JP7059665B2 - Material property data calculation method, material property data calculation program, and material property data calculation device - Google Patents
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Description
本発明は、スポット溶接のシミュレーションにおける材料特性データの計算に関し、より詳しくは異種の材料を組み合わせたスポット溶接で適切な解析シミュレーションを可能とする材料特性データの計算に関する。 The present invention relates to the calculation of material property data in a spot welding simulation, and more particularly to the calculation of material property data that enables appropriate analysis simulation in spot welding in which different materials are combined.
自動車の車体等、各種工業部材における金属材料同志の接合ではスポット溶接が広く利用されている。近年、例えば自動車車体に使用される鋼板には軟鋼板、高張力鋼板、ホットスタンプ鋼板等があり、このような種類の異なる様々な強度の鋼板の組み合わせで溶接することが多くなっている。 Spot welding is widely used for joining metal materials together in various industrial parts such as automobile bodies. In recent years, for example, steel sheets used for automobile bodies include mild steel sheets, high-strength steel sheets, hot-stamped steel sheets, and the like, and welding is often performed by combining different types of steel sheets of various strengths.
このようなスポット溶接において、実際に溶接することにより溶接条件や継手強度を確かめつつ最適値を決めることもできるが、そうすると時間がかかり手間も大きい。そこで近年では溶接条件及び継手強度の検討のためにFEM解析シミュレーションが有効に用いられている。 In such spot welding, it is possible to determine the optimum value while confirming the welding conditions and joint strength by actually welding, but doing so takes time and effort. Therefore, in recent years, FEM analysis simulation has been effectively used for studying welding conditions and joint strength.
例えば非特許文献1には、電場-温度場-応力場の増分連成解析手法に基づくスポット溶接解析システムに関して開示されている。これによれば、めっき鋼板を対象に溶接ナゲット形成を精度良く推定し、更に、溶融金属が鋼板外へ飛散するスパッタ発生の予測も可能である。
For example, Non-Patent
非特許文献2には、スポット溶接シミュレーションで計算した溶融部混合率を使い、スポット溶接継手の常温引張強度解析に設定する材料特性データを導出する方法が開示されている。これによれば、スポット溶接継手の破断を精度良く予測できる。 Non-Patent Document 2 discloses a method of deriving material property data set in a room temperature tensile strength analysis of a spot welded joint by using a melted portion mixing ratio calculated by a spot weld simulation. According to this, the fracture of the spot welded joint can be predicted with high accuracy.
特許文献1には、鋼板への加圧力と鋼板界面である圧接部の接触圧からスパッタ発生を予測する技術が開示されている。これによればスパッタ発生を予測することができるとともに、溶接部の強度が最大となりつつも溶接に要するエネルギー効率が良好になるような溶接条件を求めることができる。
しかしながら、非特許文献1及び特許文献1では、異種鋼材を組み合わせて溶接する場合を対象とした溶融ナゲットの材料特性データの共有化について考慮していない。
However, Non-Patent
非特許文献2には上記のように、スポット溶接シミュレーションで計算した溶融部混合率を使い、スポット溶接継手の常温引張強度解析に設定する材料特性データを導出する方法が開示されている。
ここで、スポット溶接シミュレーションとは電場-温度場-応力場連成解析によるスポット溶接の通電加熱プロセスと冷却プロセスを模擬した温度依存のFEM解析である。一方、スポット溶接継手の常温引張強度解析とは、溶接後のスポット溶接継手の引張試験を模擬した常温条件下でのFEM解析である。
従って、非特許文献2では溶融部混合率をスポット溶接シミュレーション内で利用する方法に関しては述べられていない。
As described above, Non-Patent Document 2 discloses a method of deriving material property data set in the room temperature tensile strength analysis of a spot welded joint by using the melted portion mixing ratio calculated by the spot weld simulation.
Here, the spot welding simulation is a temperature-dependent FEM analysis simulating the energization heating process and the cooling process of spot welding by an electric field-temperature field-stress field coupled analysis. On the other hand, the room temperature tensile strength analysis of a spot welded joint is an FEM analysis under normal temperature conditions simulating a tensile test of a spot welded joint after welding.
Therefore, Non-Patent Document 2 does not describe a method of using the melted portion mixing ratio in the spot welding simulation.
