JP5573633B2 - 溶接構造体の疲労寿命予測方法 - Google Patents
溶接構造体の疲労寿命予測方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5573633B2 JP5573633B2 JP2010263121A JP2010263121A JP5573633B2 JP 5573633 B2 JP5573633 B2 JP 5573633B2 JP 2010263121 A JP2010263121 A JP 2010263121A JP 2010263121 A JP2010263121 A JP 2010263121A JP 5573633 B2 JP5573633 B2 JP 5573633B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stress
- metal plate
- welded
- fatigue life
- shell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 20
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 5
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
本発明は、自動車部品、鉄道車両など複数の薄板が溶接されて形成されている溶接構造体の疲労寿命予測方法に関する。
近年コンピュータを用いたＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）による各種性能の予測が種々の分野において積極的に推進され、溶接構造体の強度解析に有限要素法の有用なことがこれまでに検証されている。
例えば、特許文献１は厚板からなる溶接構造体の疲労寿命評価システムに関し、複数のブロック（部材）をシェル要素によりモデル化して有限要素法で応力を計算し、ブロックのうちで溶接部に相当する位置のシェル要素の応力を予め準備した溶接継手部の応力集中率で補正し、補正後の応力と予め準備した構造物の疲労寿命評価線図とから疲労寿命を評価する方法が提案されている。
特許文献１は溶接継手形式が突合せ継手、Ｔ字継手、十字継手が対象で、これらの継手を用いた厚板からなる溶接構造物の場合は、溶接ビード部を解析モデルに含ませないでも、解析モデルにおいて部材同士を直接つなぐことで部材間の力伝達の計算が可能であることが記載されている。
ところで、強度解析が要望される溶接構造体には自動車、電車などの車両があり、これらは車体の大部分が薄板のスポット溶接による溶接構造体であるが一部にはアーク溶接による重ね隅肉継手が用いられ、当該継手部の疲労寿命評価が課題となっている。
しかしながら、特許文献１記載の溶接構造体の疲労寿命評価システムは、厚板を用いた溶接構造体が対象で、シェルモデルが構造物を構成するブロック（部材）のみであり溶接部自体はシェルモデル化されていない。
すなわち、特許文献１のシェルモデル化方法では部材をシェル要素でモデル化するけれども、溶接部自体をシェル要素でモデル化することを想定していないため、図１に示す、鋼材１と鋼材２の重ね隅肉溶接（溶接部３）で構成される溶接構造体を解析することは出来ない。
そのため、薄板を用いた構造物で多用される図１に示すような、重ね隅肉溶接継手に対する疲労評価は困難である。
また、有限要素法で算出する応力が要素重心における応力であるため、シェル要素のメッシュ寸法が異なると溶接線から要素重心までの距離が異なってしまうため計算される応力値も大きく異なり安定した精度の高い疲労評価が得られない可能性もあった。
そこで本発明は、薄板で構成される溶接構造体の疲労寿命を精度良く評価する、溶接構造体の疲労寿命評価方法を提案することを目的とする。
本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．溶接構造体を有限要素法によるシェル要素でモデル化して疲労寿命を予測する方法であって、前記溶接構造体における溶接継手を、金属板と溶接部を溶接止端部が共有節点位置となるようにモデル化し、前記共有節点位置における金属板の表面位置の応力を有限要素法での解析により算出し、前記応力から評価応力を算出し、前記評価応力と予め準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測することを特徴とする溶接構造体の疲労寿命予測方法。
２．前記共有接点における金属板の表面位置の応力が溶接止端部に対して金属板表面内で直角方向であることを特徴とする１記載の溶接構造体の疲労寿命予測方法。
３．前記評価応力を下式で求めることを特徴とする２記載の溶接構造体の疲労寿命予測方法。
σｅｑｔ＝（σｔｏｐ＋σｂｔｍ）／２＋（σｔｏｐ−σｂｔｍ）／４
但し、σｅｑｔは評価応力で
σｔｏｐは共有節点位置で、溶接止端部側の金属板表面の応力
σｂｔｍはσｔｏｐと反対側の金属板表面の応力
１．溶接構造体を有限要素法によるシェル要素でモデル化して疲労寿命を予測する方法であって、前記溶接構造体における溶接継手を、金属板と溶接部を溶接止端部が共有節点位置となるようにモデル化し、前記共有節点位置における金属板の表面位置の応力を有限要素法での解析により算出し、前記応力から評価応力を算出し、前記評価応力と予め準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測することを特徴とする溶接構造体の疲労寿命予測方法。
