JP5742685B2 - Method for predicting fracture determination value of spot welded portion, prediction system, and method for manufacturing member having spot welded portion - Google Patents
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Description
本発明は、有限要素法解析（Finite Element Method解析、以下「ＦＥＭ解析」という場合がある。）を用いたスポット溶接部の破断判定値の予測方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting a fracture determination value of a spot weld using finite element method analysis (Finite Element Method analysis, hereinafter sometimes referred to as “FEM analysis”).
スポット溶接は、自動車組立工程における鋼板の接合方法として広く用いられている。スポット溶接で組み立てた部材においては、溶接ナゲット径や打点位置が適切でない場合、衝突変形中に溶接部が破断してエネルギー吸収性能の低下を招くことがある。部材の衝突エネルギー吸収性能の評価にはＦＥＭ解析が多用されているが、解析精度の向上にはスポット溶接部の破断を考慮することが重要であり、破断の発生を防ぐためのナゲット径、打点間隔の検討を可能にする方法が求められている。また、これらの検討は機械的特性が異なる多種の鋼板を対象に実施できることが望ましい。 Spot welding is widely used as a method for joining steel plates in an automobile assembly process. In a member assembled by spot welding, if the welding nugget diameter and the spot position are not appropriate, the welded portion may break during collision deformation, leading to a decrease in energy absorption performance. FEM analysis is frequently used to evaluate the impact energy absorption performance of members, but it is important to consider the fracture of spot welds in order to improve the accuracy of analysis, and the nugget diameter and striking point to prevent the occurrence of fracture There is a need for a method that allows consideration of the interval. Moreover, it is desirable that these studies can be performed on various types of steel plates having different mechanical characteristics.
特許文献１、非特許文献１には、ＦＥＭ解析により、スポット溶接部の母材及び／又は熱影響部（Heat Affected Zone、以下、「ＨＡＺ」という場合がある。）の破断判定値である破断ひずみを計算し、要素サイズを定めた要素サイズパラメータと破断ひずみとの関係を求め、この関係により所定の要素サイズパラメータの値から母材及び／又はＨＡＺの破断ひずみを求める方法が開示されている。かかる技術によれば、解析モデルの形状及び／又はスポット溶接部のナゲット径、解析モデルの要素サイズに関係なく、要素のひずみに関する破断の判定基準を得ることができ、部材のスポット溶接部破断予測を精度良く行うことができる、とされている。 In Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, the fracture determination value of the base material and / or heat affected zone (Heat Affected Zone, hereinafter sometimes referred to as “HAZ”) of the spot welded portion is obtained by FEM analysis. A method is disclosed in which a strain is calculated, a relationship between an element size parameter that defines an element size and a fracture strain is obtained, and a fracture strain of a base material and / or HAZ is obtained from a value of a predetermined element size parameter based on this relationship. . According to such a technique, it is possible to obtain a fracture criterion related to the strain of an element regardless of the shape of the analysis model and / or the nugget diameter of the spot weld and the element size of the analysis model, and predict the spot weld fracture of a member. Can be performed with high accuracy.
特許文献１、非特許文献１に記載の技術では、鋼種により破断ひずみが異なる場合があり、鋼種毎にスポット溶接継手の引張試験結果とＦＥＭ解析結果から破断ひずみを求めている（以下、この処理を「破断判定値算出プロセス」という場合がある。）。したがって、破断ひずみが未算出である鋼種からなる部材を対象に破断予測ＦＥＭ解析を行う場合、当該鋼種について、事前に破断判定値算出プロセスが必要となる。破断判定値算出プロセスの増加は、作業時間と人的労力を要し問題であった。 In the techniques described in Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1, the fracture strain may differ depending on the steel type, and the fracture strain is obtained from the tensile test result and the FEM analysis result of the spot welded joint for each steel type (hereinafter, this treatment). May be referred to as a “break determination value calculation process”). Therefore, when the fracture prediction FEM analysis is performed on a member made of a steel type whose fracture strain has not been calculated, a fracture determination value calculation process is required in advance for the steel type. The increase in the fracture judgment value calculation process is a problem because it requires work time and human labor.
そこで本発明は、破断ひずみ等の破断判定値が未算出である鋼種からなる部材について、破断判定値算出プロセスを行わずに破断判定値を精度良く予測することが可能な、スポット溶接部の破断判定値の予測方法、予測システム、及び当該破断判定値の予測方法や予測システムを用いてＦＥＭ解析を行い、解析結果に基づいてスポット溶接部を備えた部材を製造する方法を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a spot welded portion rupture capable of accurately predicting a rupture judgment value without performing a rupture judgment value calculation process for a member made of a steel type whose fracture judgment value such as rupture strain has not yet been calculated. It is an object of the present invention to provide a method for predicting a judgment value, a prediction system, and a method for performing a FEM analysis using the prediction method and prediction system for the fracture judgment value and manufacturing a member having a spot weld based on the analysis result. And
本発明者が鋭意研究したところ、代表的な母材強度クラスの鋼種を対象に、あらかじめ、破断判定値を複数算出して破断判定値基準データとし、且つ、これらを各鋼種の機械的特性及び／又は化学成分から算出したパラメータで整理することにより、破断判定値基準データと各鋼種の機械的特性及び／又は化学成分との関係が、対数曲線や直線等のマスターカーブで近似できることを知見した。これにより、破断判定値が未算出である鋼種であっても、当該鋼種の機械的特性及び／又は化学成分が分かっていれば、マスターカーブを用いて容易に破断判定値を予測することができる。 As a result of earnest research by the present inventor, for a steel type of a representative base material strength class, a plurality of fracture determination values are calculated in advance as fracture determination value reference data, and these are used as mechanical characteristics of each steel type and By organizing the parameters calculated from the chemical components, it was found that the relationship between the fracture criterion data and the mechanical properties and / or chemical components of each steel type can be approximated by a master curve such as a logarithmic curve or straight line. . Thereby, even if it is a steel type whose fracture judgment value has not been calculated, the fracture judgment value can be easily predicted using the master curve if the mechanical characteristics and / or chemical composition of the steel type are known. .
本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、
本発明の第１の態様は、有限要素法解析によりスポット溶接部の破断予測を実施する際に用いられる、破断判定値の予測方法であって、あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種について、当該破断判定値を、当該鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定工程と、評価対象となる鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により、評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出工程と、マスターカーブ決定工程により決定された近似マスターカーブと、材質パラメータ算出工程により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出工程とを備える、破断判定値の予測方法である。
The present invention has been made based on the above findings. That is,
The first aspect of the present invention is a method for predicting a fracture judgment value used when carrying out fracture prediction of a spot weld by finite element method analysis, and a plurality of steel types whose fracture judgment values are calculated in advance. A master curve determination step for collecting the fracture determination values for each material parameter specified by the mechanical characteristics and / or chemical composition of the steel type, and determining an approximate master curve of the fracture determination values from the distribution of the fracture determination values; The material parameter of the steel type to be evaluated is calculated based on the mechanical characteristics and / or chemical composition of the steel type to be evaluated, the material parameter calculation step, the approximate master curve determined by the master curve determination step, and the material parameter Using the material parameters of the steel grade to be evaluated calculated in the calculation process, calculate the fracture judgment value for the steel grade to be evaluated. To, and a fracture judgment value calculating step, a method of predicting the fracture criterion value.