溶融ナゲット内で材料はほぼ均質に溶融しているため、本来は溶融ナゲットとして1つの共有化した材料特性データを用いることが望ましい。ところが従来の技術では、このような共有化が図られていないため、溶接部を構成するそれぞれの異種の鋼板の材料特性データで溶融ナゲット内を解析することになり、実態と差が生じるおそれがある。 Since the material is melted almost uniformly in the molten nugget, it is originally desirable to use one shared material property data as the molten nugget. However, in the conventional technique, such sharing is not achieved, so that the inside of the molten nugget is analyzed with the material property data of each different type of steel sheet constituting the welded portion, which may cause a difference from the actual situation. be.
そこで本発明は上記問題点に鑑み、異なる材質の材料を接合対象としたスポット溶接シミュレーションを行う場合でも適正な解析結果を得ることができる材料特性データ計算方法を提供することを課題とする。また、そのための材料特性データ計算プログラム、及び、材料特性データ計算装置を提供する。 Therefore, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a material property data calculation method capable of obtaining an appropriate analysis result even when a spot welding simulation is performed on materials of different materials. Further, a material property data calculation program for that purpose and a material property data calculation device are provided.
溶接部を構成する鋼板の溶融ナゲット内での比率(溶融部混合率)は組み合わせた材質の種類、溶接条件により変化し、単純に鋼板の板厚比で決まるものではない。例えば、非特許文献2に記載のように、軟鋼材と比較して高強度材は電気抵抗率が高く溶融ナゲットの成長が速くなり溶融部混合率が高くなることが知られている。
そこで、発明者は鋭意検討の結果、スポット溶接の通電加熱プロセスの解析で計算した溶融体積比から溶融ナゲットの材料特性データを導出し、スポット溶接の冷却プロセスにおける温度依存の応力解析に活用することに着想し、これを具体化して本発明を完成させた。以下本発明について説明する。
The ratio of the steel plate constituting the welded portion in the molten nugget (melted portion mixing ratio) varies depending on the type of combined material and welding conditions, and is not simply determined by the plate thickness ratio of the steel plate. For example, as described in Non-Patent Document 2, it is known that a high-strength material has a higher electrical resistivity than a mild steel material, a faster growth of a molten nugget, and a higher melting portion mixing ratio.
Therefore, as a result of diligent studies, the inventor derived material property data of the molten nugget from the molten volume ratio calculated in the analysis of the energization heating process of spot welding, and utilized it for temperature-dependent stress analysis in the cooling process of spot welding. The present invention was completed by embodying this idea. Hereinafter, the present invention will be described.
本発明の1つの態様は、異なる材質の材料を接合するスポット溶接において加熱、溶融、冷却までの一貫プロセスを模擬した数値解析シミュレーションをする際の材料特性データを計算する方法であって、加熱及び溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出する液相率算出処理と、最大液相率から材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求める溶融混合率算出処理と、溶融混合率と材料ごとの材料特性データから冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する溶融ナゲット材料特性データ算出処理と、を含む、材料特性データ計算方法である。 One aspect of the present invention is a method of calculating material property data in a numerical analysis simulation simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding in which materials of different materials are joined, and is a method of calculating material property data. In the melting process, the liquid phase ratio calculation process that calculates the maximum liquid phase ratio from the temperature, solid phase line, and liquid phase line of the material, and the melt nugget volume for each material are calculated from the maximum liquid phase ratio to obtain the melt mixing ratio. A material characteristic data calculation method including a melt mixing ratio calculation process and a melt nugget material characteristic data calculation process for calculating the material characteristic data of the molten nugget used in the cooling process from the melt mixing ratio and the material characteristic data for each material. Is.
本発明の他の形態は、異なる材質の材料を接合するスポット溶接において加熱、溶融、冷却までの一貫プロセスを模擬した数値解析シミュレーションをする際の材料特性データを計算するプログラムであって、加熱及び溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出する液相率算出ステップと、最大液相率から材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求める溶融混合率算出ステップと、溶融混合率と材料ごとの材料特性データから冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する溶融ナゲット材料特性データ算出ステップと、を含む、材料特性データ計算プログラムである。 Another embodiment of the present invention is a program for calculating material property data in a numerical analysis simulation simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding in which materials of different materials are joined. In the melting process, the liquid phase ratio calculation step to calculate the maximum liquid phase ratio from the temperature, solid phase line, and liquid phase line of the material, and the melt nugget volume for each material are calculated from the maximum liquid phase ratio to obtain the melt mixing ratio. A material property data calculation program including a melt mixing ratio calculation step and a melt nugget material property data calculation step for calculating the material property data of the melt nugget used in the cooling process from the melt mixing rate and the material property data for each material. Is.