２．前記共有接点における金属板の表面位置の応力が溶接止端部に対して金属板表面内で直角方向であることを特徴とする１記載の溶接構造体の疲労寿命予測方法。
３．前記評価応力を下式で求めることを特徴とする２記載の溶接構造体の疲労寿命予測方法。
σｅｑｔ＝（σｔｏｐ＋σｂｔｍ）／２＋（σｔｏｐ−σｂｔｍ）／４
但し、σｅｑｔは評価応力で
σｔｏｐは共有節点位置で、溶接止端部側の金属板表面の応力
σｂｔｍはσｔｏｐと反対側の金属板表面の応力
本発明によれば、溶接継手の溶接部もシェル要素でモデル化するため、薄板を用いた構造物で多用される重ね隅肉溶接継手でも精度のよい疲労寿命予測が可能である。
以下、本発明を薄板からなる溶接構造体を有限要素解析モデルの対象として詳細に説明する。説明において金属板を鋼板とする。
図２に溶接構造体４の概略外観図を示す。板厚が２．３ｍｍの鋼板で作製した箱型断面部材５（以下、部材５）にコの字断面部材６（以下、部材６）を重ね隅肉溶接して構成する。構造解析は、部材６に荷重１００Ｎを引張と圧縮両方向に与えた場合について有限要素法により行う。
図３にシェル要素でモデル化した溶接構造体４の重ね隅肉溶接継手を示す。（ａ）は溶接構造体４の重ね隅肉溶接継手の溶接終端部（Ａ部）、（ｂ）はシェルモデル化した溶接終端部（Ａ部）の拡大図で、本実施例において、有限要素法による構造解析で応力の評価を行う位置を示す。
構造解析では、まず、溶接される部材５と部材６をシェル要素でモデル化すると共に、それら部材をつなぐ溶接部７もシェル要素でモデル化する。ここで、溶接部７のシェル要素は実際に作製される溶接構造体の溶接止端部８ａ，８ｂになる位置（共有接点位置）で部材５，６のシェル要素と結合（共有結合）するように設定する。
そして、構造解析により部材５と溶接部７が接続する共有節点位置で溶接継手を構成する鋼板（ここでは部材５）の両表面に対応する位置の応力を算出する。応力の方向は、溶接止端部に対して直角方向とする。
次に、算出された応力から評価応力を算出する。
次に、算出された応力から評価応力を算出する。
得られた鋼板の両表面に対応する位置の応力のうち、溶接止端部側の表面側の応力をσｔｏｐとし、他方の表面側の応力をσｂｔｍとすると、評価応力σｅｑｔは（１）式で与えられる。
σｅｑｔ＝（σｔｏｐ＋σｂｔｍ）／２＋（σｔｏｐ−σｂｔｍ）／４・・・（１）
本発明に係る溶接構造体の疲労寿命評価方法では、予め準備された疲労寿命線図（図示せず）に、（１）式で算出された評価応力σｅｑｔを負荷応力として適用して疲労寿命を求める。
本発明に係る溶接構造体の疲労寿命評価方法では、予め準備された疲労寿命線図（図示せず）に、（１）式で算出された評価応力σｅｑｔを負荷応力として適用して疲労寿命を求める。
尚、図３に示す溶接構造体の有限要素解析モデルにおいて、部材６に荷重１００Ｎを引張と圧縮両方向に与える条件で行った有限要素法による構造解析では、溶接止端部８ａに沿って図４に示すような応力分布が生じ、溶接終端９の付近での評価応力が高く、疲労破壊危険箇所と予測された。
上述したように、本発明によれば、構造物を構成する金属板をモデル化したシェル要素と溶接部をモデル化したシェル要素が接続する共有節点位置で金属板の両表面に対応する位置の応力を算出し、それらの応力から評価応力を算出するため、疲労亀裂が発生する溶接止端部に対して評価応力の計算精度が高まり、精度よく疲労寿命を予測することが可能である。
図２に示す溶接構造体の部材６に種々の値の荷重振幅で疲労試験を行い、寿命を測定した。また、当該溶接構造体の有限要素解析モデルで同様の疲労試験を行った結果を本発明によって予測した。表１に疲労試験結果と本発明による予測結果とを併せて示す。
表１において、予測寿命は平均寿命と９５％信頼区間の上限で示した。また、図５に表１に示す疲労試験結果および予測結果を荷重振幅と寿命の関係で示す。図５で試験結果は●で示し、予測結果は平均寿命を実線で、９５％信頼区間の上下限を破線で示す。
図５より試験結果と本発明による予測結果がよく対応していることが認められ、本発明による疲労寿命の予測方法が有効であることが確認された。
１、２ 金属板
３ 溶接部
４ 溶接構造体
５、６ 部材
７ 溶接部
８ａ，８ｂ 溶接止端部
９ 溶接終端部
１０ 応力を評価する溶接止端部
１１、１２ 応力
３ 溶接部
４ 溶接構造体
５、６ 部材
７ 溶接部
８ａ，８ｂ 溶接止端部
９ 溶接終端部
１０ 応力を評価する溶接止端部
１１、１２ 応力
Claims (3)
- 溶接構造体を有限要素法によるシェル要素でモデル化して疲労寿命を予測する方法であって、前記溶接構造体における重ね隅肉溶接継手を、金属板と溶接部を溶接止端部が共有節点位置となるようにモデル化して有限要素法で解析するものであり、重ね隅肉溶接される一方の部材である金属板と他方の部材である金属板とをそれぞれシェル要素でモデル化して重ね合わせるとともに、前記部材同士をつなぐ溶接部である重ね隅肉溶接部を部材重ね方向に同じ寸法のメッシュとなるシェル要素でモデル化して、重ね隅肉溶接部の溶接止端部にて、前記一方の金属板のシェルモデルと重ね隅肉溶接部のシェルモデルを共有結合し、かつ、前記他方の金属板のシェルモデルと重ね隅肉溶接部のシェルモデルを共有結合して、前記共有節点位置における金属板の表面位置の応力を有限要素法での解析により算出し、前記応力から評価応力を算出し、前記評価応力と予め準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測することを特徴とする溶接構造体の疲労寿命予測方法。