本発明において、「破断判定値」とは、従来においてはスポット溶接継手の引張試験やＦＥＭ解析により算出されていた値をいい、例えば、スポット溶接部における母材部分の相当塑性ひずみ、ＨＡＺ部分の相当塑性ひずみ、ＨＡＺ部分の最大主応力等を挙げることができる。「あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種」とは、例えば、スポット溶接継手の引張試験やＦＥＭ解析によって破断判定値が既知である複数の鋼種を意味する。「近似マスターカーブ」とは、破断判定値と材質パラメータとの関係を示す近似曲線を意味する。尚、本発明において「近似マスターカーブ」は直線（一次関数）で示されるものであってもよい。「材質パラメータ」とは、破断判定値と相関関係のある、鋼種の機械的特性や鋼種に含まれる化学成分により設定されたパラメータをいい、詳しくは後述する。尚、本発明において、「機械的特性」とは、外力に対してどの程度の耐久性を持つか等といった諸性質を数値化したもので、例えば、引張強さＴＳ、破断伸びＥｌ、硬度等を挙げることができる。また、「化学成分」とは、鋼種に含まれる成分の質量％濃度やモル濃度、体積％濃度や組成比等を挙げることができる。 In the present invention, the “breakage determination value” means a value conventionally calculated by a tensile test or FEM analysis of a spot welded joint. For example, the equivalent plastic strain of the base metal part in the spot welded part, the HAZ part The equivalent plastic strain, the maximum principal stress of the HAZ part, etc. can be mentioned. “A plurality of steel types whose fracture determination values are calculated in advance” means, for example, a plurality of steel types whose fracture determination values are known by a tensile test or FEM analysis of a spot welded joint. The “approximate master curve” means an approximate curve indicating the relationship between the fracture determination value and the material parameter. In the present invention, the “approximate master curve” may be a straight line (linear function). The “material parameter” refers to a parameter that is correlated with a mechanical property of a steel type and a chemical component included in the steel type and has a correlation with a fracture determination value, and will be described in detail later. In the present invention, “mechanical characteristics” are numerical values of various properties such as how much durability against external force, such as tensile strength TS, elongation at break El, hardness, etc. Can be mentioned. In addition, the “chemical component” may include a mass% concentration, a molar concentration, a volume% concentration, a composition ratio, and the like of a component included in the steel type.
本発明の第１の態様において、母材部分の破断判定値の予測に用いられる材質パラメータが、鋼種の機械的特性及び化学成分により特定・算出されるものであり、ＨＡＺ部分の破断判定値の予測に用いられる材質パラメータが、鋼種の機械的特性及び化学成分により特定・算出されるものであり、ナゲット部分の破断判定値の予測に用いられる材質パラメータが、鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により特定・算出されるものであることが好ましい。これにより、より高精度にスポット溶接部の破断判定値を予測することが可能となる。 In the first aspect of the present invention, the material parameter used for predicting the fracture judgment value of the base material part is specified and calculated by the mechanical characteristics and chemical composition of the steel type, and the fracture judgment value of the HAZ part is calculated. The material parameters used for prediction are specified and calculated based on the mechanical properties and chemical composition of the steel type, and the material parameters used for predicting the fracture judgment value of the nugget portion are the mechanical properties and / or chemical properties of the steel type. It is preferable that it is specified and calculated by the component. Thereby, it becomes possible to predict the fracture determination value of the spot weld with higher accuracy.
本発明の第２の態様は、有限要素法解析によりスポット溶接部の破断予測を実施する際に用いられる、破断判定値の予測システムであって、複数の鋼種の破断判定値を蓄積したデータベースと、データベースから選択された複数の破断判定値を、機械的特性及び／又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定手段と、評価対象となる鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により、評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出手段と、マスターカーブ決定手段により決定された近似マスターカーブと、材質パラメータ算出手段により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、当該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出手段とを備える、破断判定値の予測システムである。 A second aspect of the present invention is a prediction system for fracture determination values used when performing fracture prediction of spot welds by finite element method analysis, and a database storing fracture determination values of a plurality of steel types, A master curve that summarizes a plurality of fracture judgment values selected from a database for each material parameter specified by mechanical properties and / or chemical components, and determines an approximate master curve of the fracture judgment values from the distribution of the fracture judgment values A material parameter calculating means for calculating a material parameter of the steel type to be evaluated based on the mechanical means and / or chemical composition of the steel type to be evaluated, and an approximate master curve determined by the master curve determining means; Using the material parameter of the steel type to be evaluated calculated by the material parameter calculating means. Calculating the fracture criterion value steels, and a fracture criterion value calculating means, a prediction system of the fracture criterion value.
本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様に係る破断判定値の予測方法により予測された破断判定値を用いて有限要素法解析を行い、解析結果に基づいて部材のスポット溶接部の大きさ及び／又は打点間隔を決定し、該決定された大きさ及び／又は打点間隔にしたがって部材をスポット溶接する工程を備える、スポット溶接部を備えた部材の製造方法である。 According to a third aspect of the present invention, a finite element method analysis is performed using the fracture determination value predicted by the fracture determination value prediction method according to the first aspect of the present invention, and spot welding of a member is performed based on the analysis result. A method of manufacturing a member having a spot welded portion, which includes a step of determining the size of the portion and / or the spot spacing and spot welding the member according to the determined size and / or spot spacing.
本発明においては、破断判定値と鋼種の材質パラメータとの関係を、近似マスターカーブとして数式化する。これにより、破断判定値が未算出である鋼種の破断判定値を算出・予測する場合であっても、鋼種の材質パラメータを特定すれば近似マスターカーブを用いて破断判定値を容易に算出・予測することができる。すなわち、本発明によれば、破断ひずみが未算出である鋼種からなる部材に対しても、破断判定値算出プロセスを行わずに破断判定値を精度良く予測することが可能な、スポット溶接部の破断判定値の予測方法、予測システム、及び当該破断判定値の予測方法や予測システムを用いて、スポット溶接部を備えた部材を製造する方法を提供することができる。 In the present invention, the relationship between the fracture determination value and the material parameter of the steel type is mathematically expressed as an approximate master curve. This makes it easy to calculate and predict the fracture judgment value using the approximate master curve if the material parameter of the steel grade is specified even if the fracture judgment value of the steel grade for which the fracture judgment value has not been calculated is calculated and predicted. can do. That is, according to the present invention, even for members made of steel types whose fracture strain has not been calculated, it is possible to accurately predict the fracture determination value without performing the fracture determination value calculation process. A method for manufacturing a member having a spot welded portion can be provided by using a method for predicting a fracture determination value, a prediction system, and a method for predicting the fracture determination value or a prediction system.
