JP2019136713A - Material property data calculation method, material property data calculation program, and material property data calculation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スポット溶接のシミュレーションにおける材料特性データの計算に関し、より詳しくは異種の材料を組み合わせたスポット溶接で適切な解析シミュレーションを可能とする材料特性データの計算に関する。 The present invention relates to calculation of material property data in a spot welding simulation, and more particularly to calculation of material property data that enables an appropriate analysis simulation by spot welding in which different types of materials are combined.
自動車の車体等、各種工業部材における金属材料同志の接合ではスポット溶接が広く利用されている。近年、例えば自動車車体に使用される鋼板には軟鋼板、高張力鋼板、ホットスタンプ鋼板等があり、このような種類の異なる様々な強度の鋼板の組み合わせで溶接することが多くなっている。 Spot welding is widely used for joining metal materials in various industrial parts such as automobile bodies. In recent years, for example, steel plates used for automobile bodies include mild steel plates, high-tensile steel plates, hot stamped steel plates, and the like, and welding is often performed by combining various types of different strength steel plates.
このようなスポット溶接において、実際に溶接することにより溶接条件や継手強度を確かめつつ最適値を決めることもできるが、そうすると時間がかかり手間も大きい。そこで近年では溶接条件及び継手強度の検討のためにＦＥＭ解析シミュレーションが有効に用いられている。 In such spot welding, it is possible to determine the optimum value while confirming the welding conditions and joint strength by actually welding, but it takes time and labor. Therefore, in recent years, FEM analysis simulation has been effectively used for examination of welding conditions and joint strength.
例えば非特許文献１には、電場−温度場−応力場の増分連成解析手法に基づくスポット溶接解析システムに関して開示されている。これによれば、めっき鋼板を対象に溶接ナゲット形成を精度良く推定し、更に、溶融金属が鋼板外へ飛散するスパッタ発生の予測も可能である。 For example, Non-Patent Literature 1 discloses a spot welding analysis system based on an electric field-temperature field-stress field incremental coupled analysis technique. According to this, it is possible to accurately estimate the formation of the weld nugget for the plated steel sheet and to predict the occurrence of spatter in which the molten metal scatters outside the steel sheet.
非特許文献２には、スポット溶接シミュレーションで計算した溶融部混合率を使い、スポット溶接継手の常温引張強度解析に設定する材料特性データを導出する方法が開示されている。これによれば、スポット溶接継手の破断を精度良く予測できる。 Non-Patent Document 2 discloses a method for deriving material property data to be set for room temperature tensile strength analysis of a spot welded joint, using a melting portion mixing ratio calculated by spot welding simulation. According to this, the breakage of the spot welded joint can be predicted with high accuracy.
特許文献１には、鋼板への加圧力と鋼板界面である圧接部の接触圧からスパッタ発生を予測する技術が開示されている。これによればスパッタ発生を予測することができるとともに、溶接部の強度が最大となりつつも溶接に要するエネルギー効率が良好になるような溶接条件を求めることができる。 Patent Document 1 discloses a technique for predicting the occurrence of spatter from a pressure applied to a steel plate and a contact pressure at a pressure contact portion that is a steel plate interface. According to this, it is possible to predict the occurrence of spatter, and it is possible to obtain a welding condition in which the energy efficiency required for welding is improved while the strength of the welded portion is maximized.
しかしながら、非特許文献１及び特許文献１では、異種鋼材を組み合わせて溶接する場合を対象とした溶融ナゲットの材料特性データの共有化について考慮していない。 However, Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 do not consider sharing of material characteristic data of a molten nugget intended for welding in which different steel materials are combined.
非特許文献２には上記のように、スポット溶接シミュレーションで計算した溶融部混合率を使い、スポット溶接継手の常温引張強度解析に設定する材料特性データを導出する方法が開示されている。
ここで、スポット溶接シミュレーションとは電場−温度場−応力場連成解析によるスポット溶接の通電加熱プロセスと冷却プロセスを模擬した温度依存のＦＥＭ解析である。一方、スポット溶接継手の常温引張強度解析とは、溶接後のスポット溶接継手の引張試験を模擬した常温条件下でのＦＥＭ解析である。
従って、非特許文献２では溶融部混合率をスポット溶接シミュレーション内で利用する方法に関しては述べられていない。
Non-Patent Document 2 discloses a method for deriving material property data to be set in the normal temperature tensile strength analysis of a spot welded joint, using the melting portion mixing ratio calculated in the spot welding simulation as described above.
Here, the spot welding simulation is a temperature-dependent FEM analysis simulating a current welding heating process and a cooling process of spot welding by an electric field-temperature field-stress field coupled analysis. On the other hand, the normal temperature tensile strength analysis of a spot welded joint is an FEM analysis under normal temperature conditions simulating a tensile test of a spot welded joint after welding.