本発明の他の形態は、異なる材質の材料を接合するスポット溶接において加熱、溶融、冷却までの一貫プロセスを模擬した数値解析シミュレーションをする際の材料特性データを計算する装置であって、プログラムが記憶された記憶手段と、プログラムに基づいて演算を行う演算手段と、演算手段により演算された結果を表示する表示手段と、を備え、演算手段では、加熱及び溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出し、最大液相率から材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求め、溶融混合率と材料ごとの材料特性データから冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの材料特性データを算出する、材料特性データ計算装置である。 Another embodiment of the present invention is a device for calculating material property data when performing a numerical analysis simulation simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding in which materials of different materials are joined, and the program is used. It is provided with a stored storage means, a calculation means that performs a calculation based on a program, and a display means that displays the result calculated by the calculation means. In the calculation means, the temperature of the material in the heating and melting process, The maximum liquid phase ratio is calculated from the solid phase line and the liquid phase line, the melt nugget volume for each material is calculated from the maximum liquid phase ratio, the melt mixing ratio is obtained, and the cooling process is performed from the melt mixing ratio and the material property data for each material. It is a material property data calculation device that calculates the material property data of the molten nugget used in the inside.
本発明によれば、異なる材質の材料を接合するスポット溶接シミュレーションを行う場合でも、溶融ナゲット内の材料特性を1つの共有化した材料特性データを得られることができるので、より適正な解析結果を得ることができる。 According to the present invention, even when a spot welding simulation in which materials of different materials are joined is performed, it is possible to obtain material property data in which the material properties in the molten nugget are shared into one, so that more appropriate analysis results can be obtained. Obtainable.
図1は、スポット溶接の場面、及び、スポット溶接中における溶接部分を概略的に示した断面図である。ここでは種類が異なる2つの鋼板10、11が重ねられ、その一方面側と他方面側から2つの電極1により挟んでスポット溶接する場面を示している。ここで図1にAで示し部分が溶融部(溶融ナゲット)である。
このようなスポット溶接自体は公知の通りであり、溶接される複数の材料が重ねられ、これを2つの電極の間に挟んで押圧しつつ通電する。そして以下に示す形態は当該スポット溶接のシミュレーションに関する。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a scene of spot welding and a welded portion during spot welding. Here, a scene is shown in which two
Such spot welding itself is known, and a plurality of materials to be welded are stacked, and the material is energized while being sandwiched between two electrodes and pressed. The form shown below relates to the simulation of the spot welding.
図2にはスポット溶接シミュレーション方法S1の流れを示した。このスポット溶接シミュレーション方法S1に、材料特性データ計算方法S10が含まれている。 FIG. 2 shows the flow of the spot welding simulation method S1. The spot welding simulation method S1 includes a material property data calculation method S10.
スポット溶接シミュレーション方法S1では、通電加熱プロセスS2と、温度依存の応力解析を行う冷却プロセスS3とを含んでいる。従って、スポット溶接シミュレーション方法S1では鋼材を押圧して加熱、溶融、冷却までの一貫プロセスを模擬したシミュレーションである。シミュレーションはいわゆるFEM(有限要素)解析で行われることが好ましく、従って、適切な大きさの微小な要素(メッシュ)に分割された解析モデルにより行われる。
そして本形態ではスポット溶接シミュレーション方法S1は全体として、電場-温度場-応力場の連成解析により行われる。このような連成解析は公知の通りであり、例えば非特許文献1に記載のような手法をとることができる。
The spot welding simulation method S1 includes an energization heating process S2 and a cooling process S3 for performing temperature-dependent stress analysis. Therefore, the spot welding simulation method S1 is a simulation simulating an integrated process of pressing a steel material to heat, melt, and cool it. The simulation is preferably performed by so-called FEM (finite element) analysis, and therefore is performed by an analysis model divided into minute elements (mesh) of appropriate size.
And in this embodiment, the spot welding simulation method S1 is performed by the coupled analysis of the electric field-temperature field-stress field as a whole. Such coupled analysis is known, and for example, the method described in
本形態では、スポット溶接シミュレーション方法S1に、材料特性データ計算方法S10が含まれている。この計算により溶融ナゲット内における材料特性データの適正化が図られる。
材料特性データ計算方法S10は、図2からわかるように、液相率算出処理S11、溶融混合率算出処理S12、及び溶融ナゲット材料特性データ算出処理S13を有している。
以下各プロセスについて説明する。
In this embodiment, the spot welding simulation method S1 includes the material property data calculation method S10. By this calculation, the material property data in the molten nugget can be optimized.
As can be seen from FIG. 2, the material property data calculation method S10 includes a liquid phase ratio calculation process S11, a melt mixing rate calculation process S12, and a melt nugget material characteristic data calculation process S13.
Each process will be described below.
通電加熱プロセスS2では、重ねあわされた異なる種類の複数の鋼材に対して、スポット溶接を再現するように加熱条件を付与して溶融ナゲットの形成に関するシミュレーションを行う。 In the energization heating process S2, heating conditions are applied to a plurality of overlapping steel materials of different types so as to reproduce spot welding, and a simulation regarding the formation of a molten nugget is performed.
液相率算出処理S11は、通電加熱プロセスS2に含まれ、最大液相率を算出する処理である。最大液相率は各鋼板10、11の材料の温度、固相線、液相線から算出され、固相を0、液相を1、固相と液相間は近似により0~1の値とし、通電加熱プロセスS2中において、要素(メッシュ要素)毎にその最大値を保存する。
The liquid phase ratio calculation process S11 is included in the energization heating process S2 and is a process for calculating the maximum liquid phase ratio. The maximum liquid phase ratio is calculated from the temperature of the materials of the
溶融混合率算出処理S12は、通電加熱プロセス2の解析が終了した後に、液相率算出処理S11で算出した最大液相率から各鋼板10、11の溶融ナゲットの体積を計算し、溶融混合率を求める処理である。
各鋼板10、11について要素(メッシュ要素)毎に体積に最大液相率を乗じ、溶融ナゲット部における要素(メッシュ要素)の総和を溶融ナゲットの体積とする。
また、溶融混合率Rについては、鋼板10側の溶融ナゲット体積をV1、鋼板11側の溶融ナゲット体積をV2としたとき、鋼板10側の溶融混合率R1はV1/(V1+V2)、鋼板11側の溶融混合率R2はV2/(V1+V2)により得られる。
After the analysis of the energization heating process 2 is completed, the melt mixing ratio calculation process S12 calculates the volume of the molten nuggets of the
For each of the
Regarding the melt mixing ratio R, when the melt nugget volume on the
溶融ナゲット材料特性データ算出処理S13は、冷却プロセスS3における応力解析の前に、溶融ナゲットの材料特性データを算出する処理である。ここで算出される材料データが次の冷却プロセスS3における応力解析に用いられる。
溶融ナゲットの材料特性データとして、温度依存の応力-ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数がある。これに対して溶融ナゲット材料特性データ算出処理S13では、それぞれの材料特性データを、溶融混合率算出処理S12で得た溶融混合率を用いて各鋼板の材料特性データから線形混合近似により求める。
例えば、溶融ナゲットの熱伝導率λはλ1×R1+λ2×R2となる。ここで、λ1は鋼板10の熱伝導率、λ2は鋼板11の熱伝導率である。同様にして、他の材料特性データである温度依存の応力-ひずみ関係、密度、比熱、線膨張係数も溶融混合率に基づいて算出する。
The molten nugget material characteristic data calculation process S13 is a process of calculating the material characteristic data of the molten nugget before the stress analysis in the cooling process S3. The material data calculated here is used for stress analysis in the next cooling process S3.
Material property data of the molten nugget include temperature-dependent stress-strain relationship, thermal conductivity, density, specific heat, and coefficient of linear expansion. On the other hand, in the molten nugget material characteristic data calculation process S13, each material characteristic data is obtained by linear mixing approximation from the material characteristic data of each steel sheet using the melt mixing ratio obtained in the melt mixing ratio calculation process S12.
