JP4919875B2 - Structure stress analysis method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、例えば原子力施設における構造物の応力解析方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a stress analysis method and apparatus for a structure in a nuclear facility, for example.

原子力施設における構造物に対しては、その性質上、高度の安全性が要求される。しかし、この構造物は、溶接等の各種熱処理が施された個所、大きな荷重を受ける個所、外部又は内部で接触する流体から入熱を受ける個所など、種々の応力が発生する個所を有し、また、複雑な形状となっているのが通常である。したがって、この構造物にき裂が発生した場合、応力の変化と共にこのき裂がどのように進展していくかについて解析することは安全設計上不可欠であり、そのき裂進展解析のための種々の技術が開示されている(例えば特許文献1参照)。そして、その場合の応力解析には、通常、有限要素法(例えば特許文献2参照)が用いられる。   Structures in nuclear facilities are required to have a high level of safety due to their nature. However, this structure has a place where various stresses are generated, such as a place where various heat treatments such as welding are performed, a place where a large load is applied, and a place where heat is input from a fluid contacting outside or inside, In general, the shape is complicated. Therefore, when a crack occurs in this structure, it is indispensable for safety design to analyze how the crack progresses with changes in stress. (See, for example, Patent Document 1). In this case, the finite element method (see, for example, Patent Document 2) is usually used for the stress analysis.

有限要素法とは、構造物の変形状態や応力分布状態などを解析しようとする場合に、解析対象となる領域を三角形などの単純な形状によって画成される多数の(但し有限個の)小さな領域(要素)に細分割し、各小領域における解析結果を足し合わせることにより全体の領域に対する解析を行おうとする手法である。   In the finite element method, when trying to analyze the deformation state or stress distribution state of a structure, the analysis target area is defined by a large number (but a finite number) of small areas defined by simple shapes such as triangles. This is a technique for performing analysis on the entire region by subdividing the region (element) and adding the analysis results in each small region.

この有限要素法は、複雑な形状を有する構造物に対しても単純な計算により解析を行うことが可能であるという長所を有する反面、多数回の演算を繰り返し行うために非常に長い演算時間を要し、しかも少しでも条件が変化した場合には最初から同様の演算をやり直さなければならないという短所を有している。
特開2006−71584号公報 特開2003−194637号公報
While this finite element method has the advantage of being able to perform analysis with simple calculations even for structures with complex shapes, it requires a very long calculation time to repeat many operations. In addition, there is a disadvantage that the same calculation must be performed again from the beginning if the conditions change even a little.
JP 2006-71584 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-194637

ところで、構造物にき裂が発生し、これが進展して破損に至る確率を求める手法として、所謂「モンテカルロ法」を用いた確率論的破壊力学手法がある。モンテカルロ法とは、ある数学的モデルに対して、ランダムに値を変化させた多数の入力データを与え、これにより得られる出力データの分布状態から近似解を算出しようとする計算手法である。   By the way, there is a probabilistic fracture mechanics method using a so-called “Monte Carlo method” as a method for obtaining a probability that a crack is generated in a structure and that the crack progresses and breaks. The Monte Carlo method is a calculation method in which a large number of input data whose values are randomly changed is given to a mathematical model, and an approximate solution is calculated from the distribution state of output data obtained thereby.

このようなモンテカルロ法を用いた確率論的破壊力学手法では、応力拡大計数とき裂進展速度との間の関係式に基づき多数の演算を繰り返し行うことになるが、応力拡大計数は構造物における応力の関数として与えられるので応力解析が必要となる。この場合、有限要素法は複雑な形状の構造物に対しても適用可能な手法であるから、この有限要素法を利用することができれば好都合である。しかし、確率論的破壊力学手法に有限要素法を利用するためには次のような二つの障害がある。   In such a probabilistic fracture mechanics method using the Monte Carlo method, many operations are repeatedly performed based on the relational expression between the stress intensity count and the crack growth rate. Stress analysis is required. In this case, since the finite element method can be applied to a structure having a complicated shape, it would be advantageous if this finite element method could be used. However, there are two obstacles to using the finite element method for probabilistic fracture mechanics.

第1の障害は、演算時間に関するものである。すなわち、構造物の溶接個所などき裂発生の可能性が有る領域における応力分布を有限要素法により求める場合、数時間乃至数日間の演算時間を要するのが通常である。一方、モンテカルロ法では応力分布の変化を非常に多くの状態(数万通り乃至100万通りの状態)について調べることが必要になる。   The first obstacle is related to calculation time. That is, when obtaining the stress distribution in a region where cracks are likely to occur, such as a welded portion of a structure, by a finite element method, it usually takes several hours to several days of calculation time. On the other hand, in the Monte Carlo method, it is necessary to investigate changes in stress distribution in a very large number of states (tens of thousands to one million states).

したがって、例えば、有限要素法の1回当たりの演算時間を短めに見積もって1時間とし、モンテカルロ法で調べる変化状態も少なめに見積もって1万通りとしても、破損確率を求めるための演算時間は、1時間×10,000回=10,000時間≒417日にもなり、有限要素法の利用は事実上不可能となる。   Therefore, for example, even if the calculation time per time of the finite element method is estimated to be 1 hour, and the change state to be examined by the Monte Carlo method is estimated to be a small number of 10,000, the calculation time for obtaining the failure probability is as follows: 1 hour × 10,000 times = 10,000 hours≈417 days, and the use of the finite element method is virtually impossible.

第二の障害は、演算精度に関するものである。すなわち、構造物のき裂の進展に関しては種々の因子が影響している。したがって、有限要素法によりある個所の応力分布が分かったとしても、その応力をそのまま入力データとしてモンテカルロ法に使用したのでは、その演算結果は実際のき裂進展状態を忠実に反映したものとは言い難く、一定レベル以上の演算精度を得ることが困難である。   The second obstacle relates to calculation accuracy. That is, various factors influence the crack growth of the structure. Therefore, even if the stress distribution at a certain point is found by the finite element method, if the stress is used as it is for the Monte Carlo method as input data, the result of the calculation is a faithful reflection of the actual crack growth state. It is difficult to say, and it is difficult to obtain calculation accuracy above a certain level.

例えば、構造物の溶接個所のある断面における残留応力分布が有限要素法により求められたとして、この有限要素法により求められた値をそのままランダムに変化させてモンテカルロ法に適用したのでは一定レベルの演算精度を維持することができない。維持するためには、有限要素法により求められた残留応力を、例えば、膜応力、曲げ応力、ピーク応力等の複数の応力に分解し、これら分解した個々の応力の値をランダムに変化させるような手法が考えられる。   For example, assuming that the residual stress distribution in a section of a welded part of a structure is obtained by the finite element method, the value obtained by this finite element method is randomly changed as it is and applied to the Monte Carlo method. The calculation accuracy cannot be maintained. In order to maintain, the residual stress obtained by the finite element method is decomposed into a plurality of stresses such as a film stress, a bending stress, and a peak stress, and the values of these decomposed individual stresses are changed randomly. Can be considered.