Therefore, Non-Patent Document 2 does not describe a method of using the melted portion mixing ratio in the spot welding simulation.
溶融ナゲット内で材料はほぼ均質に溶融しているため、本来は溶融ナゲットとして１つの共有化した材料特性データを用いることが望ましい。ところが従来の技術では、このような共有化が図られていないため、溶接部を構成するそれぞれの異種の鋼板の材料特性データで溶融ナゲット内を解析することになり、実態と差が生じるおそれがある。 Since the material is almost homogeneously melted in the molten nugget, it is originally desirable to use one shared material property data as the molten nugget. However, in the conventional technology, since such sharing is not attempted, the inside of the molten nugget is analyzed with the material property data of each of the different types of steel plates constituting the weld, which may cause a difference from the actual situation. is there.
そこで本発明は上記問題点に鑑み、異なる材質の材料を接合対象としたスポット溶接シミュレーションを行う場合でも適正な解析結果を得ることができる材料特性データ計算方法を提供することを課題とする。また、そのための材料特性データ計算プログラム、及び、材料特性データ計算装置を提供する。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a material property data calculation method capable of obtaining an appropriate analysis result even when spot welding simulation is performed on different materials. In addition, a material property data calculation program and a material property data calculation apparatus are provided.
溶接部を構成する鋼板の溶融ナゲット内での比率（溶融部混合率）は組み合わせた材質の種類、溶接条件により変化し、単純に鋼板の板厚比で決まるものではない。例えば、非特許文献２に記載のように、軟鋼材と比較して高強度材は電気抵抗率が高く溶融ナゲットの成長が速くなり溶融部混合率が高くなることが知られている。
そこで、発明者は鋭意検討の結果、スポット溶接の通電加熱プロセスの解析で計算した溶融体積比から溶融ナゲットの材料特性データを導出し、スポット溶接の冷却プロセスにおける温度依存の応力解析に活用することに着想し、これを具体化して本発明を完成させた。以下本発明について説明する。
The ratio (melting portion mixing ratio) in the molten nugget of the steel sheet constituting the welded portion varies depending on the type of the combined material and the welding conditions, and is not simply determined by the plate thickness ratio of the steel plate. For example, as described in Non-Patent Document 2, it is known that a high-strength material has a higher electrical resistivity and a faster growth rate of a molten nugget and a molten portion mixing ratio as compared with a mild steel material.
Therefore, as a result of intensive studies, the inventor should derive material characteristic data of the molten nugget from the melt volume ratio calculated in the analysis of the spot welding current heating process and use it for temperature-dependent stress analysis in the spot welding cooling process. The present invention was completed with the idea. The present invention will be described below.
本発明の１つの態様は、異なる材質の材料を接合するスポット溶接において加熱、溶融、冷却までの一貫プロセスを模擬した数値解析シミュレーションをする際の材料特性データを計算する方法であって、加熱及び溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出する液相率算出処理と、最大液相率から材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求める溶融混合率算出処理と、溶融混合率と材料ごとの材料特性データから冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する溶融ナゲット材料特性データ算出処理と、を含む、材料特性データ計算方法である。 One aspect of the present invention is a method for calculating material property data when performing a numerical analysis simulation that simulates an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding for joining materials of different materials. In the melting process, calculate the maximum liquid phase ratio from the temperature, solidus line, and liquidus line of the material, and calculate the melt nugget volume for each material from the maximum liquid phase ratio to obtain the melt mixing ratio. A material property data calculation method comprising: a melt mixing rate calculation process; and a melt nugget material property data calculation process for calculating material property data of a melted nugget used in the cooling process from the melt mixing rate and material property data for each material. It is.
本発明の他の形態は、異なる材質の材料を接合するスポット溶接において加熱、溶融、冷却までの一貫プロセスを模擬した数値解析シミュレーションをする際の材料特性データを計算するプログラムであって、加熱及び溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出する液相率算出ステップと、最大液相率から材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求める溶融混合率算出ステップと、溶融混合率と材料ごとの材料特性データから冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する溶融ナゲット材料特性データ算出ステップと、を含む、材料特性データ計算プログラムである。 Another aspect of the present invention is a program for calculating material property data when performing numerical analysis simulation simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding for joining materials of different materials. In the melting process, calculate the maximum liquid phase ratio from the material temperature, solidus line, and liquidus line, and calculate the melt nugget volume for each material from the maximum liquid phase ratio to obtain the melt mixing ratio. A material property data calculation program comprising: a melt mixing rate calculation step; and a melt nugget material property data calculation step for calculating material property data of a molten nugget used in the cooling process from the melt mixing rate and material property data for each material. It is.