For example, the thermal conductivity λ of the molten nugget is λ 1 × R 1 + λ 2 × R 2 . Here, λ 1 is the thermal conductivity of the
冷却プロセスS3では、通電加熱プロセスS2で得られた溶融ナゲットに対して、温度依存の応力解析を行う。このとき、計算対象の要素(メッシュ要素)の最大液相率から溶融ナゲットか否かを判定し、必要に応じて溶融ナゲット材料特性データ算出処理S13で得た材料特性データを適用する。例えば、最大液相率が0.8以上であれば溶融ナゲットと判定し、その要素(メッシュ要素)では溶融ナゲット材料特性データ算出処理S13で得た材料特性データを用いて計算する。 In the cooling process S3, a temperature-dependent stress analysis is performed on the molten nugget obtained in the energization heating process S2. At this time, whether or not it is a molten nugget is determined from the maximum liquid phase ratio of the element (mesh element) to be calculated, and the material characteristic data obtained in the molten nugget material characteristic data calculation process S13 is applied as necessary. For example, if the maximum liquid phase ratio is 0.8 or more, it is determined to be a molten nugget, and the element (mesh element) is calculated using the material characteristic data obtained in the molten nugget material characteristic data calculation process S13.
以上のようなスポット溶接シミュレーション方法S1によれば、ここに含まれる材料特性データ計算方法S10により、異なる材質の材料を接合するスポット溶接シミュレーションを行う場合でも、溶融ナゲット内の材料特性を1つの共有化した材料特性データを得られることができるので、より適正な解析結果を得ることができる。
異なる材質の材料を接合するスポット溶接シミュレーションを行う場合、溶融ナゲット内はほぼ均質に溶融しているため、本来、溶融ナゲットとして共有化した材料特性データを用いることが望ましい。共有化を図らなければ、溶接ナゲットを構成するそれぞれの鋼板の材料特性データで溶接ナゲット内を解析することとなり、実態と差が生じるおそれがある。具体的には、ナゲット内でそれぞれの鋼板に対応する要素で応力分布が異なり応力コンター図の連続性が損なわれる。これに対して上記の材料特性データ計算方法S10により、溶融ナゲット内は共有化した1つの材料特性データを用いることができ、ナゲット内の応力コンター図は連続し適正な解析結果を得ることができる。
According to the spot welding simulation method S1 as described above, even when a spot welding simulation in which materials of different materials are joined is performed by the material property data calculation method S10 included therein, one material property in the molten nugget is shared. Since the material property data can be obtained, more appropriate analysis results can be obtained.
When performing a spot welding simulation in which materials of different materials are joined, it is desirable to use the material property data shared as the molten nugget because the inside of the molten nugget is melted almost uniformly. If sharing is not achieved, the inside of the weld nugget will be analyzed using the material property data of each steel plate constituting the weld nugget, which may differ from the actual situation. Specifically, the stress distribution differs depending on the element corresponding to each steel plate in the nugget, and the continuity of the stress contour diagram is impaired. On the other hand, according to the above-mentioned material property data calculation method S10, one shared material property data can be used in the molten nugget, and the stress contour diagram in the nugget can be continuously obtained to obtain an appropriate analysis result. ..
図3は、上記したスポット溶接シミュレーション方法S1に沿って具体的に演算を行う1つの形態にかかる材料特性データ計算装置20の構成を概念的に表した図である。材料特性データ計算装置20は、入力手段21、演算装置22、及び表示手段28を有している。そして演算装置22は、演算手段23、RAM24、記憶手段25、受信手段26、及び出力手段27を備えている。また、入力手段21にはキーボード21a、マウス21b、及び記憶媒体の1つとして機能する外部記憶装置21cが含まれている。
FIG. 3 is a diagram conceptually showing the configuration of the material property
演算手段23は、いわゆるCPU(中央演算子)により構成されており、上記した各構成部材に接続され、これらを制御することができる手段である。また、記憶媒体として機能する記憶手段25等に記憶された各種プログラム25aを実行し、これに基づいて上記したスポット溶接シミュレーション方法S1の各処理のためのデータ生成や鋼材データベース25bからのデータの選択をする手段として演算をおこなうのも演算手段23である。
The arithmetic means 23 is configured by a so-called CPU (central operator), and is a means that can be connected to each of the above-mentioned constituent members and can control them. Further,
RAM24は、演算手段23の作業領域や一時的なデータの記憶手段として機能する構成部材である。RAM24は、SRAM、DRAM、フラッシュメモリ等で構成することができ、公知のRAMと同様である。
The
記憶手段25は、各種演算の根拠となるプログラムやデータが保存される記憶媒体として機能する部材である。また記憶手段25には、プログラムの実行により得られた中間、最終の各種結果を保存することができてもよい。より具体的には記憶手段25には、プログラム25a、鋼材データベース25bが記憶(保存)されている。またその他情報も併せて保存されていてもよい。
The storage means 25 is a member that functions as a storage medium for storing programs and data that are the basis of various operations. Further, the storage means 25 may be able to store various intermediate and final results obtained by executing the program. More specifically, the storage means 25 stores (stores) the
ここで、保存されているプログラムには、上記したスポット溶接シミュレーション方法S1の各処理を演算する根拠となる溶接シミュレーションプログラムが含まれる。すなわち、溶接シミュレーションプログラムは、図2のフローに対応するように、通電加熱プロセス演算ステップと、温度依存の応力解析を行う冷却プロセス演算ステップとを含んでいる。このプログラムの具体的な演算内容は上記したスポット溶接シミュレーション方法S1で説明した通りである。 Here, the stored program includes a welding simulation program that is a basis for calculating each process of the spot welding simulation method S1 described above. That is, the welding simulation program includes an energization heating process calculation step and a cooling process calculation step for performing temperature-dependent stress analysis so as to correspond to the flow of FIG. The specific calculation contents of this program are as described in the above-mentioned spot welding simulation method S1.
そして溶接シミュレーションプログラムにはさらに、上記材料特性データ計算方法S10を具体的に演算するための根拠となる材料特性データ計算プログラムが含まれる。従って、材料特性データ計算プログラムは、液相率算出処理S11、溶融混合率算出処理S12、及び溶融ナゲット材料特性データ算出処理S13に対応した、液相率算出ステップ、溶融混合率算出ステップ、及び溶融ナゲット材料特性データ算出ステップを有している。このプログラムの具体的な演算内容は上記したスポット溶接シミュレーション方法S1で説明した通りである。 The welding simulation program further includes a material property data calculation program that is a basis for specifically calculating the material property data calculation method S10. Therefore, the material property data calculation program corresponds to the liquid phase ratio calculation process S11, the melt mixing rate calculation process S12, and the melt nugget material property data calculation process S13, and corresponds to the liquid phase ratio calculation step, the melt mixing rate calculation step, and the melting. It has a nugget material property data calculation step. The specific calculation contents of this program are as described in the above-mentioned spot welding simulation method S1.
鋼材データベース25bは、鋼材に関する物性値等の各特性が収納されたデータベースである。このデータベースからプログラムの求めに応じて必要なデータがプログラムに提供される。
The
受信手段26は、外部からの情報を演算装置22に適切に取り入れるための機能を有する構成部材であり、入力手段21が接続される。いわゆる入力ポート、入力コネクタ等もこれに含まれる。 The receiving means 26 is a component having a function for appropriately incorporating information from the outside into the arithmetic unit 22, and the input means 21 is connected to the receiving means 26. This includes so-called input ports, input connectors, and the like.
出力手段27は、得られた結果のうち外部に出力すべき情報を適切に外部に出力する機能を有する構成部材であり、モニター等の表示手段28や各種装置がここに接続される。いわゆる出力ポート、出力コネクタ等もこれに含まれる。 The output means 27 is a component having a function of appropriately outputting information to be output to the outside among the obtained results, and a display means 28 such as a monitor and various devices are connected thereto. This includes so-called output ports, output connectors, and the like.
入力装置21には、例えばキーボード21a、マウス21b、外部記憶装置21c等が含まれる。キーボード21a、マウス21bは公知のものを用いることができ、説明は省略する。
外部記憶装置21cは、公知の外部接続可能な記憶手段であり、記憶媒体としても機能する。ここには特に限定されることなく、必要とされる各種プログラム、データを記憶させておくことができる。例えば上記した記憶手段25と同様のプログラム、データがここに記憶されていても良い。
外部記憶装置21cとしては、公知の装置を用いることができる。これには例えばCD-ROM及びCD-ROMドライブ、DVD及びDVDドライブ、ハードディスク、各種メモリ等を挙げることができる。
The
The external storage device 21c is a known externally connectable storage means, and also functions as a storage medium. Various required programs and data can be stored here without particular limitation. For example, the same program and data as the above-mentioned storage means 25 may be stored here.
