JP7506324B2 - Fracture prediction method, fracture prediction device, fracture prediction program, and recording medium - Google Patents

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本発明は、スポット溶接部で接合された部材の破断予測方法及び破断予測装置、並びに破断予測プログラム及び記録媒体に関するものである。 The present invention relates to a fracture prediction method and fracture prediction device for components joined at spot welds, as well as a fracture prediction program and a recording medium.

近年、自動車業界では、衝突時の衝撃を低減し得る車体構造の開発が急務の課題となっている。この場合、自動車の構造部材により衝撃エネルギーを吸収させることが重要である。自動車の衝突時の衝撃エネルギーを吸収させる主要構成は、プレス形成等で鋼板を成形した後、スポット溶接により部材を閉断面化した構造とされている。スポット溶接部は、衝突時の複雑な変形状態、負荷条件においても容易に破断することなく部材の閉断面を維持できるような強度を確保する必要がある。このような車体構造をシミュレーション上で検討、設計するためには、自動車の衝突シミュレーションにおいてスポット溶接部の破断を精度良く予測できることが必要である。 In recent years, the automotive industry has been faced with an urgent need to develop a body structure that can reduce the impact of a collision. In this case, it is important that the structural components of the vehicle absorb the impact energy. The main structure for absorbing the impact energy during a vehicle collision is a structure in which steel plates are formed by press forming or the like, and then the components are spot welded to create a closed cross section. The spot welds must be strong enough to maintain the closed cross section of the components without easily breaking even under the complex deformation and load conditions that occur during a collision. In order to study and design such vehicle body structures through simulation, it is necessary to be able to accurately predict the breakage of spot welds in vehicle collision simulations.

特許第4150383号公報Japanese Patent No. 4150383 特許第4133956号公報Japanese Patent No. 4133956 特許第4700559号公報Japanese Patent No. 4700559 特許第4418384号公報Patent No. 4418384 特許第6330967号公報Patent No. 6330967 特許第6202232号公報Japanese Patent No. 6202232

スポット溶接部の破断強度を簡易的に測定する方法として、せん断継手型、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が適用されている。せん断継手型試験は、試験片にせん断力が主に加わり破断に至る場合の強度を、十字継手型試験は、試験片に軸力が主に加わり破断に至る場合の強度を、L字継手型試験は、試験片にモーメントが主に加わり破断に至る場合の強度を測定する試験である。特許文献1~4では、それぞれの入力形態におけるスポット溶接部の破断を予測する方法が検討されている。 Tensile tests using shear joint, cross joint, and L-joint test pieces are used as a simple method for measuring the fracture strength of spot welds. The shear joint test measures the strength when the test piece is primarily subjected to shear force, leading to fracture. The cross joint test measures the strength when the test piece is primarily subjected to axial force, leading to fracture. The L-joint test measures the strength when the test piece is primarily subjected to moment, leading to fracture. Patent documents 1 to 4 discuss methods for predicting fracture of spot welds for each input format.

しかしながら、例えば自動車のフルビークルモデルにおける衝突変形を考えた場合に、部材には様々な入力荷重が加わり、複雑な変形をする。そのため、スポット溶接部に加わる入力も、せん断力、軸力、又はモーメントが単独で加わるものではなく、これら入力が複合的に加わっている。 However, when considering the collision deformation of a full vehicle model of an automobile, for example, various input loads are applied to the components, causing complex deformation. Therefore, the input applied to the spot weld is not a shear force, axial force, or moment applied alone, but a combination of these inputs.

例えば特許文献1,2,3では、十字型引張試験及びせん断型引張試験を基にスポット溶接部の破断を判定する方法が開示されており、特許文献4,5では、L字型引張試験を基にスポット溶接部破断を判定する方法が開示されている。しかしながら、軸力とせん断力が複合的に加わった場合や、更にモーメントが複合的に加わった場合についての技術は、未だ案出されていない現況にある。 For example, Patent Documents 1, 2, and 3 disclose methods for determining whether a spot weld has broken based on a cross tensile test and a shear tensile test, and Patent Documents 4 and 5 disclose methods for determining whether a spot weld has broken based on an L-shaped tensile test. However, no technology has yet been devised for cases where axial and shear forces are applied in combination, or where a moment is also applied in combination.

また、特許文献6には、スポット溶接に加わる荷重の方向に応じて、有効幅と呼ばれる破断予測に用いるパラメータ(部材形状に応じたスポット溶接部が荷重を受け持つ幅)を取得する方法が開示されている。しかしながら、これは飽くまで、部材形状に対して、スポット溶接部に加わる荷重の方向が変化した場合(例えば、部材の長手方向、短手方向等)に対応したものであって、スポット溶接部に加わる入力(軸力、せん断力、モーメント)が複合的に加わった場合についての技術は何等開示されていない。 Patent Document 6 also discloses a method for acquiring a parameter called effective width (the width at which a spot weld bears a load according to the component shape) used in fracture prediction depending on the direction of the load applied to the spot weld. However, this only deals with cases where the direction of the load applied to the spot weld changes depending on the component shape (for example, the longitudinal direction or lateral direction of the component), and does not disclose any technology for cases where a spot weld is subjected to a complex input (axial force, shear force, moment).

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測を高精度で正確に行うことができる破断予測方法及び破断予測装置、並びに破断予測プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a fracture prediction method and fracture prediction device, as well as a fracture prediction program and recording medium, that can accurately predict fracture of spot welds that model spot welds with high precision, for example when predicting the collision deformation of automobile components on a computer.

上記の課題を解決するため、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸様態に想到した。本発明の要旨は、以下の通りである。 In order to solve the above problems, we have intensively studied and come up with the following aspects of the invention. The gist of the present invention is as follows:

1.スポット溶接部で接合された部材について、前記部材が変形して前記スポット溶接部に荷重が加わり、破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測方法であって、
破断荷重時の前記スポット溶接部に加わる、第1破断値、第2破断値、及び第3破断値を取得する第1ステップと、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第1破断限界線として取得する第2ステップと、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第2破断限界線として取得する第3ステップと、
せん断力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第2破断値及び前記第3破断値のせん断力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第3破断限界線として取得する第4ステップと、
軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、少なくとも前記第1破断値及び前記第2破断値を含む限界線を第4破断限界線として取得する第5ステップと、
せん断力、軸力、及びモーメントの3軸と、前記第1破断限界線、前記第2破断限界線、前記第3破断限界線、及び前記第4破断限界線とで形成される立体空間の表面を破断限界面として取得する第6ステップと、
前記部材の変形シミュレーションにおいて、前記スポット溶接部に加わる算出軸力成分、算出せん断力成分、及び算出モーメント成分を取得する第7ステップと、
前記算出軸力成分、前記算出せん断力成分、及び前記算出モーメント成分を持つ算出破断点が前記破断限界面を超えているか否かにより、前記部材の前記スポット溶接部における破断の有無を判定する第8ステップと、
を含むことを特徴とする破断予測方法。
1. A method for predicting fracture of a spot weld in a case where members joined by a spot weld are deformed and a load is applied to the spot weld, leading to fracture, comprising:
A first step of acquiring a first breaking value, a second breaking value, and a third breaking value applied to the spot weld at a breaking load;
A second step of creating plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value on a plane having two axes of axial force and shear force, and acquiring a limit line including at least these two plot points as a first fracture limit line;
A third step of creating plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value on a plane having two axes of axial force and moment, and acquiring a limit line including at least these two plot points as a second fracture limit line;
A fourth step of creating plot points having shear force component values and moment component values of the second fracture value and the third fracture value on a plane having two axes of shear force and moment, and obtaining a limit line including at least these two plot points as a third fracture limit line;
A fifth step of acquiring a limit line including at least the first fracture value and the second fracture value as a fourth fracture limit line in a space having three axes of axial force, shear force, and moment;
A sixth step of acquiring a surface of a three-dimensional space formed by three axes of a shear force, an axial force, and a moment, and the first fracture limit line, the second fracture limit line, the third fracture limit line, and the fourth fracture limit line as a fracture limit surface;
A seventh step of obtaining a calculated axial force component, a calculated shear force component, and a calculated moment component applied to the spot weld in a deformation simulation of the member;
an eighth step of determining whether or not a fracture has occurred in the spot weld of the component based on whether or not a calculated fracture point having the calculated axial force component, the calculated shear force component, and the calculated moment component exceeds the fracture limit surface;
A fracture prediction method comprising:

2.前記第2ステップは、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む直線を前記第1破断限界線として取得することを特徴とする1.に記載の破断予測方法。
2. The second step includes:
The fracture prediction method according to 1., characterized in that plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are created on a plane having axial force and shear force as two axes, and a straight line including at least these two plot points is obtained as the first fracture limit line.

3.前記第2ステップは、
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする2.に記載の破断予測方法。
3. The second step includes:
A tensile test was performed using a cross joint type and a pure shear joint type test piece having the same material and plate thickness as the member and the same nugget diameter of the spot weld as the member,
2. The fracture prediction method according to 2., characterized in that axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

4.前記第2ステップは、
複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする2.に記載の破断予測方法。
4. The second step includes:
Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and pure shear joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
2. The fracture prediction method according to claim 2, characterized in that an axial force component value and a shear force component value of the first fracture value and the second fracture value are obtained using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

5.前記第1及び第2ステップは、
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、スポット溶接部に軸力とせん断力を複合的に加えることが可能な2つ以上の継手試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により破断値を取得し、これら破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を2点以上作成し、これらプロット点を直線近似して得られる近似線を第1破断限界線として取得すると共に、この近似線と軸力軸との交点を第1破断値、この近似線とせん断力軸との交点を第2破断値として取得することを特徴とする1.に記載の破断予測方法。
5. The first and second steps include:
A tensile test is performed using two or more joint test pieces that are made of the same material and have the same plate thickness as the member, have the same nugget diameter as the spot welds as the member, and can apply axial and shear forces to the spot welds in a composite manner;
The fracture prediction method according to 1., characterized in that a fracture value is obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test, two or more plot points having axial force component values and shear force component values of the fracture value are created, and an approximation line obtained by linearly approximating these plot points is obtained as a first fracture limit line, and an intersection of this approximation line and the axial force axis is obtained as the first fracture value, and an intersection of this approximation line and the shear force axis is obtained as the second fracture value.

6.前記第3ステップは、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、これら2点を含む楕円近似式を作成し、前記第2破断限界線として取得することを特徴とする1.に記載の破断予測方法。
6. The third step includes:
The fracture prediction method according to 1., characterized in that plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are created on a plane having axial force and moment as two axes, an elliptical approximation including these two points is created, and the elliptical approximation is obtained as the second fracture limit line.

7.前記第3ステップは、
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする6.に記載の破断予測方法。
7. The third step includes:
Tensile tests were performed using test pieces of a cross joint type and an L-joint type, which were made of the same material and had the same plate thickness as the member and had the same nugget diameter of the spot weld as the member,
The fracture prediction method according to 6., characterized in that axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

8.前記第1ステップは、
複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする6.に記載の破断予測方法。
8. The first step comprises:
Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and L-joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
6. The fracture prediction method according to claim 6, characterized in that an axial force component value and a moment component value of the first fracture value and the third fracture value are obtained using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

9.前記第3破断値は、軸力及びモーメントを2軸とする平面上にプロットされたL字継手型破断荷重値をモーメント軸に投影した値であることを特徴とする6.~8.のいずれかに記載の破断予測方法。 9. The fracture prediction method according to any one of 6. to 8., characterized in that the third fracture value is a value obtained by projecting the L-joint fracture load value plotted on a plane having axial force and moment as two axes onto a moment axis.

10.スポット溶接部で接合された部材について、前記部材が変形して前記スポット溶接部に荷重が加わり、破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測装置であって、
破断荷重時の前記スポット溶接部に加わる、第1破断値、第2破断値、及び第3破断値を取得する破断値取得部と、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第1破断限界線として取得し、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第2破断限界線として取得し、
せん断力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第2破断値及び前記第3破断値のせん断力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第3破断限界線として取得し、
軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、少なくとも前記第1破断値及び前記第2破断値を含む限界線を第4破断限界線として取得する、
破断限界線取得部と、
せん断力、軸力、及びモーメントの3軸と、前記第1破断限界線、前記第2破断限界線、前記第3破断限界線、及び前記第4破断限界線とで形成される立体空間の表面を破断限界面として取得する破断限界面取得部と、
前記部材の変形シミュレーションにおいて、前記スポット溶接部に加わる算出軸力成分、算出せん断力成分、及び算出モーメント成分を取得する変形シミュレーション実行部と、
前記算出軸力成分、前記算出せん断力成分、及び前記算出モーメント成分を持つ算出破断点が前記破断限界面を超えているか否かにより、前記部材の前記スポット溶接部における破断の有無を判定する破断判定部と、
を含むことを特徴とする破断予測装置。
10. A device for predicting fracture of a spot weld when a member joined by a spot weld is deformed, a load is applied to the spot weld, and the spot weld is fractured, comprising:
a breaking value acquisition unit that acquires a first breaking value, a second breaking value, and a third breaking value that are applied to the spot welded portion when a breaking load is applied;
Plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are created on a plane having two axes of axial force and shear force, and a limit line including at least these two plot points is obtained as a first fracture limit line;
Plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are created on a plane having two axes of axial force and moment, and a limit line including at least these two plot points is obtained as a second fracture limit line;
Plot points having shear force component values and moment component values of the second rupture value and the third rupture value are created on a plane having two axes of shear force and moment, and a limit line including at least these two plot points is obtained as a third rupture limit line;
A limit line including at least the first fracture value and the second fracture value is obtained as a fourth fracture limit line in a space having three axes of axial force, shear force, and moment.
A breaking limit line acquisition unit;
a fracture limit surface acquisition unit that acquires a surface of a three-dimensional space formed by three axes of shear force, axial force, and moment, and the first fracture limit line, the second fracture limit line, the third fracture limit line, and the fourth fracture limit line as a fracture limit surface;
a deformation simulation execution unit that acquires a calculated axial force component, a calculated shear force component, and a calculated moment component applied to the spot weld in a deformation simulation of the member;
a fracture determination unit that determines whether or not a fracture has occurred in the spot weld of the member based on whether or not a calculated fracture point having the calculated axial force component, the calculated shear force component, and the calculated moment component exceeds the fracture limit surface;
A fracture prediction device comprising:

11.前記破断限界線取得部は、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む直線を前記第1破断限界線として取得することを特徴とする10.に記載の破断予測装置。
11. The breaking limit line acquisition unit
The fracture prediction device according to item 10. is characterized in that plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are created on a plane having axial force and shear force as two axes, and a straight line including at least these two plot points is obtained as the first fracture limit line.

12.前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記破断限界線取得部は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする11.に記載の破断予測装置。
12. A tensile test was carried out using test pieces of a cross joint type and a pure shear joint type, which were made of the same material and plate thickness as the above-mentioned member and had the same nugget diameter of the spot weld as the above-mentioned member;
The breaking limit line acquisition unit is
12. The fracture prediction device according to 11., characterized in that an axial force component value and a shear force component value of the first fracture value and the second fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

13.複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記破断限界線取得部は、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする11.に記載の破断予測装置。
13. Tensile tests were conducted using test pieces of cruciform joint type and pure shear joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
12. The fracture prediction device according to claim 11, characterized in that the fracture limit line acquisition unit acquires axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

14.前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、スポット溶接部に軸力とせん断力を複合的に加えることが可能な2つ以上の継手試験片を用いた引張試験が行なわれ、
前記破断値取得部及び前記破断限界線取得部は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により破断値を取得し、これら破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を2点以上作成し、これらプロット点を直線近似して得られる近似線を第1破断限界線として取得すると共に、この近似線と軸力軸との交点を第1破断値、この近似線とせん断力軸との交点を第2破断値として取得することを特徴とする10.に記載の破断予測装置。
14. A tensile test is carried out using two or more joint test pieces that are made of the same material and plate thickness as the member, have the same nugget diameter as the spot welds as the member, and can apply axial and shear forces to the spot welds in a composite manner;
The break value acquisition unit and the break limit line acquisition unit are
The fracture prediction device according to 10. is characterized in that a fracture value is obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test, two or more plot points having axial force component values and shear force component values of the fracture value are created, an approximation line obtained by linearly approximating these plot points is obtained as a first fracture limit line, and an intersection of this approximation line with the axial force axis is obtained as the first fracture value, and an intersection of this approximation line with the shear force axis is obtained as the second fracture value.

15.前記破断限界線取得部は、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、これら2点を含む楕円近似式を作成し、前記第2破断限界線として取得することを特徴とする10.に記載の破断予測装置。
15. The breaking limit line acquisition unit is
The fracture prediction device according to item 10. is characterized in that plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are created on a plane having axial force and moment as two axes, an elliptical approximation including these two points is created, and the second fracture limit line is obtained.

16.前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記破断限界線取得部は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする15.に記載の破断予測装置。
16. Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and L-joint type, which were made of the same material and plate thickness as the above-mentioned member and had the same nugget diameter of the spot weld as the above-mentioned member,
The breaking limit line acquisition unit is
15. The fracture prediction device according to claim 15, characterized in that axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

17.複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記破断値取得部は、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする15.に記載の破断予測装置。
17. Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and L-joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
15. The fracture prediction device according to claim 15, characterized in that the fracture value acquisition unit acquires axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

18.前記第3破断値は、軸力及びモーメントを2軸とする平面上にプロットされたL字継手型破断荷重値をモーメント軸に投影した値であることを特徴とする15.~17.のいずれかに記載の破断予測装置。 18. The fracture prediction device according to any one of 15 to 17, characterized in that the third fracture value is a value obtained by projecting the L-joint fracture load value plotted on a plane having axial force and moment as two axes onto a moment axis.

19.スポット溶接部で接合された部材について、前記部材が変形して前記スポット溶接部に荷重が加わり、破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測プログラムであって、
破断荷重時の前記スポット溶接部に加わる、第1破断値、第2破断値、及び第3破断値を取得する第1手順と、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第1破断限界線として取得する第2手順と、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第2破断限界線として取得する第3手順と、
せん断力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第2破断値及び前記第3破断値のせん断力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第3破断限界線として取得する第4手順と、
軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、少なくとも前記第1破断値及び前記第2破断値を含む限界線を第4破断限界線として取得する第5手順と、
せん断力、軸力、及びモーメントの3軸と、前記第1破断限界線、前記第2破断限界線、前記第3破断限界線、及び前記第4破断限界線とで形成される立体空間の表面を破断限界面として取得する第6手順と、
前記部材の変形シミュレーションにおいて、前記スポット溶接部に加わる算出軸力成分、算出せん断力成分、及び算出モーメント成分を取得する第7手順と、
前記算出軸力成分、前記算出せん断力成分、及び前記算出モーメント成分を持つ算出破断点が前記破断限界面を超えているか否かにより、前記部材の前記スポット溶接部における破断の有無を判定する第8手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする破断予測プログラム。
19. A program for predicting fracture of a spot weld when a member joined by a spot weld is deformed, a load is applied to the spot weld, and the spot weld is fractured, comprising:
A first step of acquiring a first breaking value, a second breaking value, and a third breaking value applied to the spot weld at a breaking load;
A second step of creating plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value on a plane having two axes of axial force and shear force, and obtaining a limit line including at least these two plot points as a first fracture limit line;
A third step of creating plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value on a plane having two axes of axial force and moment, and obtaining a limit line including at least these two plot points as a second fracture limit line;
A fourth step of creating plot points having shear force component values and moment component values of the second fracture value and the third fracture value on a plane having two axes of shear force and moment, and obtaining a limit line including at least these two plot points as a third fracture limit line;
A fifth step of acquiring a limit line including at least the first fracture value and the second fracture value as a fourth fracture limit line in a space having three axes of axial force, shear force, and moment;
A sixth step of acquiring a surface of a three-dimensional space formed by three axes of a shear force, an axial force, and a moment, and the first fracture limit line, the second fracture limit line, the third fracture limit line, and the fourth fracture limit line as a fracture limit surface;
A seventh step of acquiring a calculated axial force component, a calculated shear force component, and a calculated moment component applied to the spot weld in a deformation simulation of the member;
an eighth step of determining whether or not a fracture has occurred in the spot weld of the component based on whether or not a calculated fracture point having the calculated axial force component, the calculated shear force component, and the calculated moment component exceeds the fracture limit surface;
A fracture prediction program characterized by causing a computer to execute the above.

20.前記第2手順は、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む直線を前記第1破断限界線として取得することを特徴とする19.に記載の破断予測プログラム。
20. The second step comprises:
19. The fracture prediction program according to claim 19, characterized in that plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are created on a plane having two axes of axial force and shear force, and a straight line including at least these two plot points is obtained as the first fracture limit line.

21.前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記第2手順は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする20.に記載の破断予測プログラム。
21. A tensile test was carried out using test pieces of a cross joint type and a pure shear joint type, which were made of the same material and plate thickness as the above-mentioned member and had the same nugget diameter of the spot weld as the above-mentioned member;
The second step includes:
20. The fracture prediction program according to claim 20, characterized in that an axial force component value and a shear force component value of the first fracture value and the second fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

22.複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記第2手順は、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする20.に記載の破断予測プログラム。
22. Tensile tests were conducted using test pieces of cruciform joint type and pure shear joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
20. The fracture prediction program according to claim 20, characterized in that the second step acquires axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

23.前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、スポット溶接部に軸力とせん断力を複合的に加えることが可能な2つ以上の継手試験片を用いた引張試験が行われ、
前記第1及び第2手順は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により破断値を取得し、これら破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を2点以上作成し、これらプロット点を直線近似して得られる近似線を第1破断限界線として取得すると共に、この近似線と軸力軸との交点を第1破断値、この近似線とせん断力軸との交点を第2破断値として取得することを特徴とする19.に記載の破断予測プログラム。
23. A tensile test is carried out using two or more joint test pieces that are made of the same material and plate thickness as the member, have the same nugget diameter as the spot welds as the member, and can apply axial and shear forces to the spot welds in a composite manner;
The first and second steps include:
19. The fracture prediction program according to claim 19, characterized in that a fracture value is obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test, two or more plot points having axial force component values and shear force component values of the fracture value are created, an approximation line obtained by linearly approximating these plot points is obtained as a first fracture limit line, and an intersection of this approximation line with the axial force axis is obtained as the first fracture value, and an intersection of this approximation line with the shear force axis is obtained as the second fracture value.

24.前記第3手順は、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、これら2点を含む楕円近似式を作成し、前記第2破断限界線として取得することを特徴とする19.に記載の破断予測プログラム。
24. The third step comprises:
19. The fracture prediction program according to claim 19, characterized in that plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are created on a plane having axial force and moment as two axes, an elliptical approximation including these two points is created, and the elliptical approximation is obtained as the second fracture limit line.

25.前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記第3手順は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする24.に記載の破断予測プログラム。
25. A tensile test was carried out using a cross joint type and an L joint type test piece that were made of the same material and plate thickness as the above-mentioned member and had the same nugget diameter of the spot weld as the above-mentioned member,
The third step comprises:
24. The fracture prediction program according to item 24, characterized in that axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

26.複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記第1手順は、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする請求項24に記載の破断予測プログラム。
26. Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and L-joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
The fracture prediction program according to claim 24, characterized in that the first step obtains axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.

27.前記第3破断値は、軸力及びモーメントを2軸とする平面上にプロットされたL字継手型破断荷重値をモーメント軸に投影した値であることを特徴とする24.~26.のいずれか1項に記載の破断予測プログラム。 27. The fracture prediction program according to any one of claims 24 to 26, characterized in that the third fracture value is a value obtained by projecting an L-joint fracture load value plotted on a plane having axial force and moment as two axes onto a moment axis.

28.19.~27.のいずれかに記載の破断予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 28. A computer-readable recording medium having a fracture prediction program according to any one of 19. to 27. recorded thereon.

本発明によれば、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測を高精度で正確に行うことが可能となる。 According to the present invention, for example, when predicting the collision deformation of automobile components on a computer, it is possible to accurately predict the fracture of spot welds that are modeled after spot welding with high precision.

十字型継手引張試験を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a cruciform joint tensile test. 純せん断型継手引張試験を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a pure shear type joint tensile test. せん断型継手引張試験を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a shear joint tensile test. KS2試験片を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a KS2 test piece. KS2引張試験を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a KS2 tensile test. 軸力及びせん断力を2軸とする第1平面上の各破断点を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing each fracture point on a first plane having two axes of axial force and shear force. L字継手型引張り試験の概要を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an overview of an L-joint type tensile test. U字剥離型引張試験を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a U-shaped peel type tensile test. 軸力及びモーメントを2軸とする第2平面上の各破断点を示す模式特性図である。FIG. 4 is a schematic characteristic diagram showing each breaking point on a second plane having an axial force and a moment as two axes. せん断力及びモーメントを2軸とする第3平面上の各破断点を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing each breaking point on a third plane having two axes of shear force and moment. せん断力及びモーメントを2軸とする第3平面上のCTS破断点、純せん断破断点、及びKS2試験から得られた角度の異なる各破断点を示す特性図である。FIG. 1 is a characteristic diagram showing a CTS break point, a pure shear break point, and break points at different angles obtained from a KS2 test on a third plane having two axes of shear force and moment. 第1の実施形態による破断予測装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fracture prediction device according to a first embodiment. FIG. 第1の実施形態による破断予測方法を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing a fracture prediction method according to the first embodiment. 第1の実施形態で得られた第1破断限界線を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a first fracture limit line obtained in the first embodiment. 第1の実施形態で得られた第2破断限界線を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a second fracture limit line obtained in the first embodiment. 第1の実施形態で得られた第3破断限界線を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a third fracture limit line obtained in the first embodiment. 第1の実施形態で得られた破断限界面を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a fracture limit surface obtained in the first embodiment. 第1の実施形態の変形例による破断予測装置を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a fracture prediction device according to a modified example of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例による破断予測方法を示すフロー図である。FIG. 11 is a flowchart showing a fracture prediction method according to a modified example of the first embodiment. 第2の実施形態のハット部材2点曲げ試験、ハット部材形状、及びスポット溶接位置を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a hat member two-point bending test, a hat member shape, and spot welding positions of the second embodiment. 第2の実施形態のハット部材3点曲げ結果、及びスポット溶接破断位置を示す模式図(最上図は写真)である。13 is a schematic diagram (the top diagram is a photograph) showing the result of three-point bending of the hat member of the second embodiment and the location of spot welding fracture. パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal configuration of a personal user terminal device.

[本発明の基本骨子]
本発明者は、部材の接合部であるスポット溶接部に複数種類の入力が複合的に加わった場合を考慮した破断予測を確立すべく、所定の試験片を用いて考察した。
[Basic outline of the present invention]
The present inventors conducted studies using a specified test piece in order to establish a fracture prediction method that takes into account a case in which multiple types of inputs are applied in combination to a spot weld, which is a joint between components.

ここでは、複数種類の入力(軸力、せん断力、モーメント)のうち、軸力及びせん断力に着目し、破断荷重時のスポット溶接部に加わるCTS破断値及び純せん断破断値を取得した。具体的には、破断判定対象となる部材と同一材料及び同一板厚の、図1に示すような十字継手型、及び図2に示すような純せん断継手型の各試験片を用いた継手引張試験を行い、スポット溶接部の破断荷重(最大荷重)を取得した。 Here, of the multiple types of inputs (axial force, shear force, moment), we focused on axial force and shear force to obtain the CTS fracture value and pure shear fracture value applied to the spot weld at the fracture load. Specifically, we conducted joint tensile tests using test pieces of the cross joint type shown in Figure 1 and the pure shear joint type shown in Figure 2, which were made of the same material and thickness as the component to be fractured, and obtained the fracture load (maximum load) of the spot weld.

そして、継手引張試験を再現したFEMモデルを用いた有限要素法による解析(FEM解析)を行って、引張の強制変位を与える部位の荷重が、実験から得られた各継手の破断荷重(最大荷重)となるまでFEMモデルに引張の強制変位を与え、その時のスポット溶接部に発生する、軸力成分、せん断力成分、モーメント成分を取得し、これをCTS破断値、純せん断破断値とした。このようにして得た値のうち、軸力成分値とせん断力成分値を、軸力及びせん断力を2軸とする平面上にプロットし、CTS破断点(せん断力成分値はほぼゼロ)及び純せん断破断点(軸力成分値はほぼゼロ)を得た。 Then, a finite element analysis (FEM analysis) was performed using an FEM model that reproduced the joint tensile test, and a forced tensile displacement was applied to the FEM model until the load at the point where the forced tensile displacement was applied reached the fracture load (maximum load) of each joint obtained from the experiment. The axial force component, shear force component, and moment component generated at the spot weld at that time were obtained and used as the CTS fracture value and pure shear fracture value. Of the values obtained in this way, the axial force component value and shear force component value were plotted on a plane with the axial force and shear force as the two axes, and the CTS fracture point (shear force component value is approximately zero) and pure shear fracture point (axial force component value is approximately zero) were obtained.

更に、上記の部材と同一材料及び同一板厚の図3に示すような、その他せん断継手型のTSS試験片を用いてせん断継手引張試験を行い、スポット溶接部の破断荷重(最大荷重)を取得した。図3の201~203は、図2の201~203と同様である。 Furthermore, a shear joint tensile test was conducted using other shear joint type TSS test pieces, as shown in Figure 3, made of the same material and plate thickness as the above-mentioned components, to obtain the breaking load (maximum load) of the spot weld. 201 to 203 in Figure 3 are the same as 201 to 203 in Figure 2.

そして、継手引張試験を再現したFEMモデルを用いたFEM解析を行って、引張の強制変位を与える部位の荷重が、実験から得られた破断荷重(最大荷重)となるまでFEMモデルに引張の強制変位を与え、その時のスポット溶接部に発生する、軸力成分、せん断力成分、モーメント成分を取得し、これをTSS破断値として取得し、このようにして得た値のうち、軸力値とせん断力値を上記の平面上にTSS破断点の軸力成分値及びせん断力成分値としてプロットした。 Then, an FEM analysis was performed using an FEM model that reproduced the joint tensile test, and a forced tensile displacement was applied to the FEM model until the load at the point where the forced tensile displacement was applied reached the breaking load (maximum load) obtained from the experiment. The axial force component, shear force component, and moment component generated at the spot weld at that time were obtained and taken as the TSS breaking value. Of the values obtained in this way, the axial force value and shear force value were plotted on the above plane as the axial force component value and shear force component value at the TSS breaking point.

続いて、本発明者は、図4に示すような、KS2試験片を用いた継手引張試験を行った。
上記の部材と同一材料及び同一板厚のU字断面形状を持つKS2試験片211,212を背中合わせにして中央部位213をスポット溶接で接合したKS2試験片221が用いられる。
Next, the inventors carried out a joint tensile test using the KS2 test piece as shown in FIG.
A KS2 test piece 221 is used, which is made by placing KS2 test pieces 211 and 212, which have a U-shaped cross-sectional shape made of the same material and plate thickness as the above-mentioned members back to back and joining the central portion 213 by spot welding.

本発明者は、図5に示すように、KS2試験片221を所定の引張試験機に角度を変えて取り付け、図5中下方へ引張力Fを付与してそれぞれ継手引張試験を行い、スポット溶接部の破断荷重(最大荷重)を取得した。KS2試験片221の設置角度(KS2試験片211,212の接合面の引張力方向に対する角度)は、0°、30°,60°,90°とした。0°はTSS試験片を用いたせん断継手引張り試験とほぼ同等の試験であり、90°はCTS試験片を用いた十字継手引張り試験とほぼ同等の試験となる。 As shown in Figure 5, the inventor attached the KS2 test piece 221 to a specified tensile testing machine at different angles, applied a tensile force F downward in Figure 5, performed joint tensile tests, and obtained the breaking load (maximum load) of the spot weld. The installation angles of the KS2 test piece 221 (the angle of the joint surface of the KS2 test pieces 211 and 212 relative to the tensile force direction) were 0°, 30°, 60°, and 90°. 0° is a test that is almost equivalent to a shear joint tensile test using a TSS test piece, and 90° is a test that is almost equivalent to a cross joint tensile test using a CTS test piece.

そして、KS2試験を再現したFEMモデルを作成してFEM解析を行い、引張の強制変位を与える部位の荷重が、実験から得られた各継手の破断荷重(最大荷重)となるまでFEMモデルに引張の強制変位を与え、その時のスポット溶接部に発生する、軸力成分、せん断力成分、モーメント成分を取得し、このようにして得た値のうち、軸力値とせん断力値を、上記の平面上に各破断点の軸力成分値及びせん断力成分値としてプロットした。 An FEM model that replicated the KS2 test was then created and subjected to FEM analysis. A forced tensile displacement was applied to the FEM model until the load at the point where the forced tensile displacement was applied reached the breaking load (maximum load) of each joint obtained from the experiment. The axial force component, shear force component, and moment component generated at the spot weld at that time were obtained, and the axial force and shear force values obtained in this way were plotted on the above plane as the axial force component and shear force component values of each breaking point.

以上の結果を図6に示す。せん断力及び軸力を2軸とする平面上において、TSS破断点及びKS2試験から得られた、角度の異なる各破断点がCTS破断点-純せん断破断点の間を補間し、これらの点はほぼ直線で近似できることが見出された。 The above results are shown in Figure 6. On a plane with the shear force and axial force as the two axes, it was found that the TSS break point and each break point with a different angle obtained from the KS2 test are interpolated between the CTS break point and the pure shear break point, and these points can be approximated by a straight line.

KS2試験等により、角度の異なる複数の破断点を取得するには相当の手間がかかり、容易ではない。一方、CTS破断点や純せん断破断点、TSS破断点等は、短時間で比較的容易に取得することができる。 Obtaining multiple breaking points with different angles using KS2 tests etc. requires a considerable amount of effort and is not easy. On the other hand, CTS breaking points, pure shear breaking points, TSS breaking points etc. can be obtained relatively easily in a short amount of time.

本発明者は、当該知見に鑑みて、少なくともCTS破断点及び純せん断破断点の2点、を取得することにより、これらの破断点に基づいて、第1破断限界線を得ることに想到した。このようにして得られた第1破断限界線は、部材にせん断力と軸力が複合的に加わった場合の破断限界を正確に規定しているものと考えられる。このように、KS2試験等により各破断点を取得することなく、試験片に軸力及びせん断力が印加された場合の複合的な破断限界を正確に表す第1破断限界線を容易に取得することができる。 In light of this knowledge, the inventors came up with the idea of obtaining at least two points, the CTS fracture point and the pure shear fracture point, and obtaining a first fracture limit line based on these fracture points. It is believed that the first fracture limit line obtained in this way accurately defines the fracture limit when a shear force and an axial force are applied to a component in a composite manner. In this way, it is possible to easily obtain a first fracture limit line that accurately represents the composite fracture limit when an axial force and a shear force are applied to a test piece, without obtaining each fracture point by a KS2 test or the like.

一方で、当該知見から、CTS破断点、純せん断破断点、TSS破断点、KS2試験の各角度の破断点を2点以上取得し、これら破断点を直線近似することで得た限界線は、CTS破断点及び純せん断破断点から得た第1破断限界線とほぼ同等であるため、これを第1破断限界線として用いても良い。また、このように直線近似で得た限界線と軸力軸との交点を第1破断値、せん断力軸との交点を第2破断値として用いても良い。 On the other hand, based on this knowledge, two or more break points for each angle of the CTS break point, pure shear break point, TSS break point, and KS2 test are obtained, and the limit line obtained by linearly approximating these break points is almost equivalent to the first break limit line obtained from the CTS break point and pure shear break point, so this may be used as the first break limit line. Also, the intersection of the limit line obtained by linear approximation in this way with the axial force axis may be used as the first break value, and the intersection with the shear force axis may be used as the second break value.

更に本発明者は、複合的な破断限界の考察を拡張することを試みた。
ここでは、複数種類の入力(軸力、せん断力、モーメント)のうち、軸力及びモーメントに着目し、破断荷重時のスポット溶接部に加わるCTS破断値、LTS破断値、及びU字剥離試験による破断値を取得し、これらを用いて軸力及びモーメントを2軸とする平面(第2平面)上で第2破断限界線を取得する。
Furthermore, the present inventors have attempted to expand the consideration of the composite fracture limit.
Here, of the multiple types of inputs (axial force, shear force, moment), we focus on the axial force and moment, and obtain the CTS fracture value, LTS fracture value, and fracture value from a U-peel test applied to the spot weld at the time of fracture load, and use these to obtain a second fracture limit line on a plane (second plane) with the axial force and moment as the two axes.

第2破断限界線は、以下のように作成される。
破断荷重時のスポット溶接部に加わるLTS破断値を取得するため、破断判定対象となる部材と同一材料及び同一板厚の図7に示すような、L字継手型試験片を用いた継手引張試験を行い、スポット溶接部の破断荷重(最大荷重)を取得した。
The second breaking limit line is created as follows.
In order to obtain the LTS fracture value applied to the spot weld at the fracture load, a joint tensile test was conducted using an L-joint type test piece as shown in FIG. 7, which was made of the same material and had the same plate thickness as the component to be fractured, and the fracture load (maximum load) of the spot weld was obtained.

そして、継手引張試験を再現したFEMモデルを用いた有限要素法による解析(FEM解析)を行って、引張の強制変位を与える部位の荷重が、実験から得られた各継手の破断荷重(最大荷重)となるまでFEMモデルに引張の強制変位を与え、その時のスポット溶接部に発生する、軸力成分、せん断力成分、モーメント成分を取得し、これをLTS破断値(せん断力成分値はほぼゼロ)とした。このようにして得た値のうち、軸力値とモーメント値を、上記第2平面上にプロットし、LTS破断点を得た。また、上記のCTS破断値(モーメント成分値はほぼゼロ)も第2平面上にプロットし、CTS破断点を得た。 Then, a finite element analysis (FEM analysis) was performed using an FEM model that reproduced the joint tensile test, and a forced tensile displacement was applied to the FEM model until the load at the location where the forced tensile displacement was applied reached the fracture load (maximum load) of each joint obtained from the experiment. The axial force component, shear force component, and moment component generated at the spot weld at that time were obtained and used as the LTS fracture value (the shear force component value was approximately zero). Of the values obtained in this way, the axial force value and moment value were plotted on the second plane described above to obtain the LTS fracture point. The CTS fracture value described above (the moment component value was approximately zero) was also plotted on the second plane to obtain the CTS fracture point.

更に、上記の部材と同一材料及び同一板厚の図8に示すU字剥離型の試験片を用いて継手引張試験を行い、スポット溶接部の破断荷重(最大荷重)を取得した。試験片は、図8のように、U字断面を持つ一対の母材401a,401bを背中合わせにしてスポット溶接部402で接合したU字継手型試験片401が用いられる。この試験片を引張方向403で示す方向に試験片が破断するまで引張試験を行う。このとき、引張方向403における試験片の破断荷重を測定する。 Furthermore, a joint tensile test was conducted using a U-shaped peel type test piece shown in Figure 8, which was made of the same material and thickness as the above-mentioned members, to obtain the breaking load (maximum load) of the spot weld. The test piece used was a U-shaped joint type test piece 401, as shown in Figure 8, in which a pair of base materials 401a, 401b with a U-shaped cross section are placed back to back and joined at a spot weld 402. A tensile test was conducted on this test piece in the direction indicated by the tensile direction 403 until the test piece broke. At this time, the breaking load of the test piece in the tensile direction 403 was measured.

そして、継手引張試験を再現したFEMモデルを用いたFEM解析を行って、引張の強制変位を与える部位の荷重が、実験から得られた破断荷重(最大荷重)となるまでFEMモデルに引張の強制変位を与え、その時のスポット溶接部に発生する、軸力成分、せん断力成分、モーメント成分を取得し、これをU字剥離破断値として取得し、このようにして得た値のうち、軸力値とモーメント値を上記の平面上にU字剥離破断点の軸力成分値及びモーメント成分値としてプロットした。 Then, an FEM analysis was performed using an FEM model that reproduced the joint tensile test, and a forced tensile displacement was applied to the FEM model until the load at the point where the forced tensile displacement was applied reached the fracture load (maximum load) obtained from the experiment. The axial force component, shear force component, and moment component generated at the spot weld at that time were obtained and taken as the U-shaped peel fracture value. Of the values obtained in this way, the axial force value and moment value were plotted on the above plane as the axial force component value and moment component value at the U-shaped peel fracture point.

以上の結果を図9に示す。軸力及びモーメントを2軸とする平面上において、U字剥離試験から得られた破断点がLTS破断点-CTS破断点の間を補間し同一曲線上に位置することを見出した。更に、この曲線は楕円近似式を用いて表現できることを見出した。 The above results are shown in Figure 9. It was found that on a plane with axial force and moment as the two axes, the fracture points obtained from the U-peel test were located on the same curve, interpolating between the LTS fracture point and the CTS fracture point. Furthermore, it was found that this curve can be expressed using an elliptical approximation.

U字剥離試験により破断点を取得するには試験片作製の手間がかかる。一方、LTS破断点やCTS破断点等は、短時間で比較的容易に取得することができる。
本発明者は、当該知見に鑑みて、少なくともLTS破断点、CTS断破断点の2点、もしくは、LTS破断点、CTS破断点、及びU字剥離破断点の3点を取得し、更にこれら点を含む曲線を取得することで、第2破断限界線を得ることに想到した。より正確な結果を得るには、この第2破断限界線を楕円近似式を用いた楕円曲線として取得しても良い。
Obtaining the breaking point by the U-peel test requires time-consuming preparation of test pieces, whereas the LTS breaking point, CTS breaking point, etc. can be obtained relatively easily in a short time.
In view of this finding, the inventors have come up with the idea of obtaining at least two points, the LTS break point and the CTS break point, or three points, the LTS break point, the CTS break point, and the U-shaped peel break point, and further obtaining a curve including these points to obtain a second fracture limit line. To obtain a more accurate result, the second fracture limit line may be obtained as an elliptical curve using an elliptical approximation formula.

更に、L字継手型を用いた引張試験におけるモーメントより大きいモーメントは発生しないと考えられることから、LTS破断点をモーメント軸上に投影した点を、第3破断値として用いたとしてもほぼ同等の結果を得ることができる。つまり、LTS破断点をモーメント軸上に投影した点、CTS断破断点の2点、もしくは、LTS破断点をモーメント軸上に投影した点、CTS破断点、及びU字剥離破断点の3点を取得し、これら点を含む曲線を取得することで第2破断限界線を得ることができる。また、より正確な結果を得るには、この第2破断限界線を楕円近似式を用いた楕円曲線として取得しても良い。
このようにして得られた第2破断限界線は、部材に軸力とモーメントが複合的に加わった場合の破断限界を正確に規定しているものと考えられる。
Furthermore, since it is considered that a moment larger than the moment in the tensile test using the L-shaped joint type is not generated, substantially the same results can be obtained even if the point obtained by projecting the LTS fracture point onto the moment axis is used as the third fracture value. In other words, the second fracture limit line can be obtained by obtaining two points, the point obtained by projecting the LTS fracture point onto the moment axis and the CTS fracture point, or the three points obtained by projecting the LTS fracture point onto the moment axis, the CTS fracture point, and the U-shaped peel fracture point, and obtaining a curve including these points. In addition, to obtain more accurate results, the second fracture limit line may be obtained as an elliptical curve using an elliptical approximation formula.
The second fracture limit line obtained in this manner is considered to accurately define the fracture limit when an axial force and a moment are applied to a member in combination.

ここでは、複数種類の入力(軸力、せん断力、モーメント)のうち、せん断力及びモーメントに着目し、破断荷重時のスポット溶接部に加わる上記純せん断破断値、上記LTS破断値を取得し、これらを用いてせん断力及びモーメントを2軸とする平面(第3平面)上で第3破断限界線を取得する。 Here, out of the multiple types of inputs (axial force, shear force, moment), we focus on shear force and moment, obtain the pure shear fracture value and LTS fracture value applied to the spot weld at the time of fracture load, and use these to obtain the third fracture limit line on a plane (third plane) with the shear force and moment as the two axes.

第3破断限界線は、以下のように作成される。
図10に示すように、上記の純せん断破断値のせん断力成分値とモーメント成分値を第3平面にプロットすると共に、上記のLTS破断値のせん断力成分値とモーメント成分値を第3平面のモーメント軸上にプロットする(せん断力成分値はほぼゼロ)。そして、これら2点を結ぶ直線を第3破断限界線として取得する。このようにして得られた第3破断限界線は、部材にせん断力とモーメントが複合的に加わった場合の破断限界を正確に規定しているものと考えられる。
The third breaking limit line is created as follows.
As shown in Figure 10, the shear force component value and moment component value of the pure shear fracture value are plotted on the third plane, and the shear force component value and moment component value of the LTS fracture value are plotted on the moment axis of the third plane (the shear force component value is almost zero). Then, the straight line connecting these two points is obtained as the third fracture limit line. It is considered that the third fracture limit line obtained in this way accurately defines the fracture limit when a shear force and a moment are applied to the member in a composite manner.

更に、軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間において、破断荷重時のスポット溶接部に加わる、上記CTS破断点及び純せん断破断点を結ぶ直線を第4破断限界線として取得する。 Furthermore, in a space with three axes of axial force, shear force, and moment, a straight line connecting the CTS fracture point and the pure shear fracture point applied to the spot weld at the time of fracture load is obtained as the fourth fracture limit line.

第4破断限界線は、以下のように作成される。
上記のCTS破断値、純せん断破断値、及びKS2試験から得られた角度の異なる各破断点のせん断力成分値とモーメント成分値を第3平面にプロットすると、図11に示すように、CTS破断値及び純せん断破断値を結ぶ直線状にプロットされることが分かる。これら破断点の、軸力成分値及びせん断力成分値は、図6に示すように、軸力及びせん断力を2軸とする平面上においても、CTS破断値及び純せん断破断値を結ぶ直線状に位置することが分かっている。以上のことから、これら破断点は、軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間においても、CTS破断値及び純せん断破断値の2点を結ぶ直線状に位置すると言える。このようにして得たCTS破断値及び純せん断破断値の2点を結ぶ直線を第4破断限界線として取得する。
The fourth fracture limit line is created as follows.
When the above CTS fracture value, pure shear fracture value, and shear force component value and moment component value of each fracture point with different angles obtained from the KS2 test are plotted on the third plane, it can be seen that they are plotted on a straight line connecting the CTS fracture value and the pure shear fracture value, as shown in FIG. 11. It is known that the axial force component value and the shear force component value of these fracture points are located on a straight line connecting the CTS fracture value and the pure shear fracture value even on a plane with axial force and shear force as two axes, as shown in FIG. 6. From the above, it can be said that these fracture points are located on a straight line connecting the two points of the CTS fracture value and the pure shear fracture value even in a space with axial force, shear force, and moment as three axes. The straight line connecting the two points of the CTS fracture value and the pure shear fracture value obtained in this way is obtained as the fourth fracture limit line.

せん断力、軸力、及びモーメントの3軸と、上記のようにして得られた第1破断限界線、第2破断限界線、第3破断限界線、及び第4破断限界線とで形成される立体空間の表面を、破断限界面(第2破断限界線、第3破断限界線、及び第4破断限界線で囲まれた面は凸状曲面となる)として取得する。このようにして得られた破断限界面は、試験片に軸力、せん断力、及びモーメントが複合的に加わった場合の破断限界を正確に規定しているものと考えられる。 The surface of the three-dimensional space formed by the three axes of shear force, axial force, and moment, and the first, second, third, and fourth fracture limit lines obtained as described above, is obtained as the fracture limit surface (the surface surrounded by the second, third, and fourth fracture limit lines is a convex curved surface). The fracture limit surface obtained in this way is considered to accurately define the fracture limit when axial force, shear force, and moment are applied to the test specimen in a combined manner.

以下、具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Specific embodiments are described in detail below with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図12は、第1の実施形態による破断予測装置を示すブロック図である。図13は、第1の実施形態による破断予測方法を示すフロー図である。
[First embodiment]
Fig. 12 is a block diagram showing a fracture prediction device according to the first embodiment Fig. 13 is a flow chart showing a fracture prediction method according to the first embodiment.

本実施形態による破断予測装置は、図12に示すように、破断点取得部11、各破断限界線取得部12、破断限界面取得部13、変形シミュレーション実行部14、及び破断判定部15を備えている。
本実施形態による破断予測方法では、図13に示すように、ステップS11~S14と、ステップS15とを行った後に、ステップS16で破断判定を行う。
As shown in FIG. 12 , the fracture prediction device according to this embodiment includes a fracture point acquisition unit 11, each fracture limit line acquisition unit 12, a fracture limit surface acquisition unit 13, a deformation simulation execution unit 14, and a fracture determination unit 15.
In the fracture prediction method according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, steps S11 to S14 and step S15 are performed, and then fracture determination is made in step S16.

本実施形態では、破断判定対象となる部材を用いて、スポット溶接部で接合された部材が変形してスポット溶接部に荷重が加わり、破断に至る場合のスポット溶接部の破断予測を行う。 In this embodiment, using the component to be subjected to fracture judgment, fracture prediction is performed for the spot weld when the components joined at the spot weld are deformed, a load is applied to the spot weld, and the spot weld breaks.