本発明の他の形態は、異なる材質の材料を接合するスポット溶接において加熱、溶融、冷却までの一貫プロセスを模擬した数値解析シミュレーションをする際の材料特性データを計算する装置であって、プログラムが記憶された記憶手段と、プログラムに基づいて演算を行う演算手段と、演算手段により演算された結果を表示する表示手段と、を備え、演算手段では、加熱及び溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出し、最大液相率から材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求め、溶融混合率と材料ごとの材料特性データから冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する、材料特性データ計算装置である。 Another embodiment of the present invention is an apparatus for calculating material property data when performing a numerical analysis simulation simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding for joining materials of different materials, and the program includes: The stored storage means, the calculation means for performing the calculation based on the program, and the display means for displaying the result calculated by the calculation means, in the calculation means, the temperature of the material in the heating and melting process, The maximum liquid phase rate is calculated from the solid phase line and liquid phase line, the melt nugget volume for each material is calculated from the maximum liquid phase rate, the melt mixing rate is obtained, and the cooling process from the melt mixing rate and material property data for each material 1 is a material property data calculation device for calculating material property data of a molten nugget used in the device.
本発明によれば、異なる材質の材料を接合するスポット溶接シミュレーションを行う場合でも、溶融ナゲット内の材料特性を１つの共有化した材料特性データを得られることができるので、より適正な解析結果を得ることができる。 According to the present invention, even when performing a spot welding simulation for joining materials of different materials, it is possible to obtain material property data in which the material properties in the molten nugget are shared, so that more appropriate analysis results can be obtained. Can be obtained.
図１は、スポット溶接の場面、及び、スポット溶接中における溶接部分を概略的に示した断面図である。ここでは種類が異なる２つの鋼板１０、１１が重ねられ、その一方面側と他方面側から２つの電極１により挟んでスポット溶接する場面を示している。ここで図１にＡで示し部分が溶融部（溶融ナゲット）である。
このようなスポット溶接自体は公知の通りであり、溶接される複数の材料が重ねられ、これを２つの電極の間に挟んで押圧しつつ通電する。そして以下に示す形態は当該スポット溶接のシミュレーションに関する。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a scene of spot welding and a welded part during spot welding. Here, a scene is shown in which two steel plates 10 and 11 of different types are overlapped and spot-welded between two electrodes 1 from one side and the other side. Here, a portion indicated by A in FIG. 1 is a molten portion (molten nugget).
Such spot welding itself is well known, and a plurality of materials to be welded are stacked, and energized while being pressed between two electrodes. And the form shown below is related with the simulation of the said spot welding.
図２にはスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１の流れを示した。このスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１に、材料特性データ計算方法Ｓ１０が含まれている。 FIG. 2 shows a flow of the spot welding simulation method S1. This spot welding simulation method S1 includes a material property data calculation method S10.
スポット溶接シミュレーション方法Ｓ１では、通電加熱プロセスＳ２と、温度依存の応力解析を行う冷却プロセスＳ３とを含んでいる。従って、スポット溶接シミュレーション方法Ｓ１では鋼材を押圧して加熱、溶融、冷却までの一貫プロセスを模擬したシミュレーションである。シミュレーションはいわゆるＦＥＭ（有限要素）解析で行われることが好ましく、従って、適切な大きさの微小な要素（メッシュ）に分割された解析モデルにより行われる。
そして本形態ではスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１は全体として、電場−温度場−応力場の連成解析により行われる。このような連成解析は公知の通りであり、例えば非特許文献１に記載のような手法をとることができる。
The spot welding simulation method S1 includes an electric heating process S2 and a cooling process S3 for performing temperature-dependent stress analysis. Therefore, the spot welding simulation method S1 is a simulation that simulates an integrated process from pressing, heating, melting, and cooling a steel material. The simulation is preferably performed by so-called FEM (finite element) analysis. Therefore, the simulation is performed by an analysis model divided into minute elements (mesh) of an appropriate size.
And in this form, spot welding simulation method S1 is performed by the coupled analysis of an electric field-temperature field-stress field as a whole. Such a coupled analysis is well known, and for example, a technique as described in Non-Patent Document 1 can be taken.
本形態では、スポット溶接シミュレーション方法Ｓ１に、材料特性データ計算方法Ｓ１０が含まれている。この計算により溶融ナゲット内における材料特性データの適正化が図られる。
材料特性データ計算方法Ｓ１０は、図２からわかるように、液相率算出処理Ｓ１１、溶融混合率算出処理Ｓ１２、及び溶融ナゲット材料特性データ算出処理Ｓ１３を有している。
以下各プロセスについて説明する。
In this embodiment, the material characteristic data calculation method S10 is included in the spot welding simulation method S1. By this calculation, material property data in the molten nugget is optimized.