ところが、実際には、膜応力、曲げ応力、ピーク応力の相互間には一定のつり合い関係が保たれているので、個々の分解応力の値をランダムに変化させて求めた演算結果は有意なものとは言えず、そのため演算精度の低下を招く結果となっていた。   However, in reality, a certain balance is maintained between the film stress, bending stress, and peak stress, so the calculation results obtained by randomly changing the values of the individual decomposition stresses are significant. However, this has resulted in a decrease in calculation accuracy.

上述した二つの障害により、現在のところ確率論的破壊力学手法に有限要素法を利用することが不可能になっているのが実情である。   Due to the two obstacles mentioned above, it is currently impossible to use the finite element method for probabilistic fracture mechanics.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、演算時間を短縮すると共に、演算精度の低下を防ぐことができ、もって、確率論的破壊力学手法に有限要素法を利用することが可能な構造物の応力解析方法及び装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can reduce the calculation time and prevent a decrease in calculation accuracy, and can use the finite element method for the stochastic fracture mechanics method. An object of the present invention is to provide a stress analysis method and apparatus for a structure.

上記課題を解決するための手段として、
請求項1記載の発明は、
構造物の所定領域の発生応力に影響を与える因子として複数の応力影響因子を設定する第1の段階と、前記複数の応力影響因子のそれぞれにつき実験計画法における水準数及び水準値を設定し、各応力影響因子の水準値同士の組合せを所定数だけ設定する第2の段階と、前記水準値に関する所定数の組合せのそれぞれの状態における前記所定領域での応力分布を、有限要素法により演算する第3の段階と、前記所定領域内の所定位置に評価点を設定し、この評価点に対して前記応力影響因子と発生応力との間に成立する近似関数を、前記有限要素法による演算結果を用いて求める第4の段階と、を有する構造物の応力解析方法において、
前記応力影響因子の値を、確率論的破壊力学手法におけるモンテカルロ法の入力データとして、ランダムに変化させたときの前記評価点における各発生応力の値を前記近似関数を用いて演算し、この演算した各発生応力の値に基づき、記構造物の所定領域に発生したき裂が進展して構造物が破損状態に至る破損確率を求める第5の段階を有する、ことを特徴とする。
As means for solving the above problems,
The invention described in claim 1
A first step of setting a plurality of stress influencing factors as factors affecting the stress generated in a predetermined region of the structure, and setting the number of levels and the level value in the experimental design for each of the plurality of stress influencing factors, A second step of setting a predetermined number of combinations of level values of each stress influencing factor, and a stress distribution in the predetermined region in each state of the predetermined number of combinations relating to the level values are calculated by a finite element method In the third stage, an evaluation point is set at a predetermined position in the predetermined region, and an approximate function established between the stress influencing factor and the generated stress is calculated by the finite element method for the evaluation point. In a method for analyzing the stress of a structure having a fourth stage obtained using
The stress influencing factor values are used as input data of the Monte Carlo method in the stochastic fracture mechanics method, and the values of the generated stresses at the evaluation points when changed randomly are calculated using the approximate function. And a fifth step of obtaining a failure probability that a crack generated in a predetermined region of the structure progresses and the structure is in a damaged state based on each generated stress value .

請求項2記載の発明は、
請求項1記載の発明において、前記近似関数を用いて演算した発生応力を、更に複数の分解応力に分解し、その各分解応力の値を用いて前記破損確率を求める、ことを特徴とする。
The invention according to claim 2
The invention according to claim 1 is characterized in that the generated stress calculated using the approximate function is further decomposed into a plurality of decomposition stresses, and the failure probability is obtained using the values of the respective decomposition stresses .

請求項3記載の発明は、
構造物の所定領域の発生応力に影響を与える因子として複数の応力影響因子を設定する応力影響因子設定手段と、前記複数の応力影響因子のそれぞれにつき実験計画法における水準数及び水準値を設定し、各応力影響因子の水準値同士の組合せを所定数だけ設定する水準値組合せ設定手段と、前記水準値に関する所定数の組合せのそれぞれの状態における前記所定領域での応力分布を、有限要素法により演算する有限要素法演算手段と、前記所定領域内の所定位置に評価点を設定し、この評価点に対して前記応力影響因子と発生応力との間に成立する近似関数を、前記有限要素法による演算結果を用いて求める近似関数演算手段と、を備えた構造物の応力解析装置において、
前記応力影響因子の値を、確率論的破壊力学手法におけるモンテカルロ法の入力データとして、ランダムに変化させたときの前記評価点における各発生応力の値を前記近似関数を用いて演算し、この演算した各発生応力の値に基づき、前記構造物の所定領域に発生したき裂が進展して構造物が破損状態に至る破損確率を演算する破損確率演算手段を備えた、ことを特徴とする。
The invention described in claim 3
Stress influence factor setting means for setting a plurality of stress influence factors as factors affecting the stress generated in a predetermined region of the structure, and setting the number of levels and the level value in the experimental design for each of the plurality of stress influence factors. , A level value combination setting means for setting a predetermined number of combinations of level values of each stress influencing factor, and a stress distribution in the predetermined region in each state of the predetermined number of combinations related to the level value by a finite element method A finite element method calculating means for calculating, an evaluation point is set at a predetermined position in the predetermined region, and an approximation function established between the stress influencing factor and the generated stress with respect to the evaluation point is expressed by the finite element method. A stress analysis apparatus for a structure, comprising:
The stress influencing factor values are used as input data of the Monte Carlo method in the stochastic fracture mechanics method, and the values of the generated stresses at the evaluation points when changed randomly are calculated using the approximate function. And a failure probability calculating means for calculating a failure probability that a crack generated in a predetermined region of the structure progresses and the structure reaches a damaged state based on the generated stress values .

請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記構造物の所定領域は、1次元領域乃至3次元領域のうちのいずれかである、ことを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined region of the structure is one of a one-dimensional region to a three-dimensional region. .

請求項5記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記構造物の発生応力は、溶接に起因して発生する残留応力である、ことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the stress generated in the structure is a residual stress generated due to welding.

請求項6記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記構造物の発生応力は、構造物の温度分布のばらつきに起因して発生する熱応力である、ことを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the generated stress of the structure is a thermal stress generated due to variation in temperature distribution of the structure. Features.