先ず、十字継手型、純せん断継手型、及びL字継手型の各試験片を用いて、各引張試験を行う(ステップS11)。 First, tensile tests are performed using test pieces of the cross joint type, pure shear joint type, and L-joint type (step S11).

引張試験において、破断荷重時のスポット溶接部に加わる軸力を測定するものとして十字継手型の試験片が、破断荷重時のスポット溶接部に加わる純せん断力を測定するものとしてせん断継手型の試験片が、破断荷重時のスポット溶接部に加わるモーメントを測定するものとしてL字継手型の試験片が、それぞれ用いられる。これらの試験片は、破断判定対象となる上記の部材と同じ材料及び板厚であって、同じスポット溶接部のナゲット径とされている。 In the tensile test, a cross joint type test piece is used to measure the axial force applied to the spot weld when the breaking load is applied, a shear joint type test piece is used to measure the pure shear force applied to the spot weld when the breaking load is applied, and an L-joint type test piece is used to measure the moment applied to the spot weld when the breaking load is applied. These test pieces are made of the same material and thickness as the above-mentioned components that are the subject of the fracture judgment, and have the same nugget diameter of the spot weld.

図1は、十字継手型を用いた引張試験の概要を示す斜視図である。
試験片は、母材102である2枚の鋼板を重ねてスポット溶接し、ナゲット101を形成する。この試験片を矢印方向103で示す方向に試験片が破断するまで引張試験を行う。このとき、引張方向103の試験片の破断荷重(最大荷重)を測定する。
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a tensile test using a cross joint type.
The test specimen is made by stacking two steel plates, which are base materials 102, and spot welding them to form a nugget 101. A tensile test is performed on this test specimen in the direction indicated by the arrow 103 until the test specimen breaks. At this time, the breaking load (maximum load) of the test specimen in the tensile direction 103 is measured.

図2は、純せん断継手型を用いた引張試験の概要を示す斜視図である。
試験片は、母材202である2枚の鋼板を重ねてスポット溶接し、ナゲット201を形成する。せん断継ぎ手の試験片型を用いた引張試験を行うと、鋼板に反りが発生し、側面から見るとスポット溶接部で鋼板が回転し、せん断力だけでなく軸力も発生する。本実施形態では、この鋼板の反り及び回転が発生しないように、せん断継手型の試験片を所定の厚板204,205で挟み込んだ状態で引張試験を行い、図2の引張方向203における試験片の破断荷重を測定する。
FIG. 2 is a perspective view showing an outline of a tensile test using a pure shear joint type.
The test piece is made by stacking two steel plates, which are base materials 202, and spot welding them to form a nugget 201. When a tensile test is performed using a shear joint test piece, the steel plate warps and rotates at the spot weld when viewed from the side, generating not only shear force but also axial force. In this embodiment, a tensile test is performed in a state where the shear joint test piece is sandwiched between predetermined thick plates 204 and 205 so that the steel plate does not warp or rotate, and the breaking load of the test piece in the tensile direction 203 in FIG. 2 is measured.

図7は、L字継手型を用いた引張試験の概要を示す斜視図である。
試験片は、L字型に曲げることで、長さL2のフランジ部302を形成した、母材301a,301bを互いに反対方向に合わせ、スポット溶接することで、ナゲット304を形成する。両端部303a,303bをナゲット304の周辺が破断するまで引張り、破断荷重(最大荷重)を測定する。
FIG. 7 is a perspective view showing an outline of a tensile test using an L-shaped joint type.
The test piece is bent into an L-shape to form a flange portion 302 with a length L2, and the base materials 301a and 301b are aligned in opposite directions and spot welded to form a nugget 304. Both ends 303a and 303b are pulled until the periphery of the nugget 304 breaks, and the breaking load (maximum load) is measured.

引張試験に続いて、ステップS12において、FEMモデルを用いて継手引張試験を再現したFEM解析を行う。FEM解析において、引張の境界条件を与える部位の荷重が、実験から得られた破断荷重(最大荷重)と同じ荷重となるまで、引張りの強制変位を与えた。破断点取得部11は、ステップS12のFEM解析により、十字継手型を用いた引張試験に対応した第1破断値であるCTS破断値と、純せん断継手型を用いた引張試験に対応した第2破断値である純せん断破断値と、L字継手型を用いた引張試験に対応した第3破断値であるLTS破断値をそれぞれ取得する。 Following the tensile test, in step S12, an FEM analysis is performed to reproduce the joint tensile test using an FEM model. In the FEM analysis, a forced tensile displacement is applied until the load at the portion that provides the tensile boundary condition becomes the same as the breaking load (maximum load) obtained from the experiment. The breaking point acquisition unit 11 acquires, through the FEM analysis in step S12, the CTS breaking value, which is the first breaking value corresponding to the tensile test using the cross joint type, the pure shear breaking value, which is the second breaking value corresponding to the tensile test using the pure shear joint type, and the LTS breaking value, which is the third breaking value corresponding to the tensile test using the L-shaped joint type.

破断点取得部11は、図14に示すように、CTS破断値及び純せん断破断値を、軸力及びせん断力を2軸(n軸、s軸)とする平面上にCTS破断点(NCTS,0)及び純せん断破断点(0,S)としてそれぞれプロットする。 As shown in Figure 14, the break point acquisition unit 11 plots the CTS break value and the pure shear break value as the CTS break point (N CTS , 0) and the pure shear break point (0, S pure ) on a plane with axial force and shear force as two axes (n axis, s axis).

破断点取得部11は、図15に示すように、CTS破断値、LTS破断値を、軸力及びモーメントを2軸(n軸、m軸)とする平面上にCTS破断点(NCTS,0)、LTS破断点(NLTS,MLTS)、としてそれぞれプロットする。ここで、L字継手型を用いた引張試験におけるモーメントより大きいモーメントは発生しないと考えられることから、LTS破断点をモーメント軸上に投影した点を、せん断力及びモーメントを2軸(s軸、m軸)とする平面上におけるLTS破断点(0,MLTS)であると定義する。 The break point acquisition unit 11 plots the CTS break value and the LTS break value as the CTS break point (N CTS , 0) and the LTS break point (N LTS , M LTS ), respectively, on a plane with axial force and moment as two axes (n -axis , m-axis) as shown in Fig. 15. Here, since it is considered that no moment greater than the moment in a tensile test using an L-joint type will occur, the point where the LTS break point is projected onto the moment axis is defined as the LTS break point (0, M LTS ) on the plane with shear force and moment as two axes (s-axis, m-axis).

破断点取得部11は、図16に示すように、LTS破断値及び純せん断破断値を、せん断力及びモーメントを2軸(s軸、m軸)とする平面上にLTS破断点(0,MLTS)及び純せん断破断点(S,M)としてそれぞれプロットする。 As shown in Figure 16, the break point acquisition unit 11 plots the LTS break value and the pure shear break value as the LTS break point (0, M LTS ) and the pure shear break point (S pure , M pure ), respectively, on a plane with the shear force and moment as two axes (s axis, m axis).

続いて、破断限界線取得部12は、CTS破断点及び純せん断破断点を結ぶ直線を第1破断限界線L1として、CTS破断点(0,MLTS)、LTS破断点を通る曲線を第2破断限界線L2として、LTS破断点(0,MLTS)及び純せん断破断点を結ぶ直線を第3破断限界線L3として、それぞれ取得する(ステップS13)。第1破断限界線L1、第2破断限界線L2、及び第3破断限界線L3は、軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に表示される。 Next, the fracture limit line acquisition unit 12 acquires a straight line connecting the CTS fracture point and the pure shear fracture point as a first fracture limit line L1, a curve passing through the CTS fracture point (0, M LTS ) and the LTS fracture point as a second fracture limit line L2, and a straight line connecting the LTS fracture point (0, M LTS ) and the pure shear fracture point as a third fracture limit line L3 (step S13). The first fracture limit line L1, the second fracture limit line L2, and the third fracture limit line L3 are displayed in a space with the axial force, the shear force, and the moment as the three axes.

図14に、上記のようにして得られる破断限界線L1を示す。このようにして得られた破断限界線L1は、破断判定対象となる部材に複合的に加わった軸力とせん断力による複合的な破断限界を正確に規定している。
図15に、上記のようにして得られる破断限界線L2を示す。このようにして得られた破断限界線L2は、破断判定対象となる部材に複合的に加わった軸力とモーメントによる複合的な破断限界をほぼ正確に規定している。
図16に、上記のようにして得られる破断限界線L3を示す。このようにして得られた破断限界線L3は、破断判定対象となる部材に複合的に加わったせん断力及びモーメントによる複合的な破断限界をほぼ正確に規定している。
The fracture limit line L1 obtained in the above manner is shown in Fig. 14. The fracture limit line L1 obtained in this manner accurately defines the composite fracture limit due to the axial force and shear force that are compositely applied to the member to be fractured.
The fracture limit line L2 obtained in the above manner is shown in Fig. 15. The fracture limit line L2 obtained in this manner almost accurately defines the composite fracture limit due to the axial force and moment applied in a composite manner to the member to be subjected to fracture judgment.
The fracture limit line L3 obtained in the above manner is shown in Fig. 16. The fracture limit line L3 obtained in this manner almost accurately defines the composite fracture limit due to the shear force and moment compositely applied to the member to be fractured.

更にステップS13において、破断限界線取得部12は、軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、少なくともCTS破断点及び純せん断力点を結ぶ直線を第4破断限界線L4として取得する。 Furthermore, in step S13, the fracture limit line acquisition unit 12 acquires a straight line connecting at least the CTS fracture point and the pure shear force point in a space having three axes of axial force, shear force, and moment as the fourth fracture limit line L4.

続いて、破断限界面取得部13は、図17に示すように、せん断力、軸力、及びモーメントの3軸と、上記のようにして得られた第1破断限界線L1、第2破断限界線L2、第3破断限界線L3、及び第4破断限界線L4とで形成される立体空間の表面を、破断限界面Sとして取得する(ステップS14)。ここで、破断限界面において、第2破断限界線L2、第3破断限界線L3、及び第4破断限界線L4で囲まれた面は凸状曲面となる。図17中に、任意のせん断力に対する第2破断限界線L2'を破線で示す。このようにして得られた破断限界面は、破断判定対象となる部材に軸力、せん断力、及びモーメントが複合的に加わった場合の破断限界を正確に規定している。 Next, as shown in FIG. 17, the fracture limit surface acquisition unit 13 acquires the surface of the three-dimensional space formed by the three axes of shear force, axial force, and moment, and the first fracture limit line L1, the second fracture limit line L2, the third fracture limit line L3, and the fourth fracture limit line L4 obtained as described above as a fracture limit surface S (step S14). Here, in the fracture limit surface, the surface surrounded by the second fracture limit line L2, the third fracture limit line L3, and the fourth fracture limit line L4 becomes a convex curved surface. In FIG. 17, the second fracture limit line L2' for an arbitrary shear force is shown by a dashed line. The fracture limit surface obtained in this way accurately defines the fracture limit when an axial force, a shear force, and a moment are applied in combination to the member to be fractured.

一方、変形シミュレーション実行部3は、破断判定対象となる部材のFEMモデルを用いてFEMによる変形シミュレーション解析を行い、当該部材のスポット溶接部に加わる軸力成分、せん断力成分、及びモーメント成分を取得する(ステップS15)。 Meanwhile, the deformation simulation execution unit 3 performs a deformation simulation analysis using FEM using an FEM model of the component to be subjected to fracture judgment, and obtains the axial force component, shear force component, and moment component applied to the spot weld of the component (step S15).

そして、破断判定部5は、破断限界面が作成された軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、取得された軸力成分、せん断力成分、及びモーメント成分からなる入力点をプロットし、入力点が破断限界面を超えているか否かにより、当該部材のスポット溶接部における破断の有無を判定する(ステップS16)。 Then, the fracture determination unit 5 plots the input points consisting of the acquired axial force components, shear force components, and moment components in a space in which the fracture limit surface has been created, with the axial force, shear force, and moment components as the three axes, and determines whether or not a fracture has occurred in the spot weld of the component depending on whether or not the input points exceed the fracture limit surface (step S16).

