
前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルについて前記数値解析を行うこと、
を特徴とする被溶接体物理量の解析方法。 An equation described by one of a differential equation and an integral equation governing the physical quantity of the welded body when the heat source is moved a plurality of times along the weld line of the welded body and multilayer welding is performed with a plurality of welding passes. In the analysis method of physical quantities to be welded that solves
Using a moving coordinate system that moves in the opposite direction at the same speed as the moving speed of the heat source in the welding pass, the weld line is continuous downstream of the moving coordinate system of the weld line in the previous welding pass. Performing the numerical analysis on an analysis model in which the welded bodies are projected and arranged corresponding to the welding paths,
A method for analyzing a physical quantity of an object to be welded characterized by the following.
前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルを生成し記憶する解析モデル記憶装置と、
前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解くコンピュータプログラムを記憶するプログラム記憶装置と、
前記解析モデルに基づいて前記コンピュータプログラムを用いて前記被溶接体の物理量を求める演算装置と、
を有することを特徴とする被溶接体物理量の解析システム。 An equation described by one of a differential equation and an integral equation governing the physical quantity of the welded body when the heat source is moved a plurality of times along the weld line of the welded body and multilayer welding is performed with a plurality of welding passes. In the analysis system of physical quantities to be welded that solves
Using a moving coordinate system that moves in the opposite direction at the same speed as the moving speed of the heat source in the welding pass, the weld line is continuous downstream of the moving coordinate system of the weld line in the previous welding pass. An analysis model storage device that generates and stores an analysis model in which the welded objects are projected and arranged corresponding to each welding path,
A program storage device for storing a computer program for solving an equation described by one of a differential equation and an integral equation governing a physical quantity of the welded body by numerical analysis;
An arithmetic device for obtaining a physical quantity of the welded body using the computer program based on the analysis model;
A system for analyzing a physical quantity of an object to be welded, comprising:
前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルを生成させる機能と、
前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く機能と、
を実現させることを特徴とする被溶接体物理量の解析プログラム。 An equation described by one of a differential equation and an integral equation governing the physical quantity of the welded body when the heat source is moved a plurality of times along the weld line of the welded body and multilayer welding is performed with a plurality of welding passes. In a computer program for analyzing physical quantities of welded objects that solves
Using a moving coordinate system that moves in the opposite direction at the same speed as the moving speed of the heat source in the welding pass, the weld line is continuous downstream of the moving coordinate system of the weld line in the previous welding pass. A function of generating an analysis model in which the welded objects are projected and arranged corresponding to the welding paths,
A function for solving an equation described by one of a differential equation and an integral equation governing a physical quantity of the welded body by a numerical analysis;
A program for analyzing the physical quantity of a welded body characterized by realizing the above.
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