As can be seen from FIG. 2, the material property data calculation method S10 includes a liquid phase rate calculation process S11, a melt mixing rate calculation process S12, and a melt nugget material property data calculation process S13.
Each process will be described below.
通電加熱プロセスＳ２では、重ねあわされた異なる種類の複数の鋼材に対して、スポット溶接を再現するように加熱条件を付与して溶融ナゲットの形成に関するシミュレーションを行う。 In the electric heating process S2, a simulation is performed on the formation of a molten nugget by applying heating conditions to a plurality of different types of steel materials that are overlapped to reproduce spot welding.
液相率算出処理Ｓ１１は、通電加熱プロセスＳ２に含まれ、最大液相率を算出する処理である。最大液相率は各鋼板１０、１１の材料の温度、固相線、液相線から算出され、固相を０、液相を１、固相と液相間は近似により０〜１の値とし、通電加熱プロセスＳ２中において、要素（メッシュ要素）毎にその最大値を保存する。 The liquid phase ratio calculation process S11 is a process that is included in the energization heating process S2 and calculates the maximum liquid phase ratio. The maximum liquid phase ratio is calculated from the temperature, solid phase line, and liquid phase line of each steel plate 10 and 11, and the solid phase is 0, the liquid phase is 1, and between the solid phase and the liquid phase is a value between 0 and 1 by approximation. In the energization heating process S2, the maximum value is stored for each element (mesh element).
溶融混合率算出処理Ｓ１２は、通電加熱プロセス２の解析が終了した後に、液相率算出処理Ｓ１１で算出した最大液相率から各鋼板１０、１１の溶融ナゲットの体積を計算し、溶融混合率を求める処理である。
各鋼板１０、１１について要素（メッシュ要素）毎に体積に最大液相率を乗じ、溶融ナゲット部における要素（メッシュ要素）の総和を溶融ナゲットの体積とする。
また、溶融混合率Ｒについては、鋼板１０側の溶融ナゲット体積をＶ１、鋼板１１側の溶融ナゲット体積をＶ２としたとき、鋼板１０側の溶融混合率Ｒ１はＶ１／（Ｖ１＋Ｖ２）、鋼板１１側の溶融混合率Ｒ２はＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）により得られる。
The melt mixing rate calculation process S12 calculates the volume of the melt nugget of each of the steel plates 10 and 11 from the maximum liquid phase rate calculated in the liquid phase rate calculation process S11 after the analysis of the energization heating process 2 is completed. Is a process for obtaining.
For each steel plate 10, 11, the volume is multiplied by the maximum liquid phase ratio for each element (mesh element), and the sum of the elements (mesh elements) in the melted nugget portion is taken as the volume of the melted nugget.
Regarding the melt mixing rate R, when the melt nugget volume on the steel plate 10 side is V 1 and the melt nugget volume on the steel plate 11 side is V 2 , the melt mix rate R 1 on the steel plate 10 side is V 1 / (V 1 + V 2 ), the melt mixing ratio R 2 on the steel plate 11 side is obtained by V 2 / (V 1 + V 2 ).
溶融ナゲット材料特性データ算出処理Ｓ１３は、冷却プロセスＳ３における応力解析の前に、溶融ナゲットの材料特性データを算出する処理である。ここで算出される材料データが次の冷却プロセスＳ３における応力解析に用いられる。
溶融ナゲットの材料特性データとして、温度依存の応力−ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数がある。これに対して溶融ナゲット材料特性データ算出処理Ｓ１３では、それぞれの材料特性データを、溶融混合率算出処理Ｓ１２で得た溶融混合率を用いて各鋼板の材料特性データから線形混合近似により求める。
例えば、溶融ナゲットの熱伝導率λはλ１×Ｒ１＋λ２×Ｒ２となる。ここで、λ１は鋼板１０の熱伝導率、λ２は鋼板１１の熱伝導率である。同様にして、他の材料特性データである温度依存の応力−ひずみ関係、密度、比熱、線膨張係数も溶融混合率に基づいて算出する。
The melted nugget material property data calculation process S13 is a process for calculating material property data of the melted nugget before the stress analysis in the cooling process S3. The material data calculated here is used for stress analysis in the next cooling process S3.
The material property data of the molten nugget includes a temperature-dependent stress-strain relationship, thermal conductivity, density, specific heat, and linear expansion coefficient. In contrast, in the melt nugget material property data calculation process S13, each material property data is obtained from the material property data of each steel sheet by linear mixing approximation using the melt mixing rate obtained in the melt mixing rate calculation process S12.
