JP6070514B2 - Fatigue life prediction method of laser lap weld joint - Google Patents
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Description
本発明は、有限要素法を用いたレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法に関する。 The present invention relates to a fatigue life prediction method for a laser lap weld joint using a finite element method.
レーザ溶接は主に生産コスト上のメリットから自動車車体の一部に組立て溶接法として適用されている。
一般に溶接箇所の強度評価を行う有力な手段として有限要素法を用いることが挙げられる。
例えば、特許文献１には自動車車体のスポット溶接部の疲労寿命予測法が述べられている。特許文献１においては、スポット溶接部の有限要素法解析用シェルモデルを形成し、荷重データを与えることで有限要素法弾性解析を行い、スポット溶接部の６分力と節点変位を求めている。
Laser welding is applied as an assembly welding method to parts of automobile bodies mainly because of the merit of production cost.
In general, a finite element method is used as an effective means for evaluating the strength of a welded portion.
For example, Patent Document 1 describes a fatigue life prediction method for a spot welded portion of an automobile body. In Patent Document 1, a finite element method analysis shell model of a spot welded part is formed, and finite element method elastic analysis is performed by giving load data to obtain the six component forces and the nodal displacement of the spot welded part.
また、特許文献２においては、建設機械のフロント構造物等における疲労寿命を推定する方法に関し、有限要素法で求めた応力値を部材S-N線図に代入して求める際、溶接形状によって変化する切欠き係数で前記応力値を補正することが述べられている。
そして、特許文献２では、構造物の応力集中部における局所形状に応じて設定された応力集中率と構造物の疲労寿命評価線図をあらかじめ記憶し、この溶接集中率と疲労寿命評価線図、および有限要素法による応力解析値に基づいて各局所形状に対応した疲労寿命を評価するとしている。有限要素法による応力解析値は隅肉溶接、突合せ溶接の溶接止端部に相当する位置のシェル要素の応力としている。
Patent Document 2 relates to a method for estimating the fatigue life of a front structure or the like of a construction machine. When the stress value obtained by the finite element method is substituted into a member SN diagram, It is stated that the stress value is corrected by a notch coefficient.
And in patent document 2, the stress concentration rate set according to the local shape in the stress concentration part of a structure and the fatigue life evaluation diagram of a structure are memorized beforehand, this welding concentration rate and the fatigue life evaluation diagram, The fatigue life corresponding to each local shape is evaluated based on the stress analysis value by the finite element method. The stress analysis value by the finite element method is the stress of the shell element at the position corresponding to the weld toe of fillet welding or butt welding.
特許文献１、２に記載の方法は、疲労き裂の発生位置をＴ字、十字、突合せ継手の溶接止端部としたものであり、本発明が対象とする上下の板が重ね合わさって接触しているところの板表面から亀裂が生じるレーザ重ね溶接継手にそのまま適用することはできない。 In the methods described in Patent Documents 1 and 2, the fatigue crack generation position is a T-shaped, cross, and weld toe of a butt joint, and the upper and lower plates targeted by the present invention are overlapped and contacted. It cannot be applied as it is to a laser lap weld joint in which a crack is generated from the plate surface.
また、発明者の知る限り、レーザ重ね溶接継手の有限要素法を用いた疲労寿命予測方法について開示した文献はない。
そこで、本発明は、有限要素法を用いてレーザ重ね溶接継手の応力分布を精度良く求め、該応力分布に基づいて疲労寿命を予測する方法を提供することを目的とする。
In addition, as far as the inventor is aware, there is no document that discloses a fatigue life prediction method using a finite element method of a laser lap weld joint.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for accurately obtaining a stress distribution of a laser lap weld joint using a finite element method and predicting a fatigue life based on the stress distribution.
発明者は、有限要素法を用いたレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法について鋭意検討した結果、以下の点を見出した。
有限要素法を用いた疲労寿命予測は、評価対象について弾性構造解析を行って応力分布を求め、該応力分布に基づいて応力の最大値を求め、該応力の最大値を弾性構造解析で与えた解析荷重で割って、単位荷重あたりの評価応力最大値を求め、当該単位荷重あたりの評価応力最大値に、疲労試験における荷重振幅を乗算して、当該疲労試験における評価応力振幅を求めて予測するものである。
このような疲労寿命予測をレーザ溶接について行う場合、レーザ溶接部の端部において応力が最大値となる場合があり、このような端部の応力も正確に求めることが、正確な疲労寿命予測をする上で肝要である。
しかしながら、レーザ重ね溶接継手について有限要素法解析によって得られるレーザ溶接部の端部の応力は、メッシュ寸法に依存しており、そのため疲労寿命予測もメッシュ寸法によって予測値が異なってしまうという問題があった。
この点について発明者は、メッシュ寸法に依存することなく、溶接部の端部の応力を正確に求める方法として、後述するとおり、レーザ溶接部の端部を除いた評価応力分布を取得して、該取得した評価応力分布からレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めればよいことを知見した。
As a result of intensive studies on a method for predicting the fatigue life of a laser lap weld joint using the finite element method, the inventors have found the following points.
For fatigue life prediction using the finite element method, the elastic structure analysis was performed on the evaluation object to obtain the stress distribution, the maximum value of the stress was obtained based on the stress distribution, and the maximum value of the stress was given by the elastic structure analysis. Divide by the analytical load to obtain the maximum value of the evaluation stress per unit load, multiply the evaluation stress maximum value per unit load by the load amplitude in the fatigue test, and calculate and predict the evaluation stress amplitude in the fatigue test Is.
When such fatigue life prediction is performed for laser welding, the stress may become the maximum value at the end of the laser weld. Accurate fatigue life prediction can be achieved by accurately obtaining such stress at the end. It is important to do.
However, the stress at the end of the laser weld obtained by the finite element method analysis for laser lap weld joints depends on the mesh size, and therefore there is a problem that the predicted value for fatigue life prediction also differs depending on the mesh size. It was.
In this regard, the inventors obtained the evaluation stress distribution excluding the end of the laser weld as described later, as a method for accurately obtaining the stress at the end of the weld without depending on the mesh size, It has been found that the evaluation stress at the end of the laser weld may be obtained by extrapolation from the acquired evaluation stress distribution.
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。 The present invention has been made based on such knowledge, and specifically comprises the following configuration.
