JPS59226849A - スポツト溶接継手の疲れ寿命及び疲れき裂発生位置を予測する方法 - Google Patents

スポツト溶接継手の疲れ寿命及び疲れき裂発生位置を予測する方法

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JPS59226849A
JPS59226849A JP10222583A JP10222583A JPS59226849A JP S59226849 A JPS59226849 A JP S59226849A JP 10222583 A JP10222583 A JP 10222583A JP 10222583 A JP10222583 A JP 10222583A JP S59226849 A JPS59226849 A JP S59226849A
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fatigue
spot welded
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gauge
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佐藤 次彦
Hiroshi Abe
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
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    • G01N2203/0296Welds

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スポット溶接継手の設計基準データとして有
効な疲れ寿命及び疲れき裂発生位置を予測する方法に関
するものである。
ここで「疲れ寿命」とは、疲れ限度、疲れ時間強さ及び
疲れ時間寿命等いわゆる疲れ強さに関係した諸量を含み
、スポット溶接継手の現時点での疲れの状態あるいはそ
の疲れの進行状態から予測される疲れ強さに関係しだ諸
量、特に荷重範囲(繰シ返し荷重の最大荷重と最小荷重
の代数差)とこれに対応する疲れ破壊が起るまでの時間
あるいは繰シ返し数をいう。なお、ランダム荷重の場合
は、上述のように規定した繰シ返し荷重の場合に準する
ものとする。
稼動中又は実装テスト中のスポット溶接構造物における
スポット溶接継手の疲れ寿命及び疲れき裂発生位置を予
測する方法が、スポット溶接構造物の安全設計の立場か
らも強く要望されているにもかかわらず、いまだ実用に
供するような方法は開発されていない。これは継手構造
の特殊性からスポット溶接部近傍の応力集中度が高く、
複雑な不均一応力場となっていることに起因している。
た7だ、実験的には、第1図ないし第3図に示すように
、2枚の金属板1,2の単点スポット溶接継手における
スポット溶接部の電極圧痕3の外側であって、疲れき裂
が発生する荷重軸方向のナゲツト(溶融部)4近傍位置
にひずみゲージ5を貼シ付け、このひずみゲージ5のひ
ずみ出力から疲れ強さに関係した諸量、例えば荷重範囲
とこれに対応する繰り返し数又は時間等を検出して、疲
れ寿命を予測する方法が検討されたことはある。
しかしながら、この方法は、荷重軸方向が判明していな
いと使用できず、まだひずみゲージを粘り付けるのに有
効な場所が必要であるため、主応力方向が不明である場
合が多い実際の多点スポット溶接構造物には適用し難く
、実験室的検討段階の域を脱し得ないものであった。
本発明はこのような現状に鑑みて開発されたもので、実
験室的検討は勿論、稼動中又は実装テスト中の多点スポ
ット溶接構造物におけるスポット溶接継手の疲れ寿命及
び疲れき裂発生位置を短時間で、しかもきわめて正確に
予測できる方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するだめに講じた本発明方法の技術的手
段の特徴は、スポット溶接部の電極圧痕表面にひずみゲ
ージを貼り付ける点にある。
すなわち、本発明はスポット溶接部の電極圧痕表面にひ
ずみゲージを貼シ付け、該ひずみゲージから得られるひ
ずみ出力を処理して、疲れ強さに関係した諸情報を得る
ようにしたもので、前記情報を直接的にかつ正確に得る
ことができる利点がある。特に、ひずみゲージを貼シ付
ける電極圧痕部分はナゲツト(溶融部)によって一体化
した接合部分であって、他の部分に比べて剛性が高く、
ナゲツトの前面で起る局部的な曲げ変形等の影響をあま
り受けることがなく、スポット溶接部に直接作用してい
る応力に関係したひずみ出力を得ることができる。した
がって、得られたひずみ出力は、該ひずみゲージが貼ら
れている場所(電極圧痕表面)の応力に関係した量と1
対1の対応関係にあシ、広い荷重範囲において直線性の
良い荷重範囲一ひすみ出力線図を得ることができ、その
結果、疲れ寿命を短時間に、しかも正確に予測すること
ができるものである。
まだ、本発明方法によれば、ひずみゲージのノ々ターン
を適宜選択するととによって、個々のスポー  ツト溶
接部に作用している主応力方向が容易かつ′  正確に
検出することができ、この主応力方向力≧ら疲れき裂発
生位置(必ず主応力方向に発生する)をも同時に予測す
ることができる。乙のように、スポット溶接継手に疲れ
荷重が作用している状態で疲れき裂位置の予測ができる
ことは本発明の特徴の一つであり、このことはスポット
溶接構造物の合理的な安全設計に貴重なデータを提供す
ることができ、きわめて有効である。
更に、本発明にJ:れば、ひずみゲージを電極圧痕表面
に貼シ付けるので、スポット溶接部が部材の端部に位置
していたり、スポット溶接部の近傍で部材が折り曲げら
れたシしている構造物の場合でも、必ずひずみゲージを
貼シ付けることができ、構造物の形状によって制約を受
けることがない。
以下、本発明の実施例を第4図以下の図面に基づいて説
明する。第4図は本発明方法を実施するためのひずみゲ
ージのパターンの一例を示している。ひずみゲージ5は
8個からなシ、電極圧痕3表面のほぼ同一円上に等間隔
をおいて放射状に配置して貼シ付けられている。ひずみ
ゲージ5の個数は多い方が主応力方向をよシ正確に検出
することができ、効果的である。図中、6はゲージ端子
、7はリード線である。
第5図は、本発明の原理説明のため、第1図に例示した
単点スポット溶接継手に片振り繰り返し荷重を加えた場
合に、第4図に示した8個のひずみゲージ5により得ら
れたひずみ出力をモデル的に図示したものである。
第5図4−〇は、繰シ返し荷重波形の一例を示したもの
で、縦軸は縁シ返し荷重の大きさLを示し、横軸は時間
Iを示している。図中のLsyは繰シ返し荷重の最大荷
重を、(、Li は繰シ返し荷重の最小荷重を、そして
ΔLは繰シ返し荷重の荷重範囲を示している。
M5図4−1〜8は、第4図に示すひずみゲージ5のゲ
ージNo、l〜8のひずみ出力波形を、4−0の繰シ返
し荷重波形の時間lに対応させて、それぞれ示したもの
である。この場合、あらかじめ荷重軸方向がわかってい
るので、ゲージNo、は、荷重軸方向に一致しているゲ
ージをN o 、 lとし右まわシにそれぞれNo 、
 2 、No、3 +・・・・、N008 と付けてい
る。第5図4−1〜8において縦軸のびずみε−Oの線
は、第5図4−〇に示す繰り返し荷重の最小荷重L t
in  の時のひずみ出力を零とした場合の値を示す。
このような信号処理を行なうと、O・ずみ振幅がε−0
の線より上側にある場合は繰り返し荷重と波形において
同相(第5図4−1.2,5.8)であシ、これとは逆
に、ε=Oの線より下側にある場合は逆相(第5図4−
3.4,6.7)であるということが容易に判別できる
。なお、この実施例は、繰シ返し荷重の最小荷重L 4
 = oの完全片振シの場合の結果を示している。
第4図に示すひずみゲージ5・・・・・・より得られる
ひずみ出力波形は、第5図4−1〜8にそれぞれ示すよ
うに、繰シ返し荷重に対して、それぞれ位相と振幅範囲
において特定の相互関係を有している。なお、ここでは
図示していないが、個々のひずみ出力にはそれぞれ特有
の直流成分を含んでおシ、この直流成分の大きさは、疲
れ寿命の予測を行なう際、有効な情報量の1つになり得
る。本実施例では、各ひずみ出力と繰シ返し荷重との位
相関係やひずみ振幅範囲の大きさを特徴ずけるために、
直流成分の1部をカットしたモデル図として示しである
本実施例の場合、それぞれのひずみゲージから得られた
ひずみ出力相互間の位相とひずみ振幅範囲の関係は、荷
重軸に対して、前方の3個のゲージNo、l 、No、
2 、No、5 、及び後方のゲージN018が繰シ返
し荷重と同相であシ、他のゲージ出力はすべて逆相であ
る。ひずみ振幅は、荷重軸の前方に位置しているゲージ
No、lが最大である。ついで、ゲージNO,2,8の
同相のベア、ゲージNo、3+7の逆相ノヘア、ゲージ
No、4.6の逆相のベア、ゲージNo、5の順である
これらのひずみ出力相互の関係を処理することによシ、
最大荷重軸方向や繰シ返し荷重範囲が検出されるので、
疲れ寿命及び疲れき裂位置を予測することができる。す
なわち、最大荷重軸方向は、繰り返し荷重と同相であり
、かつ最大のひずみ振幅を有しているということから、
容易に判別することができる。したがって、疲れき裂位
置は、最大荷重軸方向であることよシ、容易に予測でき
る。
疲れ寿命を予測するために必要な繰シ返し荷重範囲は、
第6図に示すように、あらかじめ別に求めておいた繰シ
返し荷重範囲一ひすみ出力線図(基準線図、この図は最
大荷重軸方向のゲージN091のL−ε線図に相当する
。)と、上述の方法で求めたひずみ出力との比較によシ
求めることができる。このようにして得られた繰シ返し
荷重範囲をもとに、第7図に示すようにあらかじめ求め
ておいたL−N線図(基準線図)から疲れ寿命を予測す
ることができる。
第6図及び第7図の基準線図は、第4図と同じパターン
めひすみゲージを電極圧痕表面に同様に貼シ付けた単点
スポット溶接疲れ試験片を種々の繰シ返し荷重のもとで
疲れ試験を行ない、得られたひずみ出力を繰シ返し荷重
範囲で整理すれば作成できる。
なお、その他の一一的な繰シ返し荷重(例えばランダム
荷重)が加わる場合についても、上記同様にして、疲れ
寿命及び疲れき裂発生位置を予測することができる。
第8図は、ひずみゲージ5を放射状ノくターンに形成し
た例であって、各尖端部分にゲージ端子用・・・・Tn
が設けられている。但し、始端のゲージ端子T1  と
終端のゲージ端子Tn は分離されている。この場合、
順次2端子間の抵抗変化を測定することによって、全方
向のひずみ出力の状態がよシ詳細に測定できる特徴力\
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は単点スポット溶接継手試験片の平面図、第2図
は同A−A線に沿う断面図、第3図は従来方法の説明図
、第4図は原発明方法を実施するだめのひずみゲージ取
付は状態を示す平面図、第5図は第4図に示したひず与
ゲージによるひずみ出力のモデル図、第6図及び第7図
は基準線図のモデル図、第8図はひずみゲージの別のパ
ターンを示す平面図である。 1.2・・・・金属板(試験片) 3・・・・・・・・電極圧痕 4・・・・・・・・ナゲツト(溶融部)5・・・・・・
・・ひずみゲージ 6・・・・・・・・ゲージ端子 了・・・・・・・・リード線 特許出願人  佐 藤 次 彦 同 上       阿   部   博   司Q−
uJc:1  ” uJローーロ 1        1   1 d    $     ’−C1r    (10、1
111 (寸   ぐ  ぐ  吟 第す図 D   Ioo  200 300 4110 500
庸重を凪△L(今f) 第7図 艙り逸し、敢 N(回) 273− 第U図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、スポット溶接部の電極圧痕表面にひずみゲージを貼
    シ付け、該ひずみゲージから得られるひずみ出力を処理
    して、スポット溶接継手の疲れ寿命及び疲れき裂発生位
    置を予測する方法。 2 前記電極圧痕表面に複数個のひずみゲージをほぼ同
    一円上に等間隔をおいて放射状に配置して貼り付けるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の疲れ寿命及
    び疲れき裂発生位置を予測する方法。 a 前記電極圧痕表面に貼シ付けるひずみグーの疲れ寿
    命及び疲れき裂発生位置を予測する方法。
JP10222583A 1983-06-08 1983-06-08 スポツト溶接継手の疲れ寿命及び疲れき裂発生位置を予測する方法 Granted JPS59226849A (ja)

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JP10222583A JPS59226849A (ja) 1983-06-08 1983-06-08 スポツト溶接継手の疲れ寿命及び疲れき裂発生位置を予測する方法

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JPS6310378B2 JPS6310378B2 (ja) 1988-03-07

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008068761A2 (en) * 2006-12-07 2008-06-12 Technion - Research & Development Foundation Ltd System and method for monitoring health of structural joints
CN104880402A (zh) * 2015-03-31 2015-09-02 江苏大学 一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法

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