JP4079638B2

JP4079638B2 - 有限要素法による残留応力解析方法

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Publication number: JP4079638B2
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Inventors: 茂岸
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Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2008-04-23
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接構造物の有限要素法による残留応力解析方法に係り、特に高い解析精度を保持しつつ、解析に要する時間を短縮する有限要素法による残留応力解析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接構造物を製造する際、溶接部には、短時間で加熱および冷却過程が生じ、この熱サイクルにより残留応力が発生する。そのため、溶接構造物の安全設計のためには、溶接部の残留応力を解析することが重要であり、高い解析精度が要求されることが多い。
【０００３】
こうした物理現象を解析する方法としては、解析対象をモデル化して解析する有限要素法による残留応力解析が一般に用いられている。普通、有限要素法による残留応力および残留変形の予測では、溶接時の全過程について溶接構造物内の温度分布の履歴を求めて解析している。
【０００４】
解析対象として設定される解析モデルのモデル化条件は、要求される解析精度に従って、主にこれまでの解析データや解析技術者の経験に基づいて決定されるケースが多い。一般に、溶接構造物に高精度の解析精度が要求されるほど、解析モデル化範囲を広く設定する必要があり、また溶接部については全溶接過程の解析を行っている。
【０００５】
図２２に従来の有限要素法による残留応力解析のフローチャートを示す。
【０００６】
従来の有限要素法による残留応力解析によれば、まず解析モデル化範囲設定段階１１で解析モデル化する範囲を設定する。この際、境界条件が解析結果に及ぼす影響を考慮して、図２３に示すように溶接線からの解析範囲（解析モデル境界）までの軸方向距離が、円筒胴の曲率半径Ｒと胴板厚さｔとの積の平方根の２．５倍以上に設定される。
【０００７】
解析モデル化範囲設定段階１１で解析範囲を設定した後、解析モデル作成段階１２では解析モデルを作成し、次の溶接部伝熱解析段階１３において溶接過程について伝熱解析を行う。従来、解析対象はすべての溶接過程としている。
【０００８】
次に、溶接部残留応力解析段階１４において、溶接部伝熱解析段階１３で得られた伝熱解析結果をもとに、溶接部残留応力を計算する。そして強度評価段階１５において溶接部残留応力に基づいて強度計算および評価を行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の有限要素法による残留応力解析方法では、高精度の解析を必要とする場合には、解析モデル化範囲を大きく設定しなければならなかった。また、高精度の解析結果を得るために全溶接過程について解析するため、溶接部が多層溶接である場合等には、解析に要する時間が長く、解析コストが高騰していた。そのため、設計時間の短縮のためにも、溶接構造物の応力解析に要する時間及びコストの削減が求められていた。
【００１０】
こうした課題に対して、特開平１０−１４６６８９号公報（以下、公開公報という。）では、有限要素法による溶接部の残留応力の解析方法として、解析に要する時間の短縮を目的として、以下のような提案をしている。
【００１１】
すなわち、解析対象としての溶接構造物をいくつかのサブストラクチャ（構造物エレメント）に分割し、このサブストラクチャのうち、同一と判断されるサブストラクチャ同士をグループとして認識し、複数のグループを形成する。このそれぞれのグループの内から、一つずつ代表となるサブストラクチャを選択して解析を行い、それらサブストラクチャの解析結果を再構築することによって、溶接構造物の解析結果を得るものである。
【００１２】
つまり、前記公開公報に開示された解析方法によれば、同一と認識されるサブストラクチャに関しては、代表サブストラクチャだけを解析すれば良く、全体の解析に要する時間が短縮されるというものである。
【００１３】
しかしながら、前記公開公報に開示された解析方法は、溶接構造物全体の解析を行う場合に比較して解析時間の短縮を実現するものであるが、溶接構造物が複雑な形状である場合には、多くのサブストラクチャに細分化する必要があり、また、同一グループと認識されるサブストラクチャの数が少ないため、必ずしも効率的な解析方法とは言えないケースもあった。
【００１４】