請求項7記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記構造物の発生応力は、外部から構造物に対して加わる力、又はこの力に基づく変位に起因して発生するものである、ことを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the generated stress of the structure is caused by a force applied to the structure from the outside or a displacement based on the force. It is generated.

請求項8記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記近似関数を用いて演算した発生応力を、更に複数の分解応力に分解し、その各分解応力の値を用いて前記破損確率を求める、ことを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to claim 2, wherein the generated stress calculated using the approximate function is further decomposed into a plurality of decomposition stresses, and the failure probability is calculated using the values of the respective decomposition stresses. It is characterized by seeking.

請求項9記載の発明は、構造物の所定領域の発生応力に影響を与える因子として複数の応力影響因子を設定する応力影響因子設定手段と、前記複数の応力影響因子のそれぞれにつき実験計画法における水準数及び水準値を設定し、各応力影響因子の水準値同士の組合せを所定数だけ設定する水準値組合せ設定手段と、前記水準値に関する所定数の組合せのそれぞれの状態における前記所定領域での応力分布を、有限要素法により演算する有限要素法演算手段と、前記所定領域内の所定位置に評価点を設定し、この評価点に対して前記応力影響因子と発生応力との間に成立する近似関数を、前記有限要素法による演算結果を用いて求める近似関数演算手段と、を備えたことを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a stress influencing factor setting means for setting a plurality of stress influencing factors as factors influencing the stress generated in a predetermined region of a structure, and an experiment design method for each of the plurality of stress influencing factors. A level value combination setting means for setting a number of levels and a level value, and setting a predetermined number of combinations of level values of each stress affecting factor, and a predetermined number of combinations related to the level value in the predetermined region in each state A finite element method computing means for computing the stress distribution by the finite element method, and an evaluation point is set at a predetermined position in the predetermined region, and the evaluation point is established between the stress influencing factor and the generated stress. And an approximate function calculating means for obtaining an approximate function using a calculation result by the finite element method.

請求項10記載の発明は、請求項9記載の発明において、前記応力影響因子の値を、確率論的破壊力学手法におけるモンテカルロ法の入力データとして、ランダムに変化させたときの前記評価点における各発生応力の値を前記近似関数を用いて演算し、この演算した各発生応力の値に基づき、前記構造物の所定領域に発生したき裂が進展して構造物が破損状態に至る破損確率を演算する破損確率演算手段を備えた、ことを特徴とする。   The invention according to a tenth aspect is the invention according to the ninth aspect, wherein each of the evaluation points when the stress influence factor value is randomly changed as input data of the Monte Carlo method in the stochastic fracture mechanics method. The value of the generated stress is calculated using the approximate function, and based on the calculated value of each generated stress, the failure probability that a crack generated in a predetermined region of the structure progresses and the structure is in a damaged state is calculated. It is characterized by comprising damage probability calculating means for calculating.

本発明によれば、応力影響因子の水準値同士の所定数の組合せだけの必要最低限の回数だけ有限要素法の演算を実行することとし、その演算結果から所望の位置に設定した評価点における、応力影響因子と発生応力との間の近似関数を求める構成としてあるので、この近似関数を用いることにより、演算時間を短縮すると共に、演算精度の低下を防ぐことができる。   According to the present invention, the calculation of the finite element method is performed a minimum necessary number of times only for a predetermined number of combinations of the level values of the stress influencing factors, and the evaluation result set at a desired position is determined from the calculation result. Since the approximate function between the stress influencing factor and the generated stress is obtained, the use of this approximate function can shorten the calculation time and prevent the calculation accuracy from being lowered.

図1は、本発明の実施形態に係る構造物の応力解析方法についてのフローチャートである。この図に示すように、本解析方法は第1の段階乃至第5の段階を有している。   FIG. 1 is a flowchart of a stress analysis method for a structure according to an embodiment of the present invention. As shown in this figure, this analysis method has a first stage to a fifth stage.

第1の段階は、構造物の所定領域Rの発生応力に影響を与える因子として複数の応力影響因子x1〜x8を設定することを内容とするものである。   The first stage is to set a plurality of stress influencing factors x1 to x8 as factors affecting the stress generated in the predetermined region R of the structure.

図2に示すように、本実施形態ではこの領域Rは構造物Mの仮想断面Ms中に設定され、また、溶接個所を含む2次元領域であるとする。したがって、この領域Rの発生応力は、溶接に起因して発生する残留応力であるものとし、応力影響因子x1〜x8の具体例としては例えば下記のようなものを用いることにする。

x1:ヤング率(溶金部)
x2:降伏応力
x3:加工硬化係数
x4:内側内層入熱量
x5:外側内層入熱量
x6:内側表層入熱量
x7:外側表層入熱量
x8:入熱時間(溶接速度)
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the region R is set in a virtual cross section Ms of the structure M, and is a two-dimensional region including a welding point. Therefore, the generated stress in the region R is a residual stress generated due to welding, and the following are used as specific examples of the stress influencing factors x1 to x8.

x1: Young's modulus (molten metal part)
x2: Yield stress x3: Work hardening coefficient x4: Inner inner layer heat input x5: Outer inner layer heat input x6: Inner surface layer heat input x7: Outer surface layer heat input x8: Heat input time (welding speed)

第2の段階は、上記の応力影響因子x1〜x8のそれぞれにつき実験計画法における水準数及び水準値を設定し、応力影響因子x1〜x8の各水準値同士の組合せを所定数(本実施形態では18ケース)だけ設定することを内容とするものである。   In the second stage, the number of levels and level values in the experimental design method are set for each of the stress influencing factors x1 to x8, and a predetermined number of combinations of the level values of the stress influencing factors x1 to x8 (this embodiment). In this case, only 18 cases) are set.

図3は、応力影響因子x1〜x8のそれぞれにつき設定された水準数及び水準値の具体例を示す図表である。本実施形態では、x1のみ水準数を2とし、「低」、「高」の2種類の水準値を設定してある。そして、x2〜x8については、水準数を3とし、「水準2」の水準値を基準として上下に「水準3」及び「水準1」の水準値をばらつかせた設定としてある。なお、x1のみ水準数を2としているのは、各水準値同士の組合せ数を18ケースに収めるためである。   FIG. 3 is a chart showing specific examples of the number of levels and the level values set for each of the stress influencing factors x1 to x8. In the present embodiment, the number of levels is set to 2 only for x1, and two types of level values “low” and “high” are set. For x2 to x8, the number of levels is set to 3, and the level values of "level 3" and "level 1" are varied up and down with the level value of "level 2" as a reference. The reason why the number of levels is set to 2 only for x1 is to keep the number of combinations of each level value in 18 cases.