１．本発明完成までの経緯
上記非特許文献１によれば、スポット溶接部の破断形態が、母材部分とＨＡＺでの延性破壊とナゲット内での延性に乏しい破壊とに分類でき、母材破断とＨＡＺ破断とでは相当塑性ひずみ、ナゲット内破断では最大主応力を破断判定値に用いることが適しているといえる。以下、相当塑性ひずみの破断判定値を破断ひずみ、最大主応力の破断判定値を破断応力という。
1. Background to the completion of the present invention According to Non-Patent Document 1, the fracture form of the spot welded portion can be classified into a base material portion and ductile fracture in HAZ and fracture with poor ductility in the nugget. It can be said that it is suitable to use the equivalent principal plastic strain for the HAZ fracture and the maximum principal stress for the fracture determination value for the nugget fracture. Hereinafter, the fracture determination value of the equivalent plastic strain is referred to as a fracture strain, and the fracture determination value of the maximum principal stress is referred to as a fracture stress.
鉄鋼材料の機械的特性の一つである破断伸びＥｌは、引張試験後の永久伸びを原標点距離に対して百分率で表した値である。これは材料が一様に変形した場合の限界ひずみである。本発明者は、当該破断伸びＥｌと、母材破断及びＨＡＺ破断の判定値として用いられる破断ひずみとの間に少なからず相関性があるのではと考え、鋼種の破断伸びＥｌと破断ひずみとの関係をまとめた。しかしながら、鋼種の破断伸びＥｌのみでは、破断ひずみとの関係において、十分な相関性が確認できない場合があり、破断ひずみとの相関性を持たせるためには、鋼種の破断伸びＥｌ以外の因子が必要と考えた。本発明者は鋭意研究の結果、鋼種の破断伸びＥｌだけでなく、そこに鋼種の化学成分を付加した材質パラメータを設定することで、当該材質パラメータと破断ひずみとの関係が対数曲線などのマスターカーブで近似することができることを知見した。 The breaking elongation El, which is one of the mechanical properties of the steel material, is a value representing the permanent elongation after the tensile test as a percentage of the original mark distance. This is the critical strain when the material is uniformly deformed. The present inventor considers that there is a considerable correlation between the breaking elongation El and the breaking strain used as the judgment value of the base metal fracture and the HAZ fracture, and the breaking elongation El and the breaking strain of the steel type Summarized the relationship. However, there is a case where sufficient correlation cannot be confirmed in relation to the breaking strain only with the breaking elongation El of the steel type. In order to have a correlation with the breaking strain, there are factors other than the breaking elongation El of the steel type. I thought it was necessary. As a result of earnest research, the present inventor has set not only the breaking elongation El of the steel type but also the material parameter to which the chemical component of the steel type is added, so that the relationship between the material parameter and the breaking strain is a master such as a logarithmic curve. It was found that the curve can be approximated.
また、鉄鋼材料の機械的特性の一つである引張強さＴＳは、引張試験において材料が耐え得る最大の引張応力である。上記非特許文献１では、ナゲット内破断の判定値にＨＡＺの最大主応力を用いており、鋼種の引張強さＴＳとナゲット内破断応力との間に直接的な相関関係があると考えられた。本発明者は、ＨＡＺの引張強さＴＳに相当する材質パラメータを設定したところ、当該材質パラメータとナゲット内破断応力との関係が対数曲線などのマスターカーブで近似することができることを知見した。 Moreover, the tensile strength TS, which is one of the mechanical properties of steel materials, is the maximum tensile stress that the material can withstand in a tensile test. In the said nonpatent literature 1, the largest principal stress of HAZ is used for the judgment value of the nugget break, and it was thought that there is a direct correlation between the tensile strength TS of the steel type and the break stress in the nugget. . The present inventor has found that when a material parameter corresponding to the tensile strength TS of HAZ is set, the relationship between the material parameter and the breaking stress in the nugget can be approximated by a master curve such as a logarithmic curve.
本発明は上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明においては、母材破断及びＨＡＺ破断に係る破断判定値については、材質パラメータとして鋼種の機械的特性及び化学成分を用いることで、当該材質パラメータと破断判定値との関係を近似マスターカーブで表すことができ、当該近似マスターカーブを用いることにより、破断判定値が未算出の鋼種に対しても、当該鋼種の機械的特性及び化学成分を特定するだけで、当該鋼種の母材破断及びＨＡＺ破断に係る破断判定値を適切に算出・予測することができる。また、ナゲット内破断に係る破断判定値については、材質パラメータとして鋼種の機械的特性及び／又は化学成分を用いることで、当該材質パラメータと破断判定値との関係を近似マスターカーブで表すことができ、当該近似マスターカーブを用いることにより、破断判定値が未算出の鋼種に対しても、当該鋼種の機械的特性及び／又は化学成分を特定するだけで、当該鋼種のナゲット内破断に係る破断判定値を適切に算出・予測することができる。 The present invention has been made based on the above findings. That is, in the present invention, for the fracture determination values related to the base metal fracture and the HAZ fracture, the mechanical properties and chemical components of the steel type are used as the material parameters, so that the relationship between the material parameters and the fracture determination values is approximated as a master. By using the approximate master curve, the base material rupture of the steel type can be determined simply by specifying the mechanical properties and chemical composition of the steel type even for steel types for which the fracture judgment value has not been calculated. In addition, it is possible to appropriately calculate and predict the fracture determination value related to the HAZ fracture. In addition, for the fracture judgment value related to the fracture in the nugget, the relationship between the material parameter and the fracture judgment value can be expressed by an approximate master curve by using the mechanical characteristics and / or chemical composition of the steel type as the material parameter. By using the approximate master curve, even for a steel type for which the fracture judgment value has not been calculated, only by specifying the mechanical properties and / or chemical composition of the steel grade, the fracture judgment relating to the fracture in the nugget of the steel grade The value can be calculated and predicted appropriately.
以下、実施形態に係る本発明について詳述する。 Hereinafter, the present invention according to the embodiment will be described in detail.
２．スポット溶接部の破断判定値の予測方法
第１実施形態に係る本発明の破断判定値の予測方法Ｓ１０（以下、単に「予測方法Ｓ１０」という。）を図１に示す。図１に示すように、予測方法Ｓ１０は、あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種について、当該破断判定値を、鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定工程Ｓ１と、評価対象となる鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により、評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出工程Ｓ２と、マスターカーブ決定工程Ｓ１により決定された近似マスターカーブ、及び、材質パラメータ算出工程Ｓ２により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータを用いて、当該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出工程Ｓ３とを備えている。
2. Method for Predicting Fracture Determination Value of Spot Welded Part FIG. 1 shows a fracture determination value prediction method S10 (hereinafter simply referred to as “prediction method S10”) according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the prediction method S10 summarizes the fracture determination values for each of the material parameters specified by the mechanical characteristics and / or chemical components of the steel types for a plurality of steel types for which the fracture determination values have been calculated in advance. The material parameter of the steel grade to be evaluated is determined by the master curve determination step S1 for determining the approximate master curve of the fracture judgment value from the fracture judgment value distribution and the mechanical characteristics and / or chemical composition of the steel grade to be evaluated. Using the material parameter calculation step S2, the approximate master curve determined in the master curve determination step S1, and the material parameter of the steel type that is the evaluation target calculated in the material parameter calculation step S2, And a fracture determination value calculating step S3 for calculating a fracture determination value of the steel type.