さらに、基本的に全溶接過程を対称として解析することとしているため、溶接過程が多層溶接である場合には、解析に要する時間を効果的に短縮するものではなかった。
【００１５】
本発明は上述したような事情を考慮してなされたものであり、溶接構造物の溶接部の残留応力を有限要素法により解析する場合に、高い解析精度を保持しつつ、解析に要する時間を効果的に短縮することが可能な、有限要素法による残留応力解析方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述の目的を達成するために、十分高い解析精度を保持しつつ、解析に係る時間およびコストの削減を可能とする有限要素法による残留応力解析方法について鋭意研究した。その結果、解析モデル化範囲と解析対象とする溶接過程を狭い範囲に限定して応力解析することにより、上述した目的の達成が可能であるとの知見を得た。
【００１７】
本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法は、上述した課題を解決するために、溶接構造物の有限要素法による残留応力解析方法において、解析モデル化する解析範囲を、解析対象となる溶接構造物の溶接部付近に限定し、溶接部付近の残留応力を有限要素法を用いて解析することを特徴とするものである。
【００１８】
特に、本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、溶接構造物の有限要素法による残留応力解析方法において、解析モデル化する解析範囲を、解析対象となる溶接構造物の溶接部付近に限定し、溶接部付近の残留応力を、有限要素法を用いて解析することを特徴とする有限要素法による残留応力解析方法であって、上記溶接構造物が円筒胴の周方向溶接部を有し、この周方向溶接部を軸対称有限要素モデルにより解析する際に、解析モデル化する範囲を下記式に示すように、溶接線から解析モデル境界までの軸方向距離Ｘが、
【数３】
ｘ＝ｎ(Ｒｔ)^１／２Ｒ：円筒胴の曲率半径
０．８≦ｎ≦２．５ｔ：胴板の板厚
で表される領域内に限定し、溶接部付近の残留応力を解析することを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法は、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、溶接構造物の有限要素法による残留応力解析方法において、解析モデル化する解析範囲を、解析対象となる溶接構造物の溶接部付近に限定し、溶接部付近の残留応力を、有限要素法を用いて解析することを特徴とする有限要素法による残留応力解析方法であって、上記溶接構造物が円筒胴の周方向溶接部を有し、この周方向溶接部を３次元有限要素モデルにより解析する際に、解析モデル化する範囲を下記式に示すように、溶接線から解析モデル境界までの軸方向距離Ｘが、
【数４】
ｘ＝ｎ(Ｒｔ)^１／２Ｒ：円筒胴の曲率半径
０．４≦ｎ≦２．５ｔ：胴板の板厚
で表される領域内に限定し、溶接部付近の残留応力を解析することを特徴とするものである。
【００２０】
一方、本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法は、上述した課題を解決するために、溶接構造物の有限要素法による残留応力解析方法において、解析対象を全溶接過程のうち、上記溶接構造物の溶接部の表層付近の溶接過程に限定し、溶接部付近の残留応力を解析することを特徴とするものである。
【００２１】
さらに、本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法は、上述した課題を解決するために、前記解析対象とする溶接過程は、表層付近の溶接層の最外層から数えて第１層から第４層の範囲とすることを特徴とするものである。
【００２２】
上記構成に係る有限要素法による残留応力解析方法によれば、高い解析精度を保持しつつ、解析に要する時間を短縮することが可能であり、そのため、解析に要するコストを大幅に削減することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法の実施の形態について以下に示し、図を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図１は本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法のフローチャートである。
【００２５】
この有限要素法による残留応力解析によれば、まず解析モデル化範囲設定段階１で解析モデル化する範囲を設定する。有限要素法による残留応力解析では、解析モデル化範囲は、解析対象の一部に限定される。従って、解析モデル化範囲は、図２に示すように溶接線からの解析範囲（解析モデル境界）までの軸方向距離Ｘが、溶接構造物２０である円筒胴の曲率半径Ｒと胴板厚さｔとの積の平方根の２．５倍以下に設定される。