以上説明したように、本実施形態によれば、破断判定対象となる部材の現実の衝突変形は、せん断力、軸力、又はモーメントの入力荷重が複合的に加わって発生することに対応して、当該部材にこれら3種の入力が複合的に加わる場合を解析して、当該部材におけるより現実に近い破断発生の有無を容易且つ正確に予測することができる。
本実施形態によれば、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測を高精度で正確に行うことが可能となる。
As described above, according to this embodiment, since the actual collision deformation of a component that is the subject of fracture judgment is caused by the combined application of input loads of shear force, axial force, or moment, it is possible to easily and accurately predict whether or not a fracture will occur in the component, which is closer to reality, by analyzing the case in which these three types of inputs are combinedly applied to the component.
According to this embodiment, for example, when predicting the deformation of an automobile component due to a collision on a computer, it is possible to accurately predict the fracture of a spot welded portion in which the spot weld is modeled with high precision.

(変形例)
以下、上述した第1の実施形態の変形例について説明する。
図18は、本変形例による破断予測装置を示すブロック図である。図19は、本変形例による破断予測方法を示すフロー図である。
(Modification)
A modification of the first embodiment described above will now be described.
Fig. 18 is a block diagram showing a fracture prediction device according to this modified example, and Fig. 19 is a flow chart showing a fracture prediction method according to this modified example.

本変形例では、上述した本実施形態と同様に、破断判定対象となる部材を用いて、スポット溶接部で接合された部材が変形してスポット溶接部に荷重が加わり、破断に至る場合のスポット溶接部の破断予測を行う。
本変形例では、第1の実施形態を更に拡張し、軸力、せん断力、及びモーメントの3要素が部材に複合的に加わった場合の破断予測を開示する。
In this modified example, similar to the present embodiment described above, a component that is the subject of fracture judgment is used to predict fracture of a spot weld when the components joined at the spot weld deform and a load is applied to the spot weld, leading to fracture.
In this modification, the first embodiment is further expanded to disclose fracture prediction when three elements, axial force, shear force, and moment, are applied to a member in a composite manner.

本変形例では、本実施形態の初工程である引張試験及びFEM解析を行うステップS11に替わって、ステップS17を行う。
ステップS17では、破断限界線取得部5は、破断点データベースを用いて、十字継手型を用いた引張試験に対応した第1破断値であるCTS破断値と、純せん断継手型を用いた引張試験に対応した第2破断値である純せん断破断値と、L字継手型を用いた引張試験に対応した第3破断値であるLTS破断値と、他のせん断継手型である、TSS破断値、KS2試験の各角度の破断値、更にはU字剥離破断値とを取得する。
In this modification, step S17 is performed instead of step S11, which is the first step of the present embodiment and involves performing a tensile test and FEM analysis.
In step S17, the fracture limit line acquisition unit 5 uses the fracture point database to acquire a CTS fracture value, which is the first fracture value corresponding to a tensile test using a cross joint type, a pure shear fracture value, which is the second fracture value corresponding to a tensile test using a pure shear joint type, an LTS fracture value, which is the third fracture value corresponding to a tensile test using an L-joint type, and other shear joint types, a TSS fracture value, fracture values at each angle in the KS2 test, and even a U-peel fracture value.

破断点データベースは、複数の材質、板厚、及びスポット溶接部のナゲット径とされた十字継手型、純せん断継手型、L字継手型、TSS継手型、KS2継手型、U字剥離継手型を用いて行われた引張試験の結果と、FEMモデルを用いて引張試験を再現したFEM解析により得られたCTS破断値、純せん断破断値、LTS破断値、TSS破断値、KS2試験の各角度の破断値、更にはU字剥離破断値のデータが蓄積されている。
本変形例では、この破断点データベースを活用することにより、容易且つ短時間で、当該部材に対応した試験片についてのCTS破断値、純せん断破断値、LTS破断値を効率良く取得することができる。
The fracture point database stores the results of tensile tests performed using a cross joint type, pure shear joint type, L joint type, TSS joint type, KS2 joint type, and U-peel joint type for a variety of materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds, as well as data on CTS fracture values, pure shear fracture values, LTS fracture values, TSS fracture values, fracture values for each angle in the KS2 test, and even U-peel fracture values obtained by FEM analysis in which the tensile tests are reproduced using an FEM model.
In this modified example, by utilizing this break point database, the CTS break value, pure shear break value, and LTS break value for the test piece corresponding to the component can be obtained efficiently in an easy and short time.

[第2の実施形態]
以下、上記した第1の実施形態について、その比較例との比較に基づいて、その奏する作用効果について説明する。
Second Embodiment
The effects of the first embodiment will be described below in comparison with a comparative example.

本実施例では、図20に示すように、高さ60mm、幅120mmのハット型部材に対して3点曲げ試験を行った。ハット型部材において、ハット型断面状鋼板と背板である平面状鋼板とが片側20点、両側合わせて40点のスポット溶接で接合されている。スポット間ピッチは40mm、フランジ幅は15mmである。 In this example, as shown in Figure 20, a three-point bending test was performed on a hat-shaped component with a height of 60 mm and a width of 120 mm. In the hat-shaped component, the hat-shaped cross-section steel plate and the flat steel plate serving as the back plate are spot-welded at 20 points on one side, for a total of 40 points on both sides. The spot pitch is 40 mm, and the flange width is 15 mm.

ハット型部材の材料及び板厚は、ハット型断面状鋼板及び平面状鋼板共に引張強度1500MPa級鋼板であって、板厚は1.4mmである。このとき、スポット溶接部のナゲット径は4.7mmである。固定治具でハット型部材を支持し、固定治具の支点間距離を700mmとし、R50mmのインパクタを平面状鋼板側から150mmのストロークで押しつけて3点曲げ試験を行った。 The material and thickness of the hat-shaped member are 1500 MPa tensile strength steel plate and 1.4 mm plate thickness for both the hat-shaped cross section steel plate and the flat steel plate. The nugget diameter of the spot weld is 4.7 mm. The hat-shaped member was supported by a fixed jig, the distance between the fulcrums of the fixed jig was set to 700 mm, and a 3-point bending test was performed by pressing an impactor with a radius of 50 mm against the flat steel plate side with a stroke of 150 mm.

また、当該ハット型部材と同じ、引張強度1500MPa級、板厚1.4mmの鋼板を用いて、スポット溶接部のナゲット径が4.7mmとなるようにスポット溶接を行い、十字継手型、純せん断継手型、及びL字継手型の各試験片を作製した。各継手の引張り試験を行い、破断荷重(最大荷重)を取得した。 In addition, using the same steel plate with a tensile strength of 1500 MPa and a thickness of 1.4 mm as the hat-shaped component, spot welding was performed so that the nugget diameter of the spot weld was 4.7 mm, and test pieces of cross joint type, pure shear joint type, and L-shaped joint type were produced. Tensile tests were performed on each joint to obtain the breaking load (maximum load).

次に、FEMモデルを用いて継手引張試験を再現したFEM解析を行った。FEM解析において、引張の境界条件を与える部位の荷重が、実験から得られた破断荷重(最大荷重)と同じ荷重となるまで、引張りの強制変位を与えた。十字継手型を用いた引張試験に対応した第1破断値であるCTS破断点と、純せん断継手型を用いた引張試験に対応した第2破断値である純せん断破断点と、L字継手型を用いた引張試験に対応した第3破断値であるLTS破断点をそれぞれ取得した。 Next, an FEM analysis was performed to reproduce the joint tensile test using an FEM model. In the FEM analysis, a forced tensile displacement was applied until the load at the part that provided the tensile boundary condition became the same as the breaking load (maximum load) obtained from the experiment. The CTS breaking point, which is the first breaking value corresponding to the tensile test using the cross joint type, the pure shear breaking point, which is the second breaking value corresponding to the tensile test using the pure shear joint type, and the LTS breaking point, which is the third breaking value corresponding to the tensile test using the L-shaped joint type, were obtained.

更に、取得したCTS破断点、純せん断破断点、LTS破断点のデータを、本発明によるプログラムに読み込ませ、破断限界線を取得すると共に、得られた破断限界線から破断限界面を取得した。 Furthermore, the obtained data on the CTS break point, pure shear break point, and LTS break point were loaded into the program according to the present invention to obtain a break limit line, and a break limit surface was obtained from the obtained break limit line.

更に、前記ハット型部材の3点曲げ実験条件を再現したFEMモデルを作成し、本発明によるプログラムを組み込み、変形中の各スポット溶接部に加わる軸力成分、せん断力成分、モーメント成分を取得し、破断限界面が作成された軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、取得された軸力成分、せん断力成分、及びモーメント成分からなる入力点をプロットし、入力点が破断限界面を超えているか否かにより、当該部材のスポット溶接部における破断の有無を判定した。 Furthermore, an FEM model was created that reproduced the three-point bending experimental conditions of the hat-shaped component, and the program according to the present invention was incorporated to obtain the axial force components, shear force components, and moment components applied to each spot weld during deformation. Input points consisting of the obtained axial force components, shear force components, and moment components were plotted in a space with the fracture limit surface created, with the axial force, shear force, and moment components as the three axes. The presence or absence of fracture in the spot weld of the component was determined based on whether the input point exceeded the fracture limit surface.

なお、比較例のプログラムは、破断限界面は作成せずに、変形中の各スポット溶接部に加わる軸力成分、せん断力成分、モーメント成分を取得し、ただ単に、軸力成分とCTS破断点の軸力値、せん断力成分と純せん断破断点のせん断力値、モーメント成分とLTS破断点のモーメント値とを比較し、いずれかの成分値が、破断限界値を超えるか否かでスポット溶接部における破断の有無を判定した。 The comparative program did not create a fracture limit surface, but instead acquired the axial force component, shear force component, and moment component applied to each spot weld during deformation. It simply compared the axial force component with the axial force value at the CTS fracture point, the shear force component with the shear force value at the pure shear fracture point, and the moment component with the moment value at the LTS fracture point, and determined whether or not a fracture had occurred at the spot weld based on whether any of the component values exceeded the fracture limit value.

図21は、インパクタを150mm押し付けた後の、ハット部材の変形状態及びスポット溶接部の破断発生状況を示している。実験においては、片側3箇所(両側で6箇所)でスポット溶接部の破断が発生し、背板がめくれ上がっていることが確認できる。 Figure 21 shows the deformation state of the hat member and the fracture occurrence status of the spot welds after the impactor was pressed 150 mm. In the experiment, it was confirmed that fractures occurred in the spot welds in three places on one side (six places on both sides), and the back plate was curled up.

一方、本発明例であるプログラムを組み込んだFEM解析を用いて、スポット溶接部の破断を予測した結果、実験と同一箇所で、片側3箇所(両側で6箇所)でのスポット溶接破断を予測し、実験との一致率は100%(一致率=40/40)であった。一方、比較例であるプログラムを組み込んだFEM解析を用いて、スポット溶接部の破断を予測した結果、実験と同一箇所の片側3箇所(両側で6箇所)でのスポット溶接破断を予測したものの、それに加え、実験では破断していない箇所においても、片側2箇所(両側で4箇所)でのスポット溶接破断が発生すると、誤判定を行っており、実験との一致率は90%(一致率=36/40)であった。 On the other hand, when FEM analysis incorporating the program of the present invention was used to predict the fracture of spot welds, it predicted spot weld fractures in three places on one side (six places on both sides) at the same locations as in the experiment, with a 100% agreement rate with the experiment (agreement rate = 40/40). On the other hand, when FEM analysis incorporating the program of the comparative example was used to predict the fracture of spot welds, it predicted spot weld fractures in three places on one side (six places on both sides) at the same locations as in the experiment, but in addition, it erroneously determined that spot weld fractures had occurred in two places on one side (four places on both sides) even in places where no fractures occurred in the experiment, with a 90% agreement rate with the experiment (agreement rate = 36/40).

これらの結果から、実部材において、スポット溶接部に複合的に入力が加わることを考慮できていない従来技術においては、スポット溶接部の破断予測精度が不十分であることが判る。これに対して、本発明を用いることにより、実部材のように、スポット溶接部に軸力、せん断力、モーメントが複合的に加わるような複雑な変形状態においても、スポット溶接部からの破断を精度良く予測できることが確認できた。 These results show that the accuracy of spot weld fracture prediction is insufficient in conventional technology, which does not take into account the fact that complex inputs are applied to spot welds in actual components. In contrast, it has been confirmed that the use of the present invention makes it possible to accurately predict fracture at spot welds even in complex deformation states in which axial force, shear force, and moment are applied to the spot welds in a complex manner, as in actual components.