（１）本発明に係るレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法は、有限要素法によるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法であって、
レーザ重ね溶接継手を構成する上下の金属板とレーザ溶接部の解析モデルを作成する解析モデル作成工程と、
前記解析モデルに解析荷重を与えて弾性構造解析を行い、前記金属板をモデル化した要素と前記レーザ溶接部をモデル化した要素の共有節点の位置で、前記金属板の要素とレーザ溶接部との表面の応力を算出する弾性構造解析工程と、
算出された前記応力から評価応力を求め、レーザ溶接部の端部を除いた評価応力分布を取得する評価応力分布取得工程と、
該取得した評価応力分布からレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めて、溶接部全長の評価応力分布を作成し、前記端部以外にも最大値となり得る評価応力を含む前記溶接部全長の評価応力分布に基づいて評価応力の前記最大値を取得する最大評価応力取得工程と、
前記最大評価応力取得工程で取得した前記評価応力の最大値を前記解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値と、前記解析モデルに対応する試験片に繰返し荷重を与えて疲労試験を行ったときにおける荷重振幅を乗算して、評価応力振幅として取得する評価応力振幅取得工程と、
該取得した評価応力振幅と、前記レーザ溶接継手の疲労試験を行って求めた荷重振幅と繰り返し回数との関係を表すグラフにおける前記荷重振幅を表す軸を評価応力振幅を表す軸に置き換えて得た疲労寿命線図とに基づいて、疲労寿命を予測する疲労寿命予測工程と、
を有することを特徴とするものである。
(1) A fatigue life prediction method for a laser lap weld joint according to the present invention is a fatigue life prediction method for a laser lap weld joint by a finite element method,
An analytical model creation process for creating an analytical model of the upper and lower metal plates and laser welds constituting the laser lap weld joint,
An analysis load is applied to the analysis model to perform an elastic structure analysis, and the element of the metal plate and the laser welded portion are arranged at the position of the common node of the element modeling the metal plate and the element modeling the laser welded portion. Elastic structure analysis step for calculating the stress of the surface of
An evaluation stress distribution obtaining step of obtaining an evaluation stress from the calculated stress and obtaining an evaluation stress distribution excluding an end portion of the laser weld,
An evaluation stress distribution of the entire length of the welded portion is obtained by extrapolating the evaluation stress of the laser welded portion from the obtained evaluated stress distribution, and the welded portion including the evaluated stress that can be the maximum value other than the end portion. and the maximum rated stress obtaining step of obtaining the maximum value of the evaluation stress based on the evaluation stress distribution of the total length,
Fatigue test by applying a repeated load to the test piece corresponding to the evaluation stress maximum value per unit load obtained by dividing the maximum value of the evaluation stress acquired in the maximum evaluation stress acquisition step by the analysis load An evaluation stress amplitude acquisition step of acquiring the evaluation stress amplitude by multiplying the load amplitude when
Obtained by replacing the axis representing the load amplitude in the graph representing the relationship between the obtained evaluation stress amplitude and the load amplitude obtained by conducting a fatigue test of the laser welded joint and the number of repetitions with an axis representing the evaluation stress amplitude A fatigue life prediction process for predicting fatigue life based on the fatigue life diagram ;
It is characterized by having.
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記各共有節点の評価応力は、前記共有節点につながる前記要素毎に得られる主応力のうち、絶対値が最大のものであることを特徴とするものである。 (2) Moreover, in the thing as described in said (1), the absolute value of the evaluation stress of each said common node is the largest among the main stress obtained for every said element connected to the said common node. It is a feature.
本発明においては、有限要素法によるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法であって、レーザ重ね溶接継手を構成する上下の金属板とレーザ溶接部の解析モデルを作成する解析モデル作成工程と、前記解析モデルに解析荷重を与えて弾性構造解析を行い、前記金属板をモデル化した要素と前記レーザ溶接部をモデル化した要素の共有節点の位置で、前記金属板の要素とレーザ溶接部との表面の応力を算出する弾性構造解析工程と、算出された前記応力から評価応力を求め、レーザ溶接部の端部を除いた評価応力分布を取得する評価応力分布取得工程と、該取得した評価応力分布からレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めて、溶接部全長の評価応力分布を作成し、前記端部以外にも最大値となり得る評価応力を含む前記溶接部全長の評価応力分布に基づいて評価応力の前記最大値を取得する最大評価応力取得工程と、前記最大評価応力取得工程で取得した前記評価応力の最大値を前記解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値と、前記解析モデルに対応する試験片に繰返し荷重を与えて疲労試験を行ったときにおける荷重振幅を乗算して、評価応力振幅として取得する評価応力振幅取得工程と、該取得した評価応力振幅と、前記レーザ溶接継手の疲労試験を行って求めた荷重振幅と繰り返し回数との関係を表すグラフにおける前記荷重振幅を表す軸を評価応力振幅を表す軸に置き換えて得た疲労寿命線図とに基づいて、疲労寿命を予測する疲労寿命予測工程と、を有することにより、レーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測を可能にするとともに、解析荷重を与えた場合におけるレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めることで、解析モデルの要素のメッシュ寸法によらず精度良くレーザ重ね溶接継手の溶接部全長の評価応力分布を取得することができ、該取得した評価応力分布に基づくことで、高精度の疲労寿命予測を行うことができる。 In the present invention, a method for predicting the fatigue life of a laser lap weld joint by a finite element method, the analysis model creating step of creating an analysis model of the upper and lower metal plates and laser welds constituting the laser lap weld joint, An analysis load is applied to the analysis model to perform an elastic structure analysis, and the element of the metal plate and the laser welded portion are located at the shared node position of the element modeling the metal plate and the element modeling the laser welded portion. An elastic structure analysis step for calculating the surface stress, an evaluation stress distribution acquisition step for obtaining an evaluation stress distribution from the calculated stress and obtaining an evaluation stress distribution excluding an end portion of the laser weld, and the acquired evaluation stress The evaluation stress at the end of the laser weld is obtained by extrapolation from the distribution to create an evaluation stress distribution for the entire length of the weld, and the total length of the weld including the evaluation stress that can be the maximum value other than the end. A maximum evaluation stress acquisition step for acquiring the maximum value of the evaluation stress based on the valence stress distribution; and a unit load obtained by dividing the maximum value of the evaluation stress acquired in the maximum evaluation stress acquisition step by the analysis load. An evaluation stress amplitude acquisition step of acquiring an evaluation stress amplitude by multiplying the evaluation stress maximum value by a load amplitude when a fatigue test is performed by applying a repeated load to the test piece corresponding to the analysis model, and the acquired Fatigue life line obtained by replacing the axis representing the load amplitude in the graph representing the relationship between the evaluation stress amplitude and the load amplitude obtained by conducting a fatigue test of the laser welded joint and the number of repetitions with the axis representing the evaluation stress amplitude based on the figure, the fatigue life prediction step of predicting the fatigue life, by having, as well as allowing the fatigue life prediction of laser lap welding joint, the analysis load By obtaining the evaluation stress at the end of the laser welded part by extrapolation, it is possible to accurately obtain the evaluation stress distribution of the welded part overall length of the laser lap welded joint regardless of the mesh size of the element of the analysis model, Based on the acquired evaluation stress distribution, it is possible to predict fatigue life with high accuracy.