【００２６】
解析モデル化範囲設定段階１で解析範囲を設定した後、解析モデル作成段階２では解析モデルを作成し、次の溶接部伝熱解析段階３において溶接過程の伝熱解析を行う。この残留応力解析方法では、解析対象はすべての溶接過程の内、表層付近の溶接過程に限定する。
【００２７】
次に、溶接部残留応力解析段階４において、溶接部伝熱解析段階３で得られた伝熱解析結果をもとに、溶接部残留応力を計算する。そして強度評価段階５において溶接部残留応力に基づいて強度計算および評価を行う。
【００２８】
本発明者らの研究によれば、前記残留応力解析方法により得られる解析結果と、従来の有限要素法による残留応力解析により得られる解析結果とを比較した相対誤差が約１０％程度であれば、実際の設計に応用することが可能な解析精度を有する解析方法であるとして良い。
【００２９】
実施例１
本発明者らは、本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法により得られた解析結果と、従来の有限要素法による残留応力解析方法により得られた解析結果とを比較した際の解析誤差が約１０％程度となるような乗数ｎの範囲について調査した。
【００３０】
解析対象として、図２に示すような円筒胴構造物の一部である溶接構造物２０を用意し、解析精度の試験を行った。この溶接構造物２０は、上部鋼鈑２１と下部鋼鈑２２とが溶接部２３において溶接されて形成される。溶接部２３は、図３のような開先形状の上部鋼鈑２１と下部鋼鈑２２とを、図３から図１４に示すプロセスによって多層溶接して形成される。
【００３１】
まず、図３は溶接前の状態を示す。図４では最下層である溶接層４０が溶接され、続いて図５では溶接層４０を被覆するように溶接層５０が施工される。
【００３２】
続く図６に示すように溶接層６０を被覆施工した後、図７では鋼鈑の反対面を溶接し、溶接層７０を形成する。次に図８に示すように溶接層７０を被覆する溶接層８０を施工し、図９ではさらに溶接層８０を被覆するように溶接層９０を施工する。
【００３３】
次に、図１０ではまた当初の溶接面に戻り、溶接層１００を形成し、続く図１１で溶接層１１０を、また図１２で溶接層１２０を施工して、溶接構造物２０の片面の溶接が完了する。
【００３４】
再び溶接構造物２０の反対面に移り、図１３に示すように溶接層１３０を施工し、図１４において溶接層１４０を施工して溶接作業が完了する。
【００３５】
本実施例１においては、溶接部２３から軸方向距離Ｘまでを解析モデル範囲とし、軸対称有限要素モデルおよび３次元有限要素モデルを作成し、それぞれのモデルを使用したケースで応力解析を行った。
【００３６】
ここで軸対称有限要素モデルとは、溶接構造物２０のある断面をモデル化した有限要素モデルである。この軸対称有限要素モデルは、解析対象が軸対称の構造を持つ場合に有効な解析モデルであり、解析対象である溶接構造物の断面形状が任意の場所で同一であることが前提条件である。
【００３７】
また、３次元有限要素モデルとは、解析対象を立体的にモデル化した有限要素モデルである。ここでは、円筒構造物の代表的な一部分としての溶接構造物２０を３次元モデル有限要素とした。この３次元有限要素モデルでは、実際の溶接構造物の形状に追従した解析モデルを作成するので、解析精度は高いが、モデル化および解析に要する時間が長いという欠点がある。
【００３８】
一方、溶接部の残留応力に与える影響度は、表層部分の溶接層が最も大きい。従って、本実施例１においては、解析する溶接範囲を、図１０から図１４に示される表層付近の溶接過程に限定した。つまり、図１０の状態を残留応力解析の初期状態として、図１１から図１４までの４つの溶接層１１０、１２０、１３０、１４０の形成プロセスについて応力解析した。
【００３９】
本実施例１において軸方向とは、図２に示されるｘ軸方向を指し、また板厚方向はｙ軸方向を、周方向はｚ軸方向をそれぞれ示している。
【００４０】
まず、本発明者らは、軸対称有限要素モデルで解析モデルを作成し、応力解析を行った。
【００４１】
すなわち、乗数ｎを変数として軸方向距離Ｘを算出し、軸方向距離Ｘまでの範囲を応力解析した場合の溶接部２３ビード上部および下部における残留応力分布を、図１のフローチャートに従う手順により算出した。
【００４２】
図１５に溶接ビード上部の板厚方向残留応力分布を、乗数ｎを変化させて応力解析した結果を示す。応力解析は、軸方向応力および周方向応力のそれぞれについて行った。また図１６には溶接ビード下部の板厚方向残留応力分布について比較した結果を示す。溶接ビード下部についても軸方向応力および周方向応力のそれぞれについて応力解析を行った。
【００４３】
ここで、横軸および縦軸は、それぞれ無次元化座標および無次元化応力としてある。これは物理量を無次元化することにより、物理量同士の相関関係を明確化し、変化量を明瞭に読み取ることが可能となるためである。
【００４４】