[第3の実施形態]
上述した破断予測装置の構成要素である、図12及び図18に示した破断点取得部11,16、各破断限界線取得部12、破断限界面取得部13、変形シミュレーション実行部14、及び破断判定部15の各構成要素は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても良い。また、上記の各構成要素は、メモリ及びCPU(中央演算装置)により構成され、各構成要素の諸機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであっても良い。
[Third embodiment]
The components of the fracture prediction device described above, that is, the fracture point acquisition units 11 and 16, the fracture limit line acquisition unit 12, the fracture limit surface acquisition unit 13, the deformation simulation execution unit 14, and the fracture determination unit 15 shown in Fig. 12 and Fig. 18, may be realized by dedicated hardware. Also, each of the above components may be configured by a memory and a CPU (Central Processing Unit), and may realize the functions of each component by loading a program for realizing the functions of each component into the memory and executing the program.

また、上記の各構成要素の諸機能を実現するためのプログラム(図13及び図19に示したステップS11,S17~S16をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上記の各構成要素の処理を実行しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。 In addition, a program for implementing the functions of each of the above components (steps S11, S17 to S16 shown in Figures 13 and 19) may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read into a computer system and executed to execute the processing of each of the above components. Note that the term "computer system" here includes hardware such as the OS and peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものでも良い。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものでも良い。また上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Furthermore, if the WWW system is used, the "computer system" may also include the home page providing environment (or display environment).
In addition, the term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible disks, optical magnetic disks, ROMs, and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into computer systems. Furthermore, the term "computer-readable recording medium" may also include devices that dynamically hold a program for a short period of time, such as a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and devices that hold a program for a certain period of time, such as volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in such cases. Furthermore, the above-mentioned program may be one that realizes part of the above-mentioned functions, or may be one that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.

一具体例として、本実施形態に示したモデル変換装置及びモデル変換方法、並びに断面崩壊予測方法は、図22に示すようなコンピュータ機能500により実施される。
コンピュータ機能500は、CPU501と、ROM502と、RAM503とを備える。また、操作部(CONS)509のコントローラ(CONSC)505と、CRTやLCD等の表示部としてのディスプレイ(DISP)510のディスプレイコントローラ(DISPC)506とを備える。更に、ハードディスク(HD)511、及びフレキシブルディスク等の記憶デバイス(STD)512のコントローラ(DCONT)507と、ネットワークインタフェースカード(NIC)508とを備える。それら機能部501,502,503,505,506,507,508は、システムバス504を介して互いに通信可能に接続された構成としている。
As a specific example, the model conversion device, the model conversion method, and the section collapse prediction method shown in this embodiment are implemented by a computer function 500 as shown in FIG.
The computer function 500 includes a CPU 501, a ROM 502, and a RAM 503. It also includes a controller (CONSC) 505 for an operation unit (CONS) 509, and a display controller (DISPC) 506 for a display (DISP) 510 serving as a display unit such as a CRT or LCD. It also includes a controller (DCONT) 507 for a hard disk (HD) 511 and a storage device (STD) 512 such as a flexible disk, and a network interface card (NIC) 508. These functional units 501, 502, 503, 505, 506, 507, and 508 are connected to each other via a system bus 504 so as to be able to communicate with each other.

CPU501は、ROM502又はHD511に記憶されたソフトウェア、又はSTD512より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス504に接続された各構成部を総括的に制御する。即ち、CPU501は、上述したような動作を行うための処理プログラム(構造体設計支援プログラム)を、ROM502、HD511、又はSTD512から読み出して実行することで、本実施形態における動作を実現するための制御を行う。RAM503は、CPU501の主メモリ又はワークエリア等として機能する。 The CPU 501 executes software stored in the ROM 502 or HD 511, or software supplied from the STD 512, thereby controlling each component connected to the system bus 504 in an overall manner. That is, the CPU 501 reads out and executes a processing program (structure design support program) for performing the operations described above from the ROM 502, HD 511, or STD 512, thereby performing control for realizing the operations in this embodiment. The RAM 503 functions as the main memory or work area of the CPU 501.

CONSC505は、CONS509からの指示入力を制御する。DISPC205は、DISP510の表示を制御する。DCONT507は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び本実施形態における上記の処理プログラム等を記憶するHD511及びSTD512とのアクセスを制御する。NIC508はネットワーク513上の他の装置と双方向にデータをやりとりする。
なお、通常のコンピュータ端末装置を用いる代わりに、破断予測装置に特化された所定の計算機等を用いても良い。
The CONSC 505 controls instruction input from the CONS 509. The DISPC 205 controls the display of the DISP 510. The DCONT 507 controls access to the HD 511 and STD 512 which store the boot program, various applications, user files, network management program, and the above-mentioned processing programs in this embodiment. The NIC 508 exchanges data bidirectionally with other devices on the network 513.
Instead of using a normal computer terminal device, a specific computer specialized for the fracture prediction device may be used.

1,5,11 破断点取得部
2,12 破断限界線取得部
3,14 変形シミュレーション実行部
4,15 破断判定部
13 破断限界面取得部
101,201,304 ナゲット
102,202,401a,401b 母材
103,203,403 引張方向
204,205 厚板
211,212,221 KS2試験片
302 フランジ部
303a,303b 両端部
401 U字継手型試験片
402 スポット溶接部
Reference Signs List 1, 5, 11 Breaking point acquisition section 2, 12 Breaking limit line acquisition section 3, 14 Deformation simulation execution section 4, 15 Breaking judgment section 13 Breaking limit surface acquisition section 101, 201, 304 Nugget 102, 202, 401a, 401b Base material 103, 203, 403 Tensile direction 204, 205 Thick plate 211, 212, 221 KS2 test piece 302 Flange portion 303a, 303b Both ends 401 U-shaped joint type test piece 402 Spot welded portion

Claims (28)

スポット溶接部で接合された部材について、前記部材が変形して前記スポット溶接部に荷重が加わり、破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測方法であって、
破断荷重時の前記スポット溶接部に加わる、第1破断値、第2破断値、及び第3破断値を取得する第1ステップと、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第1破断限界線として取得する第2ステップと、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第2破断限界線として取得する第3ステップと、
せん断力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第2破断値及び前記第3破断値のせん断力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第3破断限界線として取得する第4ステップと、
軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、少なくとも前記第1破断値及び前記第2破断値を含む限界線を第4破断限界線として取得する第5ステップと、
せん断力、軸力、及びモーメントの3軸と、前記第1破断限界線、前記第2破断限界線、前記第3破断限界線、及び前記第4破断限界線とで形成される立体空間の表面を破断限界面として取得する第6ステップと、
前記部材の変形シミュレーションにおいて、前記スポット溶接部に加わる算出軸力成分、算出せん断力成分、及び算出モーメント成分を取得する第7ステップと、
前記算出軸力成分、前記算出せん断力成分、及び前記算出モーメント成分を持つ算出破断点が前記破断限界面を超えているか否かにより、前記部材の前記スポット溶接部における破断の有無を判定する第8ステップと、
を含むことを特徴とする破断予測方法。
A method for predicting fracture of a spot weld in a case where a load is applied to a spot weld due to deformation of members joined by a spot weld, leading to fracture of the spot weld, comprising:
A first step of acquiring a first breaking value, a second breaking value, and a third breaking value applied to the spot weld at a breaking load;
A second step of creating plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value on a plane having two axes of axial force and shear force, and acquiring a limit line including at least these two plot points as a first fracture limit line;
A third step of creating plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value on a plane having two axes of axial force and moment, and acquiring a limit line including at least these two plot points as a second fracture limit line;
A fourth step of creating plot points having shear force component values and moment component values of the second fracture value and the third fracture value on a plane having two axes of shear force and moment, and obtaining a limit line including at least these two plot points as a third fracture limit line;
A fifth step of acquiring a limit line including at least the first fracture value and the second fracture value as a fourth fracture limit line in a space having three axes of axial force, shear force, and moment;
A sixth step of acquiring a surface of a three-dimensional space formed by three axes of a shear force, an axial force, and a moment, and the first fracture limit line, the second fracture limit line, the third fracture limit line, and the fourth fracture limit line as a fracture limit surface;
A seventh step of obtaining a calculated axial force component, a calculated shear force component, and a calculated moment component applied to the spot weld in a deformation simulation of the member;
an eighth step of determining whether or not a fracture has occurred in the spot weld of the component based on whether or not a calculated fracture point having the calculated axial force component, the calculated shear force component, and the calculated moment component exceeds the fracture limit surface;
A fracture prediction method comprising:
前記第2ステップは、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む直線を前記第1破断限界線として取得することを特徴とする請求項1に記載の破断予測方法。
The second step comprises:
The fracture prediction method according to claim 1, characterized in that plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are created on a plane having axial force and shear force as two axes, and a straight line including at least these two plot points is obtained as the first fracture limit line.
前記第2ステップは、
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする請求項2に記載の破断予測方法。
The second step comprises:
A tensile test was performed using a cross joint type and a pure shear joint type test piece having the same material and plate thickness as the member and the same nugget diameter of the spot weld as the member,
The fracture prediction method according to claim 2, characterized in that axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
前記第2ステップは、
複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする請求項2に記載の破断予測方法。
The second step comprises:
Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and pure shear joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
The fracture prediction method according to claim 2, characterized in that an axial force component value and a shear force component value of the first fracture value and the second fracture value are obtained using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
前記第1及び第2ステップは、
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、スポット溶接部に軸力とせん断力を複合的に加えることが可能な2つ以上の継手試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により破断値を取得し、これら破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を2点以上作成し、これらプロット点を直線近似して得られる近似線を第1破断限界線として取得すると共に、この近似線と軸力軸との交点を第1破断値、この近似線とせん断力軸との交点を第2破断値として取得することを特徴とする請求項1に記載の破断予測方法。
The first and second steps include:
A tensile test is performed using two or more joint test pieces that are made of the same material and have the same plate thickness as the member, have the same nugget diameter as the spot welds as the member, and can apply axial and shear forces to the spot welds in a composite manner;
The fracture prediction method according to claim 1, further comprising the steps of: obtaining a fracture value by a simulation analysis that reproduces the tensile test; creating two or more plot points having axial force component values and shear force component values of the fracture value; linearly approximating the plot points to obtain an approximation line as a first fracture limit line; and obtaining an intersection of this approximation line with an axial force axis as the first fracture value and an intersection of this approximation line with a shear force axis as the second fracture value.
前記第3ステップは、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、これら2点を含む楕円近似式を作成し、前記第2破断限界線として取得することを特徴とする請求項1に記載の破断予測方法。
The third step is
The fracture prediction method according to claim 1, characterized in that plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are created on a plane having axial force and moment as two axes, an elliptical approximation including these two points is created, and the elliptical approximation is obtained as the second fracture limit line.
前記第3ステップは、
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする請求項6に記載の破断予測方法。
The third step is
Tensile tests were performed using test pieces of a cross joint type and an L-joint type, which were made of the same material and had the same plate thickness as the member and had the same nugget diameter of the spot weld as the member,
The fracture prediction method according to claim 6, characterized in that the axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
前記第1ステップは、
複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験を行い、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする請求項6に記載の破断予測方法。
The first step comprises:
Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and L-joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
The fracture prediction method according to claim 6, characterized in that an axial force component value and a moment component value of the first fracture value and the third fracture value are obtained using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
前記第3破断値は、軸力及びモーメントを2軸とする平面上にプロットされたL字継手型破断荷重値をモーメント軸に投影した値であることを特徴とする請求項6~8のいずれか1項に記載の破断予測方法。 The fracture prediction method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the third fracture value is a value obtained by projecting the L-joint fracture load value plotted on a plane having axial force and moment as two axes onto the moment axis. スポット溶接部で接合された部材について、前記部材が変形して前記スポット溶接部に荷重が加わり、破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測装置であって、
破断荷重時の前記スポット溶接部に加わる、第1破断値、第2破断値、及び第3破断値を取得する破断値取得部と、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第1破断限界線として取得し、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第2破断限界線として取得し、
せん断力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第2破断値及び前記第3破断値のせん断力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第3破断限界線として取得し、
軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、少なくとも前記第1破断値及び前記第2破断値を含む限界線を第4破断限界線として取得する、
破断限界線取得部と、
せん断力、軸力、及びモーメントの3軸と、前記第1破断限界線、前記第2破断限界線、前記第3破断限界線、及び前記第4破断限界線とで形成される立体空間の表面を破断限界面として取得する破断限界面取得部と、
前記部材の変形シミュレーションにおいて、前記スポット溶接部に加わる算出軸力成分、算出せん断力成分、及び算出モーメント成分を取得する変形シミュレーション実行部と、
前記算出軸力成分、前記算出せん断力成分、及び前記算出モーメント成分を持つ算出破断点が前記破断限界面を超えているか否かにより、前記部材の前記スポット溶接部における破断の有無を判定する破断判定部と、
を含むことを特徴とする破断予測装置。
A device for predicting fracture of a spot weld when a member joined by a spot weld is deformed, a load is applied to the spot weld, and the spot weld is fractured, comprising:
a breaking value acquisition unit that acquires a first breaking value, a second breaking value, and a third breaking value that are applied to the spot welded portion when a breaking load is applied;
Plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are created on a plane having two axes of axial force and shear force, and a limit line including at least these two plot points is obtained as a first fracture limit line;
Plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are created on a plane having two axes of axial force and moment, and a limit line including at least these two plot points is obtained as a second fracture limit line;
Plot points having shear force component values and moment component values of the second rupture value and the third rupture value are created on a plane having two axes of shear force and moment, and a limit line including at least these two plot points is obtained as a third rupture limit line;
A limit line including at least the first fracture value and the second fracture value is obtained as a fourth fracture limit line in a space having three axes of axial force, shear force, and moment.
A breaking limit line acquisition unit;
a fracture limit surface acquisition unit that acquires a surface of a three-dimensional space formed by three axes of shear force, axial force, and moment, and the first fracture limit line, the second fracture limit line, the third fracture limit line, and the fourth fracture limit line as a fracture limit surface;
a deformation simulation execution unit that acquires a calculated axial force component, a calculated shear force component, and a calculated moment component applied to the spot weld in a deformation simulation of the member;
a fracture determination unit that determines whether or not a fracture has occurred in the spot weld of the member based on whether or not a calculated fracture point having the calculated axial force component, the calculated shear force component, and the calculated moment component exceeds the fracture limit surface;
A fracture prediction device comprising:
前記破断限界線取得部は、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む直線を前記第1破断限界線として取得することを特徴とする請求項10に記載の破断予測装置。
The breaking limit line acquisition unit is
The fracture prediction device according to claim 10, characterized in that plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are created on a plane having axial force and shear force as two axes, and a straight line including at least these two plot points is obtained as the first fracture limit line.
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記破断限界線取得部は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする請求項11に記載の破断予測装置。
Tensile tests were conducted using test pieces of a cross joint type and a pure shear joint type, which were made of the same material and plate thickness as the member and had the same nugget diameter of the spot weld as the member,
The breaking limit line acquisition unit is
The fracture prediction device according to claim 11, characterized in that axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記破断限界線取得部は、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする請求項11に記載の破断予測装置。
Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and pure shear joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
The fracture prediction device according to claim 11, characterized in that the fracture limit line acquisition unit acquires axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、スポット溶接部に軸力とせん断力を複合的に加えることが可能な2つ以上の継手試験片を用いた引張試験が行なわれ、
前記破断値取得部及び前記破断限界線取得部は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により破断値を取得し、これら破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を2点以上作成し、これらプロット点を直線近似して得られる近似線を第1破断限界線として取得すると共に、この近似線と軸力軸との交点を第1破断値、この近似線とせん断力軸との交点を第2破断値として取得することを特徴とする請求項10に記載の破断予測装置。
A tensile test is carried out using two or more joint test pieces that are made of the same material and have the same plate thickness as the member, have the same nugget diameter as the spot welds as the member, and can apply axial and shear forces to the spot welds in a composite manner;
The break value acquisition unit and the break limit line acquisition unit are
The fracture prediction device according to claim 10, characterized in that a fracture value is obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test, two or more plot points having axial force component values and shear force component values of these fracture values are created, and an approximation line obtained by linearly approximating these plot points is obtained as a first fracture limit line, and an intersection of this approximation line with the axial force axis is obtained as the first fracture value, and an intersection of this approximation line with the shear force axis is obtained as the second fracture value.
前記破断限界線取得部は、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、これら2点を含む楕円近似式を作成し、前記第2破断限界線として取得することを特徴とする請求項10に記載の破断予測装置。
The breaking limit line acquisition unit is
The fracture prediction device according to claim 10, characterized in that plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are created on a plane having axial force and moment as two axes, an elliptical approximation including these two points is created, and the elliptical approximation is obtained as the second fracture limit line.
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記破断限界線取得部は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする請求項15に記載の破断予測装置。
Tensile tests were carried out using test pieces of a cross joint type and an L-joint type, which were made of the same material and plate thickness as the member and had the same nugget diameter of the spot weld as the member,
The breaking limit line acquisition unit is
The fracture prediction device according to claim 15, characterized in that the axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記破断値取得部は、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする請求項15に記載の破断予測装置。
Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and L-joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
The fracture prediction device described in claim 15, characterized in that the fracture value acquisition unit acquires axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
前記第3破断値は、軸力及びモーメントを2軸とする平面上にプロットされたL字継手型破断荷重値をモーメント軸に投影した値であることを特徴とする請求項15~17のいずれか1項に記載の破断予測装置。 The fracture prediction device according to any one of claims 15 to 17, characterized in that the third fracture value is a value obtained by projecting the L-joint fracture load value plotted on a plane having axial force and moment as two axes onto the moment axis. スポット溶接部で接合された部材について、前記部材が変形して前記スポット溶接部に荷重が加わり、破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測プログラムであって、
破断荷重時の前記スポット溶接部に加わる、第1破断値、第2破断値、及び第3破断値を取得する第1手順と、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第1破断限界線として取得する第2手順と、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第2破断限界線として取得する第3手順と、
せん断力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第2破断値及び前記第3破断値のせん断力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む限界線を第3破断限界線として取得する第4手順と、
軸力、せん断力、及びモーメントを3軸とする空間に、少なくとも前記第1破断値及び前記第2破断値を含む限界線を第4破断限界線として取得する第5手順と、
せん断力、軸力、及びモーメントの3軸と、前記第1破断限界線、前記第2破断限界線、前記第3破断限界線、及び前記第4破断限界線とで形成される立体空間の表面を破断限界面として取得する第6手順と、
前記部材の変形シミュレーションにおいて、前記スポット溶接部に加わる算出軸力成分、算出せん断力成分、及び算出モーメント成分を取得する第7手順と、
前記算出軸力成分、前記算出せん断力成分、及び前記算出モーメント成分を持つ算出破断点が前記破断限界面を超えているか否かにより、前記部材の前記スポット溶接部における破断の有無を判定する第8手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする破断予測プログラム。
A program for predicting fracture of a spot weld when a member joined by a spot weld is deformed, a load is applied to the spot weld, and the spot weld is fractured, the program comprising:
A first step of acquiring a first breaking value, a second breaking value, and a third breaking value applied to the spot weld at a breaking load;
A second step of creating plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value on a plane having two axes of axial force and shear force, and obtaining a limit line including at least these two plot points as a first fracture limit line;
A third step of creating plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value on a plane having two axes of axial force and moment, and obtaining a limit line including at least these two plot points as a second fracture limit line;
A fourth step of creating plot points having shear force component values and moment component values of the second fracture value and the third fracture value on a plane having two axes of shear force and moment, and obtaining a limit line including at least these two plot points as a third fracture limit line;
A fifth step of acquiring a limit line including at least the first fracture value and the second fracture value as a fourth fracture limit line in a space having three axes of axial force, shear force, and moment;
A sixth step of acquiring a surface of a three-dimensional space formed by three axes of a shear force, an axial force, and a moment, and the first fracture limit line, the second fracture limit line, the third fracture limit line, and the fourth fracture limit line as a fracture limit surface;
A seventh step of acquiring a calculated axial force component, a calculated shear force component, and a calculated moment component applied to the spot weld in a deformation simulation of the member;
an eighth step of determining whether or not a fracture has occurred in the spot weld of the component based on whether or not a calculated fracture point having the calculated axial force component, the calculated shear force component, and the calculated moment component exceeds the fracture limit surface;
A fracture prediction program characterized by causing a computer to execute the above.
前記第2手順は、
軸力及びせん断力を2軸とする平面上に、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を作成し、少なくともこれら2点のプロット点を含む直線を前記第1破断限界線として取得することを特徴とする請求項19に記載の破断予測プログラム。
The second step includes:
The fracture prediction program according to claim 19, characterized in that plot points having axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are created on a plane having axial force and shear force as two axes, and a straight line including at least these two plot points is obtained as the first fracture limit line.
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記第2手順は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする請求項20に記載の破断予測プログラム。
Tensile tests were conducted using test pieces of a cross joint type and a pure shear joint type, which were made of the same material and plate thickness as the member and had the same nugget diameter of the spot weld as the member,
The second step includes:
The fracture prediction program according to claim 20, characterized in that axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型及び純せん断継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記第2手順は、前記第1破断値と前記第2破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を取得することを特徴とする請求項20に記載の破断予測プログラム。
Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and pure shear joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
The fracture prediction program according to claim 20, characterized in that the second step obtains axial force component values and shear force component values of the first fracture value and the second fracture value using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、スポット溶接部に軸力とせん断力を複合的に加えることが可能な2つ以上の継手試験片を用いた引張試験が行われ、
前記第1及び第2手順は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により破断値を取得し、これら破断値の軸力成分値及びせん断力成分値を持つプロット点を2点以上作成し、これらプロット点を直線近似して得られる近似線を第1破断限界線として取得すると共に、この近似線と軸力軸との交点を第1破断値、この近似線とせん断力軸との交点を第2破断値として取得することを特徴とする請求項19に記載の破断予測プログラム。
A tensile test is carried out using two or more joint test pieces that are made of the same material and have the same plate thickness as the member, have the same nugget diameter as the spot welds as the member, and can apply axial and shear forces to the spot welds in a composite manner;
The first and second steps include:
The fracture prediction program according to claim 19, characterized in that a fracture value is obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test, two or more plot points having axial force component values and shear force component values of these fracture values are created, and an approximation line obtained by linearly approximating these plot points is obtained as a first fracture limit line, and an intersection of this approximation line with the axial force axis is obtained as the first fracture value, and an intersection of this approximation line with the shear force axis is obtained as the second fracture value.
前記第3手順は、
軸力及びモーメントを2軸とする平面上に、前記第1破断値及び前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を持つプロット点を作成し、これら2点を含む楕円近似式を作成し、前記第2破断限界線として取得することを特徴とする請求項19に記載の破断予測プログラム。
The third step comprises:
The fracture prediction program according to claim 19, characterized in that plot points having axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are created on a plane having axial force and moment as two axes, an elliptical approximation including these two points is created, and the elliptical approximation is obtained as the second fracture limit line.
前記部材と同じ材料及び板厚であって、前記部材と同じスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記第3手順は、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析により、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする請求項24に記載の破断予測プログラム。
Tensile tests were carried out using test pieces of a cross joint type and an L-joint type, which were made of the same material and plate thickness as the member and had the same nugget diameter of the spot weld as the member,
The third step comprises:
The fracture prediction program according to claim 24, characterized in that axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value are obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
複数の材料、板厚及びスポット溶接部のナゲット径とした、十字継手型、L字継手型の各試験片を用いた引張試験が行われ、
前記引張試験を再現したシミュレーション解析にて得られた情報を蓄積したデータベースを用いて、前記第1手順は、前記第1破断値、前記第3破断値の軸力成分値及びモーメント成分値を取得することを特徴とする請求項24に記載の破断予測プログラム。
Tensile tests were conducted using test pieces of cross joint type and L-joint type with multiple materials, plate thicknesses, and nugget diameters of spot welds.
The fracture prediction program according to claim 24, characterized in that the first step obtains axial force component values and moment component values of the first fracture value and the third fracture value using a database that accumulates information obtained by a simulation analysis that reproduces the tensile test.
前記第3破断値は、軸力及びモーメントを2軸とする平面上にプロットされたL字継手型破断荷重値をモーメント軸に投影した値であることを特徴とする請求項24~26のいずれか1項に記載の破断予測プログラム。 The fracture prediction program according to any one of claims 24 to 26, characterized in that the third fracture value is a value obtained by projecting the L-joint fracture load value plotted on a plane with axial force and moment as two axes onto the moment axis. 請求項19~27のいずれか1項に記載の破断予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium having the fracture prediction program according to any one of claims 19 to 27 recorded thereon.
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