For example, the thermal conductivity λ of the molten nugget is λ 1 × R 1 + λ 2 × R 2 . Here, λ 1 is the thermal conductivity of the steel plate 10, and λ 2 is the thermal conductivity of the steel plate 11. Similarly, other material characteristic data, such as temperature-dependent stress-strain relationship, density, specific heat, and linear expansion coefficient, are calculated based on the melt mixing ratio.
冷却プロセスＳ３では、通電加熱プロセスＳ２で得られた溶融ナゲットに対して、温度依存の応力解析を行う。このとき、計算対象の要素（メッシュ要素）の最大液相率から溶融ナゲットか否かを判定し、必要に応じて溶融ナゲット材料特性データ算出処理Ｓ１３で得た材料特性データを適用する。例えば、最大液相率が０．８以上であれば溶融ナゲットと判定し、その要素（メッシュ要素）では溶融ナゲット材料特性データ算出処理Ｓ１３で得た材料特性データを用いて計算する。 In the cooling process S3, a temperature-dependent stress analysis is performed on the molten nugget obtained in the electric heating process S2. At this time, it is determined whether or not it is a molten nugget from the maximum liquid phase ratio of the element to be calculated (mesh element), and the material characteristic data obtained in the molten nugget material characteristic data calculation process S13 is applied as necessary. For example, if the maximum liquid phase ratio is 0.8 or more, it is determined as a molten nugget, and the element (mesh element) is calculated using the material characteristic data obtained in the molten nugget material characteristic data calculation process S13.
以上のようなスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１によれば、ここに含まれる材料特性データ計算方法Ｓ１０により、異なる材質の材料を接合するスポット溶接シミュレーションを行う場合でも、溶融ナゲット内の材料特性を１つの共有化した材料特性データを得られることができるので、より適正な解析結果を得ることができる。
異なる材質の材料を接合するスポット溶接シミュレーションを行う場合、溶融ナゲット内はほぼ均質に溶融しているため、本来、溶融ナゲットとして共有化した材料特性データを用いることが望ましい。共有化を図らなければ、溶接ナゲットを構成するそれぞれの鋼板の材料特性データで溶接ナゲット内を解析することとなり、実態と差が生じるおそれがある。具体的には、ナゲット内でそれぞれの鋼板に対応する要素で応力分布が異なり応力コンター図の連続性が損なわれる。これに対して上記の材料特性データ計算方法Ｓ１０により、溶融ナゲット内は共有化した１つの材料特性データを用いることができ、ナゲット内の応力コンター図は連続し適正な解析結果を得ることができる。
According to the spot welding simulation method S1 as described above, even when spot welding simulation for joining materials of different materials is performed by the material property data calculation method S10 included therein, the material property in the molten nugget is shared. Since materialized material property data can be obtained, more appropriate analysis results can be obtained.
When performing a spot welding simulation for joining materials of different materials, the molten nugget is almost homogeneously melted. Therefore, it is desirable to use material property data that is originally shared as a molten nugget. If sharing is not attempted, the inside of the weld nugget will be analyzed based on the material property data of each steel plate constituting the weld nugget, which may cause a difference from the actual situation. Specifically, the stress distribution differs in the elements corresponding to the respective steel plates in the nugget, and the continuity of the stress contour diagram is impaired. On the other hand, by the above-described material property data calculation method S10, one shared material property data can be used in the molten nugget, and the stress contour diagram in the nugget can continuously obtain an appropriate analysis result. .
図３は、上記したスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１に沿って具体的に演算を行う１つの形態にかかる材料特性データ計算装置２０の構成を概念的に表した図である。材料特性データ計算装置２０は、入力手段２１、演算装置２２、及び表示手段２８を有している。そして演算装置２２は、演算手段２３、ＲＡＭ２４、記憶手段２５、受信手段２６、及び出力手段２７を備えている。また、入力手段２１にはキーボード２１ａ、マウス２１ｂ、及び記憶媒体の１つとして機能する外部記憶装置２１ｃが含まれている。 FIG. 3 is a diagram conceptually showing the configuration of the material property data calculation apparatus 20 according to one embodiment that specifically performs the calculation along the spot welding simulation method S1 described above. The material property data calculation apparatus 20 includes an input unit 21, an arithmetic unit 22, and a display unit 28. The calculation device 22 includes a calculation unit 23, a RAM 24, a storage unit 25, a reception unit 26, and an output unit 27. The input means 21 includes a keyboard 21a, a mouse 21b, and an external storage device 21c that functions as one of storage media.