図4は、図3に示したように水準値が設定された応力影響因子x1〜x8について、その水準値同士の組合せ数をL18と呼ばれる直交表に基づき決定した場合の具体例を示す図表である。直交表とは、少ない実験回数で、全ての組合せの実験を行ったと同様の結果を得ることができるようにするために考え出された表である。   FIG. 4 is a chart showing a specific example of the case where the number of combinations of the level values is determined based on an orthogonal table called L18 for the stress influence factors x1 to x8 for which the level values are set as shown in FIG. is there. An orthogonal table is a table that has been conceived so that the same results can be obtained as when all combinations of experiments were performed with a small number of experiments.

つまり、図3の各応力影響因子x1〜x8の水準値同士の全ての組合せを考えると、2×37=4,374ケースとなり、非常に多くの演算を行わなければならないが、直交表を用いることにより組合せ数を18ケースに低減することが可能となる。したがって、本発明では、実際には殆どの場合、直交表を用いて組合せ数を決定することになる。但し、全ての組合せがそれほど多くない場合には、必ずしも直交表を用いる必要はない(所謂「多元配置」の場合)。 In other words, considering all combinations of the level values of each of the stress influencing factors x1 to x8 in FIG. 3, 2 × 3 7 = 4,374 cases, and a great number of operations must be performed. By using it, the number of combinations can be reduced to 18 cases. Therefore, in the present invention, in most cases, the number of combinations is determined using an orthogonal table in most cases. However, when all the combinations are not so many, it is not always necessary to use an orthogonal table (in the case of so-called “multiple arrangement”).

第3の段階は、上記の18ケースにおける領域Rでの応力分布を有限要素法により演算することを内容とするものであり、第4の段階は、領域Rの所定位置に評価点P1〜Pm(m:例えば1,000)を設定し、各評価点P1〜Pmに対して応力影響因子と発生応力との間に成立する近似関数Y1〜Ymを、第3の段階における有限要素法による演算結果を用いて求めることを内容とするものである。   The third step is to calculate the stress distribution in the region R in the above 18 cases by the finite element method, and the fourth step has evaluation points P1 to Pm at predetermined positions in the region R. (M: 1,000, for example) is set, and approximate functions Y1 to Ym that are established between the stress influencing factors and the generated stress are calculated by the finite element method in the third stage for each of the evaluation points P1 to Pm. The content is to be obtained using the result.

図5は、これら第3の段階及び第4の段階の内容についての説明図である。この図に示すように、ケース1〜18のそれぞれについて、順次有限要素法を実行し、各ケースにおける領域Rでの応力分布を求めるようにする。   FIG. 5 is an explanatory diagram for the contents of the third stage and the fourth stage. As shown in this figure, the finite element method is sequentially executed for each of the cases 1 to 18 so as to obtain the stress distribution in the region R in each case.

ここで、既述したように、有限要素法の1回当たりの演算時間は長いものであり、これを18回行うとその演算時間も相当なものとなる。しかし、本発明では、この程度の演算時間はやむを得ないものとして受忍することを前提としている。   Here, as described above, the calculation time per time in the finite element method is long, and if this is performed 18 times, the calculation time becomes considerable. However, in the present invention, it is assumed that such a calculation time is unavoidable and must be accepted.

上記のように、18ケースにつき有限要素法を実行したならば、次に、領域Rの1,000点の所定位置に評価点P1〜Pmを設定する。本実施形態では、評価点の数を1,000点としているが、これは必要に応じ増減して差し支えなく、また、所定位置も自由に設定可能である。   As described above, if the finite element method is executed for 18 cases, next, the evaluation points P1 to Pm are set at 1,000 predetermined positions in the region R. In the present embodiment, the number of evaluation points is 1,000, but this may be increased or decreased as necessary, and a predetermined position can be freely set.

次いで、1,000点の評価点P1〜Pmのそれぞれについて、下記のように応力影響因子x1〜x8を変数とする応力の近似関数Y1〜Ymを求めるようにする。この場合、各評価点P1〜Pmにおいて、応力影響因子x1〜x8の値の組合せを18通りに変化させたときの18個の応力データは、有限要素法の演算により既に与えられているので、これらのデータを用いて応力の近似関数Y1〜Ymを求めることができる。なお、これらのデータから厳密解を求めることはできないが、統計数学の手法により必ず近似解が得られることは公知である。

Y1=f1(x1,x2,…,x8)
Y2=f2(x1,x2,…,x8)
…………
Ym=fm(x1,x2,…,x8)
Next, for each of the 1,000 evaluation points P1 to Pm, approximate functions Y1 to Ym of stress using the stress influence factors x1 to x8 as variables are obtained as follows. In this case, the 18 stress data when the combinations of the values of the stress influencing factors x1 to x8 are changed in 18 ways at the respective evaluation points P1 to Pm are already given by the calculation of the finite element method. Using these data, approximate functions Y1 to Ym of stress can be obtained. Although it is not possible to obtain an exact solution from these data, it is known that an approximate solution can always be obtained by a statistical mathematics method.

Y1 = f1 (x1, x2,..., X8)
Y2 = f2 (x1, x2,..., X8)
…………
Ym = fm (x1, x2,..., X8)

このように、本実施形態に係る応力解析方法では、領域R内に設定した評価点P1〜Pmについて、応力影響因子x1〜x8を変数とする応力の近似関数Y1〜Ymが得られるので、x1〜x8の値の組合せを上記の18通り以外に、種々に変化させたとしても、そのときの発生応力を今度は有限要素法を用いることなく、簡単な演算式に基づき直ちに求めることができる。したがって、破損確率を求めること以外にも、効率的な設計計算が可能になるなど種々の効果を得ることができる。   As described above, in the stress analysis method according to the present embodiment, the stress approximation functions Y1 to Ym using the stress influencing factors x1 to x8 as variables are obtained for the evaluation points P1 to Pm set in the region R. Therefore, x1 Even if the combination of the values of .about.x8 is changed in various ways other than the above 18 ways, the stress generated at that time can be immediately obtained based on a simple arithmetic expression without using the finite element method. Therefore, various effects such as efficient design calculation can be obtained in addition to obtaining the breakage probability.

次に、第5の段階は、モンテカルロ法を適用し、応力影響因子x1〜x8の値をランダムに非常に多くの回数変化させたときの評価点P1〜Pmでの各発生応力を、上記の近似関数Y1〜Ymを用いて演算し、この各発生応力に基づき構造物のき裂進展を解析して破損確率を求めることを内容とするものである。   Next, in the fifth stage, the generated stress at the evaluation points P1 to Pm when the Monte Carlo method is applied and the values of the stress influencing factors x1 to x8 are randomly changed a great number of times is calculated as described above. The calculation is performed using the approximate functions Y1 to Ym, and the crack probability of the structure is analyzed based on each generated stress to determine the failure probability.