本発明は、弾性構造解析によりレーザ溶接部の表面の最大応力を求め、解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値が、弾性構造解析モデルに対応させた試験片に実際の繰返し荷重（荷重振幅）を与えて疲労試験を行ったときの実際に作用する応力と相関する（比例関係にある）との知見により、単位荷重あたりの表面応力最大値と前記疲労試験における荷重振幅とを乗算して得た評価応力振幅により、疲労限界を予測可能とするものである。
本発明の一実施の形態に係るレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法は、解析モデル作成工程と、弾性構造解析工程と、評価応力分布取得工程と、最大評価応力取得工程と、評価応力振幅取得工程と、疲労寿命予測工程と有している。
以下に、上記各工程について詳細に説明する。
なお、以下の説明では、図２に示すレーザ重ね溶接継手４を例に挙げる。レーザ重ね溶接継手４は、２枚の金属薄板（上板１と下板３）を重ね合わせてレーザ溶接したものである。
The present invention obtains the maximum stress on the surface of a laser weld by elastic structure analysis, and the evaluation stress maximum value per unit load obtained by dividing by the analytical load is actually repeated on the test piece corresponding to the elastic structure analysis model. Based on the knowledge that it correlates (is in a proportional relationship) with the stress that actually acts when a fatigue test is performed with a load (load amplitude) applied, the maximum value of the surface stress per unit load and the load amplitude in the fatigue test The fatigue limit can be predicted by the evaluation stress amplitude obtained by multiplying.
The fatigue life prediction method for a laser lap weld joint according to an embodiment of the present invention includes an analysis model creation step, an elastic structure analysis step, an evaluation stress distribution acquisition step, a maximum evaluation stress acquisition step, and an evaluation stress amplitude acquisition. A process and a fatigue life prediction process.
Below, each said process is demonstrated in detail.
In the following description, the laser lap weld joint 4 shown in FIG. 2 is taken as an example. The laser lap weld joint 4 is obtained by laminating two metal thin plates (upper plate 1 and lower plate 3) and performing laser welding.
＜解析モデル作成工程＞
解析モデル作成工程は、レーザ重ね溶接継手４を構成する上板１と下板３とレーザ溶接部７の解析モデルを作成する工程である。図３に、作成した解析モデルの一例を示す。なお、図３において、図２と同様のものには同一の符号を付している。
図３に示す解析モデル５はシェル要素で作成されており、上板１と下板３の向かい合った外表面を繋ぐようにレーザ溶接部７（溶接ビード）が形成されている。レーザ溶接は貫通溶接である。
図４は、レーザ溶接部７近傍を拡大したものである。図４に示すように、レーザ溶接部７は上板１および下板３に対して直立した板状とし、レーザ溶接部７の上部は上板１と、下部は下板３と、それぞれ共有節点を有している。
なお、シェル要素に厚さを設定することで、上板１及び下板３の板厚やレーザ溶接部７の幅を設定することができる。
<Analysis model creation process>
The analysis model creation step is a step of creating an analysis model of the upper plate 1, the lower plate 3, and the laser welded portion 7 constituting the laser lap weld joint 4. FIG. 3 shows an example of the created analysis model. In FIG. 3, the same components as those in FIG.
The analysis model 5 shown in FIG. 3 is created by a shell element, and a laser welded portion 7 (weld bead) is formed so as to connect the opposing outer surfaces of the upper plate 1 and the lower plate 3. Laser welding is through welding.
FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the laser weld 7. As shown in FIG. 4, the laser welded portion 7 has a plate shape upright with respect to the upper plate 1 and the lower plate 3, and the upper portion of the laser welded portion 7 is the upper plate 1, and the lower portion is the lower plate 3. have.
In addition, the thickness of the upper plate 1 and the lower plate 3 and the width of the laser welding portion 7 can be set by setting the thickness of the shell element.
＜弾性構造解析工程＞
弾性構造解析工程は、解析モデル５に解析荷重を与えて弾性構造解析を行い、上板１および下板３のシェル要素とレーザ溶接部７のシェル要素の共有節点の位置で、上板１および下板３のシェル要素とレーザ溶接部７との表面の応力を取得する工程である。
解析荷重の方向は引張方向や圧縮方向、捩り方向等、様々なものが選択できる。
このように、任意の解析荷重について弾性解析を行うのは次の理由からである。一般的に構造物に実際に作用する荷重は弾性範囲内であり、解析荷重を付与したときに発生する応力と、実際に荷重を付与したときに発生する応力は比例関係にある。そのため、解析荷重を付与したときに発生する応力を求めておけば、実際に作用する荷重を付与したときに発生する応力は容易に求められる。
<Elastic structure analysis process>
In the elastic structure analysis step, an analysis load is applied to the analysis model 5 to perform an elastic structure analysis. At the position of the common node between the shell elements of the upper plate 1 and the lower plate 3 and the shell elements of the laser welded portion 7, the upper plate 1 and This is a step of acquiring the surface stress between the shell element of the lower plate 3 and the laser welded portion 7.
Various analysis load directions such as a tensile direction, a compression direction, and a torsion direction can be selected.
Thus, the elastic analysis is performed for an arbitrary analysis load for the following reason. Generally, the load actually acting on the structure is within the elastic range, and the stress generated when the analytical load is applied and the stress generated when the load is actually applied are in a proportional relationship. Therefore, if the stress generated when the analytical load is applied is determined, the stress generated when the load that actually acts is applied can be easily determined.
＜評価応力分布取得工程＞
評価応力分布取得工程は、弾性構造解析工程で取得された応力から評価応力を求め、レーザ溶接部７の端部を除いた評価応力分布を取得する工程である。
ここで評価応力とは、弾性構造解析を行って得られる様々な応力（ｘ方向応力等）、あるいは、これらの応力に基づいて算出される応力（主応力、せん断応力、ミーゼス応力等）のうち、評価の対象となる応力のことをいう。評価応力は、破断の様式等に応じて決定する。例えば、レーザ溶接の場合、主応力方向に対して垂直（レーザ溶接部７の長手方向に平行）に亀裂が発生することから、本例においては主応力を評価応力とした。
なお、上述したとおり、一つの共有節点は上板１または下板３の複数の要素と共有されており、該共有節点につながる要素毎に共有節点位置（上板１または下板３の表面）での主応力が得られるが、そのうち絶対値が最大のものをその共有節点の評価応力とする。
<Evaluation stress distribution acquisition process>
The evaluation stress distribution acquisition step is a step of obtaining evaluation stress from the stress acquired in the elastic structure analysis step and acquiring the evaluation stress distribution excluding the end of the laser welded portion 7.
Here, the evaluation stress is a variety of stress (such as x-direction stress) obtained by performing elastic structure analysis, or stress (main stress, shear stress, Mises stress, etc.) calculated based on these stresses. This refers to the stress subject to evaluation. The evaluation stress is determined according to the breaking mode and the like. For example, in the case of laser welding, a crack is generated perpendicular to the main stress direction (parallel to the longitudinal direction of the laser weld 7). Therefore, in this example, the main stress is set as the evaluation stress.
As described above, one shared node is shared with a plurality of elements of the upper plate 1 or the lower plate 3, and the shared node position (the surface of the upper plate 1 or the lower plate 3) for each element connected to the shared node. The stress with the largest absolute value is taken as the evaluation stress for the shared node.
図５は、図３のレーザ溶接部７の拡大図上に、レーザ溶接部７の節点毎の評価応力分布を図示したものである。図５においては、節点毎に下板３から上方に延びる線分を図示して該線分上に節点毎の評価応力の値をプロットしており、プロットの位置が高ければ（下板３から離れていれば）それだけ評価応力の値が大きいことを意味している。なお、図５の評価応力分布には端部の節点の応力値もプロットしている。
図５に示すように、端部の節点のひとつ内側の節点の評価応力が最大値となっている。
FIG. 5 illustrates the evaluation stress distribution for each node of the laser welded portion 7 on the enlarged view of the laser welded portion 7 in FIG. 3. In FIG. 5, a line segment extending upward from the lower plate 3 is illustrated for each node, and the value of the evaluation stress for each node is plotted on the line segment, and if the plot position is high (from the lower plate 3). This means that the value of the evaluation stress is large. Note that the stress values at the end nodes are also plotted in the evaluation stress distribution of FIG.
As shown in FIG. 5, the evaluation stress of the node inside one of the end nodes is the maximum value.
＜最大評価応力取得工程＞
最大評価応力取得工程は、評価応力分布取得工程で取得した評価応力分布からレーザ溶接部７の端部の評価応力を外挿により求めて、溶接部全長の評価応力分布を作成し、該溶接部全長の評価応力分布に基づいて評価応力の最大値を取得する工程である。
<Maximum evaluation stress acquisition process>
In the maximum evaluation stress acquisition step, the evaluation stress distribution at the end of the laser weld 7 is obtained by extrapolation from the evaluation stress distribution acquired in the evaluation stress distribution acquisition step, and an evaluation stress distribution of the entire length of the weld is created. This is a step of obtaining the maximum value of the evaluation stress based on the evaluation stress distribution of the full length.
評価応力の最大値を取得するのは、疲労破壊は応力集中する箇所から発生するため、疲労寿命の予測は評価応力の最大値に基づいて行うとよいためである。従って、疲労寿命の予測の精度を高めるためには、評価応力の最大値をより正確に求めることが必要である。
この点、以下において詳細に説明する。
The reason why the maximum value of the evaluation stress is obtained is that fatigue fracture occurs from a location where the stress is concentrated, and therefore the fatigue life is preferably predicted based on the maximum value of the evaluation stress. Therefore, in order to increase the accuracy of fatigue life prediction, it is necessary to more accurately determine the maximum value of the evaluation stress.
This point will be described in detail below.
図５の応力分布は、中央の節点の応力が最も小さく、中央から端部に行くほど節点の応力が徐々に増加して端部のひとつ内側の節点において最大値を示し、最端の節点は最大値よりも小さくなっている。
このように、最端の節点の応力値が低下する原因としては、最端以外の節点は両側に隣接する節点が存在し、これによって拘束されているのに対して、最端の節点は片側しか拘束されないためであると考えられる。
The stress distribution in FIG. 5 is that the stress at the center node is the smallest, the stress at the node gradually increases from the center to the end, and shows the maximum value at the node inside one end, and the end node is It is smaller than the maximum value.
As described above, the cause of the stress value of the endmost node being reduced is that the nodes other than the endmost are adjacent to each other and constrained by this, whereas the endmost node is on one side. It is thought that it is because it is only restrained.
このように、最端の節点の一つ内側の節点の応力が最大となる場合、解析モデルのメッシュの大きさ（メッシュ寸法）によって応力の最大値の位置が変わり、それ故に応力分布が変わることになる。
一般にメッシュ寸法は解析を行う技術者によって最適のものに決定されるため、技術者ごと、あるいは解析モデルごとにメッシュ寸法が変わることが考えられ、画一的な寿命予測を行うことができない。
In this way, when the stress at the node inside one of the extreme end nodes is maximum, the position of the maximum stress value changes depending on the mesh size (mesh size) of the analysis model, and therefore the stress distribution changes. become.
In general, the mesh size is determined to be optimum by the engineer who performs the analysis. Therefore, it is conceivable that the mesh size changes for each engineer or each analysis model, and uniform life prediction cannot be performed.
なお、メッシュ寸法を統一することが考えられるが、メッシュ寸法は溶接継手部のみならず溶接継手部を含む構造体全体を考慮して決定されるため、溶接継手部に最適となるメッシュ寸法に統一して、例えばメッシュ寸法を小さく設定すると、解析に莫大な時間がかかってしまうため好ましくない。 Although it is conceivable to unify the mesh size, the mesh size is determined in consideration of not only the welded joint part but also the entire structure including the welded joint part, so the mesh size that is optimal for the welded joint part is unified. For example, if the mesh size is set small, the analysis takes an enormous amount of time, which is not preferable.
そこで発明者は、メッシュ寸法に依存することなく、溶接端部近傍の節点の応力値を正確に取得する方法について検討をした。
メッシュ寸法を小さくすればするほどより現物に近い解析が可能となると考えられるところ、メッシュ寸法を小さくすると端部のひとつ内側の節点の位置が最端の節点に近づくとともに、その応力値は次第に増加する。従って、メッシュ寸法を極限まで小さくすれば、端部のひとつ内側の節点の位置はほぼ最端となり、その応力値は最大となる。
この点に着目したところ、最端近傍の応力値は、最端以外の節点の応力値に基づいて、最端の節点位置まで増加する曲線を描き、該曲線から推測する、すなわち外挿によって求めればよいという知見が得られた。
Therefore, the inventor examined a method for accurately obtaining the stress value of the node near the weld end without depending on the mesh size.
The smaller the mesh size, the closer to the actual analysis will be possible. However, when the mesh size is reduced, the position of one node inside the end approaches the endmost node, and the stress value gradually increases. To do. Therefore, if the mesh size is reduced to the limit, the position of the node inside one of the end portions is almost the extreme end, and the stress value becomes the maximum.
Focusing on this point, the stress value in the vicinity of the extreme end is drawn based on the stress value of the node other than the extreme end, and a curve increasing up to the extreme end node position is estimated, that is, obtained by extrapolation. The knowledge that it should have been obtained.
上述したとおり、評価応力分布取得工程で取得した評価応力分布における端部の評価応力値は正確なものではないため、本工程では、評価応力の最大値を求めるのに先立って、端部の評価応力を外挿により求め、溶接部全長に亘ってより正確な評価応力分布を作成する。
端部の評価応力を外挿により求めるとは、端部以外の評価応力に基づいて作成される近似曲線Ｌを作成し、近似曲線Ｌの端部の応力値を求めることである。こうすることで、メッシュ寸法の大きさに依らず、端部の評価応力を精度よく求めることができる。この点については、後述する実施例で実証している。
As described above, since the evaluation stress value of the end portion in the evaluation stress distribution acquired in the evaluation stress distribution acquisition step is not accurate, this step evaluates the end portion before obtaining the maximum value of the evaluation stress. Stress is obtained by extrapolation, and a more accurate evaluation stress distribution is created over the entire length of the weld.
Obtaining the evaluation stress at the end by extrapolation means creating an approximate curve L created based on the evaluation stress other than at the end and obtaining the stress value at the end of the approximate curve L. By doing so, the evaluation stress at the end can be accurately obtained regardless of the size of the mesh size. This is demonstrated in the examples described later.
図１は、図５に示す評価応力分布図に基づいて作成した、レーザ溶接部７の全長に亘る評価応力分布図である。レーザ溶接部７端部の評価応力は外挿により求めている。
このようにして作成されたレーザ溶接部７全長に亘る評価応力分布から、評価応力の最大値を取得する。
図１より、レーザ溶接部７の端部の評価応力値が最大であった。なお、図１に示すように、通常はレーザ溶接部７の端部の評価応力値が最大となるが、レーザ溶接部７の形状や荷重の与え方等によっては端部以外において最大値となることもあり得る。
FIG. 1 is an evaluation stress distribution diagram that is created based on the evaluation stress distribution diagram shown in FIG. The evaluation stress at the end of the laser weld 7 is obtained by extrapolation.
The maximum value of the evaluation stress is acquired from the evaluation stress distribution over the entire length of the laser weld 7 thus created.
From FIG. 1, the evaluation stress value at the end of the laser welded portion 7 was the maximum. As shown in FIG. 1, the evaluation stress value at the end of the laser welded portion 7 is normally the maximum, but depending on the shape of the laser welded portion 7 and the way of applying the load, the evaluation stress value is at the maximum other than the end portion. It can happen.
＜評価応力振幅取得工程＞
評価応力振幅取得工程は、最大評価応力取得工程で取得した評価応力の最大値を、弾性構造解析工程で解析モデル５に与えた解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値と、疲労試験において解析モデル５に対応する試験片に繰返し荷重を与えたときの荷重振幅との積を求め、評価応力振幅として取得する工程である。
例えば、評価応力の最大値が50MPa、解析荷重が100N、荷重振幅が1kNである場合、評価応力振幅は、500MPa（＝50MPa／100N×1kN）である。
<Evaluation stress amplitude acquisition process>
The evaluation stress amplitude acquisition step includes an evaluation stress maximum value per unit load obtained by dividing the maximum value of the evaluation stress acquired in the maximum evaluation stress acquisition step by the analysis load applied to the analysis model 5 in the elastic structure analysis step; In the fatigue test, it is a step of obtaining a product with a load amplitude when a repetitive load is applied to a test piece corresponding to the analysis model 5 and obtaining it as an evaluation stress amplitude.
For example, when the maximum value of the evaluation stress is 50 MPa, the analysis load is 100 N, and the load amplitude is 1 kN, the evaluation stress amplitude is 500 MPa (= 50 MPa / 100 N × 1 kN).
＜疲労寿命予測工程＞
疲労寿命予測工程は、評価応力振幅取得工程で取得した評価応力振幅と、あらかじ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工程である。
疲労寿命線図とは、評価応力振幅と繰返し回数の関係をグラフ化したものである。
疲労寿命線図は、例えば、実際に継手試験片で疲労試験を行って荷重振幅（応力振幅）と繰返し回数との関係のグラフを求め、該グラフの荷重振幅を表す軸を、評価応力振幅を表す軸に置き換えることによって得ることができる。
なお、疲労寿命線図を求める具体例および疲労寿命予測工程の具体例については後述する。
<Fatigue life prediction process>
The fatigue life prediction step is a step of predicting the fatigue life based on the evaluation stress amplitude acquired in the evaluation stress amplitude acquisition step and a fatigue life diagram prepared in advance.
The fatigue life diagram is a graph showing the relationship between the evaluation stress amplitude and the number of repetitions.
A fatigue life diagram is obtained by, for example, actually performing a fatigue test on a joint specimen to obtain a graph of the relationship between the load amplitude (stress amplitude) and the number of repetitions. The axis representing the load amplitude of the graph is the evaluation stress amplitude. Can be obtained by substituting the axis to represent.
A specific example for obtaining the fatigue life diagram and a specific example of the fatigue life prediction step will be described later.
以上のように、本実施の形態においては、解析荷重を与えたときのレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めるようにしたので、解析モデルの要素のメッシュ寸法によらず精度良くレーザ重ね溶接継手の溶接部全長の評価応力分布を取得することができ、該取得した評価応力分布に基づくことで、高精度の疲労寿命予測を行うことができる。 As described above, in this embodiment, since the evaluation stress at the end of the laser welded portion when an analytical load is applied is obtained by extrapolation, the laser is accurately obtained regardless of the mesh size of the analysis model element. An evaluation stress distribution of the entire welded portion of the lap weld joint can be acquired, and a highly accurate fatigue life prediction can be performed based on the acquired evaluation stress distribution.
本発明のレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。 A specific experiment for confirming the effect of the fatigue life prediction method of the laser lap weld joint of the present invention was performed, and the result will be described below.
まず、実験の内容について概説する。
レーザ溶接部長さを10mmとした場合において、解析モデル作成工程、弾性構造解析工程、評価応力分布取得工程、最大評価応力取得工程を行い、評価応力の最大値を取得した。
この際、メッシュ寸法を変更して解析を行い、レーザ溶接部７の端部の評価応力を外挿によって求めるときのメッシュ寸法による影響を調査した。
First, the contents of the experiment will be outlined.
When the laser weld length was 10 mm, an analysis model creation step, an elastic structure analysis step, an evaluation stress distribution acquisition step, and a maximum evaluation stress acquisition step were performed to acquire the maximum value of the evaluation stress.
At this time, the analysis was performed by changing the mesh size, and the influence of the mesh size when the evaluation stress at the end of the laser weld 7 was obtained by extrapolation was investigated.
次に、上記解析モデル５と同様の試験片を作成し、実際に疲労試験を行ってS-N曲線を求め、該S-N曲線と上記取得した評価応力の最大値とに基づいて、疲労寿命線図（評価応力振幅と疲労寿命の関係図）を作成した。 Next, a test piece similar to the analysis model 5 is prepared, and an actual fatigue test is performed to obtain an SN curve. Based on the SN curve and the obtained maximum value of the evaluation stress, a fatigue life diagram ( (Relationship diagram between evaluation stress amplitude and fatigue life).
さらに、レーザ溶接部長さを15mmした場合において、評価応力の最大値を求め、該求めた評価応力の最大値と上記作成した疲労寿命線図とに基づいて、レーザ溶接部７に振幅荷重1.3kNを与えた場合の疲労寿命を予測した（解析モデル作成工程、弾性構造解析工程、評価応力分布取得工程、最大評価応力取得工程、評価応力振幅取得工程、疲労寿命予測工程を実施した）。 Further, when the length of the laser weld is 15 mm, the maximum value of the evaluation stress is obtained, and the amplitude load of 1.3 kN is applied to the laser weld 7 based on the obtained maximum value of the evaluation stress and the prepared fatigue life diagram. Fatigue life was predicted when an analysis was given (an analysis model creation step, an elastic structure analysis step, an evaluation stress distribution acquisition step, a maximum evaluation stress acquisition step, an evaluation stress amplitude acquisition step, and a fatigue life prediction step were performed).
以下、図６〜図１０に基づいて詳細に説明する。
まず、レーザ溶接部長さを10mmとした場合において、評価応力の最大値の取得について詳細に説明する。
上板１及び下板３は、板厚0.7mmの薄板（幅40mm、全長145mm）とした。レーザ溶接は溶接長さ10mmで引張り荷重方向と直角になるように貫通溶接を行った。
解析荷重は100Nの引張り荷重とし、解析モデル５は、メッシュ寸法として0.5mm、1mm、1.25mmおよび2.5mmの４種類を作成した。要素はシェル要素とし、評価応力は主応力とした。
Hereinafter, it demonstrates in detail based on FIGS.
First, acquisition of the maximum value of the evaluation stress will be described in detail when the laser weld length is 10 mm.
The upper plate 1 and the lower plate 3 were thin plates having a thickness of 0.7 mm (width 40 mm, total length 145 mm). Laser welding was performed through welding so that the weld length was 10mm and perpendicular to the direction of tensile load.
The analytical load was a tensile load of 100 N, and the analytical model 5 was prepared with four types of mesh sizes of 0.5 mm, 1 mm, 1.25 mm, and 2.5 mm. The element was a shell element and the evaluation stress was the principal stress.
図６に、評価応力分布取得工程の結果としての、４種類の解析モデル５毎の評価応力分布を示す。図６において、縦軸が評価応力(MPa)を表し、横軸が溶接開始端からの距離(mm)を表している。図６において、○印がメッシュ寸法0.5mmの解析モデル５、▲印がメッシュ寸法1mmの解析モデル５、◇印がメッシュ寸法1.25mmの解析モデル５、＊印がメッシュ寸法2.5mmの解析モデル５における評価応力分布のプロットである。なお、図６において、レーザ溶接部７の端部（溶接開始端からの距離0mm及び10mm）は節点の拘束状態がレーザ溶接部内部と異なり応力低下をきたすため、当該プロットを除外している。 FIG. 6 shows evaluation stress distributions for each of the four types of analysis models 5 as a result of the evaluation stress distribution acquisition step. In FIG. 6, the vertical axis represents the evaluation stress (MPa), and the horizontal axis represents the distance (mm) from the welding start end. In FIG. 6, ○ indicates an analysis model 5 having a mesh size of 0.5 mm, ▲ indicates an analysis model 5 having a mesh size of 1 mm, ◇ indicates an analysis model 5 having a mesh size of 1.25 mm, and * indicates an analysis model 5 having a mesh size of 2.5 mm. It is a plot of evaluation stress distribution in. In FIG. 6, the end of the laser welded portion 7 (distances 0 mm and 10 mm from the welding start end) is different from the inside of the laser welded portion in the restrained state of the nodes, and therefore the plot is excluded.
図６に示す通り、各評価応力分布は良く一致しているが、評価応力分布（○印、▲印、◇印、＊印のプロット）毎に最大値が異っている。例えばメッシュ寸法0.5mmの解析モデル５（○印参照）における評価応力の最大値は、溶接開始端からの距離0.5mm及び9.5mmにおいて約60MPaであるのに対して、メッシュ寸法1mmの解析モデル５（▲印参照）における評価応力の最大値は、溶接開始端からの距離1mm及び9mmにおいて約53MPaである。このように、評価応力分布取得工程を行っただけでは、評価応力の最大値がメッシュ寸法に依存することになり、正確に疲労寿命を予測することができない。 As shown in FIG. 6, the evaluation stress distributions are in good agreement, but the maximum values are different for each evaluation stress distribution (plots marked with ◯, ▲, ◇, *). For example, in the analysis model 5 with a mesh size of 0.5 mm (see circles), the maximum value of the evaluation stress is about 60 MPa at distances of 0.5 mm and 9.5 mm from the welding start end, whereas the analysis model 5 with a mesh size of 1 mm. The maximum value of the evaluation stress in (▲) is about 53 MPa at distances of 1 mm and 9 mm from the welding start end. Thus, only by performing the evaluation stress distribution acquisition step, the maximum value of the evaluation stress depends on the mesh size, and the fatigue life cannot be accurately predicted.
そこで、主応力データ点数が少ないメッシュ寸法2.5mmを除く、メッシュ寸法0.5mm、1mm、および1.25mmの主応力分布データに対して最も近似度合が高い４次多項式の近似曲線L0.5、L1、L1.25を求め、該各近似曲線に基づいて、レーザ溶接部７の端部（溶接開始端からの距離0mm及び10mm）の評価応力を求めた（外挿）。その結果、いずれのメッシュ寸法においてもレーザ溶接部７の端部での評価応力は約70MPaであり、ほぼ一致した。なお、いずれのメッシュ寸法の解析モデル５においても、レーザ溶接部７の端部での評価応力が最大値であった。
このように、外挿をすることによって、評価応力の最大値をメッシュ寸法に依らず、精度よく求めることができる。
Therefore, the approximate curve L 0.5 , L 1 , which is the highest degree of approximation for the principal stress distribution data of mesh size 0.5mm, 1mm and 1.25mm, excluding the mesh size 2.5mm with few principal stress data points, L 1.25 was determined, and the evaluation stress of the end portion of the laser welded portion 7 (distances 0 mm and 10 mm from the welding start end) was determined based on the approximate curves (extrapolation). As a result, the evaluation stress at the end portion of the laser welded portion 7 was about 70 MPa and almost coincided with each other in any mesh size. In any analysis model 5 with any mesh size, the evaluation stress at the end of the laser weld 7 was the maximum value.
Thus, by extrapolating, the maximum value of the evaluation stress can be obtained with high accuracy regardless of the mesh size.
次に、疲労寿命線図の作成方法の一例について説明する。
疲労試験は、解析モデル５と同様の試験片について、油圧サーボ試験機を用いて、荷重比（＝最小荷重／最大荷重）Rを0.1、繰返し速度を20Hzとして行った。
図７に荷重振幅（最大荷重−最小荷重）と疲労寿命の関係、すなわち荷重振幅と繰返し回数との関係を示す。図７において、縦軸が荷重振幅(kN)を表し、横軸が繰返し回数(Cycles)を表している。
Next, an example of a method for creating a fatigue life diagram will be described.
The fatigue test was performed on a test piece similar to the analysis model 5 using a hydraulic servo tester with a load ratio (= minimum load / maximum load) R of 0.1 and a repetition rate of 20 Hz.
FIG. 7 shows the relationship between the load amplitude (maximum load-minimum load) and the fatigue life, that is, the relationship between the load amplitude and the number of repetitions. In FIG. 7, the vertical axis represents the load amplitude (kN), and the horizontal axis represents the number of repetitions (Cycles).
疲労寿命線図は、荷重振幅を評価応力に換算して、横軸が繰り返し回数(Cycles)を表し、縦軸が評価応力振幅(MPa)を表わすグラフにプロットし直すことで作成される。
例えば、図７において、解析荷重が100Nに対して発生する最大の評価応力が図６より70MPaであるので、荷重振幅が1.5kNを示すプロットの場合、発生する評価応力の振幅（評価応力振幅）は1050MPa(＝70MPa／100N×1.5kN)となる。同様に、図７における他のプロットについても換算を行う。
図７の各プロットの換算値に基づいて作成された疲労寿命線図を図８に示す。
The fatigue life diagram is created by converting the load amplitude into an evaluation stress and plotting it again on a graph in which the horizontal axis represents the number of repetitions (Cycles) and the vertical axis represents the evaluation stress amplitude (MPa).
For example, in FIG. 7, since the maximum evaluation stress generated for an analysis load of 100 N is 70 MPa from FIG. 6, when the load amplitude is a plot showing 1.5 kN, the amplitude of the evaluation stress generated (evaluation stress amplitude) Is 1050 MPa (= 70 MPa / 100 N × 1.5 kN). Similarly, conversion is performed for the other plots in FIG.
FIG. 8 shows a fatigue life diagram created based on the converted values of the plots in FIG.
次に、上記作成した疲労寿命線図に基づいて、レーザ溶接部長さを15mmとし、荷重振幅を1.3kNとしたときの疲労寿命予測を行った結果について説明する。
図９はレーザ溶接部長さ15mmの溶接継手に対して100Nの引張り荷重を負荷したときの評価応力分布である。溶接端における評価応力は上記実施の形態で説明したように外挿によって求めた結果45MPaであった。
荷重振幅が1.3kNであるので、評価応力振幅は585MPa(＝45MPa／100N×1.3kN)である。
従って評価応力振幅585MPaの場合の疲労寿命は、図８から154900Cyclesと予測される。
Next, based on the prepared fatigue life diagram, the results of fatigue life prediction when the laser weld length is 15 mm and the load amplitude is 1.3 kN will be described.
FIG. 9 is an evaluation stress distribution when a tensile load of 100 N is applied to a welded joint having a laser weld length of 15 mm. The evaluation stress at the weld end was 45 MPa as a result of extrapolation as described in the above embodiment.
Since the load amplitude is 1.3 kN, the evaluation stress amplitude is 585 MPa (= 45 MPa / 100 N × 1.3 kN).
Therefore, the fatigue life when the evaluation stress amplitude is 585 MPa is predicted to be 154900 Cycles from FIG.
図１０は上記予測値（本発明例）と、レーザ溶接部長さ15mmの溶接継手について作成した試験片の疲労試験結果を比較したものである。図１０において、縦軸が荷重振幅(kN)を表し、横軸が繰返し回数(Cycles)を表しており、■印は本発明の予測結果である荷重振幅1.3kNでの疲労寿命154900Cyclesの例を、△印は実際の疲労試験結果をそれぞれ表している。
図１０に示すように、本発明例は、疲労試験結果のばらつき範囲内となっており、良好な予測精度となっていることが確認された。
FIG. 10 compares the predicted value (example of the present invention) with the fatigue test result of a test piece prepared for a welded joint having a laser weld length of 15 mm. In FIG. 10, the vertical axis represents the load amplitude (kN), the horizontal axis represents the number of repetitions (Cycles), and ■ indicates an example of a fatigue life of 154900 Cycles at a load amplitude of 1.3 kN, which is a prediction result of the present invention. The △ and △ marks represent actual fatigue test results, respectively.
As shown in FIG. 10, it was confirmed that the example of the present invention is within a variation range of the fatigue test results and has a good prediction accuracy.
上記では、レーザ溶接部長さ10mmの場合においては、外挿によって求めたレーザ溶接部７の端部の評価応力に基づいて、疲労寿命線図を作成した。そして、レーザ溶接部長さ15mmの場合においては、外挿によって求めたレーザ溶接部７の端部の評価応力および前記疲労寿命線図に基づいて求めた疲労寿命の予測値が良好な精度であった。
以上のことから、疲労寿命を予測する上で、レーザ溶接部７の端部の評価応力を外挿によって求めることが有用であることが実証された。
In the above, in the case of the laser welded part length of 10 mm, the fatigue life diagram was created based on the evaluation stress at the end of the laser welded part 7 obtained by extrapolation. In the case of a laser welded part length of 15 mm, the estimated stress of the end of the laser welded part 7 obtained by extrapolation and the predicted value of the fatigue life obtained based on the fatigue life diagram were of good accuracy. .
From the above, it was proved that it is useful to extrapolate the evaluation stress at the end of the laser weld 7 in predicting the fatigue life.
なお、上記ではシェル要素によって解析モデル５を作成する例を示したが、本発明における要素の種類はこれに限らず、例えばソリッド要素であってもよい。 Although an example in which the analysis model 5 is created using shell elements has been described above, the type of element in the present invention is not limited to this, and may be, for example, a solid element.
上記では、荷重振幅が一定であるものを例に挙げたが、荷重振幅は変動するものであってもよい。この場合、評価応力振幅は例えば、繰返し荷重のうちの複数のピーク荷重に基づいて算出する。
具体的には、次のようにして求める。解析荷重を与えたときに算出された評価応力の最大値を構造解析で用いた解析荷重で割って商を求め、継手に与えられる繰返し荷重でのピーク荷重それぞれに対する荷重に前記商を掛けてピーク荷重時それぞれにおける評価応力最大値を求める。ピーク荷重と次のピーク荷重に対する評価応力最大値の変動を評価応力振幅とする。
In the above, the case where the load amplitude is constant has been described as an example, but the load amplitude may be varied. In this case, the evaluation stress amplitude is calculated based on, for example, a plurality of peak loads among the repeated loads.
Specifically, it calculates | requires as follows. Divide the maximum value of the evaluation stress calculated when applying the analytical load by the analytical load used in the structural analysis to obtain the quotient, and multiply the load for each peak load in the repeated load applied to the joint by the above quotient. Obtain the maximum evaluation stress value at each load. The fluctuation of the evaluation stress maximum value with respect to the peak load and the next peak load is defined as an evaluation stress amplitude.
１ 上板
３ 下板
４ レーザ重ね溶接継手
５ 解析モデル
７ レーザ溶接部
1 Upper plate 3 Lower plate 4 Laser lap weld joint 5 Analysis model 7 Laser weld
Claims (2)
レーザ重ね溶接継手を構成する上下の金属板とレーザ溶接部の解析モデルを作成する解析モデル作成工程と、
前記解析モデルに解析荷重を与えて弾性構造解析を行い、前記金属板をモデル化した要素と前記レーザ溶接部をモデル化した要素の共有節点の位置で、前記金属板の要素とレーザ溶接部との表面の応力を算出する弾性構造解析工程と、
算出された前記応力から評価応力を求め、レーザ溶接部の端部を除いた評価応力分布を取得する評価応力分布取得工程と、
該取得した評価応力分布からレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めて、溶接部全長の評価応力分布を作成し、前記端部以外にも最大値となり得る評価応力を含む前記溶接部全長の評価応力分布に基づいて評価応力の前記最大値を取得する最大評価応力取得工程と、
前記最大評価応力取得工程で取得した前記評価応力の最大値を前記解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値と、前記解析モデルに対応する試験片に繰返し荷重を与えて疲労試験を行ったときにおける荷重振幅を乗算して、評価応力振幅として取得する評価応力振幅取得工程と、
該取得した評価応力振幅と、前記レーザ溶接継手の疲労試験を行って求めた荷重振幅と繰り返し回数との関係を表すグラフにおける前記荷重振幅を表す軸を評価応力振幅を表す軸に置き換えて得た疲労寿命線図とに基づいて、疲労寿命を予測する疲労寿命予測工程と、
を有することを特徴とするレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法。 A fatigue life prediction method of a laser lap weld joint by a finite element method,
An analytical model creation process for creating an analytical model of the upper and lower metal plates and laser welds constituting the laser lap weld joint,
An analysis load is applied to the analysis model to perform an elastic structure analysis, and the element of the metal plate and the laser welded portion are arranged at the position of the common node of the element modeling the metal plate and the element modeling the laser welded portion. Elastic structure analysis step for calculating the stress of the surface of
An evaluation stress distribution obtaining step of obtaining an evaluation stress from the calculated stress and obtaining an evaluation stress distribution excluding an end portion of the laser weld,
An evaluation stress distribution of the entire length of the welded portion is obtained by extrapolating the evaluation stress of the laser welded portion from the obtained evaluated stress distribution, and the welded portion including the evaluated stress that can be the maximum value other than the end portion. and the maximum rated stress obtaining step of obtaining the maximum value of the evaluation stress based on the evaluation stress distribution of the total length,
Fatigue test by applying a repeated load to the test piece corresponding to the evaluation stress maximum value per unit load obtained by dividing the maximum value of the evaluation stress acquired in the maximum evaluation stress acquisition step by the analysis load An evaluation stress amplitude acquisition step of acquiring the evaluation stress amplitude by multiplying the load amplitude when
Obtained by replacing the axis representing the load amplitude in the graph representing the relationship between the obtained evaluation stress amplitude and the load amplitude obtained by conducting a fatigue test of the laser welded joint and the number of repetitions with an axis representing the evaluation stress amplitude A fatigue life prediction process for predicting fatigue life based on the fatigue life diagram ;
A method for predicting the fatigue life of a laser lap weld joint, characterized by comprising:
うち、絶対値が最大のものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ重ね溶接継手の
疲労寿命予測方法。 2. The fatigue life of a laser lap weld joint according to claim 1, wherein the evaluation stress of each shared node has a maximum absolute value among principal stresses obtained for each of the elements connected to the shared node. Prediction method.
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