演算手段２３は、いわゆるＣＰＵ（中央演算子）により構成されており、上記した各構成部材に接続され、これらを制御することができる手段である。また、記憶媒体として機能する記憶手段２５等に記憶された各種プログラム２５ａを実行し、これに基づいて上記したスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１の各処理のためのデータ生成や鋼材データベース２５ｂからのデータの選択をする手段として演算をおこなうのも演算手段２３である。 The calculation means 23 is constituted by a so-called CPU (central operator), and is a means that can be connected to the above-described constituent members and can control them. Further, various programs 25a stored in the storage means 25 or the like functioning as a storage medium are executed, and based on this, data generation for each processing of the spot welding simulation method S1 described above and selection of data from the steel material database 25b are performed. The computing means 23 also performs the computation as a means for performing the above.
ＲＡＭ２４は、演算手段２３の作業領域や一時的なデータの記憶手段として機能する構成部材である。ＲＡＭ２４は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成することができ、公知のＲＡＭと同様である。 The RAM 24 is a structural member that functions as a work area for the computing means 23 and a temporary data storage means. The RAM 24 can be composed of SRAM, DRAM, flash memory, or the like, and is similar to a known RAM.
記憶手段２５は、各種演算の根拠となるプログラムやデータが保存される記憶媒体として機能する部材である。また記憶手段２５には、プログラムの実行により得られた中間、最終の各種結果を保存することができてもよい。より具体的には記憶手段２５には、プログラム２５ａ、鋼材データベース２５ｂが記憶（保存）されている。またその他情報も併せて保存されていてもよい。 The storage means 25 is a member that functions as a storage medium in which programs and data that are the basis for various calculations are stored. The storage unit 25 may be capable of storing various intermediate and final results obtained by executing the program. More specifically, the storage unit 25 stores (saves) a program 25a and a steel material database 25b. Other information may also be stored.
ここで、保存されているプログラムには、上記したスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１の各処理を演算する根拠となる溶接シミュレーションプログラムが含まれる。すなわち、溶接シミュレーションプログラムは、図２のフローに対応するように、通電加熱プロセス演算ステップと、温度依存の応力解析を行う冷却プロセス演算ステップとを含んでいる。このプログラムの具体的な演算内容は上記したスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１で説明した通りである。 Here, the stored program includes a welding simulation program as a basis for calculating each process of the spot welding simulation method S1 described above. That is, the welding simulation program includes an energization heating process calculation step and a cooling process calculation step for performing temperature-dependent stress analysis so as to correspond to the flow of FIG. The specific calculation contents of this program are as described in the spot welding simulation method S1 described above.
そして溶接シミュレーションプログラムにはさらに、上記材料特性データ計算方法Ｓ１０を具体的に演算するための根拠となる材料特性データ計算プログラムが含まれる。従って、材料特性データ計算プログラムは、液相率算出処理Ｓ１１、溶融混合率算出処理Ｓ１２、及び溶融ナゲット材料特性データ算出処理Ｓ１３に対応した、液相率算出ステップ、溶融混合率算出ステップ、及び溶融ナゲット材料特性データ算出ステップを有している。このプログラムの具体的な演算内容は上記したスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１で説明した通りである。 The welding simulation program further includes a material property data calculation program that is a basis for specifically calculating the material property data calculation method S10. Therefore, the material property data calculation program corresponds to the liquid phase rate calculation process S11, the melt mixing rate calculation process S12, and the melt nugget material property data calculation process S13. A nugget material property data calculation step. The specific calculation contents of this program are as described in the spot welding simulation method S1 described above.
鋼材データベース２５ｂは、鋼材に関する物性値等の各特性が収納されたデータベースである。このデータベースからプログラムの求めに応じて必要なデータがプログラムに提供される。 The steel material database 25b is a database in which properties such as physical property values related to steel materials are stored. Necessary data is provided to the program according to the program request from this database.
受信手段２６は、外部からの情報を演算装置２２に適切に取り入れるための機能を有する構成部材であり、入力手段２１が接続される。いわゆる入力ポート、入力コネクタ等もこれに含まれる。 The receiving means 26 is a structural member having a function for appropriately taking information from the outside into the arithmetic device 22, and is connected to the input means 21. This includes so-called input ports, input connectors, and the like.
出力手段２７は、得られた結果のうち外部に出力すべき情報を適切に外部に出力する機能を有する構成部材であり、モニター等の表示手段２８や各種装置がここに接続される。いわゆる出力ポート、出力コネクタ等もこれに含まれる。 The output unit 27 is a component having a function of appropriately outputting information to be output to the outside of the obtained results, and a display unit 28 such as a monitor and various devices are connected thereto. This includes so-called output ports, output connectors, and the like.