図6は、この第5の段階についての説明図である。すなわち、第4の段階で得られた近似関数Y1〜Ymの式において、例えばx1〜x8の値をランダムに10,000通りに変化させ、そのときの各発生応力Y1〜Ymの値を演算する。このときの1回当たりの演算時間は、評価点P1〜Pmが1,000点であったとしてもせいぜい1秒程度であると考えられるので、10,000回の演算時間は10,000秒≒2.8時間となる。これは前述した417日に比べれば実用上は充分に受忍し得る短い演算時間である。   FIG. 6 is an explanatory diagram of the fifth stage. That is, in the expression of the approximate functions Y1 to Ym obtained in the fourth stage, for example, the values of x1 to x8 are randomly changed in 10,000 ways, and the values of the generated stresses Y1 to Ym at that time are calculated. . At this time, the calculation time per time is considered to be about 1 second at most even if the evaluation points P1 to Pm are 1,000 points, so the calculation time for 10,000 times is 10,000 seconds≈ 2.8 hours. This is a short calculation time that can be well tolerated in practice compared to the aforementioned 417 days.

なお、x1〜x8の値をランダムに変化させる場合、例えば材料物性値の一つであるヤング率(x1)については、材料試験で得られるデータは平均値を中心とする正規分布になっているということが分かっていれば、この分布に沿ってランダムに発生させることが好ましい。また、本実施形態では、応力影響因子x4〜x7を、溶接電流I、溶接電圧V、溶接効率ηの積IVηとしているが、I,V,ηをそれぞれ単独で応力影響因子として用いることも考えられる。   When the values of x1 to x8 are randomly changed, for example, for Young's modulus (x1), which is one of material property values, the data obtained in the material test has a normal distribution centered on the average value. If it is known, it is preferable to randomly generate along this distribution. In the present embodiment, the stress influencing factors x4 to x7 are the products IVη of the welding current I, the welding voltage V, and the welding efficiency η. However, it is also possible to use I, V, and η individually as stress influencing factors. It is done.

次いで、x1〜x8の値をランダムに10,000通りに変化させたときの各発生応力Y1〜Ymの10,000個の値を、応力拡大計数とき裂進展速度との間の公知の関係式に順次代入して、それぞれの状態のときのき裂の進展を演算する。このとき演算されたき裂が、例えば構造物の板厚以上の大きさであれば、そのx1〜x8の値の組合せのときは構造物が破損状態に至るケースであると判定する。10,000通りのうち、このような破損状態に至るケースが10回出現したとすれば、その破損確率は、10÷10,000=0.1%となる。   Next, a known relational expression between 10,000 values of each of the generated stresses Y1 to Ym when the values of x1 to x8 are randomly changed in 10,000 ways, the stress expansion count and the crack growth rate. Are sequentially substituted to calculate the crack propagation in each state. If the crack calculated at this time is larger than the thickness of the structure, for example, it is determined that the structure is in a damaged state when the combination of the values of x1 to x8 is used. If 10,000 cases of such a broken state appear 10 times, the breakage probability is 10 ÷ 10,000 = 0.1%.

上述したように、本実施形態に係る応力解析方法によれば、有限要素法の演算を必要最低限の回数だけ行うことにより、所定領域内の所望の位置に設定した評価点における複数の応力影響因子と発生応力との間の近似関数を求めることができる。したがって、この近似関数を用いることにより、各応力影響因子の値を変化させたときの評価点での各発生応力を極めて短時間に演算することが可能になる。   As described above, according to the stress analysis method according to the present embodiment, the influence of a plurality of stresses at an evaluation point set at a desired position in a predetermined region is obtained by performing the finite element method as many times as necessary. An approximate function between the factor and the generated stress can be obtained. Therefore, by using this approximate function, it is possible to calculate each generated stress at the evaluation point when the value of each stress influencing factor is changed in a very short time.

そして、確率論的破壊力学手法におけるモンテカルロ法の入力データとして応力影響因子を用いれば、この応力影響因子の値をランダムに多数回変化させたときの各発生応力については上記の近似関数を用いて容易に演算することができ、演算時間を短縮することができる。   And if stress influence factor is used as input data of Monte Carlo method in probabilistic fracture mechanics method, the above approximate function is used for each stress when the value of this stress influence factor is randomly changed many times. It is possible to calculate easily, and the calculation time can be shortened.

また、従来の考え方では、膜応力、曲げ応力、ピーク応力等の各種応力それ自体をモンテカルロ法の入力データとして用いるようにし、これらの応力を相互間のつり合い関係を考慮することなく、それぞれランダムに変化させていたため演算精度を低下させる結果となっていた。しかし、本実施形態に係る応力解析方法では、応力それ自体ではなく、その元となる応力影響因子をモンテカルロ法の入力データとしているので、このような各種応力相互間のつり合い関係は自動的に考慮される結果となり、演算精度を低下させることはない。   In addition, in the conventional concept, various stresses such as film stress, bending stress, and peak stress are used as input data of the Monte Carlo method, and these stresses are randomly selected without considering the balance between each other. As a result, the calculation accuracy was lowered. However, since the stress analysis method according to the present embodiment uses not the stress itself but the stress influencing factor as input data of the Monte Carlo method, such a balanced relationship between various stresses is automatically considered. As a result, the calculation accuracy is not lowered.

上述したことから、本発明に係る応力解析方法は、演算時間のかかる有限要素法と、多数回の演算の繰り返しが必要となるモンテカルロ法とを直接的に組み合わせるのではなく、有限要素法の演算を必要最低限の回数だけ実施することにより取得した応力影響因子と発生応力との間の近似関数を媒介として、有限要素法とモンテカルロ法とを間接的に組み合わせた構成であるといえる。この構成により、有限要素法とモンテカルロ法とを直接的に組み合わせた構成とほぼ同等の演算結果を、短時間で且つ演算精度を低下させることなく得ることが可能になる。   As described above, the stress analysis method according to the present invention does not directly combine the finite element method, which takes a long time, and the Monte Carlo method, which requires a large number of repetitions. It can be said that this is an indirect combination of the finite element method and the Monte Carlo method, with an approximate function between the stress influencing factor and the generated stress obtained as a result of performing as many times as necessary. With this configuration, it is possible to obtain a calculation result almost equivalent to a configuration in which the finite element method and the Monte Carlo method are directly combined in a short time without reducing the calculation accuracy.

本発明の応力解析方法は、上述した実施形態の他に下記のような形態も広く包含するので、次にこれにつき説明する。   Since the stress analysis method of the present invention widely includes the following forms in addition to the above-described embodiment, this will be described next.

(1)上記実施形態では、構造物Mの所定領域Rが、仮想断面Ms中に設定した2次元領域である場合につき説明したが、この領域Rは1次元領域(ライン状の領域)、又は3次元領域であってもよい。この領域のうち、1次元及び2次元のものについては、軸対称解析などの2次元解析から得られる場合と、3次元解析から得られる場合があり、3次元の領域は3次元の有限要素法解析のみから得られる。3次元の有限要素法解析から求める場合、応力影響因子を変数とする発生応力の近似関数は6成分(主応力につきx,y,z方向の3成分、剪断応力につきxy,yz,zx面の3成分)につき必要となる。   (1) In the above embodiment, the case where the predetermined region R of the structure M is a two-dimensional region set in the virtual cross section Ms has been described, but this region R is a one-dimensional region (line-shaped region), or It may be a three-dimensional area. Among these regions, one-dimensional and two-dimensional regions may be obtained from two-dimensional analysis such as axisymmetric analysis, or may be obtained from three-dimensional analysis. A three-dimensional region is a three-dimensional finite element method. Obtained from analysis only. When obtained from a three-dimensional finite element method analysis, the approximate function of the generated stress using the stress influencing factor as a variable has six components (three components in the x, y, and z directions for principal stress, and xy, yz, and zx planes for shear stress). 3 components).

(2)上記実施形態における第5の段階では、x1〜x8の値を例えばランダムに10,000通りに変化させたときの各発生応力Y1〜Ymの10,000個の値を、応力拡大計数とき裂進展速度との間の公知の関係式に順次代入することとしている。この10,000個の各発生応力Y1〜Ymを、更に、複数の分解応力に分解し、その各分解応力の値を上記の関係式に代入することとすれば、より精度の高い破損確率を得ることができる。   (2) In the fifth stage in the above embodiment, 10,000 values of each of the generated stresses Y1 to Ym when the values of x1 to x8 are randomly changed, for example, in 10,000 ways, are used as the stress expansion count. In some cases, a known relational expression between the crack growth rate and the crack is sequentially substituted. If the 10,000 generated stresses Y1 to Ym are further decomposed into a plurality of decomposition stresses, and the values of the respective decomposition stresses are substituted into the above relational expressions, a more accurate failure probability can be obtained. Obtainable.

例えば、図7(a)に示すような構造物Mの応力分布が得られたとして、この応力分布の値をそのまま上記の関係式に代入するのではなく、図7(b),(c),(d)にそれぞれ示す膜応力、曲げ応力、ピーク応力の各分解応力に分解し、その各分解応力の値を上記の関係式に代入することができる。従来の考え方では、これら膜応力、曲げ応力、ピーク応力の値を相互の関連なくバラバラに変化させてモンテカルロ法の入力データとして用いていたため演算精度を低下させることになっていたが、図7(b),(c),(d)に示した各応力は、相互間のつり合いが取れた状態の応力なので演算精度を低下させることはない。   For example, assuming that the stress distribution of the structure M as shown in FIG. 7A is obtained, the value of this stress distribution is not substituted into the above relational expression as it is, but FIGS. 7B and 7C. , (D) can be decomposed into respective decomposition stresses of film stress, bending stress, and peak stress, and the values of the respective decomposition stresses can be substituted into the above relational expressions. According to the conventional idea, the values of the film stress, bending stress, and peak stress are varied independently and used as input data for the Monte Carlo method, but the calculation accuracy is reduced. Since the stresses shown in b), (c), and (d) are stresses in a balanced state, the calculation accuracy is not lowered.

(3)上記実施形態における構造物の発生応力は、溶接に起因して発生する残留応力である場合につき説明したが、本発明はこの発生応力が構造物の温度分布のばらつきに起因して発生する熱応力である場合についても適用可能である。   (3) Although the generated stress of the structure in the above embodiment has been described with respect to the case of residual stress generated due to welding, the present invention generates this generated stress due to variations in the temperature distribution of the structure. It can also be applied to the case of thermal stress.

例えば、図8(a)に示すような段差付円筒状構造物Mの場合につき考えてみる。図8(b)は図8(a)のB部についての拡大断面図である。   For example, consider the case of a stepped cylindrical structure M as shown in FIG. FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view of a portion B in FIG.

側壁部M1の内面側略中央に円環状の段部M2が形成されており、この段部M2の上面及び下面に矢印方向に流動する流体1,2が接触している。また、側壁部M1の外面側には矢印方向に流動する流体3が接触している。いま、流体1〜3の温度が高温から低温に変化したとすると、側壁部M1における段部M2の形成位置に係る領域は、他の領域に比べて温度低下の追従が遅れる。そのため、図示されたように、高温部と低温部とが発生し、この温度差によって熱応力が発生する。   An annular stepped portion M2 is formed substantially at the center on the inner surface side of the side wall portion M1, and fluids 1 and 2 flowing in the direction of the arrow are in contact with the upper and lower surfaces of the stepped portion M2. The fluid 3 flowing in the direction of the arrow is in contact with the outer surface side of the side wall M1. Assuming that the temperature of the fluids 1 to 3 has changed from a high temperature to a low temperature, the region related to the formation position of the stepped portion M2 in the side wall portion M1 is delayed in following the temperature decrease compared to other regions. Therefore, as shown in the drawing, a high temperature portion and a low temperature portion are generated, and a thermal stress is generated due to this temperature difference.

このような構造物の不連続部に発生する熱応力に対する解析は、流体1〜3の温度差や各部材の剛性の相違等を考慮しなければならず複雑になるので通常は有限要素法を用いることになる。したがって、本発明に係る応力解析方法がこのような熱応力を解析するのに有効となる。この場合の主な応力影響因子としては、流体1〜3の温度又は温度変化率、流量、流体1〜3と側壁部M1及び段部M2との間の熱伝達率等を考えることができる。   The analysis of the thermal stress generated in the discontinuous part of such a structure is complicated because the temperature difference of fluids 1-3 and the difference in rigidity of each member must be taken into account. Will be used. Therefore, the stress analysis method according to the present invention is effective for analyzing such thermal stress. As main stress influencing factors in this case, the temperature of the fluids 1 to 3 or the rate of temperature change, the flow rate, the heat transfer coefficient between the fluids 1 to 3 and the side wall portion M1 and the stepped portion M2 can be considered.

(4)また、本発明は発生応力が外部から構造物に対して加わる力、又はこの力に基づく変位に起因して発生するものである場合についても適用可能である。   (4) The present invention is also applicable to a case where the generated stress is generated due to a force applied to the structure from the outside or a displacement based on this force.

例えば、図9に示すような、「Yピース」と呼ばれる構造物につき考えてみる。Yピース状構造物Mは、円筒部M1と、上端部が建物固定壁に固定され吊り下げられているスカート部M2とを有しており、両者の接合部すなわちYピース付け根部には曲率Rが形成されている。   For example, consider a structure called “Y-piece” as shown in FIG. The Y-piece-like structure M has a cylindrical part M1 and a skirt part M2 whose upper end is fixed to the building fixing wall and is suspended. Is formed.

いま、円筒部M1が、矢印で示すように、外部からの荷重や熱膨張又は熱収縮等により軸方向変位を受けると共に、内面に内圧を受けている状態であるとすると、軸方向変位はYピースを開く方向に作用し、一方、内圧はYピースを閉じる方向に作用する。このような場合、Yピース付け根部では曲率Rの値によっては応力集中も発生し、非常に複雑な応力分布になるので応力解析には有限要素法を用いることになる。したがって、この場合も本発明の応力解析方法が有効となる。この場合の主な応力影響因子としては、円筒部M1とスカート部M2との剛性差、曲率R、円筒部M1が受ける内圧、軸方向変位(又は軸方向力)、雰囲気温度等が考えられる。   Assuming that the cylindrical portion M1 is subjected to an axial displacement due to an external load, thermal expansion, thermal contraction, or the like as indicated by an arrow, and an internal pressure is applied to the inner surface, the axial displacement is Y The internal pressure acts in the direction of opening the piece, while the internal pressure acts in the direction of closing the Y piece. In such a case, stress concentration occurs depending on the value of the curvature R at the root of the Y piece, and the stress distribution is very complicated. Therefore, the finite element method is used for the stress analysis. Therefore, also in this case, the stress analysis method of the present invention is effective. As main stress influencing factors in this case, the rigidity difference between the cylindrical portion M1 and the skirt portion M2, the curvature R, the internal pressure received by the cylindrical portion M1, the axial displacement (or axial force), the ambient temperature, and the like can be considered.

図10は、上記の本発明の実施形態に係る応力解析方法を実施するための応力解析装置の構成を示すブロック図である。この図に示すように、本応力解析装置は、応力影響因子設定手段1と、水準値組合せ設定手段2と、有限要素法演算手段3と、近似関数演算手段4と、破損確率演算手段5とを備え、破損確率演算手段5は、き裂進展演算部6、破損状態判定部7、及び判定結果蓄積部8を有している。   FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a stress analysis apparatus for carrying out the stress analysis method according to the embodiment of the present invention. As shown in this figure, the present stress analysis apparatus includes a stress influence factor setting means 1, a level value combination setting means 2, a finite element method calculating means 3, an approximate function calculating means 4, a failure probability calculating means 5, The failure probability calculation means 5 includes a crack growth calculation unit 6, a damage state determination unit 7, and a determination result storage unit 8.

応力影響因子設定手段1は、既述した応力解析方法の第1の段階を実施する手段であり、図2に示したような内容の応力影響因子x1〜x8を設定する。   The stress influence factor setting means 1 is a means for executing the first stage of the stress analysis method described above, and sets the stress influence factors x1 to x8 having the contents as shown in FIG.

水準値組合せ設定手段2は、上記の応力影響因子x1〜x8を入力し、第2の段階を実施する手段である。そして、図3に示したような水準数及び水準値を設定した後、予め与えられている直交表を用いて、図4に示したような各応力影響因子の水準値同士の組合せを所定数設定する。   The level value combination setting means 2 is a means for inputting the stress influence factors x1 to x8 and performing the second stage. Then, after setting the number of levels and the level values as shown in FIG. 3, a predetermined number of combinations of the level values of each stress influencing factor as shown in FIG. Set.

有限要素法演算手段3は、上記の所定数の組合せに基づき第3の段階を実施する手段である。すなわち、上記の組合せのそれぞれの状態における所定領域での応力分布を有限要素法により演算する。   The finite element method computing means 3 is means for performing the third stage based on the predetermined number of combinations. That is, the stress distribution in a predetermined region in each state of the above combination is calculated by the finite element method.

近似関数演算手段4は、上記演算された応力分布と、予め与えられている評価点設定データとから第4の段階を実施する手段である。すなわち、所定数の組合せに係る応力分布から、各評価点において成立する、応力影響因子と発生応力との間の近似関数を演算する。   The approximate function calculation means 4 is a means for performing the fourth stage from the calculated stress distribution and the evaluation point setting data given in advance. That is, an approximate function between the stress influencing factor and the generated stress, which is established at each evaluation point, is calculated from the stress distribution relating to the predetermined number of combinations.

破損確率演算手段5は、上記の応力影響因子を用い第5の段階を実施する手段である。すなわち、き裂進展演算部6には、予め材料物性値、初期き裂の大きさ、き裂進展速度等の初期条件が与えられており、応力影響因子x1〜x8のランダムデータを入力すると、近似関数を用いて各評価点での各発生応力を演算する。そして、これらの発生応力の値を応力拡大計数とき裂進展速度との間の公知の関係式に順次代入して、それぞれの状態のときのき裂の進展を演算する。   The failure probability calculating means 5 is means for performing the fifth stage using the stress influencing factors. That is, initial conditions such as material property values, initial crack size, crack growth rate, and the like are given to the crack propagation calculation unit 6 in advance. When random data of the stress influencing factors x1 to x8 is input, Each generated stress at each evaluation point is calculated using an approximate function. Then, the values of these generated stresses are sequentially substituted into a known relational expression between the stress expansion count and the crack growth rate to calculate the crack growth in each state.

破損状態判定部7は、このとき演算されたき裂の進展が、構造物の破損に至るようなものであるか否かを判定し、その判定結果を判定結果蓄積部8に蓄積する。破損確率演算手段5は、このようにして得られた蓄積判定結果から構造物の破損確率を演算する。   The damage state determination unit 7 determines whether or not the progress of the crack calculated at this time leads to damage of the structure, and stores the determination result in the determination result storage unit 8. The damage probability calculating means 5 calculates the damage probability of the structure from the accumulation determination result obtained in this way.

本発明の実施形態に係る構造物の応力解析方法についてのフローチャート。The flowchart about the stress analysis method of the structure which concerns on embodiment of this invention. 図1の第1の段階における領域R及び応力影響因子x1〜x8の具体例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the specific example of the area | region R and the stress influence factor x1-x8 in the 1st step of FIG. 図1の第2の段階において、応力影響因子x1〜x8のそれぞれにつき設定された水準数及び水準値の具体例を示す図表。FIG. 3 is a table showing specific examples of the number of levels and the level values set for each of the stress influencing factors x1 to x8 in the second stage of FIG. 1; 図1の第2の段階において、図3に示した図表から応力影響因子x1〜x8の水準値同士の組合せ数を決定した場合の具体例を示す図表。FIG. 4 is a chart showing a specific example when the number of combinations of level values of stress influencing factors x1 to x8 is determined from the chart shown in FIG. 3 in the second stage of FIG. 図1の第3の段階及び第4の段階の内容についての説明図。Explanatory drawing about the content of the 3rd step of FIG. 1, and a 4th step. 図1の第5の段階の内容についての説明図。Explanatory drawing about the content of the 5th step of FIG. 本発明の応力解析方法に包含される実施形態についての説明図。Explanatory drawing about embodiment included by the stress analysis method of this invention. 本発明の応力解析方法に包含される実施形態についての説明図。Explanatory drawing about embodiment included by the stress analysis method of this invention. 本発明の応力解析方法に包含される実施形態についての説明図。Explanatory drawing about embodiment included by the stress analysis method of this invention. 本発明の実施形態に係る応力解析方法を実施するための応力解析装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the stress analyzer for enforcing the stress analysis method which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

M:構造物
R:所定領域
x1〜x8:応力影響因子
P1〜Pm:領域R内に設定された評価点
Y1〜Ym:評価点P1〜Pmでの近似関数
1:応力影響因子設定手段
2:水準値組合せ設定手段
3:有限要素法演算手段
4:近似関数演算手段
5:破損確率演算手段
6:き裂進展演算部
7:破損状態判定部
8:判定結果蓄積部
M: Structure R: Predetermined areas x1 to x8: Stress influencing factors P1 to Pm: Evaluation points Y1 to Ym set in the area R: Approximate function 1 at the evaluation points P1 to Pm 1: Stress influencing factor setting means 2: Level value combination setting means 3: Finite element method calculating means 4: Approximate function calculating means 5: Failure probability calculating means 6: Crack growth calculating part 7: Damage state determining part 8: Determination result accumulating part

Claims (3)

構造物の所定領域の発生応力に影響を与える因子として複数の応力影響因子を設定する第1の段階と、
前記複数の応力影響因子のそれぞれにつき実験計画法における水準数及び水準値を設定し、各応力影響因子の水準値同士の組合せを所定数だけ設定する第2の段階と、
前記水準値に関する所定数の組合せのそれぞれの状態における前記所定領域での応力分布を、有限要素法により演算する第3の段階と、
前記所定領域内の所定位置に評価点を設定し、この評価点に対して前記応力影響因子と発生応力との間に成立する近似関数を、前記有限要素法による演算結果を用いて求める第4の段階と、
を有する構造物の応力解析方法において、
前記応力影響因子の値を、確率論的破壊力学手法におけるモンテカルロ法の入力データとして、ランダムに変化させたときの前記評価点における各発生応力の値を前記近似関数を用いて演算し、この演算した各発生応力の値に基づき、前記構造物の所定領域に発生したき裂が進展して構造物が破損状態に至る破損確率を求める第5の段階を有する、
ことを特徴とする構造物の応力解析方法。
A first stage of setting a plurality of stress influencing factors as factors influencing the generated stress in a predetermined region of the structure;
A second stage of setting the number of levels and level values in the experimental design for each of the plurality of stress influencing factors, and setting a predetermined number of combinations of the level values of each stress influencing factor;
A third step of calculating a stress distribution in the predetermined region in each state of a predetermined number of combinations related to the level value by a finite element method;
A fourth point is obtained by setting an evaluation point at a predetermined position in the predetermined region and obtaining an approximate function established between the stress influencing factor and the generated stress with respect to the evaluation point by using a calculation result by the finite element method. And the stage
In a stress analysis method for a structure having
The stress influencing factor values are used as input data of the Monte Carlo method in the stochastic fracture mechanics method, and the values of the generated stresses at the evaluation points when changed randomly are calculated using the approximate function. Based on the value of each generated stress, it has a fifth step of obtaining a failure probability that a crack generated in a predetermined region of the structure progresses and the structure reaches a damaged state.
A stress analysis method for a structure characterized by the above.
前記近似関数を用いて演算した発生応力を、更に複数の分解応力に分解し、その各分解応力の値を用いて前記破損確率を求める、
ことを特徴とする請求項1記載の構造物の応力解析方法。
The generated stress calculated using the approximate function is further decomposed into a plurality of decomposition stresses, and the failure probability is obtained using the value of each decomposition stress,
The stress analysis method for a structure according to claim 1.
構造物の所定領域の発生応力に影響を与える因子として複数の応力影響因子を設定する応力影響因子設定手段と、A stress influence factor setting means for setting a plurality of stress influence factors as factors affecting the generated stress in a predetermined region of the structure;
前記複数の応力影響因子のそれぞれにつき実験計画法における水準数及び水準値を設定し、各応力影響因子の水準値同士の組合せを所定数だけ設定する水準値組合せ設定手段と、  Level value combination setting means for setting the number of levels and level values in the experimental design for each of the plurality of stress influence factors, and setting a predetermined number of combinations of the level values of each stress influence factor;
前記水準値に関する所定数の組合せのそれぞれの状態における前記所定領域での応力分布を、有限要素法により演算する有限要素法演算手段と、  A finite element method computing means for computing a stress distribution in the predetermined region in each state of a predetermined number of combinations relating to the level value by a finite element method;
前記所定領域内の所定位置に評価点を設定し、この評価点に対して前記応力影響因子と発生応力との間に成立する近似関数を、前記有限要素法による演算結果を用いて求める近似関数演算手段と、  An approximation function that sets an evaluation point at a predetermined position in the predetermined region and obtains an approximation function that is established between the stress influencing factor and the generated stress with respect to the evaluation point by using the calculation result of the finite element method Computing means;
を備えたことを特徴とする構造物の応力解析装置において、  In the structure stress analysis apparatus characterized by comprising:
前記応力影響因子の値を、確率論的破壊力学手法におけるモンテカルロ法の入力データとして、ランダムに変化させたときの前記評価点における各発生応力の値を前記近似関数を用いて演算し、この演算した各発生応力の値に基づき、前記構造物の所定領域に発生したき裂が進展して構造物が破損状態に至る破損確率を演算する破損確率演算手段を備えた、  The stress influencing factor values are used as input data of the Monte Carlo method in the stochastic fracture mechanics method, and the values of the generated stresses at the evaluation points when changed randomly are calculated using the approximate function. Based on the value of each generated stress, comprising a failure probability calculating means for calculating the failure probability that a crack generated in a predetermined region of the structure progresses and the structure reaches a damaged state,
ことを特徴とする構造物の応力解析装置。  A structure stress analysis apparatus characterized by the above.
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