２．１．マスターカーブ決定工程Ｓ１（工程Ｓ１）
工程Ｓ１は、あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種について、当該破断判定値を、鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する工程である。以下、工程Ｓ１の具体例として、スポット溶接継手の引張試験とＦＥＭ解析とによって破断判定値が既知である複数の鋼種として母材強度クラス４４０ＭＰａ級〜９８０ＭＰａ級の鋼板６種類を用い、近似マスターカーブを決定した例を示す。
2.1. Master curve determination step S1 (step S1)
In step S1, for a plurality of steel types whose fracture determination values have been calculated in advance, the fracture determination values are summarized for each material parameter specified by the mechanical characteristics and / or chemical composition of the steel types, and the fracture is determined from the distribution of the fracture determination values. This is a step of determining an approximate master curve of a judgment value. Hereinafter, as a specific example of the step S1, six types of steel sheets having a base material strength class of 440 MPa class to 980 MPa class are used as a plurality of steel types whose fracture determination values are known by a tensile test and FEM analysis of a spot welded joint, and an approximate master curve An example of determining is shown.
図２は、母材の破断ひずみに係る破断判定値と破断伸びＥｌとの関係、図３は、ＨＡＺの破断ひずみに係る破断判定値と破断伸びＥｌとの関係、図４は、ＨＡＺの破断応力に係る破断判定値と引張強さＴＳとの関係を示す図である。図２〜４のいずれの場合でも、破断判定値がばらついて分布しており、近似マスターカーブを決定することは困難と言える。 FIG. 2 shows the relationship between the fracture judgment value related to the fracture strain of the base material and the fracture elongation El, FIG. 3 shows the relationship between the fracture judgment value related to the fracture strain of HAZ and the fracture elongation El, and FIG. 4 shows the fracture of HAZ. It is a figure which shows the relationship between the fracture | rupture judgment value which concerns on stress, and tensile strength TS. In any of FIGS. 2 to 4, the fracture determination values vary and are distributed, and it can be said that it is difficult to determine an approximate master curve.
そこで、母材の破断ひずみに係る破断判定値の分布については、新たに設定した材質パラメータParamEbで、ＨＡＺの破断ひずみに係る破断判定値の分布については、新たに設定した材質パラメータParamEhで、ＨＡＺの破断応力に係る破断判定値の分布については、新たに設定した材質パラメータParamShで各々整理する。 Therefore, the distribution of the fracture determination value related to the fracture strain of the base material is the newly set material parameter ParamEb, and the distribution of the fracture determination value related to the fracture strain of the HAZ is the newly set material parameter ParamEh, the HAZ. The distribution of the fracture judgment values related to the fracture stress of each is arranged according to the newly set material parameter ParamSh.
ParamEb、ParamEh、ParamShは、機械的特性及び／又は化学成分により特定される材質パラメータであり、それぞれ、下記式（１）〜（３）（又は（３’））を用いて算出することができる。 ParamEb, ParamEh, ParamSh are material parameters specified by mechanical properties and / or chemical components, and can be calculated using the following formulas (1) to (3) (or (3 ′)), respectively. .
ParamEb ＝ Ｅｌ＋ａｌ×Ｃａ２ … （１）
ParamEh ＝ Ｅｌ＋ｂ１×Ｃｂ２＋ｂ３×Ｍｎｂ４ … （２）
ParamSh ＝ ｃ１×ＴＳＢＭ＋ｃ２×ＴＳＷＭ … （３）
ParamSh ＝ ｃ１×ＴＳＢＭ＋ｃ２×３．２×（マルテンサイトの硬度） … （３’）
ParamEb = El + a l × C a2 ... (1)
ParamEh = El + b 1 × C b2 + b 3 × Mn b4 ... (2)
ParamSh = c 1 × TS BM + c 2 × TS WM ... (3)
ParamSh = c 1 × TS BM + c 2 × 3.2 × (martensite hardness) (3 ′)
上記式（１）〜（３）において、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｃ１、ｃ２は定数であり、具体的には、ａ１＝０．１〜２００、ａ２＝−２〜−０．１、ｂ１＝０．１〜２００、ｂ２＝−２〜−０．１、ｂ３＝０．１〜２００、ｂ４＝−２〜−０．１、ｃ１＝０〜１、ｃ２＝１−ｃ１である。また、Ｃ及びＭｎは、鋼種中に含まれる炭素成分量（質量％）及びマンガン成分量（質量％）である。ＴＳＢＭは母材の引張強さ、ＴＳＷＭはナゲット部の引張強さである。ＴＳＷＭは、例えば、「M. VICTOR Liら、METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACYIONS B、Vol. 29B、(1998)、661-672」に記載されている予測式を用いて求めたマルテンサイトの硬度Ｈｖに３．２を乗じて求めることができる（式（３’））。また、測定により求めた溶接金属(マルテンサイト)の硬度Ｈｖに３．２を乗じて求めてもよい（式（３’））。ここで、ParamEbとＣとは負の相関、ParamEhとＣ、Ｍｎとは負の相関となるよう、定数ａ２、ｂ２、ｂ４は負の値とする。また、各鋼種のParamEbの分布及びParamEhの分布が直線や対数曲線等になるよう、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を設定する。ｃ１、ｃ２はＨＡＺに及ぼす母材とナゲット部の影響度合いを表したもので、例えば、母材からＨＡＺ、ナゲット部へと亘る硬度分布から決定することができる。 In the above formulas (1) to (3), a 1 , a 2 , b 1 , b 2 , b 3 , b 4 , c 1 , c 2 are constants, specifically, a 1 = 0.1 ~200, a 2 = -2~-0.1 , b 1 = 0.1~200, b 2 = -2~-0.1, b 3 = 0.1~200, b 4 = -2~- 0.1, c 1 = 0~1, a c 2 = 1-c 1. Moreover, C and Mn are the carbon component amount (mass%) and manganese component amount (mass%) contained in a steel type. TSBM is the tensile strength of the base material, and TSWM is the tensile strength of the nugget portion. TS WM is 3 in the hardness Hv of martensite obtained using the prediction formula described in, for example, “M. VICTOR Li et al., METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACYIONS B, Vol. 29B, (1998), 661-672”. .2 can be multiplied (formula (3 ′)). Alternatively, the hardness Hv of the weld metal (martensite) obtained by measurement may be obtained by multiplying by 3.2 (formula (3 ′)). Here, constants a 2 , b 2 , and b 4 are negative values so that ParamEb and C have a negative correlation and ParamEh, C, and Mn have a negative correlation. Further, a 1 , a 2 , b 1 , b 2 , b 3 , and b 4 are set so that the ParamEb distribution and ParamEh distribution of each steel type become a straight line, a logarithmic curve, or the like. c 1 and c 2 represent the degree of influence of the base material and the nugget part on the HAZ, and can be determined from, for example, the hardness distribution from the base material to the HAZ and the nugget part.