入力装置２１には、例えばキーボード２１ａ、マウス２１ｂ、外部記憶装置２１ｃ等が含まれる。キーボード２１ａ、マウス２１ｂは公知のものを用いることができ、説明は省略する。
外部記憶装置２１ｃは、公知の外部接続可能な記憶手段であり、記憶媒体としても機能する。ここには特に限定されることなく、必要とされる各種プログラム、データを記憶させておくことができる。例えば上記した記憶手段２５と同様のプログラム、データがここに記憶されていても良い。
外部記憶装置２１ｃとしては、公知の装置を用いることができる。これには例えばＣＤ−ＲＯＭ及びＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤ及びＤＶＤドライブ、ハードディスク、各種メモリ等を挙げることができる。
The input device 21 includes, for example, a keyboard 21a, a mouse 21b, an external storage device 21c, and the like. As the keyboard 21a and the mouse 21b, known ones can be used, and the description thereof is omitted.
The external storage device 21c is a known externally connectable storage unit and also functions as a storage medium. There is no particular limitation here, and various necessary programs and data can be stored. For example, programs and data similar to those of the storage unit 25 described above may be stored here.
A known device can be used as the external storage device 21c. Examples thereof include CD-ROM and CD-ROM drive, DVD and DVD drive, hard disk, and various memories.
また、その他、ネットワークや通信により受信手段２６を介して演算装置に情報が提供されてもよい。同様にネットワークや通信により出力手段２７を介して外部の機器に情報を送信することができてもよい。 In addition, information may be provided to the arithmetic device via the receiving unit 26 through a network or communication. Similarly, information may be transmitted to an external device via the output unit 27 by a network or communication.
このような材料特性データ計算装置２０によれば、上記説明したスポット溶接シミュレーション方法Ｓ１を効率的に精度よく行なうことが可能となる。材料特性データ計算装置２０としては例えばコンピュータを用いることができる。 According to such a material property data calculation apparatus 20, the above-described spot welding simulation method S1 can be efficiently and accurately performed. As the material property data calculation device 20, for example, a computer can be used.
以下、実施例により、本発明に係る材料特性データ計算方法についてより詳しく説明する。 Hereinafter, the material property data calculation method according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.
評価対象とする鋼板の組み合わせは、第一材料が板厚２．０ｍｍの９８０ＭＰａ級鋼板（以下「９８０材」と表記することがある。）、第二材料が板厚１．０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板（以下「５９０材」と表記することがある。）である。
溶接条件は、電極による加圧力が４．９ｋＮ、加熱のための通電の電流が７ｋＡ、その通電時間は１６サイクル（周波数６０Ｈｚ）、保持時間を４０サイクルとした。シミュレーションは、電場−温度場−応力場の連成解析によりスポット溶接の通電加熱から冷却プロセスまでの一貫プロセスについてＦＥＭ解析シミュレーションを行った。結果を図４、図５に示す。
The combination of the steel plates to be evaluated is a 980 MPa grade steel plate (hereinafter sometimes referred to as “980 material”) whose first material is 2.0 mm thick, and a 590 MPa grade steel plate whose second material is 1.0 mm thick. (Hereinafter, sometimes referred to as “590 materials”).
The welding conditions were a pressure applied by the electrode of 4.9 kN, an energization current for heating of 7 kA, an energization time of 16 cycles (frequency 60 Hz), and a holding time of 40 cycles. In the simulation, an FEM analysis simulation was performed for an integrated process from the electric heating of the spot welding to the cooling process by a coupled analysis of electric field-temperature field-stress field. The results are shown in FIGS.
図４は実施例の結果であり、材料特性データ計算方法Ｓ１０を用いて解析をした結果の冷却プロセス終了後の応力分布である。通電加熱プロセスの解析結果から溶融混合率は９８０材のＲ１：５９０材のＲ２＝０．７４９：０．２５１となった。この溶融混合率を用いて温度依存の応力−ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数の各材料特性データを計算し、これらを溶融ナゲット内の材料特性データとして冷却プロセスの応力解析をして図４のコンターを得た。このコンターでは濃くなるに従って応力が高くなることを示している。
その結果、図４からわかるように溶融ナゲット内の応力コンターは連続しており、適正な解析結果を得ることができた。
FIG. 4 shows the results of the example, and is the stress distribution after the end of the cooling process as a result of analysis using the material property data calculation method S10. From the analysis result of the electric heating process, the melt mixing ratio was 980 R 1 : 590 R 2 = 0.749: 0.251. Using this melt mixing ratio, the material characteristic data of temperature-dependent stress-strain relationship, thermal conductivity, density, specific heat, and linear expansion coefficient are calculated, and these are used as material characteristic data in the molten nugget for stress analysis of the cooling process. As a result, the contour of FIG. 4 was obtained. This contour shows that the stress increases with increasing concentration.