- 前記共有接点における金属板の表面位置の応力が溶接止端部に対して金属板表面内で直角方向であることを特徴とする請求項１記載の溶接構造体の疲労寿命予測方法。
- 前記評価応力を下式で求めることを特徴とする請求項２記載の溶接構造体の疲労寿命予測方法。
σｅｑｔ＝（σｔｏｐ＋σｂｔｍ）／２＋（σｔｏｐ−σｂｔｍ）／４
但し、σｅｑｔは評価応力で
σｔｏｐは共有節点位置で、溶接止端部側の金属板表面の応力
σｂｔｍはσｔｏｐと反対側の金属板表面の応力
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010263121A JP5573633B2 (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | 溶接構造体の疲労寿命予測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010263121A JP5573633B2 (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | 溶接構造体の疲労寿命予測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012112852A JP2012112852A (ja) | 2012-06-14 |
| JP5573633B2 true JP5573633B2 (ja) | 2014-08-20 |
Family
ID=46497214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010263121A Expired - Fee Related JP5573633B2 (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | 溶接構造体の疲労寿命予測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5573633B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110261227A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-09-20 | 西南交通大学 | 正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015076343A1 (ja) * | 2013-11-21 | 2015-05-28 | 国立大学法人京都大学 | データステッチング装置、データステッチング方法、及びコンピュータプログラム |
| JP5954301B2 (ja) | 2013-12-05 | 2016-07-20 | トヨタ自動車株式会社 | Ｃａｅ解析方法およびｃａｅ解析装置 |
| JP6440892B1 (ja) * | 2018-09-04 | 2018-12-19 | 義昭 新納 | 内部状態推定システム |
| CN112182756B (zh) * | 2020-09-25 | 2022-09-06 | 中国直升机设计研究所 | 一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3842621B2 (ja) * | 2001-11-08 | 2006-11-08 | 日立建機株式会社 | 疲労寿命評価システム |
| US7752917B2 (en) * | 2003-05-12 | 2010-07-13 | Nihon University | Fatigue life estimating method for spot welded structure |
| JP4419802B2 (ja) * | 2004-10-29 | 2010-02-24 | 株式会社Ｉｈｉ | 溶接継手部の残留応力の解析方法 |
| JP4748131B2 (ja) * | 2006-09-29 | 2011-08-17 | 住友金属工業株式会社 | スポット溶接部の破断ひずみ算出方法、基準破断ひずみ算出方法 |
| JP4743112B2 (ja) * | 2006-12-26 | 2011-08-10 | Ｊｆｅスチール株式会社 | スポット溶接構造体の疲労寿命予測方法 |
-
2010
- 2010-11-26 JP JP2010263121A patent/JP5573633B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110261227A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-09-20 | 西南交通大学 | 正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法 |
| CN110261227B (zh) * | 2019-07-26 | 2020-05-15 | 西南交通大学 | 正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012112852A (ja) | 2012-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5573633B2 (ja) | 溶接構造体の疲労寿命予測方法 | |