定数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４の導出方法としては、破断判定値の分布が対数近似等の近似曲線に沿うよう、例えば表計算ソフトウェアを用いて適宜決定することができる。一例として、式（１）において、Ｅｌ＝１０〜３０％、Ｃ＝０．１質量％前後とした場合、破断判定値の分布が線形近似曲線に沿うようａ１は１程度、ａ２は−１．５程度と決定することができる。 As a method for deriving the constants a 1 , a 2 , b 1 , b 2 , b 3 , b 4 , it is determined as appropriate using, for example, spreadsheet software so that the distribution of fracture determination values follows an approximate curve such as logarithmic approximation. be able to. As an example, in the formula (1), El = 10 to 30%, when the C = 0.1 wt% or so, about a 1 is 1 so that the distribution of the fracture criterion value along the linear approximation curve, a 2 is - It can be determined to be about 1.5.
定数ｃ１、ｃ２は、式（３）、（３’）の各項の総和がＨＡＺの引張強さＴＳと同程度になるよう適宜決定することができる。この理由は、上記非特許文献１では、ナゲット内破断の判定値にＨＡＺの最大主応力を用いており、ＨＡＺの引張強さＴＳとナゲット内破断応力に直接的な相関関係があると考えたためである。一例として、式（３）において、ＨＡＺの引張強さＴＳがＴＳＢＭとＴＳＷＭの平均程度とした場合、ｃ１は０．５、ｃ２は０．５と決定することができる。また、材質によりＨＡＺの硬さが母材またはナゲットの何れかに寄り、ＨＡＺの引張強さＴＳをＴＳＢＭとＴＳＷＭの平均程度とできない場合は、母材からＨＡＺ、ナゲット部へと亘る硬度分布から線形近似で決定することができる。 The constants c 1 and c 2 can be appropriately determined so that the sum of the terms in the formulas (3) and (3 ′) is approximately the same as the HAZ tensile strength TS. The reason for this is that, in Non-Patent Document 1, the maximum principal stress of HAZ is used as the judgment value for fracture in nugget, and it is considered that there is a direct correlation between the tensile strength TS of HAZ and the fracture stress in nugget. It is. As an example, in Equation (3), when the tensile strength TS of HAZ is about the average of TS BM and TS WM , c 1 can be determined to be 0.5 and c 2 can be determined to be 0.5. Also, if the hardness of the HAZ is close to either the base material or the nugget depending on the material, and the tensile strength TS of the HAZ cannot be about the average of TS BM and TS WM , the hardness from the base material to the HAZ and the nugget part It can be determined from the distribution by linear approximation.
このように、新たに材質パラメータを設定した場合、図５〜７に示すように、母材の破断ひずみに係る破断判定値（CrEb）と材質パラメータParamEbとの関係についてはマスターカーブｍ１により近似することができ、ＨＡＺの破断ひずみに係る破断判定値（CrEh）と材質パラメータParamEhとの関係についてはマスターカーブｍ２により近似することができ、ＨＡＺの破断応力に係る破断判定値（CrSh）と材質パラメータParamShとの関係についてはマスターカーブｍ３により近似することができる。近似マスターカーブは公知の表計算ソフトウェア等を用いて決定することができる。マスターカーブｍ１〜ｍ３を数式化すると、具体的には下記式（４）〜（６）となる。
ｍ１：CrEb ＝ ０．００３×ParamEb−０．００７ … （４）
ｍ２：CrEh ＝ ０．１０５２×Ｌｎ（ParamEh）−０．４１０８ … （５）
ｍ３：CrSh ＝ ７５７．６３１×Ｌｎ（ParamSh）−４３４４．９ … （６）
式（４）〜（６）から分かるように、直線や対数曲線として近似マスターカーブを決定することができる。また、マスターカーブと材質パラメータの分布との差異が大きい場合は、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｃ１、ｃ２を設定しなおし、マスターカーブｍ１〜ｍ３を再度決定することが好ましい。
Thus, when a new material parameter is set, as shown in FIGS. 5 to 7, the relationship between the fracture determination value (CrEb) related to the fracture strain of the base material and the material parameter ParamEb is approximated by the master curve m 1. it is possible to, the fracture criterion value according to the HAZ fracture strain relationship of (CrEh) and material parameters ParamEh can be approximated by a master curve m 2, the fracture criterion value according to the HAZ fracture stress and (CrSh) The relationship with the material parameter ParamSh can be approximated by the master curve m 3 . The approximate master curve can be determined using known spreadsheet software or the like. When formulating the master curves m 1 to m 3 , specifically, the following formulas (4) to (6) are obtained.
m 1 : CrEb = 0.003 × ParamEb−0.007 (4)
m 2 : CrEh = 0.1052 × Ln (ParamEh) −0.4108 (5)
m 3 : CrSh = 757.631 × Ln (ParamSh) −4344.9 (6)
As can be seen from the equations (4) to (6), the approximate master curve can be determined as a straight line or a logarithmic curve. Further, if the difference between the distribution of the master curve and material parameters is large, a 1, a 2, b 1, b 2, b 3, b 4, c 1, reconfigure the c 2, master curve m 1 ~ it is preferable to determine the m 3 again.
２．２．材質パラメータ算出工程Ｓ２（工程Ｓ２）
工程Ｓ２は、評価対象となる鋼種（すなわち、破断判定値が未算出である鋼種）について、その機械的特性及び／又は化学成分により材質パラメータを算出する工程である。具体的には、評価対象種の破断伸びＥｌ、引張強さＴＳ、化学成分の含有量（質量％）を特定したうえで、例えば、上記式（１）〜（３）を用いて評価対象鋼種に係る材質パラメータParamEb、ParamEh、ParamShをそれぞれ算出する。評価対象種の破断伸びＥｌ、引張強さＴＳ、化学成分の含有量（質量％）については、公知の手法により簡易に特定することができる。具体的には、公知の試験装置、分析装置等を用いて特定することができる。或いは、評価対象種に係る文献データを用いてもよい。また、鋼材の材質情報を記載したミルシートがある場合は、そのデータを用いてもよい。
2.2. Material parameter calculation step S2 (step S2)
Step S2 is a step of calculating a material parameter for the steel type to be evaluated (that is, the steel type for which the fracture determination value has not been calculated) based on its mechanical properties and / or chemical components. Specifically, after specifying the elongation at break El, the tensile strength TS, and the content (mass%) of the chemical component, for example, the steel type to be evaluated using the above formulas (1) to (3). The material parameters ParamEb, ParamEh, ParamSh related to are respectively calculated. The breaking elongation El, tensile strength TS, and chemical component content (mass%) of the species to be evaluated can be easily specified by a known method. Specifically, it can be specified using a known test device, analysis device, or the like. Or you may use the literature data which concern on an evaluation object seed | species. Moreover, when there exists a mill sheet | seat which described the material information of steel materials, you may use the data.