As the external storage device 21c, a known device can be used. Examples thereof include CD-ROMs and CD-ROM drives, DVDs and DVD drives, hard disks, various memories, and the like.
また、その他、ネットワークや通信により受信手段26を介して演算装置に情報が提供されてもよい。同様にネットワークや通信により出力手段27を介して外部の機器に情報を送信することができてもよい。 In addition, information may be provided to the arithmetic unit via the receiving means 26 via a network or communication. Similarly, information may be transmitted to an external device via the output means 27 via a network or communication.
このような材料特性データ計算装置20によれば、上記説明したスポット溶接シミュレーション方法S1を効率的に精度よく行なうことが可能となる。材料特性データ計算装置20としては例えばコンピュータを用いることができる。
According to such a material property
以下、実施例により、本発明に係る材料特性データ計算方法についてより詳しく説明する。 Hereinafter, the material property data calculation method according to the present invention will be described in more detail by way of examples.
評価対象とする鋼板の組み合わせは、第一材料が板厚2.0mmの980MPa級鋼板(以下「980材」と表記することがある。)、第二材料が板厚1.0mmの590MPa級鋼板(以下「590材」と表記することがある。)である。
溶接条件は、電極による加圧力が4.9kN、加熱のための通電の電流が7kA、その通電時間は16サイクル(周波数60Hz)、保持時間を40サイクルとした。シミュレーションは、電場-温度場-応力場の連成解析によりスポット溶接の通電加熱から冷却プロセスまでの一貫プロセスについてFEM解析シミュレーションを行った。結果を図4、図5に示す。
As for the combination of steel sheets to be evaluated, the first material is a 980 MPa class steel sheet with a plate thickness of 2.0 mm (hereinafter sometimes referred to as "980 material"), and the second material is a 590 MPa class steel sheet with a plate thickness of 1.0 mm. (Hereinafter, it may be referred to as "590 material".)
The welding conditions were that the pressing force by the electrodes was 4.9 kN, the energizing current for heating was 7 kA, the energizing time was 16 cycles (frequency 60 Hz), and the holding time was 40 cycles. For the simulation, FEM analysis simulation was performed for the integrated process from energization heating to cooling process of spot welding by coupled analysis of electric field-temperature field-stress field. The results are shown in FIGS. 4 and 5.
図4は実施例の結果であり、材料特性データ計算方法S10を用いて解析をした結果の冷却プロセス終了後の応力分布である。通電加熱プロセスの解析結果から溶融混合率は980材のR1:590材のR2=0.749:0.251となった。この溶融混合率を用いて温度依存の応力-ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数の各材料特性データを計算し、これらを溶融ナゲット内の材料特性データとして冷却プロセスの応力解析をして図4のコンターを得た。このコンターでは濃くなるに従って応力が高くなることを示している。
その結果、図4からわかるように溶融ナゲット内の応力コンターは連続しており、適正な解析結果を得ることができた。
FIG. 4 is the result of the example, and is the stress distribution after the completion of the cooling process as a result of the analysis using the material property data calculation method S10. From the analysis result of the energization heating process, the melt mixing ratio was R 1 : 590 material R 2 = 0.749: 0.251 of 980 material. Using this melt mixing ratio, each material property data of temperature-dependent stress-strain relationship, thermal conductivity, density, specific heat, and linear expansion coefficient is calculated, and these are used as material property data in the melt nugget for stress analysis of the cooling process. And obtained the contour shown in FIG. This contour shows that the stress increases as the density increases.
As a result, as can be seen from FIG. 4, the stress contours in the molten nugget are continuous, and an appropriate analysis result can be obtained.
一方、図5は比較例の結果であり、材料特性データ計算方法S10を用いることなく解析した結果の冷却プロセス終了後の応力分布のコンターである。
その結果、図5からわかるように溶融ナゲット内はほぼ均質に溶融しているにも関わらず、溶融ナゲット内に表れる応力コンターが不連続となり、実態とは異なる解析結果になった。
On the other hand, FIG. 5 is a result of a comparative example, and is a contour of the stress distribution after the completion of the cooling process as a result of analysis without using the material property data calculation method S10.
As a result, as can be seen from FIG. 5, although the inside of the molten nugget is melted almost uniformly, the stress contours appearing in the molten nugget become discontinuous, and the analysis result is different from the actual one.
