JP5382085B2 - スポット溶接部の破断解析方法、破断解析コンピュータープログラム、破断解析装置。 - Google Patents
スポット溶接部の破断解析方法、破断解析コンピュータープログラム、破断解析装置。 Download PDFInfo
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Description
(1)バー要素の端点を母材ごとに取得する工程と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する工程と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する工程と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも3枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、を含むことを特徴とするスポット溶接部の破断解析方法。
(2)前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在しなかった場合において、注目バー要素の周囲にある他のバー要素のうち、要素間距離が最も短いものを対象バー要素に選定する工程と、さらに対象バー要素と注目スポットが同じ母材を溶接しているか否かを判定する工程と、前記判定の結果、同じ母材を溶接している場合には、注目バー要素の両端点と対象バー要素の両端点を比較し、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有しているか否かを判定する工程と、前記判定の結果、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有していない場合には、母材を少なくとも3枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、を含むことを特徴とする前記(1)に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
(3)前記選定した対象バー要素と注目バー要素が同じ母材を溶接しているか否か判定した結果、異なる母材を溶接している場合には、母材を2枚重ねて溶接したスポット溶接部が2組有ると判定する工程と、を含むことを特徴とする前記(2)に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
(4)前記注目バー要素の両端点と対象バー要素の両端点を比較した結果、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有している場合には、2つのスポット溶接部で共通する2枚の母材を重ねて溶接していると判定する工程と、を含むことを特徴とする前記(2)に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
(5)前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在しなかった場合において、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素との距離が母材の板厚以下のものがあるか否かを判定する工程と、前記判定の結果、バー要素間の距離が母材の板厚以下であると判定したときには前記対象バー要素を選定する工程を実行し、板厚以上であると判定したときには別のバー要素を注目バー要素に変更する工程と、を含むことを特徴とする前記(2)〜(4)のいずれかに記載のスポット溶接部の破断解析方法。
(6)前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部の破断解析を行うにおいて、前記注目バー要素に最も近いバー要素までの距離を抽出して、スポット間距離の情報を取得する工程と、前記注目バー要素の端点に最も近い距離にある母材のエッジを検索し、エッジ間距離の情報を取得する工程と、前記注目バー要素の端点に最も近い距離にある母材の稜線を検索し、稜線間距離の情報を取得する工程と、前記スポット間距離、エッジ間距離を2倍した距離、稜線間距離を2倍した距離のうち、最も短い距離を有効幅Bに設定して破断解析を行うことを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載のスポット溶接部の破断解析方法。
(7)バー要素の端点を母材ごとに取得する工程と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する工程と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する工程と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも3枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、を含む破断解析処理をコンピューターに実行させることを特徴とするスポット溶接部の破断解析コンピュータープログラム。
(8)バー要素の端点を母材ごとに取得する手段と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する手段と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する手段と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも3枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する手段と、前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う手段と、を備えたことを特徴とするスポット溶接部の破断解析装置。
まず、スポット溶接部の破断解析モデルについて説明する。破断解析は、通常、有限要素法を用いてコンピューター上で行われる。そのため、スポット溶接部は、バー要素(ビーム要素と称されることもある)、シェル要素、ソリッド要素等を用いてモデル化され、ベクトル状態量として要素に負荷される荷重やモーメントの値を取得して破断解析を行う。
図4は、母材のデータベースである。このデータベースには、各母材に割り付けた識別番号(母材番号)、母材の断面情報番号の情報が含まれる。更に、各断面情報番号に対応つけて断面情報のデータベースが形成されている。断面情報には、母材の板厚tが含まれる。なお、本実施形態では特に使用しないが、板厚t以外の情報として、ELFORM:要素タイプ、SHRF:せん断面積係数、NIP:断面内板厚方向積分点数、PROPT:プリント出力オプション、QR/IRID:要素積分方法、ICOMP:材料軸角度定義フラグ、SETYP:2次元ソリッド要素タイプ、NLOC:3次元シェル要素参照面位置、MAREA:非構造部の単位面積あたりの質量、IDOF:板厚フィールドの連続/不連続フラグ、EDGSET:節点セットの情報も、このデータベースに格納することができる。
まず、図11のステップS200に示すように、注目シェル要素の線分について、隣接するシェル要素が存在するかを検索する。そして、図11のステップS201において隣接するシェル要素の存在の有無を判定する。隣接するシェル要素が存在しなかった場合、ステップS202において、この注目シェル要素の線分を母材のエッジとしてコンピューターのデータベース(DB)に格納する。
ここで、TS:引張強さ(MPa)、t:試験片の厚さ(mm)、F:破断限界張力(N)
Fs=TS・W・t/α ・・・(2)
また、モーメント型破断の場合は、スポット溶接部を有するフランジ引張試験を行い、スポット溶接部の端部に加えた曲げモーメントM(N・m)と、試験材の板厚、板幅、強度特性から理論的に求まる全塑性モーメントMp(N・m)から、(3)式によるモーメント効率γを予め求め、このモーメント効率γと、任意の板厚、板幅、強度特性を有する材料に対する全塑性モーメントMp´から(4)式によるフランジ引張試験によるスポット溶接部の破断限界モーメントMlim(N・m)を算定する方法が好ましい。
Mlim=Mp´/γ ・・・(4)
また、ナゲット内破断の場合は、例えば、下記(5)式により、スポット溶接部の破断限界荷重Fs(N)を算定する方法が好ましい。
ここで、d:ナゲット径(mm)、Ceq:ナゲット部炭素当量の厚み方向の重み付き平均、e,f,g:係数
そして、各時刻ごとにスポット溶接要素の荷重・モーメント出力に基づくモードごとの状態変数を計算する。
本実施例では、図13に示すように、3枚重ね溶接によって形成された構造部材の破断解析を行った。詳しい解析モデル・条件については同図に示す。実施例1は、3枚重ね溶接を考慮し、さらに有効幅Bを自動算定して破断解析を行った。実施例2は、3枚重ね溶接を考慮したが、有効幅Bについては破断解析プログラムのデフォルト値(40mm)を用いた。比較例1は、3枚重ね溶接を考慮せず、さらに有効幅Bに破断解析プログラムのデフォルト値(40mm)を用いた。
有効幅Bの自動算定は、図11のフローチャートに従う処理を実行可能なプログラムがインストールされたコンピューターを用いて、スポット間距離、エッジ間距離×2、稜線間距離×2の情報を取得し、そのうち最も短い距離をスポット溶接の有効幅Bに設定するようにした。
1201 CPU
1202 ROM
1203 RAM
1209 キーボード(KB)
1210 表示装置(CRT)
Claims (8)
- バー要素の端点を母材ごとに取得する工程と、
取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する工程と、
前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する工程と、
前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも3枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、
前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、
を含むことを特徴とするスポット溶接部の破断解析方法。 - 前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在しなかった場合において、
注目バー要素の周囲にある他のバー要素のうち、要素間距離が最も短いものを対象バー要素に選定する工程と、
さらに対象バー要素と注目スポットが同じ母材を溶接しているか否かを判定する工程と、
前記判定の結果、同じ母材を溶接している場合には、注目バー要素の両端点と対象バー要素の両端点を比較し、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有しているか否かを判定する工程と、
前記判定の結果、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有していない場合には、母材を少なくとも3枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、
前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のスポット溶接部の破断解析方法。 - 前記選定した対象バー要素と注目バー要素が同じ母材を溶接しているか否か判定した結果、異なる母材を溶接している場合には、母材を2枚重ねて溶接したスポット溶接部が2組有ると判定する工程と、を含むことを特徴とする請求項2に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
- 前記注目バー要素の両端点と対象バー要素の両端点を比較した結果、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有している場合には、2つのスポット溶接部で共通する2枚の母材を重ねて溶接していると判定する工程と、を含むことを特徴とする請求項2に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
- 前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在しなかった場合において、
前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素との距離が母材の板厚以下のものがあるか否かを判定する工程と、
前記判定の結果、バー要素間の距離が母材の板厚以下であると判定したときには前記対象バー要素を選定する工程を実行し、板厚以上であると判定したときには別のバー要素を注目バー要素に変更する工程と、を含むことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のスポット溶接部の破断解析方法。 - 前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部の破断解析を行うにおいて、
前記注目バー要素に最も近いバー要素までの距離を抽出して、スポット間距離の情報を取得する工程と、
前記注目バー要素の端点に最も近い距離にある母材のエッジを検索し、エッジ間距離の情報を取得する工程と、
前記注目バー要素の端点に最も近い距離にある母材の稜線を検索し、稜線間距離の情報を取得する工程と、
前記スポット間距離、エッジ間距離を2倍した距離、稜線間距離を2倍した距離のうち、最も短い距離をスポット溶接の有効幅Bに設定して破断解析を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のスポット溶接部の破断解析方法。 - バー要素の端点を母材ごとに取得する工程と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する工程と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する工程と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも3枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、を含む破断解析処理をコンピューターに実行させることを特徴とするスポット溶接部の破断解析コンピュータープログラム。
- バー要素の端点を母材ごとに取得する手段と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する手段と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する手段と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも3枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する手段と、前記母材を少なくとも3枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う手段と、を備えたことを特徴とするスポット溶接部の破断解析装置。
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JP2011223974A Active JP5382085B2 (ja) | 2011-10-11 | 2011-10-11 | スポット溶接部の破断解析方法、破断解析コンピュータープログラム、破断解析装置。 |
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