２．３．破断判定値算出工程Ｓ３（工程Ｓ３）
工程Ｓ３は、工程Ｓ１により決定された近似マスターカーブと、工程Ｓ２により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、当該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する工程である。具体的には、例えば、工程Ｓ２により算出された材質パラメータParamEb、ParamEh、ParamShの値を、上記式（４）〜（６）にそれぞれ代入することにより、破断判定値CrEb、CrEh、CrShを算出することができる。算出された破断判定値は、それぞれ、母材部分における破断判定値の予測値、ＨＡＺ部分における破断判定値の予測値、ナゲット部分における破断判定値の予測値とすることができる。
2.3. Break determination value calculation step S3 (step S3)
Step S3 is a step of calculating the fracture determination value of the steel type to be evaluated using the approximate master curve determined in step S1 and the material parameter of the steel type to be evaluated calculated in step S2. . Specifically, for example, the fracture determination values CrEb, CrEh, and CrSh are calculated by substituting the values of the material parameters ParamEb, ParamEh, and ParamSh calculated in step S2 into the above formulas (4) to (6), respectively. can do. The calculated fracture determination value can be a predicted value of a fracture determination value in the base material portion, a predicted value of a fracture determination value in the HAZ portion, and a predicted value of a fracture determination value in the nugget portion, respectively.
以上のように、予測方法Ｓ１０においては、工程Ｓ１〜工程Ｓ３を経ることにより、破断判定値が未算出である鋼種におけるスポット溶接部について、破断判定値を精度良く予測することが可能となる。 As described above, in the prediction method S10, it is possible to predict the fracture determination value with high accuracy for the spot welded portion in the steel type for which the fracture determination value has not been calculated, through the steps S1 to S3.
図８に、自動車部材の衝突性能評価のＦＥＭ解析における、本発明の予測方法の適用例を示す。ここでは、比較のため従来例も併せて示した。（ａ）は評価対象のハット型部材である。（ｂ）に示す従来技術は、評価対象の鋼種から作成したスポット溶接継手の引張試験とＦＥＭ解析により破断判定値を算出する。引張試験では、試験片の加工作業と溶接作業が必要となり、ＦＥＭ解析では、解析メッシュと材料特性データの作成、境界条件の設定等の一連の解析作業が必要となる。また、１つの鋼種に対して、通常、負荷モードに係る解析作業を２水準で、溶接ナゲット径に係る解析作業を３水準で実施するため、作業時間と人的労力を要することとなる。一方、（ｃ）に示すように本発明の予測方法を用いれば、材料パラメータの算出と近似マスターカーブによる破断判定値の算出という机上作業のみで、精度よく破断判定値を予測することができる。また、本発明に係る予測方法は、単に母材の強度クラスからの予測ではなく、機械的特性及び／又は化学成分の影響をも考慮した予測方法であるため、材料の強化機構や化学成分のマイナーチェンジにも臨機応変に対応することができ、高精度に破断判定値を予測できる。（ｄ）はハット型部材の３点曲げＦＥＭ解析に係るメッシュデータであり、（ｅ）はスポット溶接部分周辺の拡大図である。図８では、上側ハット１１と下側ハット１２とをスポット溶接で接合している。材料特性データと破断判定値は、母材１３、ＨＡＺ１４、ナゲット１５にそれぞれ設定する。（ｆ）は３点曲げＦＥＭ解析の結果である。（ｆ）に示すように、ＦＥＭ解析において、スポット溶接部の破断を考慮した部材評価が可能である。これにより、所望の性能を発揮させるためのスポット溶接部のナゲット径や打点間隔を適切に決定することができる。 FIG. 8 shows an application example of the prediction method of the present invention in the FEM analysis of the collision performance evaluation of automobile members. Here, a conventional example is also shown for comparison. (A) is a hat-type member to be evaluated. In the prior art shown in (b), the fracture determination value is calculated by a tensile test and FEM analysis of a spot welded joint created from the steel type to be evaluated. In the tensile test, a test piece processing work and a welding work are required, and in the FEM analysis, a series of analysis work such as creation of analysis mesh and material property data and setting of boundary conditions are required. Further, for one steel type, the analysis work related to the load mode is normally performed at two levels and the analysis work related to the weld nugget diameter is performed at three levels, which requires work time and human labor. On the other hand, if the prediction method of the present invention is used as shown in (c), the fracture determination value can be predicted with high accuracy only by the desk work of calculating the material parameter and calculating the fracture determination value by the approximate master curve. In addition, the prediction method according to the present invention is not simply a prediction based on the strength class of the base material, but is a prediction method that also considers the influence of mechanical properties and / or chemical components. Minor changes can be handled flexibly, and the fracture judgment value can be predicted with high accuracy. (D) is the mesh data which concerns on the three-point bending FEM analysis of a hat-shaped member, (e) is an enlarged view of a spot-welded part periphery. In FIG. 8, the upper hat 11 and the lower hat 12 are joined by spot welding. The material property data and the fracture determination value are set in the base material 13, the HAZ 14, and the nugget 15, respectively. (F) is the result of a three-point bending FEM analysis. As shown in (f), in FEM analysis, it is possible to evaluate a member in consideration of breakage of a spot weld. Thereby, the nugget diameter of a spot-welded part and a spot | interval space | interval for exhibiting desired performance can be determined appropriately.
図９に、図８（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）で示したハット型部材３点曲げＦＥＭ解析のスポット溶接部破断の過程を示す。（ｇ）は初期状態で、符号２１はスポット溶接部である。（ｈ）はインパクタが圧下し部材に荷重がかかりスポット溶接部近傍が変形している状態である。（ｉ）は溶接部近傍要素の相当塑性ひずみ及び／又は最大主応力が破断判定値に到達して、その要素を削除した状態である。本例では市販汎用ソルバＡｂａｑｕｓのＤａｍａｇｅ機能を適用して破断した要素を削除して剛性低下を模擬しているが、同等の機能を持つ他のソルバを用いても良い。 FIG. 9 shows the process of fracture of the spot welded portion in the hat-shaped member three-point bending FEM analysis shown in FIGS. 8 (d), (e), and (f). (G) is an initial state and the code | symbol 21 is a spot welding part. (H) is a state in which the impactor is pressed down, a load is applied to the member, and the vicinity of the spot weld is deformed. (I) is a state in which the equivalent plastic strain and / or maximum principal stress of the welded vicinity element has reached the fracture determination value and the element has been deleted. In this example, the damage function is simulated by applying the damage function of the commercially available general-purpose solver Abaqus to delete the fractured element. However, other solvers having equivalent functions may be used.
図１０はハット型部材３点曲げの実験結果とＦＥＭ解析結果で、荷重の履歴を比較している。ＦＥＭ解析結果は、破断なしの従来手法と本発明による破断考慮手法でも比較している。破断なしの従来手法は最大荷重を実験結果より大きく見積ってしまうが、本発明による破断考慮手法は最大荷重が実験結果と概ね一致している。 FIG. 10 shows a comparison of load histories between the results of the hat-shaped member three-point bending test and the FEM analysis results. The FEM analysis results are also compared between the conventional method without fracture and the fracture consideration method according to the present invention. Although the conventional method without breakage estimates the maximum load larger than the experimental result, the break consideration method according to the present invention generally agrees with the experimental result.