1 電極
10 鋼材
11 鋼材
20 材料特性データ計算装置
21 入力手段
22 演算装置
23 演算手段
25 記憶手段
28 表示手段
A 溶融ナゲット
S1 スポット溶接シミュレーション方法
S2 通電加熱プロセス
S3 冷却プロセス
S10 材料特性データ計算方法
S11 液相率算出処理
S12 溶融混合率算出処理
S13 溶融ナゲット材料特性データ算出処理
1
Claims (3)
前記加熱及び前記溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出する液相率算出処理と、
前記最大液相率から前記材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求める溶融混合率算出処理と、
前記溶融混合率と前記材料ごとの温度依存の応力-ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数とから前記冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの温度依存の応力-ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数を算出する溶融ナゲット材料特性データ算出処理と、を含む、
材料特性データ計算方法。 It is a method to calculate material property data when performing temperature-dependent numerical analysis simulation simulating an integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding where materials of different materials are joined.
The liquid phase ratio calculation process for calculating the maximum liquid phase ratio from the temperature of the material, the solid phase line, and the liquid phase line in the heating and melting processes, and
The melt mixing ratio calculation process for calculating the melt nugget volume for each material from the maximum liquid phase ratio and obtaining the melt mixing ratio,
From the melt mixing ratio and the temperature-dependent stress-strain relationship, heat conductivity, density, specific heat, and linear expansion coefficient for each material, the temperature-dependent stress-strain relationship and heat conduction of the melt nugget used in the cooling process. Including molten nugget material property data calculation processing to calculate rate, density, specific heat, linear expansion coefficient ,
Material property data calculation method.
前記加熱及び前記溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出する液相率算出ステップと、
前記最大液相率から前記材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求める溶融混合率算出ステップと、
前記溶融混合率と前記材料ごとの温度依存の応力-ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数とから前記冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの温度依存の応力-ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数を算出する溶融ナゲット材料特性データ算出ステップと、を含む、
材料特性データ計算プログラム。 It is a program that calculates material property data when performing temperature-dependent numerical analysis simulation that simulates the integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding that joins materials of different materials.
The liquid phase ratio calculation step of calculating the maximum liquid phase ratio from the temperature of the material, the solid phase line, and the liquid phase line in the heating and melting processes, and
The melt mixing ratio calculation step of calculating the melt nugget volume for each material from the maximum liquid phase ratio and obtaining the melt mixing ratio,
From the melt mixing ratio and the temperature-dependent stress-strain relationship, heat conductivity, density, specific heat, and linear expansion coefficient for each material, the temperature-dependent stress-strain relationship and heat conduction of the melt nugget used in the cooling process. Includes a molten nugget material property data calculation step to calculate the rate, density, specific heat, and linear expansion coefficient .
Material property data calculation program.
プログラムが記憶された記憶手段と、
前記プログラムに基づいて演算を行う演算手段と、
前記演算手段により演算された結果を表示する表示手段と、を備え、
前記演算手段では、
前記加熱及び前記溶融のプロセス内で材料の温度、固相線、液相線から最大液相率を算出し、
前記最大液相率から前記材料ごとの溶融ナゲット体積を計算し溶融混合率を求め、
前記溶融混合率と前記材料ごとの温度依存の応力-ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数とから前記冷却のプロセス内で用いる溶融ナゲットの温度依存の応力-ひずみ関係、熱伝導率、密度、比熱、線膨張係数を算出する、
材料特性データ計算装置。 It is a device that calculates material property data when performing temperature-dependent numerical analysis simulation that simulates the integrated process from heating, melting, and cooling in spot welding that joins materials of different materials.
The storage means in which the program was stored and
An arithmetic means that performs an operation based on the program and
A display means for displaying the result calculated by the calculation means is provided.
In the calculation means,
The maximum liquid phase ratio is calculated from the temperature of the material, the solid phase line, and the liquid phase line in the heating and melting processes.
The melt nugget volume for each material was calculated from the maximum liquid phase ratio to obtain the melt mixing ratio.
From the melt mixing ratio and the temperature-dependent stress-strain relationship, thermal conductivity, density, specific heat, and coefficient of linear expansion of each material, the temperature-dependent stress-strain relationship and heat conduction of the molten nugget used in the cooling process. Calculate rate, density, specific heat, coefficient of linear expansion ,
Material property data calculator.
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