すなわち、図１５および図１６において、横軸の無次元化座標０とは溶接構造物２０の内壁面を表し、無次元化座標１とは溶接構造物２０の外壁面を表している。
【００４５】
また、縦軸である無次元化応力は、実施例１における解析結果のうち、最大応力を示した応力を１として、各解析応力との比を数値化して示している。
【００４６】
図１５に示す結果から明らかなように、まず、周方向応力の解析結果では、乗数ｎ＝２．６１とした場合の解析結果と、乗数ｎ＝０．８３とした場合の解析結果との比較では、板厚方向の残留応力分布はほぼ同等の解析結果であった。
【００４７】
この結果より、乗数ｎ≧２．５で解析する従来の応力解析方法による結果と比較して、乗数ｎ＝０．８３とした実施例１の応力解析方法による解析結果は、ほぼ同等の解析精度を保持することが判明した。
【００４８】
これに対して、乗数ｎ＝０．３９とした場合の解析結果では、胴板の内壁方向（無次元化座標０側）では無次元化応力が小さく解析される傾向があり、逆に胴板の外壁方向（無次元化座標１側）では無次元化応力が大きく解析される傾向にあることが判明した。この傾向は乗数ｎ＝０．２４とした場合では一層顕著であり、乗数ｎを小さくすることにより解析誤差が生じ、解析精度が低くなることが確認された。
【００４９】
また、軸方向応力についての解析結果についても同様の傾向を示すことが確認された。さらに、図１６に示す溶接ビード下部の解析結果についても同様の傾向が確認された。
【００５０】
次に、本発明者らは、３次元有限要素モデルで解析モデルを作成し、残留応力解析を行った。
【００５１】
すなわち、乗数ｎを変数として軸方向距離Ｘを算出し、軸方向距離Ｘまでの範囲を応力解析した場合の溶接部２３ビード上部および下部における残留応力分布を、図１のフローチャートに従う手順により算出した。
【００５２】
図１７に溶接ビード上部の板厚方向残留応力分布を、乗数ｎを変化させて応力解析した結果を示す。応力解析は、軸方向応力および周方向応力のそれぞれについて行った。また図１８には溶接ビード下部の板厚方向残留応力分布について比較した結果を示す。溶接ビード下部についても軸方向応力および周方向応力のそれぞれについて応力解析を行った。
【００５３】
ここで、３次元有限要素モデルに関しては、解析モデルの乗数ｎ＝０．８３以下とした。これは以下の理由によるものである。すなわち、軸対称有限要素モデルでの解析結果により、乗数ｎ＝０．８３での解析結果が良好な解析精度を保持することが判明している。一般に３次元有限要素モデルによる応力解析結果は、軸対称有限要素モデルによる応力解析結果に比較して高い解析精度が得られることが知られており、３次元有限要素モデルによる解析でも乗数ｎ＝０．８３の場合に高い精度の応力解析結果が得られることが確実である。
【００５４】
従って、３次元有限要素モデルによる解析結果の検討については、この乗数ｎ＝０．８３の場合の解析結果を従来の解析方法による応力解析結果と同等の応力解析結果を有するものとみなし、乗数ｎを変化させた場合の解析結果を比較検討した。
【００５５】
図１７に示す結果に明らかなように、まず、周方向応力の解析結果では、乗数ｎ＝０．８３とした場合の解析結果と、乗数ｎ＝０．３９とした場合の解析結果は板厚方向の残留応力分布については、ほぼ同等の解析結果を示した。
【００５６】
この結果、従来の解析方法による応力解析結果とほぼ同等の解析精度を示す乗数ｎ＝０．８３の場合と乗数ｎ＝０．３９とした場合の解析結果は、ほぼ同程度の解析精度を保持することが判明した。
【００５７】
これに対して、乗数ｎ＝０．２４とした解析結果では、胴板の内壁方向（無次元化座標０側）では無次元化応力が小さく解析され、逆に胴板の外壁方向（無次元化座標１側）では胴板の内壁方向（無次元化座標０側）ほど顕著ではないものの、無次元化応力が大きく解析される傾向にあることが判明した。この傾向はｎ＝０．１６とした場合では一層顕著であり、乗数ｎを小さくすることにより解析誤差が生じ、解析精度が低くなる傾向が確認された。
【００５８】
一方、軸方向応力についての解析結果についても同様の傾向が見られた。また、溶接ビード下部の解析結果についても同様の傾向が確認された。
【００５９】
従って、これらの解析結果から、実際の設計に供する程度の解析精度を保持することが可能な乗数ｎの範囲が、ｎ≦２．５の範囲に設定できるものと判断された。
【００６０】
そこで本発明者らは、有限要素法による残留応力解析の乗数ｎの範囲を限定するために、軸対称有限要素モデルおよび３次元有限要素モデルでの残留応力の解析結果より、従来の有限要素法による残留応力解析の解析結果との相対誤差を算出し、乗数ｎと解析応力の相対誤差との関係を調査した。
【００６１】
図１９に軸対称有限要素モデルおよび３次元有限要素モデルをそれぞれ採用した場合の応力解析による相対誤差と、乗数ｎとの対応関係のグラフを示す。
【００６２】
図１９に示す結果から明らかなように解析誤差が１０％程度以下となる範囲は、軸対称有限要素モデルによる応力解析の場合は、ｎ≧０．８となる範囲であることが確認された。従って、有限要素法による残留応力解析において、軸対称有限要素モデルを用いて解析する場合のｎの範囲は、０．８≦ｎ≦２．５とすることとした。
【００６３】
一方、３次元有限要素モデルによる応力解析の場合は、解析誤差が１０％程度以下となる範囲はｎ≧０．４となる範囲であることが確認された。従って、有限要素法による残留応力解析において、３次元有限要素モデルを用いて解析する場合のｎの範囲は、０．４≦ｎ≦２．５とすることとした。
【００６４】
解析時間は、概ね乗数ｎの二乗に比例することが知られている。従って、解析モデル化範囲を上述のように限定することにより、解析時間の大幅な短縮が可能である。
【００６５】
実施例２
次に、有限要素法による残留応力解析において、解析対象となる溶接過程を表層付近の溶接過程に限定することによる解析精度への影響について検討した。
【００６６】
解析する溶接構造物は実施例１と同様、図２に示す溶接構造物２０とした。この円筒胴溶接構造物は実施例１に同じく、上部鋼鈑２１と下部鋼鈑２２とが溶接部２３において溶接されて形成されている。溶接部２３は、実施例１と同様に、図３から図１４に示されたプロセスによって多層に溶接ビードを形成した多層溶接としたものである。
【００６７】
この解析モデルについて、解析対象を全溶接過程とした応力解析結果と、図１０〜図１４に示される表層付近の溶接過程に限定した応力解析結果とを比較した。
【００６８】
また解析条件は３次元有限要素モデルによる残留応力解析とし、乗数ｎ＝０．２４とした場合の解析結果とした。
【００６９】
図２０および図２１に試験結果をそれぞれ示す。
【００７０】
ここで、解析対象を表層付近の溶接過程に限定することによる影響の評価として意味を持つのは、板厚方向の全般に渡る応力分布の傾向（圧縮応力あるいは引張応力の分布傾向）と、最も溶接部に亀裂を生じやすい表面部での残留応力の値である。すなわち、板厚方向の応力分布傾向がほぼ等しく、表面部での残留応力の解析結果が、良好に一致する解析結果であれば、実設計に適用可能な解析精度を有するものと判断することができる。
【００７１】
図２０に示す結果から明らかなように、解析対象を全溶接過程とした場合と、表層付近の溶接部に限定した場合との解析結果の比較では、内壁から外壁に至る板厚方向の全般（無次元化座標０〜１）において無次元化応力が小さく解析される傾向は示すものの、内壁から外壁に至る板厚方向の全般（無次元化座標０〜１）においてほぼ同一の傾向を示す応力解析結果となっていた。また、表面部での残留応力解析結果は、内壁表面および外壁表面とも、周方向応力および軸方向応力いずれの場合も残留応力の解析結果が良好な一致もしくはほぼ同一値を示しており、解析精度が保持されていることが確認された。
【００７２】
また、図２１に示す溶接ビード下部についての応力解析結果からも、同一の考察が得られた。
【００７３】
従って、有限要素法による残留応力解析方法において、解析対象を表層部付近の溶接過程に限定した応力解析結果は、溶接構造物の実際設計に適用できる程度の解析精度を保持すると判断された。
【００７４】
なお、本実施例においては、解析対象とする溶接層を図１０から図１４に示す溶接層の最外層から数えて第１層から第４層と設定したが、解析精度を高く求める場合には、例えば溶接対象を最外層から数えて第１層から第６層とするなど、より多くの溶接過程を解析すればよい。また、解析対象を最外層から数えて第１層から第３層とするなど、解析対象を少なくすることにより、より効率的に応力解析を行うことも可能である。
【００７５】
解析時間は、解析する溶接層の数にほぼ比例するため、実施例２の応力解析によれば、解析時間は、前溶接過程を解析した場合に比較して、３０％程度で済ますことができる。
【００７６】
すなわち、本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法によれば、従来の解析方法において全溶接過程にわたって行っていた応力解析を、表層部分の溶接過程に限定することにより、解析時間の大幅な短縮と解析コストの削減が可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法によれば、高い解析精度を保持しつつ、解析に要する時間を短縮することが可能であり、そのため、解析に要するコストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法のフローチャート。
【図２】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法における解析モデル化範囲を示す説明図。
【図３】鋼鈑の溶接前の状態を示す説明図。
【図４】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図５】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図６】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図７】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図８】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図９】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図１０】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図１１】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図１２】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図１３】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図１４】鋼鈑の多層溶接の溶接施工過程を示す説明図。
【図１５】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法において、軸対称モデルを採用した場合の、溶接ビード上部における残留応力分布の解析結果を示すグラフ。
【図１６】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法において、軸対称モデルを採用した場合の、溶接ビード下部における残留応力分布の解析結果を示すグラフ。
【図１７】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法において、３次元モデルを採用した場合の、溶接ビード上部における残留応力分布の解析結果を示すグラフ。
【図１８】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法において、３次元モデルを採用した場合の、溶接ビード下部における残留応力分布の解析結果を示すグラフ。
【図１９】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法により得られた解析結果と従来の解析方法による解析結果との相対誤差と、乗数ｎとの対応関係を示すグラフ。
【図２０】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法において、解析対象を全溶接過程のうちの表層付近の溶接過程に限定した残留応力の解析結果と、全溶接過程について解析した解析結果とを溶接ビード上部について比較したグラフ。
【図２１】本発明に係る有限要素法による残留応力解析方法において、解析対象を全溶接過程のうちの表層付近の溶接過程に限定した残留応力の解析結果と、全溶接過程について解析した解析結果とを溶接ビード下部について比較したグラフ。
【図２２】従来の有限要素法による残留応力解析を示すフローチャート。
【図２３】従来の有限要素法による残留応力解析における解析モデル化範囲を示す説明図。
【符号の説明】
１解析モデル化範囲設定段階
２解析モデル作成段階
３溶接部伝熱解析段階
４溶接部残留応力解析段階
５強度評価段階
１１解析モデル化範囲設定段階（従来の解析方法）
１２解析モデル作成段階（従来の解析方法）
１３溶接部伝熱解析段階（従来の解析方法）
１４溶接部残留応力解析段階（従来の解析方法）
１５強度評価段階（従来の解析方法）
２０溶接構造物
２１上部鋼鈑
２２下部鋼鈑
２３溶接部
Ｗ溶接部

Claims

溶接構造物の有限要素法による残留応力解析方法において、解析モデル化する解析範囲を、解析対象となる溶接構造物の溶接部付近に限定し、溶接部付近の残留応力を、有限要素法を用いて解析することを特徴とする有限要素法による残留応力解析方法であって、上記溶接構造物が円筒胴の周方向溶接部を有し、この周方向溶接部を軸対称有限要素モデルにより解析する際に、解析モデル化する範囲を下記式に示すように、溶接線から解析モデル境界までの軸方向距離Ｘが、

で表される領域内に限定し、溶接部付近の残留応力を解析することを特徴とする有限要素法による残留応力解析方法。
溶接構造物の有限要素法による残留応力解析方法において、解析モデル化する解析範囲を、解析対象となる溶接構造物の溶接部付近に限定し、溶接部付近の残留応力を、有限要素法を用いて解析することを特徴とする有限要素法による残留応力解析方法であって、上記溶接構造物が円筒胴の周方向溶接部を有し、この周方向溶接部を３次元有限要素モデルにより解析する際に、解析モデル化する範囲を下記式に示すように、溶接線から解析モデル境界までの軸方向距離Ｘが、

で表される領域内に限定し、溶接部付近の残留応力を解析することを特徴とする有限要素法による残留応力解析方法。