３．スポット溶接部の破断判定値の予測システム
第２実施形態に係る本発明の破断判定値の予測システム１０（以下、単に「予測システム１０」という。）を図１１に示す。図１１に示すように、予測システム１０は、複数の鋼種の破断判定値を蓄積したデータベース１と、データベース１から選択された複数の破断判定値を、機械的特性及び／又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、該破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定手段２と、評価対象となる鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により、該評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出手段３と、マスターカーブ決定手段２により決定された近似マスターカーブと、材質パラメータ算出手段３により算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出手段４とを備えている。
3. FIG. 11 shows a prediction system 10 for a fracture determination value of the present invention according to the second embodiment (hereinafter simply referred to as “prediction system 10”). As shown in FIG. 11, the prediction system 10 specifies a database 1 in which fracture determination values of a plurality of steel types are accumulated, and a plurality of fracture determination values selected from the database 1 based on mechanical characteristics and / or chemical components. The evaluation is performed according to the master curve determining means 2 for determining the approximate master curve of the fracture determination value from the distribution of the fracture determination value and the mechanical characteristics and / or chemical composition of the steel type to be evaluated. The material parameter calculation means 3 for calculating the material parameter of the target steel type, the approximate master curve determined by the master curve determination means 2, the material parameter of the steel type as the evaluation target calculated by the material parameter calculation means 3, and And a fracture determination value calculating means 4 for calculating the fracture determination value of the steel type to be evaluated.
データベース１は、複数の鋼種について過去の破断判定値の算出データが記録されているものであれば、その形態は特に限定されるものではない。ここで、破断判定値は鋼種の機械的特性及び／又は化学成分毎に整理して記録しておくとよい。 The form of the database 1 is not particularly limited as long as calculation data of past fracture determination values is recorded for a plurality of steel types. Here, the fracture determination value may be organized and recorded for each mechanical property and / or chemical component of the steel type.
マスターカーブ決定手段２は、上記マスターカーブ決定工程Ｓ１を実行可能な手段であればよく、表計算ソフトウェア等がインストールされた公知の演算装置を用いることができる。マスターカーブ決定手段２においては、データベース１に記録された破断判定値のうちの複数が、対応する材質パラメータとともに入力され、表計算ソフトウェアによって破断判定値と材質パラメータとの関係が近似マスターカーブとして決定される。具体的な計算内容については上記した通りであり、ここでは説明を省略する。 The master curve determining means 2 may be any means capable of executing the master curve determining step S1, and a known arithmetic device in which spreadsheet software or the like is installed can be used. In the master curve determination means 2, a plurality of break determination values recorded in the database 1 are input together with the corresponding material parameters, and the relationship between the break determination values and the material parameters is determined as an approximate master curve by spreadsheet software. Is done. The specific calculation contents are as described above, and the description is omitted here.
材質パラメータ算出手段３は、上記材質パラメータ算出工程Ｓ２を実行可能な手段であればよく、マスターカーブ決定手段２と同様、公知の演算装置を用いることができる。材質パラメータ算出手段３においては、評価対象の鋼種の機械的特性及び／又は化学成分が入力されることで、当該評価対象の鋼種に係る材質パラメータの値が算出される。具体的な計算内容については上記した通りであり、ここでは説明を省略する。 The material parameter calculation means 3 may be any means capable of executing the material parameter calculation step S <b> 2, and a known arithmetic device can be used as in the master curve determination means 2. In the material parameter calculation means 3, the mechanical parameter value and / or chemical component of the steel type to be evaluated is input, and the value of the material parameter related to the steel type to be evaluated is calculated. The specific calculation contents are as described above, and the description is omitted here.
破断判定値算出手段４は、上記破断判定値算出工程Ｓ３を実行可能な手段であればよく、マスターカーブ決定手段２や材質パラメータ算出手段３と同様、公知の演算装置を用いることができる。破断判定値算出手段４においては、算出された材質パラメータ値が、近似マスターカーブに係る関数の材質パラメータ値として代入されることにより、破断判定値が算出される。具体的な計算内容については上記した通りであり、ここでは説明を省略する。 The fracture determination value calculation means 4 may be any means capable of executing the fracture determination value calculation step S3, and a known arithmetic device can be used in the same manner as the master curve determination means 2 and the material parameter calculation means 3. In the fracture determination value calculating means 4, the calculated material parameter value is substituted as the material parameter value of the function related to the approximate master curve, thereby calculating the fracture determination value. The specific calculation contents are as described above, and the description is omitted here.
尚、本発明では、マスターカーブ決定手段２、材質パラメータ算出手段３、及び破断判定値算出手段４を別個とする必要はなく、すなわち、一の演算装置を当該手段２、３及び４として機能させてもよい。 In the present invention, the master curve determining means 2, the material parameter calculating means 3, and the fracture determination value calculating means 4 do not need to be separately provided, that is, one arithmetic device is caused to function as the means 2, 3, and 4. May be.
以上のように、予測システム１０においては、データベース１、マスターカーブ決定手段２、材質パラメータ算出手段３、及び破断判定値算出手段４を機能させて上記工程Ｓ１〜Ｓ３を実行することにより、破断判定値が未算出である鋼種におけるスポット溶接部について、破断判定値を精度良く予測することができる。 As described above, in the prediction system 10, the database 1, the master curve determination unit 2, the material parameter calculation unit 3, and the fracture determination value calculation unit 4 function to execute the above-described steps S <b> 1 to S <b> 3. For spot welds in steel types whose values have not been calculated, the fracture determination value can be predicted with high accuracy.
４．スポット溶接部を備えた部材の製造方法
第３実施形態に係る本発明は、上記第１実施形態に係る本発明の破断判定値の予測方法により予測された破断判定値を用いて有限要素法解析を行い、解析結果に基づいて部材のスポット溶接部の大きさ及び／又は打点間隔を決定し、該決定された大きさ及び／又は打点間隔にしたがって部材をスポット溶接する工程を備える、スポット溶接部を備えた部材の製造方法である。当該製造方法によれば、溶接ナゲット径や打点位置を適切なものとすることができる。本発明に係る製造方法により製造された部材は、例えば、自動車の構造部材として用いることができ、自動車の衝突変形中における溶接部破断を抑制し、適切にエネルギーを吸収すること可能である。
4). Manufacturing method of member having spot welded portion The present invention according to the third embodiment is based on the finite element method analysis using the fracture determination value predicted by the fracture determination value prediction method of the present invention according to the first embodiment. A spot welded portion comprising a step of determining the size and / or the spot spacing of the spot welded portion of the member based on the analysis result, and spot welding the member according to the determined size and / or spotted spacing It is a manufacturing method of the member provided with. According to the manufacturing method, the weld nugget diameter and the hit point position can be made appropriate. The member manufactured by the manufacturing method according to the present invention can be used, for example, as a structural member of an automobile, and can suppress the welding portion breakage during collision deformation of the automobile and appropriately absorb energy.
以下、実施例により、本発明に係る破断判定値の予測方法について、より詳しく説明する。 Hereinafter, the method for predicting a fracture determination value according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.
マスターカーブ決定工程Ｓ１は、上記に説明した通りのものとし、近似マスターカーブとしてｍ１〜ｍ３を得た。 Master curve determining step S1 is assumed of as explained above, to give the m 1 ~m 3 as an approximation master curve.
評価対象となる鋼種の材質パラメータの算出にあたり、当該鋼種の機械的特性及び化学成分を特定した。具体的には下記の通りである。
破断伸びＥｌ：３０％
引張強さＴＳ：６２７ＭＰａ
溶接金属部の硬さＨｖ：３８０
炭素成分量Ｃ：０．０７質量％
マンガン成分量Ｍｎ：２．４４質量％
In calculating the material parameters of the steel type to be evaluated, the mechanical properties and chemical components of the steel type were specified. Specifically, it is as follows.
Elongation at break El: 30%
Tensile strength TS: 627 MPa
Hardness Hv of weld metal part: 380
Carbon component amount C: 0.07% by mass
Manganese component amount Mn: 2.44 mass%
材質パラメータ算出工程Ｓ２は、上記特定した評価対象種の機械的特性及び化学成分を、上記式（１）〜（３）に代入することにより行った。算出された材質パラメータは、ParamEb＝８６．４、ParamEh＝１４２．５、ParamSh＝９２２であった。 The material parameter calculation step S2 was performed by substituting the mechanical characteristics and chemical components of the specified evaluation target species into the above formulas (1) to (3). The calculated material parameters were ParamEb = 86.4, ParamEh = 142.5, ParamSh = 922.
破断判定値算出工程Ｓ３は、算出された評価対象となる鋼種の材質パラメータを、上記式（４）〜（６）に代入することにより行った。算出された破断判定値は、CrEb＝０．２５、CrEh＝０．１１、CrSh＝８２７となった。
また、従来の方法により算出された破断判定値は、CrEb＝０．２６、CrEh＝０．１０、CrSh＝８００となった。
The fracture determination value calculation step S3 was performed by substituting the calculated material parameters of the steel type to be evaluated into the above formulas (4) to (6). The calculated fracture determination values were CrEb = 0.25, CrEh = 0.11 and CrSh = 827.
The fracture determination values calculated by the conventional method were CrEb = 0.26, CrEh = 0.10, and CrSh = 800.
実施例により算出された破断判定値と、従来の方法（スポット溶接継手の引張試験やＦＥＭ解析を用いた破断判定値算出プロセス）により算出された破断判定値とを比較したところ、実施例により算出された破断判定値と従来の方法により算出された破断判定値とがほぼ一致した。すなわち、本発明によれば、破断判定値が未算出の鋼種についても、破断判定値算出プロセスを省略して、破断判定値を精度よく予測できることが分かった。 When the fracture determination value calculated according to the example was compared with the fracture determination value calculated by a conventional method (a fracture determination value calculation process using a tensile test of a spot welded joint or FEM analysis), the calculation was performed according to the example. The determined fracture judgment value and the fracture judgment value calculated by the conventional method almost coincided. That is, according to the present invention, it was found that the fracture judgment value calculation process can be omitted and the fracture judgment value can be accurately predicted even for a steel type whose fracture judgment value has not been calculated.
本発明によれば、スポット溶接部を備えた各種部材のＦＥＭ解析時に用いられるスポット溶接部の破断判定値を、精度良く予測することができる。これにより、ＦＥＭ解析の際、個別に破断判定値算出プロセスを行う必要がなくなり、労力を低減することができる。本発明により予測された破断判定値は、例えば、自動車衝突性能試験におけるＦＥＭ解析の際に用いることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fracture | rupture judgment value of the spot weld part used at the time of FEM analysis of the various members provided with the spot weld part can be estimated with sufficient accuracy. As a result, it is not necessary to individually perform the fracture determination value calculation process in the FEM analysis, and labor can be reduced. The fracture determination value predicted according to the present invention can be used, for example, in FEM analysis in an automobile collision performance test.
Claims (4)
あらかじめ破断判定値が算出された複数の鋼種について、該破断判定値を、該鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、該破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定工程と、
評価対象となる鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により、該評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出工程と、
前記マスターカーブ決定工程により決定された前記近似マスターカーブと前記材質パラメータ算出工程により算出された前記評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出工程と、
を備える、破断判定値の予測方法。 A method for predicting a fracture judgment value used when carrying out a fracture prediction of a spot weld by a finite element method analysis,
For a plurality of steel types for which fracture determination values have been calculated in advance, the fracture determination values are summarized for each material parameter specified by the mechanical properties and / or chemical composition of the steel types, and the fracture determination value is determined from the distribution of the fracture determination values. A master curve determination step for determining an approximate master curve of
A material parameter calculating step of calculating a material parameter of the steel type to be evaluated according to mechanical characteristics and / or chemical components of the steel type to be evaluated;
Using the approximate master curve determined in the master curve determination step and the material parameter of the steel type to be evaluated calculated in the material parameter calculation step, the fracture determination value of the steel type to be evaluated is calculated. Rupture judgment value calculation step;
A method for predicting a fracture determination value.
ＨＡＺ部分の破断判定値の予測に用いられる前記材質パラメータが、鋼種の機械的特性及び化学成分により特定・算出されるものであり、
ナゲット部分の破断判定値の予測に用いられる前記材質パラメータが、鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により特定・算出されるものである、
請求項１に記載の破断判定値の予測方法。 The material parameter used for predicting the fracture judgment value of the base metal part is specified and calculated by the mechanical characteristics and chemical composition of the steel type,
The material parameter used for predicting the fracture judgment value of the HAZ part is specified and calculated by the mechanical characteristics and chemical composition of the steel type,
The material parameter used for predicting the fracture judgment value of the nugget part is specified and calculated by the mechanical characteristics and / or chemical composition of the steel type.
The method for predicting a fracture determination value according to claim 1.
複数の鋼種の破断判定値を蓄積したデータベースと、
前記データベースから選択された複数の前記破断判定値を、機械的特性及び／又は化学成分により特定される材質パラメータ毎にまとめ、該破断判定値の分布から破断判定値の近似マスターカーブを決定する、マスターカーブ決定手段と、
評価対象となる鋼種の機械的特性及び／又は化学成分により、該評価対象となる鋼種の材質パラメータを算出する、材質パラメータ算出手段と、
前記マスターカーブ決定手段により決定された前記近似マスターカーブと前記材質パラメータ算出手段により算出された前記評価対象となる鋼種の材質パラメータとを用いて、該評価対象となる鋼種の破断判定値を算出する、破断判定値算出手段と、
を備える、破断判定値の予測システム。 A prediction system for a fracture judgment value used when performing fracture prediction of a spot weld by finite element analysis,
A database that accumulates fracture judgment values for multiple steel types;
Summarizing the plurality of fracture determination values selected from the database for each material parameter specified by mechanical properties and / or chemical components, and determining an approximate master curve of the fracture determination values from the distribution of the fracture determination values, Master curve determination means,
A material parameter calculating means for calculating a material parameter of the steel type to be evaluated according to mechanical characteristics and / or chemical components of the steel type to be evaluated;
Using the approximate master curve determined by the master curve determining means and the material parameter of the steel type to be evaluated calculated by the material parameter calculating means, the fracture determination value of the steel type to be evaluated is calculated. Rupture determination value calculating means;
A fracture prediction value prediction system comprising:
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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