As a result, as can be seen from FIG. 4, the stress contour in the molten nugget is continuous, and an appropriate analysis result was obtained.
一方、図５は比較例の結果であり、材料特性データ計算方法Ｓ１０を用いることなく解析した結果の冷却プロセス終了後の応力分布のコンターである。
その結果、図５からわかるように溶融ナゲット内はほぼ均質に溶融しているにも関わらず、溶融ナゲット内に表れる応力コンターが不連続となり、実態とは異なる解析結果になった。
On the other hand, FIG. 5 shows the result of the comparative example, which is a contour of the stress distribution after the cooling process as a result of analysis without using the material property data calculation method S10.
As a result, as can be seen from FIG. 5, although the melted nugget was melted almost uniformly, the stress contour appearing in the melted nugget became discontinuous, resulting in an analysis result different from the actual situation.
１ 電極
１０ 鋼材
１１ 鋼材
２０ 材料特性データ計算装置
２１ 入力手段
２２ 演算装置
２３ 演算手段
２５ 記憶手段
２８ 表示手段
Ａ 溶融ナゲット
Ｓ１ スポット溶接シミュレーション方法
Ｓ２ 通電加熱プロセス
Ｓ３ 冷却プロセス
Ｓ１０ 材料特性データ計算方法
Ｓ１１ 液相率算出処理
Ｓ１２ 溶融混合率算出処理
Ｓ１３ 溶融ナゲット材料特性データ算出処理
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode 10 Steel material 11 Steel material 20 Material characteristic data calculation apparatus 21 Input means 22 Operation apparatus 23 Calculation means 25 Memory | storage means 28 Display means A Molten nugget S1 Spot welding simulation method S2 Current heating process S3 Cooling process S10 Material characteristic data calculation method S11 Liquid Phase rate calculation process S12 Melt mixing rate calculation process S13 Melt nugget material property data calculation process
Claims (3)
前記加熱及び前記溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出する液相率算出処理と、
前記最大液相率から前記材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求める溶融混合率算出処理と、
前記溶融混合率と前記材料ごとの材料特性データから前記冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する溶融ナゲット材料特性データ算出処理と、を含む、材料特性データ計算方法。 It is a method of calculating material property data when performing numerical analysis simulation simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding that joins materials of different materials,
A liquid phase ratio calculation process for calculating the maximum liquid phase ratio from the temperature of the material, the solidus line, and the liquidus line in the heating and melting processes;
A melt mixing rate calculation process for calculating a melt nugget volume for each material from the maximum liquid phase rate and obtaining a melt mixing rate,
A material property data calculation method comprising: a melt nugget material property data calculation process for calculating material property data of a melt nugget used in the cooling process from the melt mixing ratio and material property data for each material.
前記加熱及び前記溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出する液相率算出ステップと、
前記最大液相率から前記材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求める溶融混合率算出ステップと、
前記溶融混合率と前記材料ごとの材料特性データから前記冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する溶融ナゲット材料特性データ算出ステップと、を含む、材料特性データ計算プログラム。 It is a program that calculates material property data when performing a numerical analysis simulation simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding that joins materials of different materials,
A liquid phase ratio calculating step for calculating the maximum liquid phase ratio from the temperature of the material, the solidus line, and the liquidus line in the heating and melting processes;
A melt mixing rate calculation step for calculating a melt nugget volume for each material from the maximum liquid phase rate and obtaining a melt mixing rate; and
A material property data calculation program comprising: a melt nugget material property data calculation step for calculating material property data of a melt nugget used in the cooling process from the melt mixing ratio and material property data for each material.
プログラムが記憶された記憶手段と、
前記プログラムに基づいて演算を行う演算手段と、
前記演算手段により演算された結果を表示する表示手段と、を備え、
前記演算手段では、
前記加熱及び前記溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出し、
前記最大液相率から前記材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求め、
前記溶融混合率と前記材料ごとの材料特性データから前記冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する、材料特性データ計算装置。 A device that calculates material property data when performing numerical analysis simulations simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding that joins materials of different materials,
Storage means for storing the program;
A calculation means for performing a calculation based on the program;
Display means for displaying the result calculated by the calculation means,
In the calculation means,
Calculate the maximum liquid phase ratio from the temperature of the material, solidus line, liquidus line in the heating and melting process,
Calculate the melt nugget volume for each material from the maximum liquid phase rate to obtain the melt mixing rate,
A material property data calculation device for calculating material property data of a molten nugget used in the cooling process from the melt mixing ratio and material property data for each material.
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