| Caccese et al. | Effect of weld geometric profile on fatigue life of cruciform welds made by laser/GMAW processes | |
| JP5843015B2 (ja) | 隅肉アーク溶接継手の形成方法及び隅肉アーク溶接継手 | |
| JP4743112B2 (ja) | スポット溶接構造体の疲労寿命予測方法 | |
| Kainuma et al. | Welding residual stress in roots between deck plate and U-rib in orthotropic steel decks | |
| Kawasaki et al. | Application of friction stir welding to construction of railway vehicles | |
| JP6119451B2 (ja) | 薄板レーザ溶接部の疲労寿命予測方法 | |
| Hong | The development of a simplified spot weld model for Battelle structural stress calculation | |
| US10801932B2 (en) | Fracture prediction method and device, program, and recording medium | |
| JP6350270B2 (ja) | 接着継手の破断予測方法 | |
| JP5834436B2 (ja) | レーザ重ね溶接継手の強度評価方法 | |
| Lee et al. | Block shear strength of cold-formed austenitic stainless steel (304 type) welded connection with base metal fracture | |
| JP5101368B2 (ja) | 台車枠の強度評価方法 | |
| Choi et al. | Fatigue strength of angle shape shear connector used in steel-concrete composite slab | |
| JP6536365B2 (ja) | 鋼床版の疲労亀裂発生防止方法および内面押圧装置 | |
| JP2018024929A (ja) | 鋼床版の疲労亀裂発生抑制方法、鋼床版の製造方法、および内面押圧装置 | |
| JP6579139B2 (ja) | 車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造 | |
| JP2014098609A (ja) | 溶接継手の曲げ試験方法 | |
| JP2017101514A (ja) | 鋼床版ならびに鋼床版の補強工法および製造方法 | |
| Kang et al. | Application of fatigue life prediction methods for GMAW joints in vehicle structures and frames | |
| JP4823966B2 (ja) | 鋼床版および鋼床版の製造方法 | |
| JP4862408B2 (ja) | スポット溶接構造体の疲労寿命予測方法 | |
| JP5216057B2 (ja) | 乗客コンベア | |
| JP5378324B2 (ja) | 鋼床版リブ交差部接合構造および橋梁 | |
| Prabhakar et al. | Fatigue life Prediction of welding in Axle Housing using Notch Stress approach |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20120321 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20120327 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130823 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140219 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140225 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140314 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140603 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140616 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5573633 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |