KR102198584B1

KR102198584B1 - 파단 예측 방법 및 장치, 그리고 기록 매체

Info

Publication number: KR102198584B1
Application number: KR1020187022307A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 아이토오; 도시유키 니와; 요시유키 가세다; 노부유키 마니와
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2021-01-06
Also published as: CA3012818A1; EP3413030A1; BR112018015649A2; CN108603821A; EP3413030A4; KR20180100184A; MX2018009313A; US20190064040A1; WO2017135432A1; US10801932B2; CN108603821B; RU2694312C1; JPWO2017135432A1; JP6202232B1

Abstract

스폿 용접에 의해 접합된 부재의 변형 시뮬레이션에 있어서, 부재(10)의 스폿 용접부(14)가 설치된 평탄면(13a)에 있어서, 스폿 용접부(14)를 중심으로 한 하중의 방향에 직교하는 방향의 폭이며, 하중의 변화에 대응하여 변화되는 유효폭을 소정의 시간 간격마다 산출하고, 산출된 유효폭을 사용하여 스폿 용접부(14)의 파단을 예측한다. 이 구성에 의해, 예를 들어 자동차 부재의 충돌 변형 예측을 컴퓨터 상에서 행하는 경우에 있어서, 스폿 용접을 모델화한 스폿 용접부의 파단 예측을 정확하게 행할 수 있다.

Description

파단 예측 방법 및 장치, 그리고 기록 매체

본 발명은 파단 예측 방법 및 장치, 그리고 프로그램 및 기록 매체에 관한 것이다.

근년, 자동차 업계에서는, 충돌 시의 충격을 저감할 수 있는 차체 구조의 개발이 급선무의 과제로 되고 있다. 이 경우, 자동차의 구조 부재에 의해 충격 에너지를 흡수시키는 것이 중요하다. 자동차의 충돌 시의 충격 에너지를 흡수시키는 주요 구성은, 프레스 형성 등에 의해 부재를 성형한 후, 스폿 용접에 의해 부재를 폐단면화한 구조로 되어 있다. 스폿 용접부는, 충돌 시의 복잡한 변형 상태, 부하 조건에 있어서도 용이하게 파단되지 않고 부재의 폐단면을 유지할 수 있는 강도를 확보할 필요가 있다.

일본 특허 제4150383호 공보 일본 특허 제4133956호 공보 일본 특허 제4700559호 공보 일본 특허 제4418384호 공보 일본 특허 제5370456호 공보

스폿 용접부의 파단 강도를 측정하는 방법으로서, 전단 조인트형, 십자 조인트형, L자 조인트형의 시험편을 사용한 인장 시험이 적용되고 있다. 전단 조인트형 시험은, 시험편에 전단력이 주로 가해져 파단에 이르는 경우의 강도를, 십자 조인트형 시험은, 시험편에 축력이 주로 가해져 파단에 이르는 경우의 강도를, L자 조인트형 시험은, 시험편에 모멘트가 주로 가해져 파단에 이르는 경우의 강도를 측정하는 시험이다. 특허문헌 1 내지 4에서는, 각각의 입력 형태에 있어서의 스폿 용접부의 파단을 예측하는 방법이 검토되고 있다. 구체적으로는, 부재에 있어서 스폿 용접부가 입력 하중을 받는 평탄면의 폭(이하, 유효폭이라 칭함) 등의 구조의 영향을 고려한 스폿 용접부의 파단 강도를 예측하는 방법이 제안되어 있다. 유효폭으로서는, 예를 들어 복수의 스폿 용접부에 의해 형성된 해트 부재에서는, 입력 하중 방향에 직교하는 방향에서 스폿 용접부가 입력 하중을 받는 평탄면의 폭, 예를 들어 플랜지폭 또는 인접하는 스폿 간격이 선택된다. 해트 부재의 경우, 유효폭, 재료 강도, 판 두께, 너깃 직경 등의 고정값이 예측 조건값으로서 파단 강도 예측에 제공된다.

그러나, 예를 들어 자동차의 풀 비이클 모델에 있어서의 충돌 변형을 고려한 경우에, 부재에는 다양한 입력 하중이 가해져, 복잡한 변형을 한다. 부재의 변형 도중에 입력 하중의 방향이 변화되는 것을 생각할 수 있다. 도 1은 부재의 너깃 직경 d와 유효폭 W의 비(d/W)와, 응력 집중 계수 α의 관계를 도시하는 특성도이다. 응력 집중 계수 α는, 스폿 용접부의 파단 한계 하중(파단 크라이테리어에 도달하는 하중)에 반비례하는 값이며, 파단 한계 하중을 평가할 때의 지표로 되는 것이다. 상술한 바와 같이, 자동차의 충돌 변형을 고려한 경우, 부재의 변형 도중에 입력 하중의 방향이 변화되는 것을 생각할 수 있으며, 그것에 수반하여 유효폭의 값도 변화되고 있다고 생각된다. 너깃 직경 d는 대략 일정하기 때문에, 유효폭의 값의 변화에 수반하여, 도시한 바와 같이, 응력 집중 계수 α가 변화된다. 즉, 파단 한계 하중이 변화되고 있다. 그 때문에, 변형 도중에 입력 하중의 방향이 변화되는 부재에 대하여, 유효폭을 고정값으로 하여 파단 한계 하중을 구하여 예측을 행하면, 입력 하중의 방향이 변화된 타이밍에, 예측한 파단 한계 하중에 어긋남이 발생하여, 정확한 파단 예측을 행하는 것이 곤란해진다.

본 발명은 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 예를 들어 자동차 부재의 충돌 변형 예측을 컴퓨터 상에서 행하는 경우에 있어서, 스폿 용접을 모델화한 스폿 용접부의 파단 예측을 고정밀도로 정확하게 행할 수 있는 파단 예측 방법 및 장치, 그리고 프로그램 및 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 파단 예측 방법은, 스폿 용접에 의해 접합된 부재에 대하여, 스폿 용접부에 하중이 가해짐으로써 파단에 이르는 경우의 상기 스폿 용접부의 파단 예측 방법이다. 구체적으로는, 상기 부재의 상기 스폿 용접부가 설치된 평탄면에 있어서, 상기 스폿 용접부를 포함하며 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 유효폭을 취득하고, 상기 하중 방향의 변화에 대응하여 변화되는 상기 유효폭을 소정의 시간 간격마다 산출하고, 산출된 상기 유효폭을 사용하여 상기 스폿 용접부의 파단을 예측하는 파단 예측 방법이다.

본 발명의 파단 예측 장치는, 스폿 용접에 의해 접합된 부재에 대하여, 스폿 용접부에 하중이 가해짐으로써 파단에 이르는 경우의 상기 스폿 용접부의 파단 예측 장치이다. 구체적으로는, 상기 부재의 상기 스폿 용접부가 설치된 평탄면에 있어서, 상기 스폿 용접부를 포함하며 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 유효폭을 취득하고, 상기 하중 방향의 변화에 대응하여 변화되는 상기 유효폭을 소정의 시간 간격마다 산출하는 산출 수단과, 상기 유효폭을 사용하여 상기 스폿 용접부의 파단을 예측하는 예측 수단을 포함하는 파단 예측 장치이다.

본 발명의 프로그램은, 스폿 용접에 의해 접합된 부재에 대하여, 스폿 용접부에 하중이 가해짐으로써 파단에 이르는 경우의 상기 스폿 용접부의 파단을 예측하는 프로그램이다. 구체적으로는, 상기 부재의 상기 스폿 용접부가 설치된 평탄면에 있어서, 상기 스폿 용접부를 포함하며 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 유효폭을 취득하고, 상기 하중 방향의 변화에 대응하여 변화되는 상기 유효폭을 소정의 시간 간격마다 산출하는 제1 수순과, 상기 유효폭을 사용하여 상기 스폿 용접부의 파단을 예측하는 제2 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.

본 발명에 따르면, 예를 들어 자동차 부재의 충돌 변형 예측을 컴퓨터 상에서 행하는 경우에 있어서, 스폿 용접을 모델화한 스폿 용접부의 파단 예측을 고정밀도로 행할 수 있다.

도 1은 부재의 너깃 직경 d와 유효폭 W의 비(d/W)와, 응력 집중 계수 α의 관계를 도시하는 특성도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 의한 파단 예측 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 의한 파단 예측 방법을 스텝순으로 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 실시 형태에 있어서, 피측정 대상물로서 사용하는 해트형 부재를 도시하는 개략 사시도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 의한 파단 예측 방법의 스텝 S2를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 6a는 제1 실시 형태에 있어서, 유효폭의 산출에 타원칙을 적용하는 경우를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 6b는 제1 실시 형태에 있어서, 유효폭의 산출에 타원칙을 적용하는 경우를 설명하기 위한 개략 평면도이다.
도 7a는 제1 실시 형태에 있어서, 유효폭의 산출에 마름모형칙을 적용하는 경우를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 7b는 제1 실시 형태에 있어서, 유효폭의 산출에 마름모형칙을 적용하는 경우를 설명하기 위한 개략 평면도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 있어서, 타원칙이나 마름모형칙 등을 사용하지 않고 유효폭을 결정하는 경우를 설명하기 위한 개략 평면도이다.
도 9a는 제1 실시 형태의 실시예에서 사용한 해트형 부재 및 3점 굽힘 시험의 상황을 도시하는 개략 측면도이다.
도 9b는 제1 실시 형태의 실시예에서 사용한 해트형 부재 및 3점 굽힘 시험의 상황을 도시하는 개략 평면도이다.
도 10은 제1 실시 형태의 실시예에 있어서, 3점 굽힘 시험 후의 각 스폿 용접부의 파단 발생의 유무를 정리한 결과를 나타내는 표이다.
도 11a는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 해트형 부재의 개략 사시도이다.
도 11b는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 해트형 부재의 개략 단면도이다.
도 12a는 제2 실시 형태의 기본 구성을 설명하기 위한 해트형 부재의 개략 단면도이다.
도 12b는 제2 실시 형태의 기본 구성을 설명하기 위한 해트형 부재의 개략 사시도이다.
도 13a는 제2 실시 형태의 기본 구성을 설명하기 위한 해트형 부재의 개략 사시도이다.
도 13b는 제2 실시 형태의 기본 구성을 설명하기 위한 해트형 부재의 개략 단면도이다.
도 14a는 제2 실시 형태의 기본 구성을 설명하기 위한 해트형 부재의 개략 사시도이다.
도 14b는 제2 실시 형태의 기본 구성을 설명하기 위한 해트형 부재의 개략 단면도이다.
도 15는 제2 실시 형태에 의한 조건 취득 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 16은 제2 실시 형태에 의한 조건 취득 방법을 스텝순으로 나타내는 흐름도이다.
도 17a는 제2 실시 형태의 실시예에서 사용한 해트형 부재를 도시하는 개략 측면도이다.
도 17b는 제2 실시 형태의 실시예에서 사용한 해트형 부재를 도시하는 개략 단면도이다.
도 18a는 제2 실시 형태의 실시예에서 사용한 해트형 부재 및 3점 굽힘 시험의 상황을 도시하는 개략 측면도이다.
도 18b는 제2 실시 형태의 실시예에서 사용한 해트형 부재 및 3점 굽힘 시험의 상황을 도시하는 개략 평면도이다.
도 19는 제2 실시 형태의 실시예에 있어서, 3점 굽힘 시험 후의 각 스폿 용접부의 파단 발생의 유무를 정리한 결과를 나타내는 표이다.
도 20은 퍼스널 유저 단말 장치의 내부 구성을 도시하는 모식도이다.

이하, 파단 예측 방법 및 장치, 그리고 프로그램 및 기록 매체의 모든 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

(제1 실시 형태)

본 실시 형태에서는, 스폿 용접에 의해 접합된 부재를 피측정 대상물로 하여, 유한 요소법(FEM)에 의한 변형 시뮬레이션을 행하여, 당해 부재의 스폿 용접부의 파단을 예측한다.

도 2는 제1 실시 형태에 의한 파단 예측 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 도 3은 제1 실시 형태에 의한 파단 예측 방법을 스텝순으로 나타내는 흐름도이다.

본 실시 형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 피측정 대상물로서 해트형 부재(10)를 사용한다. 해트형 부재(10)는 해트형으로 성형된 해트형 단면상 강판인 모재(11)와, 평면상 강판인 모재(12)를 플랜지부(13)의 평탄한 플랜지면(13a)에서 중첩하고, 플랜지부(13)를 스폿 용접에 의해 접합한 해트형 폐단면 구조를 갖는 구조 부재이다. 플랜지면(13a)에는, 긴 쪽 방향을 따라서 스폿 용접부(14)가 등간격으로 형성되어 있다. 인접하는 스폿 용접부(14) 간의 거리를 스폿간 거리, 플랜지부(13)의 짧은 쪽 방향의 폭을 플랜지폭으로 정의한다.

본 실시 형태에 의한 파단 예측 장치는, 도 2와 같이, 스폿 용접부의 파단 예측식을 작성하는 제1 산출부(1)와, 작성된 파단 예측식을 사용하여 스폿 용접부의 파단을 예측하는 제2 산출부(2)를 구비하여 구성되어 있다.

해트형 부재(10)에 대하여, 스폿 용접부(14)의 파단 예측을 행하기 위해서는, 도 3과 같이, 우선 유저는 파단 예측 장치에, 해트형 부재(10)에 관한 각종 조건을 입력한다(스텝 S1). 각종 조건으로서는, 해트형 부재(10)의 재료의 인장 강도, 전연신, 탄소 당량, 영률, 판 두께, 스폿 용접부의 너깃 직경, 요소 사이즈, 제1 폭 및 제2 폭이 있다.

제1 폭 및 제2 폭은, 후술하는 스텝 S2에 있어서 유효폭을 산출하기 위해 사용되는 값이다. 제1 폭은, 부재의 평탄면[플랜지면(13a)]에 있어서, 주목하는 스폿 용접부와 이것과 인접하는 스폿 용접부의 거리(스폿간 거리)이다. 제2 폭은, 플랜지면(13a)에 있어서, 주목하는 스폿 용접부를 통과하여 제1 폭과 직교하고, 당해 평탄면의 에지 또는 능선과 접하는 점을 양단으로 하는 가상 선분의 길이이다. 본 실시 형태에서는, 스폿 용접부(14)의 스폿간 거리가 제1 폭, 플랜지면(13a)의 플랜지폭이 제2 폭이 된다.

계속해서, 제1 산출부(1)는 입력된 스폿간 거리 및 플랜지폭을 사용하여 유효폭을 산출한다(스텝 S2). 유효폭은, 파단 예측의 지표가 되는 예측 조건값의 하나이며, 본 실시 형태에서는, 스폿 용접부가 설치된 부재의 평탄면에 있어서, 당해 스폿 용접부를 포함하는 입력 하중의 방향에 직교하는 방향의 폭이다.

스텝 S2는, 도 5의 스텝 S11 내지 S13으로 이루어진다.

스텝 S11에서는, 제1 산출부(1)는 스폿 용접부(14)에 시시각각으로 가해지는 하중의 전단력 성분이나 축력을 취득하고, 합력 및 그 방향을 산출한다.

스텝 S12에서는, 제1 산출부(1)는 스폿 용접부(14)에 가해지는 하중의 방향을 플랜지면(13a) 상에 투영시킨다. 스텝 S11에서 산출된 합력은, 임의의 3차원 방향을 취할 수 있기 때문에, 스폿 용접부가 설치된 면에 하중 방향을 투영한다.

스텝 S13에서는, 제1 산출부(1)는 플랜지면(13a)에 투영된 하중의 방향에 대하여 직교하는 방향의 유효폭을 산출한다.

본 실시 형태에서는, 유효폭의 산출에, 스폿 거리 및 플랜지폭 중 한쪽을 장축, 다른 쪽을 단축으로 하는 타원칙을 적용한다. 도 6a, 도 6b에 도시한 바와 같이, 스폿 용접부(14)를 중심으로 하고, 제1 폭인 스폿간 거리를 장축, 제2 폭인 플랜지폭을 단축으로 하여 타원식을 작성한다. 제1 산출부(1)는 스폿 용접부(14)에 있어서 플랜지면(13a) 상에 투영된 하중의 방향과 직교하는 방향의 타원의 직경을, 유효폭으로서 산출한다.

다른 유효폭의 산출 방법으로서, 타원칙 대신에 스폿간 거리 및 플랜지폭 중 한쪽을 장축, 다른 쪽을 단축으로 하는 마름모형칙을 적용해도 된다. 도 7a, 도 7b에 도시한 바와 같이, 스폿 용접부(14)를 중심으로 하고, 스폿 거리를 장축, 플랜지폭을 단축으로 하여 마름모형식을 작성한다. 제1 산출부(1)는 스폿 용접부(14)에 있어서 플랜지면(13a) 상에 투영된 하중의 방향과 직교하여 마름모형의 변과 교차하는 선분의 길이를, 유효폭으로서 산출한다.

또한, 타원칙이나 마름모형칙 등을 사용하지 않고, 스폿간 거리 및 플랜지폭 중, 입력 하중에 직교하는 방향에 보다 가까운 쪽을 유효폭으로서 선택할 수도 있다. 구체적으로는, 도 8에 도시한 바와 같이, 스폿 용접부(14)를 원점으로 하여 직교하는 스폿간 거리 방향 및 플랜지폭 방향을 이분하는(스폿간 거리 방향 및 플랜지폭 방향의 양쪽과 45°를 이루는) 가상의 경계선(15)을 상정한다. 플랜지면(13a) 상에 투영된 하중의 방향이 경계선(15)을 기준으로 하여 스폿간 거리 방향에 가까운 경우에는, 제1 산출부는, 플랜지폭을 유효폭으로 규정한다. 한편, 플랜지면(13a) 상에 투영된 하중의 방향이 경계선(15)을 기준으로 하여 플랜지폭 방향에 가까운 경우에는, 제1 산출부는, 스폿간 거리를 유효폭으로 규정한다. 플랜지면(13a) 상에 투영된 하중의 방향이 경계선(15)과 일치하는 경우에는, 미리 결정된 스폿간 거리 또는 플랜지폭을 유효폭으로 규정한다. 혹은, 당해 일치의 경우에는, 스폿간 거리 및 플랜지폭의 평균값을 유효폭으로 규정하는 것도 생각할 수 있다. 도 8의 예에서는, 하중의 방향이 경계선(15)을 기준으로 하여 스폿간 거리 방향에 가까운 경우를 나타낸다.

계속해서, 제1 산출부(1)는 스텝 S1에서 입력된 재료 강도 TS, 판 두께 t, 스폿 용접의 너깃 직경 D, 및 스텝 S2에서 산출된 유효폭 W를 사용하여, 파단 예측식을 작성한다(스텝 S3).

구체적으로, 스폿 용접부에 전단력이 주로 가해지는 경우의 파단 예측식은,

여기서, Fs는 파단 예측 하중, a, b, c는 실험 결과를 피팅하기 위한 파라미터이다.

또한, 스폿 용접부에 축력이 주로 가해지는 경우의 파단 예측식은,

여기서, Fn은 파단 예측 하중, C_eq는 탄소 당량, d, e, f, g, h, i, j, k는 실험 결과를 피팅하기 위한 파라미터이다.

또한, 스폿 용접부에 모멘트가 주로 가해지는 경우의 파단 예측식은,

여기서, Mf는 파단 예측 모멘트, el은 재료의 전연신, E는 부재의 영률, L은 암 길이, Me는 요소 사이즈, l, m, n, o, p, q, r, s, u, v, y, z는 실험 결과를 피팅하기 위한 파라미터이다. 암 길이란, L자 조인트에 있어서는 스폿 용접 중심과 종벽간의 거리로 정의되지만, 본 검토 대상의 부재에 있어서는, 스텝 S2에서 산출되는 유효폭과 직교하는 방향의 폭의 1/2의 값, 즉 하중의 방향과 평행한 방향의 폭의 1/2의 값을 암 길이로 정의한다.

또한, 반드시 (1)식, (2)식, (3)식을 사용하지는 않더라도, 실험 결과를 피팅할 수 있는 식이면 된다.

계속해서, 제2 산출부(2)를 사용하여 스폿 용접부의 파단을 예측한다.

구체적으로는, 스폿 용접부에 가해지는 입력이, 전단력 S, 축력 A, 모멘트 M이라 하면, 이들의 값과 (1)식, (2)식, (3)식으로 이루어지는 관계식인 (4)식, (5)식, (6)식 중 어느 것이 성립하였을 때에 파단이 발생한 것으로 판정한다.

해트형 부재(10)의 유한 요소법에 의한 충돌 변형 시뮬레이션은, 소정의 시간 간격마다 매번 계산된다. 부재의 변형에 따라서 스폿 용접부(14)에 가해지는 하중 성분도 소정의 시간 간격마다 매번 계산된다. 제1 산출부(1)는 소정의 시간 간격마다 매번 산출한 하중의 방향에 대하여 직교하는 방향의 유효폭을 취득하여 파단 예측식을 작성하고, 제2 산출부(2)는 파단 예측을 행한다.

구체적으로는, 소정의 시간 간격마다, 상기한 스텝 S2(스텝 S11 내지 S13)를 실행하여 유효폭을 산출하고, 스텝 S3을 실행하여, 스텝 S2에서 산출된 유효폭 W를 사용하여 작성된 파단 예측식에 기초하여 파단 예측을 행한다. 여기서, 스텝 S13에 있어서의 타원식의 작성은 최초의 스텝 S13만 행하고, 이어지는 소정의 시간 간격마다의 스텝 S13에서는, 최초의 스텝 S13에서 작성된 타원식을 사용하여, 소정의 시간 간격마다 매번 산출한 하중의 방향에 대응한 유효폭을 산출한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 예를 들어 자동차 부재의 충돌 변형 예측을 컴퓨터 상에서 행하는 경우에 있어서, 스폿 용접을 모델화한 스폿 용접부의 파단 예측을 고정밀도로 행할 수 있다. 그 때문에, 실제의 자동차 부재에서의 충돌 시험을 생략, 또는 충돌 시험의 횟수를 대폭 삭감할 수 있다. 또한, 충돌 시의 파단을 방지하는 부재 설계를 컴퓨터 상에서 정확하게 행할 수 있기 때문에, 대폭적인 비용 삭감, 개발 기간의 단축에 기여하는 것이 가능해진다.

(실시예)

이하, 상술한 제1 실시 형태에 대하여, 종래 기술과의 비교에 기초하여, 그 발휘하는 작용 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예에서는, 도 9a, 도 9b에 도시한 바와 같이, 높이 60㎜, 폭 120㎜의 해트형 부재(100)를 사용하여 3점 굽힘 시험을 행하였다. 해트형 부재(100)에 있어서, 해트형 단면상 강판인 모재(111)와 평면상 강판인 모재(112)가 66점의 스폿 용접부에 의해 접합되어 있고, 스폿간 거리는 30㎜, 플랜지폭은 15㎜이다. 도 9b에 도시한 바와 같이, 해트형 부재(100)에 있어서, 각 스폿 용접부의 위치를 A열(A1 내지 A33), B열(B1 내지 B33)로 정의하고 있다.

해트형 부재(100)의 재료는, 인장 강도 1500㎫급 강판이며, 모재(111, 112) 모두 판 두께 1.6㎜로 제작하였다. 이때, 스폿 용접부의 너깃 직경은 6.3㎜이다. 고정 지그(113, 114)로 해트형 부재(100)를 지지하고, 고정 지그(113, 114)의 지점간 거리를 700㎜로 하고, R150㎜의 임팩터(115)를 모재(112)측으로부터 60㎜의 스트로크로 압박하여 3점 굽힘 시험을 행하였다.

또한, 당해 실험 조건을 재현한 FEM 모델을 작성하고, 본 발명에 의한 프로그램을 집어넣었다. 스폿 용접부에 가해지는 하중 방향을 소정의 시간 간격마다 순차적으로 계산하고, 당해 하중 방향에 직교하는 방향의 유효폭을 타원칙에 의해 계산하고, 당해 유효폭을 사용하여 파단 크라이테리어를 산출하고, 각 스폿 용접부의 파단 예측을 행하였다. 또한, 비교를 위해, 종래 기술 1로서 유효폭을 스폿 간격으로 고정한 경우, 종래 기술 2로서 유효폭을 플랜지폭으로 고정한 경우의 파단 예측도 행하였다.

도 10은 각 스폿 용접부의 위치인 A열(A1 내지 A33), B열(B1 내지 B33)에 대하여, 3점 굽힘 시험 후의 각 스폿 용접부의 파단 발생의 유무를 정리한 결과를 나타내는 표이다. 각 스폿 용접부의 파단의 발생 유무를 실험 결과와 비교하여, 전체 66타점에 대하여, 파단 발생 유무를 정확하게 예측할 수 있는 타점수의 비율을 구하였다.

제1 실시 형태의 방법에 의해 파단을 예측한 경우의 적중률은 100％였다. 종래 기술인, 유효폭을 스폿 간격으로 고정한 경우의 적중률은 80.3％, 유효폭을 플랜지 간격으로 고정한 경우의 적중률은 90.9％였다.

이들 결과로부터, 종래 기술에 있어서는, 유효폭을 스폿 간격으로 한 경우와, 플랜지폭으로 한 경우에서 파단 예측 정밀도에 변동이 발생하는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 제1 실시 형태의 방법을 사용함으로써, 파단 예측 정밀도가 대폭 향상되는 것에 더하여, 부재의 변형에 의한, 스폿 용접부에 가해지는 하중 방향의 변화에 따라서 안정된 파단 예측 정밀도가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 스폿 용접에 의해 접합된 부재를 피측정 대상물로 하여, 유한 요소법(FEM)에 의한 변형 시뮬레이션을 행하여, 당해 부재의 스폿 용접부의 파단을 예측한다. 본 실시 형태에서는, 유효폭을 산출하기 위한 제1 폭 및 이것과 직교하는 제2 폭을 보다 고정밀도로 취득할 수 있다. 제1 실시 형태와 조합함으로써, 파단 예측의 정밀도가 보다 향상된다.

-본 실시 형태의 기본 구성-

처음에, 본 실시 형태에 의한 조건 취득 방법의 기본 구성에 대하여 설명한다.

해트형 부재(20A)에서는, 도 11a, 도 11b에 도시한 바와 같이, 예를 들어 모재(101)의 이면측에 모재(103)가 배치되고, 모재(101, 103)가 스폿 용접부(22)에 의해 접합되는 경우가 있다. 이 경우에, 예를 들어 특허문헌 5의 기술을 사용하여, 주목하는 스폿 용접부와 이것에 최근접하는 스폿 용접부 사이의 거리를 유효폭으로서 취득하는 경우에 대하여 고찰한다. 스폿 용접부(21a)에 주목하는 경우, 스폿 용접부(21)가 모재(101, 102)를 접합하는 것이기 때문에, 스폿 용접부(21a)에 최근접하는 스폿 용접부를 21b로 하고, 스폿 용접부(21a, 21b) 간의 거리 d1을, 유효폭을 산출하기 위한 제1 폭이라 해야 한다. 그런데, 모재(101)의 표면에서 스폿 용접부(101a)에 최근접하는 스폿 용접부는 22a이기 때문에, 스폿 용접부(21a, 22a) 간의 거리 d2를 제1 폭으로서 취득해 버린다. 스폿 용접부(22a)는 모재(101, 103)를 접합하는 것이기 때문에, 잘못된 제1 폭이 취득되게 되어, 정확한 시뮬레이션을 행할 수 없다. 즉, 스폿 용접간의 거리에만 주목하는 경우, 상이한 부재 또는 평면에 있어서 스폿 용접간의 거리를 채용하여, 올바른 파단 예측이 실시되지 않을 가능성이 있다.

(1) 본 실시 형태에서는, 스폿 용접에 의해 접합되는 부재에 대하여, 모재의 셸 요소의 법선 방향의 각도차를 취득한다. 취득된 각도차에 기초하여, 모재부를 구성면마다 분류한다. 구성면마다, 당해 구성면에 속하는 스폿 용접부를 분류한다. 그리고, 구성면마다 스폿 용접부에 관한 제1 폭 및 제2 폭을 취득하고, 제1 실시 형태에서 설명한 방법에 의해 유효폭을 취득한다.

제1 폭으로서, 주목하는 스폿 용접부와 동일 구성면에 속하는 최근접의 스폿 용접부의 거리를 채용한다. 제2 폭으로서, 주목하는 스폿 용접부와 최근접의 스폿 용접부의 거리와 직교하는 방향의 당해 구성면의 폭(구성면은, 셸 요소의 법선 방향의 각도차로 분류되어 있고, 소정의 각도차 내에 대응한 평탄면으로 되어 있음)을 채용한다.

모재는 셸 요소이며, 스폿 용접부는, 빔 요소(바 요소), 셸 요소, 솔리드 요소 등으로 모델화된다. 빔 요소란 2점의 절점을 갖는 선분 요소, 셸 요소란 예를 들어 4점의 절점을 갖는 평면 요소, 솔리드 요소란 예를 들어 8점의 절점을 갖는 입체 요소이다. 예를 들어, 모재 A, B를 스폿 용접에 의해 접속하고 있는 모델에 있어서, 스폿 용접부를 단부점 a, b를 갖는 빔 요소(a측은 모재 A와 접속, b측은 모재 B와 접속)로 모델화, 모재 A, B는 셸 요소로 모델화한다. 그리고, 빔 요소의 양단인 단부점 a, b의 각각에 대하여, 접속하는 모재에 있어서의, 최근접의 스폿 용접부간 거리 및 스폿 용접부간 거리에 직교하는 방향의 평탄면폭을 취득하고, 제1 폭 및 제2 폭이라 한다.

(1)의 구체예를 도 12a 및 도 12b에 도시한다. 여기에서는, 해트형 부재(20B)를 구성하는 모재(101 내지 103) 중, 모재(101)를 예로 들어 설명한다.

모재(101)의 표면을 구성하는 각 평탄면(이하, 구성면이라 함)에 대하여 생각한다. 동일한 구성면에 형성된 스폿 용접부에 대하여 취득한 유효폭이, 스폿 파단 예측에 제공되는 정확한 유효폭이다. 따라서 본 실시 형태에서는, 도 12a에 도시한 바와 같이, 모재(101)를 각 구성면으로 분리하여 취급하기 위해, 모재(101)에 대하여, 인접하는 셸 요소의 법선 방향의 각도차를 순차적으로 계산하고, 모재(101)의 표면을 구성면마다 분류한다. 당해 각도차가 소정값 이내, 0° 내지 45° 정도의 범위 내에서 규정된 소정값 이하, 예를 들어 15° 이하일 때에는, 대응하는 셸 요소간에 있어서의 모재(101)의 표면은 평탄면이라고 간주한다. 즉, 당해 각도차가 소정값 이내에 있는 복수의 셸 요소는, 동일한 구성면에 속하는 것으로 한다. 이와 같이 하여 예를 들어, 도 12b에 도시한 바와 같이, 모재(101)의 표면을, 천장판면인 구성면 A, 각 연결면인 구성면 B1, B2, 각 종벽면인 구성면 C1, C2, 각 연결면인 구성면 D1, D2, 플랜지면인 구성면 E1, E2로 분류한다.

그리고, 구성면 A 내지 E2에 대하여, 동일한 구성면에 속하는 스폿 용접부를 분류한다. 도 12b의 예에서는, 구성면 A에 대하여 2개의 스폿 용접부(22), 구성면 C1, C2에 대하여 각각 2개의 스폿 용접부(22), 구성면 E1, E2에 대하여 각각 4개의 스폿 용접부(21)가 분류된다. 그리고, 동일한 구성면에 형성된 것으로서 분류된 스폿 용접부에 대하여, 제1 폭 및 제2 폭을 취득한다. 이상에 의해, 스폿 파단 예측에 제공되는 정확한 유효폭을 취득할 수 있다. 구성면 E1을 예로 들어 스폿 용접부(21a)에 주목하면, 도 11a, 도 11b와 같이 잘못된 거리 d2를 제1 폭이라 하지 않고, 도 12b와 같이 올바른 거리 d1을 제1 폭으로서 취득하게 된다.

(2) 본 실시 형태에서는, 당해 모재와 대향하여 배치되어 스폿 용접부에 의해 접합되는 이면측의 모재에 대해서도, 상기와 마찬가지로 제1 폭 및 제2 폭을 취득한다.

(2)의 구체예를 도 13a 및 도 13b에 도시한다. 해트형 부재(20B)에 있어서, 모재(101)는 그 이면의 모재(102, 103)와 스폿 용접부(21, 22)에 의해 접합되어 있다. 모재(102, 103)에 대해서도, 모재(101)와 마찬가지로 하여 제1 폭 및 제2 폭을 취득하고, 유효폭을 산출한다. 여기에서는, 해트형 부재(20B)를 구성하는 복수의 모재 중, 모재(101, 102)를 예로 들어 설명한다.

도 13a, 도 13b와 같이, 스폿 용접부(21a)에 주목하면, 상술한 바와 같이 모재(101)에서는, 거리 d1이 제1 폭으로서 취득되고, 거리 d1과 직교하는 방향의 구성면의 폭인 거리 d4가 제2 폭으로서 취득된다. 모재(102)에서는, 그 셸 요소의 법선 방향의 각도차로부터, 그 구성면은 1개이다. 모재(102)의 제1 폭에 대해서는, 모재(101)의 거리 d1과 마찬가지로 거리 d3이 제1 폭으로서 취득되고, 도 13b와 같이, 거리 d3과 직교하는 방향의 구성면의 폭인 거리 d5가 제2 폭으로서 취득된다. 단, 실제의 시뮬레이션에서는, 제1 폭 및 제2 폭의 상한값이 설정되어 있고, 거리 d5보다도 작은 소정값을 제2 폭이라 하고 있다.

(3) 본 실시 형태에서는, 주목하는 스폿 용접부에 의해 접합된 이면측의 모재와, 주목하는 스폿 용접부와 최근접의 스폿 용접부에 의해 접합된 이면측의 모재가 동일한 경우에, 주목하는 스폿 용접부에 대하여 제1 폭 및 제2 폭을 취득한다.

(3)의 구체예를 도 14a 및 도 14b에 도시한다. 해트형 부재(20C)에 있어서, 모재(101)는 그 이면의 모재(102, 103, 104)와 스폿 용접부(21, 22)에 의해 접합되어 있다. 모재(104)는 모재(101)의 구성면 A와 스폿 용접부(23)에 의해 접합되어 있다.

도 14a, 도 14b와 같이, 모재(101)의 구성면 A에는 2개의 스폿 용접부(22)와 2개의 스폿 용접부(23)가 포함되어 있다. 모재(101)에 대하여 제1 폭 및 제2 폭을 취득할 때에 이면측의 모재(103, 104)의 정보를 고려하지 않는 것으로 하면, 주목하는 스폿 용접부(22a)에 최근접의 스폿 용접부는, 스폿 용접부(22b)가 아니라 스폿 용접부(23a)라고 잘못 판정해 버린다. 그렇게 되면, 모재(101)의 구성면 A에 있어서의 제1 폭은, 거리 d6이 아니라 거리 d7이 잘못 취득된다. 주목하는 스폿 용접부(22a)는 모재(101)와 모재(103)를 접합하는 것이며, 마찬가지로 모재(101)와 모재(103)를 접합하는 최근접의 스폿 용접부는 22b이기 때문에, 올바른 제1 폭은 거리 d6이다. 스폿 용접부(23a)는 모재(101, 104)를 접합하는 것이며, 거리 d7은 잘못된 제1 폭이다.

따라서 본 실시 형태에서는, 주목하는 스폿 용접부(22a)와 최근접의 스폿 용접부(23a)에 대해서는, 접합하는 것이 모재(104)이며 스폿 용접부(22a)가 접합하는 모재(103)와는 상이하기 때문에, 거리 d7은 제1 폭으로서 채용하지 않는다. 그리고, 주목하는 스폿 용접부(22a)와 다음으로 근접하는 최근접의 스폿 용접부(22b)에 대하여, 이것이 접합하는 것이 모재(103)이며 스폿 용접부(22a)가 접합하는 모재(103)와 동일하기 때문에, 거리 d6을 제1 폭으로서 채용한다. 이와 같이 본 실시 형태에서는, 동일한 구성면에 속하는 스폿 용접부라도, 당해 구성면의 모재와 접합되는 모재가 상이한 경우가 있는 것을 고려하여, 그와 같은 경우라도 정확한 제1 폭 및 제2 폭을 취득할 수 있다.

-조건 취득 장치 및 방법의 구체적 구성-

도 15는 제2 실시 형태에 의한 조건 취득 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 도 16은 제2 실시 형태에 의한 조건 취득 방법을 스텝순으로 나타내는 흐름도이다.

본 실시 형태에 의한 조건 취득 장치는, 도 15와 같이, 각도차 취득부(31), 구성면 분류부(32), 용접부 분류부(33), 및 폭 취득부(34)를 구비하여 구성되어 있다.

각도차 취득부(31)는 스폿 용접에 의해 접합되는 각 모재에 대하여, 각각 모재의 셸 요소의 법선 방향의 각도차를 취득한다.

구성면 분류부(32)는 취득된 각도차에 기초하여, 각 모재의 표면을 구성면마다 분류한다.

용접부 분류부(33)는 각 모재에 대하여, 분류된 구성면마다 당해 구성면에 속하는 스폿 용접부를 분류한다.

폭 취득부(34)는 각 모재에 대하여, 분류된 구성면마다 스폿 용접부에 관한 제1 폭 및 제2 폭을 취득한다. 여기서, 주목하는 스폿 용접부에 의해 접합된 이면측의 모재와, 주목하는 스폿 용접부와 최근접의 스폿 용접부에 의해 접합된 이면측의 모재가 동일한 경우에, 주목하는 스폿 용접부에 대하여 제1 폭 및 제2 폭을 취득한다.

예를 들어 해트형 부재를 피측정 대상물로 하여, FEM에 의한 시뮬레이션을 행하기 위한 해석 모델을 작성하고, 당해 해석 모델의 유효폭을 취득하기 위해서는, 도 16에 도시한 바와 같이, 우선 각도차 취득부(31)는 스폿 용접에 의해 접합되는 셸 요소로 구성된 각 모재에 대하여, 각각 모재의 인접하는 셸 요소의 법선 방향의 각도차를 취득한다(스텝 S21). 도 14a, 도 14b를 예로 들면, 모재(101 내지 104)의 각각에 대하여, 인접하는 셸 요소의 법선 방향의 각도차를 취득하게 된다.

계속해서, 구성면 분류부(32)는 취득된 각도차에 기초하여, 각 모재의 표면을 구성면마다 분류한다(스텝 S22). 당해 각도차가 0° 내지 45° 정도의 범위 내에서 규정된 소정값 이하, 예를 들어 15° 이하이면, 동일 구성면으로서 분류한다. 도 12a, 도 12b의 모재(101)를 예로 들면, 천장판면인 구성면 A, 각 연결면인 구성면 B1, B2, 각 종벽면인 구성면 C1, C2, 각 연결면인 구성면 D1, D2, 플랜지면인 구성면 E1, E2로 분류한다.

계속해서, 용접부 분류부(33)는 각 모재에 대하여, 분류된 구성면마다 당해 구성면에 속하는 스폿 용접부를 분류한다(스텝 S23). 도 12a, 도 12b의 모재(101)를 예로 들면, 구성면 A에는 2개의 스폿 용접부(22)와 2개의 스폿 용접부(23), 구성면 C1, C2에는 각각 2개의 스폿 용접부(22), 구성면 E1, E2에는 각각 4개의 스폿 용접부(21)가 분류된다.

계속해서, 폭 취득부(34)는 각 모재에 대하여, 분류된 구성면마다 스폿 용접부에 관한 제1 폭 및 제2 폭을 취득한다(스텝 S24). 여기서, 주목하는 스폿 용접부에 의해 접합된 이면측의 모재와, 주목하는 스폿 용접부와 최근접의 스폿 용접부에 의해 접합된 이면측의 모재가 동일한 경우에, 주목하는 스폿 용접부에 대하여 제1 폭 및 제2 폭을 취득한다. 도 14a, 도 14b의 모재(101)를 예로 들어, 스폿 용접부(22a)에 주목한다. 이 경우에는, 스폿 용접부(22a)가 모재(101, 103)를 접합하기 때문에, 폭 취득부(34)는 구성면 A 내에서 스폿 용접부(22a)에 근접하는 스폿 용접부 중, 마찬가지로 모재(101, 103)를 접합하는 스폿 용접부(22b)와의 거리 d6을 제1 폭으로서 취득한다. 또한, 폭 취득부(34)는 구성면 A와 대향하는 모재(103)의 구성면에 있어서의 제1 폭과 직교하는 폭을 제2 폭으로서 취득한다.

본 실시 형태에서는, 상기와 같이 하여 각 모재의 구성면의 스폿 용접부마다 제1 폭 및 제2 폭을 취득한 후, 제1 폭 및 제2 폭을 사용하여 제1 실시 형태에서 설명한 스텝 S1, S2(스텝 S11 내지 S13), S3을 실행한다. 제1 산출부(1)는 제1 폭 및 제2 폭을 사용하여 소정 시간 간격마다 매번 산출한 하중의 방향에 대하여 직교하는 방향의 유효폭을 취득하여 파단 예측식을 작성하고, 제2 산출부(2)는 파단 예측을 행한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 시험 대상의 부재가 예를 들어 3개 이상의 모재가 스폿 용접에 의해 접합되어 이루어지는 경우라도, 제1 실시 형태에 의해 취득되는 유효폭을 산출하기 위해 필요한 부재의 소정 폭(제1 폭 및 제2 폭)을 정확하게 얻는 것이 가능해져, 스폿 용접을 모델화한 스폿 용접부의 파단 예측을 보다 정확하게 행할 수 있다.

(실시예)

이하, 상술한 제2 실시 형태에 대하여, 종래 기술과의 비교에 기초하여, 그 발휘하는 작용 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예에서 피측정 대상으로서 사용하는 해트형 부재(200)를 도 17a, 도 17b에 도시한다. 해트형 부재(200)는 해트형 단면상 강판인 모재(211)와 평면상 강판인 모재(212)가 플랜지면에서 스폿 용접에 의해 접합되어 있고, 또한 모재(211)의 이면측에 보강용 강판인 모재(213, 214)가 배치되고, 모재(211)와 모재(213) 및 모재(211)와 모재(214)가 스폿 용접에 의해 접합되어 있다. 모재(211, 212)를 접합하는 스폿 용접부를 221로 한다. 모재(211, 213)를 접합하는 스폿 용접부를 222로 한다. 모재(211, 214)를 접합하는 스폿 용접부를 223로 한다. 해트 부재(200)에서는, 모재(211, 212)를 접합하는 스폿 용접부(221)의 스폿 용접간 거리[예를 들어, 인접하는 스폿 용접부(221a, 221b) 간의 거리 d1]보다도, 모재(211, 213)를 접합하는 스폿 용접부(222)의 스폿 용접간 거리[예를 들어, 스폿 용접부(221a, 222a) 간의 거리 d2]쪽이 짧게 되어 있다.

본 실시예에서는, 도 18a, 도 18b에 도시한 바와 같이, 높이 60㎜, 폭 120㎜의 해트형 부재(200)를 사용하여 3점 굽힘 시험을 행하였다. 해트형 부재(200)에 있어서, 해트형 단면상 강판인 모재(211)와 이면측의 평면상 강판인 모재(212)가 66점의 스폿 용접부에 의해 접합되고, 모재(211)의 이면측에 보강판으로서 모재(213, 214)가 모재(211)와 각각 66점의 스폿 용접부에 의해 접합되어 있고, 스폿간 거리는 30㎜, 플랜지폭은 15㎜이다. 도 18b에 도시한 바와 같이, 해트형 부재(200)에 있어서, 모재(211, 212)를 접합하는 스폿 용접부에 대하여, 각 스폿 용접부의 위치를 A열(A1 내지 A33), B열(B1 내지 B33)로 정의하고 있다.

해트형 부재(200)의 재료는, 인장 강도 1500㎫급 강판이며, 모재(211 내지 214) 모두에 대하여 판 두께 1.6㎜로 제작하였다. 이때, 스폿 용접부의 너깃 직경은 6.3㎜이다. 고정 지그(215, 216)에 의해 해트형 부재(100)를 지지하고, 고정 지그(215, 216)의 지점간 거리를 700㎜라 하고, R150㎜의 임팩터(217)를 모재(212)측으로부터 60㎜의 스트로크로 압박하여 3점 굽힘 시험을 행하였다.

또한, 당해 실험 조건을 재현한 FEM 모델을 작성하고, 본 발명에 의한 프로그램을 집어넣었다. 스폿 용접부에 가해지는 하중 방향을 소정의 시간 간격마다 순차적으로 계산하고, 당해 하중 방향에 직교하는 방향의 유효폭을 타원칙에 의해 계산하고, 당해 유효폭을 사용하여 파단 크라이테리어를 산출하고, 스폿 용접부의 파단 예측을 행하였다.

본 실시예에서는, 도 19에 도시한 바와 같이, 「제2 실시 형태」, 「제1 실시 형태」, 「종래 기술」에 대하여, FEM 해석에 의한 파단 예측 결과를 조사하였다. 「제1 실시 형태」에서는, 전술한 제1 실시 형태의 방법에 의해, 해트형 부재(200)에 대하여, 하중 방향의 변화에 따라서 소정의 시간 간격마다 유효폭을 취득하였다. 「제2 실시 형태」에서는, 「제1 실시 형태」의 방법에 더하여, 전술한 제2 실시 형태의 방법에 의해, 해트형 부재(200)의 구성면 및 모재를 고려한 후에 적절한 제1 폭 및 제2 폭을 설정하고, 유효폭을 취득하였다. 「종래 기술」에서는, 제1 및 제2 실시 형태 중 어느 방법도 실시하지 않고, 유효폭을 스폿 간격으로 고정하였다.

도 19의 표에서는, 모재(211 내지 214) 중, 모재(211, 212)를 접합하는 각 스폿 용접부의 위치인 A열(A1 내지 A33), B열(B1 내지 B33)에 대하여, 3점 굽힘 시험 후의 각 스폿 용접부의 파단 발생의 유무를 정리한 결과를 나타내고 있다. 각 스폿 용접부의 파단의 발생 유무를 실험 결과와 비교하여, 전체 66타점에 대하여, 파단 발생 유무를 정확하게 예측할 수 있는 타점수의 비율을 구하였다.

「제2 실시 형태」에 의해 파단을 예측한 경우의 적중률은 100％였다. 「제1 실시 형태」에 의해 파단을 예측한 경우의 적중률은 92.4％였다. 「종래 기술」에 의해 파단을 예측한 경우의 적중률은 77.2％였다.

이들 결과로부터, 모재(211 내지 214)를 구비한 해트형 부재(200)에 대해서는, 「종래 기술」에서는 파단 예측 정밀도는 낮은 것을 알 수 있다. 이에 반해, 「제1 실시 형태」에서는 파단 예측 정밀도가 향상된다. 단, 「제1 실시 형태」에서는, 구성면이나 모재(213, 214)를 고려하고 있지 않기 때문에, 도 11a, 도 11b에서 설명한 바와 같이, 잘못된 스폿 용접간 거리를 제1 폭 및 제2 폭으로서 취득할 가능성이 있다. 구체예로서는, 예를 들어 도 17a, 도 17b와 같이, 거리 d1을 유효폭을 산출하기 위한 제1 폭으로 해야 하는바, 거리 d2를 제1 폭으로서 취득해 버린다. 즉, 「제1 실시 형태」에서는, 해트형 부재(200)의 구성면마다의 스폿 용접부에 관한 제1 폭 및 제2 폭을 정확하게 취득할 수 없어, 잘못된 파단 예측을 나타내는 스폿 용접부도 있다. 한편, 「제2 실시 형태」에서는, 파단 예측의 정밀도가 100％이며, 피측정 대상인 부재의 구조에 관계없이 안정된 파단 예측 정밀도가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

(제3 실시 형태)

상술한 제1 실시 형태에 의한 파단 예측 장치의 각 구성 요소[도 2의 제1 산출 수단(1) 및 제2 산출 수단(2) 등]의 기능 및 제2 실시 형태에 의한 조건 취득 장치의 각 구성 요소[도 15의 31 내지 34 등]의 기능은, 컴퓨터의 RAM이나 ROM 등에 기억된 프로그램이 동작함으로써 실현할 수 있다. 마찬가지로, 제1 실시 형태에 의한 파단 예측 방법의 각 스텝(도 3의 스텝 S2 내지 S3, 도 5의 스텝 S11 내지 S13 등), 제2 실시 형태에 의한 조건 취득 방법의 각 스텝(도 16의 스텝 S21 내지 S24 등)은 컴퓨터의 RAM이나 ROM 등에 기억된 프로그램이 동작함으로써 실현할 수 있다. 이 프로그램 및 당해 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는, 제3 실시 형태에 포함된다.

구체적으로, 상기의 프로그램은, 예를 들어 CD-ROM과 같은 기록 매체에 기록하거나, 혹은 각종 전송 매체를 통해, 컴퓨터에 제공된다. 상기의 프로그램을 기록하는 기록 매체로서는, CD-ROM 이외에, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 광자기 디스크, 불휘발성 메모리 카드 등을 사용할 수 있다. 한편, 상기의 프로그램의 전송 매체로서는, 프로그램 정보를 반송파로서 전반시켜 공급하기 위한 컴퓨터 네트워크 시스템에 있어서의 통신 매체를 사용할 수 있다. 여기서, 컴퓨터 네트워크란, LAN, 인터넷의 등의 WAN, 무선 통신 네트워크 등이며, 통신 매체란, 광 파이버 등의 유선 회선이나 무선 회선 등이다.

또한, 본 실시 형태에 포함되는 프로그램으로서는, 공급된 프로그램을 컴퓨터가 실행함으로써 제1 또는 제2 실시 형태의 기능이 실현되는 것만은 아니다. 예를 들어, 그 프로그램이 컴퓨터에 있어서 가동하고 있는 OS(오퍼레이팅 시스템) 혹은 다른 애플리케이션 소프트웨어 등과 공동하여 제1 또는 제2 실시 형태의 기능이 실현되는 경우에도, 이러한 프로그램은 본 실시 형태에 포함된다. 또한, 공급된 프로그램의 처리 모두 혹은 일부가 컴퓨터의 기능 확장 보드나 기능 확장 유닛에 의해 행해져 제1 또는 제2 실시 형태의 기능이 실현되는 경우에도, 이러한 프로그램은 본 실시 형태에 포함된다.

본 실시 형태에서는, 스폿 용접에 의해 접합된 해트형 부재의 충돌 FEM 해석에 있어서의 스폿 용접부의 파단을 예측하는 경우, 예를 들어 범용의 충돌 해석 소프트웨어인 LS-DYNA의 서브루틴 프로그램으로서, 본 발명의 프로그램을 연동시키는 것이 가능하다. 즉, 충돌 시의 부재의 변형 해석에는 LS-DYNA를 사용하고, 스폿 용접부의 파단 판정에만 본 발명의 프로그램을 사용한다.

예를 들어, 도 20은 퍼스널 유저 단말 장치의 내부 구성을 도시하는 모식도이다. 이 도 19에 있어서, 1200은 CPU(1201)를 구비한 퍼스널 컴퓨터(PC)이다. PC(1200)는, ROM(1202) 또는 하드 디스크(HD)(1211)에 기억된, 또는 플렉시블 디스크 드라이브(FD)(1212)로부터 공급되는 디바이스 제어 소프트웨어를 실행한다. 이 PC(1200)는, 시스템 버스(1204)에 접속되는 각 디바이스를 총괄적으로 제어한다.

PC(1200)의 CPU(1201), ROM(1202) 또는 하드 디스크(HD)(1211)에 기억된 프로그램에 의해, 제1 실시 형태의 도 3에 있어서의 스텝 S2 내지 S3(도 5의 스텝 S11 내지 S13)의 수순, 제2 실시 형태의 도 16에 있어서의 스텝 S21 내지 S24의 수순 등이 실현된다.

1203은 RAM이며, CPU(1201)의 주 메모리, 워크 에어리어 등으로서 기능한다. 1205는 키보드 컨트롤러(KBC)이며, 키보드(KB)(1209)나 도시하지 않은 디바이스 등으로부터의 지시 입력을 제어한다.

1206은 CRT 컨트롤러(CRTC)이며, CRT 디스플레이(CRT)(1210)의 표시를 제어한다. 1207은 디스크 컨트롤러(DKC)이다. DKC(1207)는, 부트 프로그램, 복수의 애플리케이션, 편집 파일, 유저 파일, 네트워크 관리 프로그램 등을 기억하는 하드 디스크(HD)(1211) 및 플렉시블 디스크(FD)(1212)와의 액세스를 제어한다. 여기서, 부트 프로그램이란, 퍼스널 컴퓨터의 하드웨어나 소프트웨어의 실행(동작)을 개시하는 기동 프로그램이다.

1208은 네트워크·인터페이스 카드(NIC)이며, LAN(1220)을 통해, 네트워크 프린터, 다른 네트워크 기기, 혹은 다른 PC와 쌍방향의 데이터의 교환을 행한다.

또한, 퍼스널 유저 단말 장치를 사용하는 대신에, 파단 예측 장치에 특화된 소정의 계산기 등을 사용해도 된다.

본 발명에 따르면, 예를 들어 자동차 부재의 충돌 변형 예측을 컴퓨터 상에서 행하는 경우에 있어서, 스폿 용접을 모델화한 스폿 용접부의 파단 예측을 고정밀도로 행할 수 있으므로, 실제의 자동차 부재에서의 충돌 시험을 생략, 또는 충돌시험의 횟수를 대폭 삭감할 수 있다. 또한, 충돌 시의 파단을 방지하는 부재 설계를 컴퓨터 상에서 정확하게 행할 수 있기 때문에, 대폭적인 비용 삭감, 개발 기간의 단축에 기여하는 것이 가능해진다.

Claims

스폿 용접에 의해 접합된 부재에 대하여, 유한 요소법을 사용한 충돌 변형 시뮬레이션에 의해, 스폿 용접부에 하중이 가해짐으로써 파단에 이르는 경우의 상기 스폿 용접부의 컴퓨터로 구현되는 파단 예측 장치에 의해 수행되는 파단 예측 방법이며,
상기 부재의 상기 스폿 용접부가 설치된 평탄면에 있어서, 상기 스폿 용접부를 포함하며 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 유효폭을 취득하고,
상기 하중의 변화에 대응하여 변화되는 상기 유효폭을 소정의 시간 간격마다 산출하고,
산출된 상기 유효폭을 사용하여 상기 스폿 용접부의 파단을 예측하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제1항에 있어서,
상기 유효폭을, 인접하는 상기 스폿 용접부간의 스폿 거리와, 상기 평탄면의 상기 스폿 거리의 방향에 직교하는 방향의 폭의 함수를 사용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제2항에 있어서,
상기 유효폭을, 최초로 작성된 상기 함수에, 소정의 시간 간격마다의 상기 하중을 적용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제1항에 있어서,
상기 하중을 상기 평탄면에 투영시키고, 투영된 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 상기 유효폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부재는, 스폿 용접에 의해 접합된 제1 모재 및 제2 모재를 갖고 있으며,
상기 제1 모재 및 상기 제2 모재의 각각에 대하여,
인접하는 셸 요소의 법선 방향의 각도차를 취득하고,
상기 각도차에 기초하여 구성면마다 분류하고,
상기 구성면마다 당해 구성면에 속하는 상기 스폿 용접부를 분류하고,
상기 구성면마다, 인접하는 상기 스폿 용접부간의 거리를 제1 폭으로서 취득하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제5항에 있어서,
상기 제1 폭과 직교하는 방향의 상기 구성면의 폭을 제2 폭으로서 취득하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제5항에 있어서,
상기 부재는, 상기 제1 모재와 스폿 용접에 의해 접합된 제3 모재를 갖고 있으며,
상기 제1 모재에 있어서 주목하는 상기 스폿 용접부에 의해 상기 제1 모재와 접합된 상기 제2 모재 또는 상기 제3 모재와, 주목하는 상기 스폿 용접부와 최근접의 상기 스폿 용접부에 의해 접합된 상기 제2 모재 또는 상기 제3 모재가 동일한 경우에, 주목하는 상기 스폿 용접부에 대하여 상기 제1 폭을 취득하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
스폿 용접에 의해 접합된 부재에 대하여, 유한 요소법을 사용한 충돌 변형 시뮬레이션에 의해, 스폿 용접부에 하중이 가해짐으로써 파단에 이르는 경우의 상기 스폿 용접부의 파단 예측 장치이며,
상기 부재의 상기 스폿 용접부가 설치된 평탄면에 있어서, 상기 스폿 용접부를 포함하는 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 유효폭이며, 상기 하중의 변화에 대응하여 변화되는 상기 유효폭을 소정의 시간 간격마다 산출하는 산출 수단과,
상기 유효폭을 사용하여 상기 스폿 용접부의 파단을 예측하는 예측 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제8항에 있어서,
상기 산출 수단은, 상기 유효폭을, 인접하는 상기 스폿 용접부간의 스폿 거리와, 상기 스폿 거리의 방향에 직교하는 방향의 평탄부폭의 함수를 사용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제9항에 있어서,
상기 유효폭을, 최초로 작성된 상기 함수에, 소정의 시간 간격마다의 상기 하중을 적용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제8항에 있어서,
상기 산출 수단은, 상기 하중을 상기 평탄면에 투영시키고, 투영된 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 상기 유효폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제8항에 있어서,
상기 부재는, 스폿 용접에 의해 접합된 제1 모재 및 제2 모재를 갖고 있으며,
상기 제1 모재 및 상기 제2 모재의 각각에 대하여,
인접하는 셸 요소의 법선 방향의 각도차를 취득하는 각도차 취득 수단과,
상기 각도차에 기초하여 구성면마다 분류하는 구성면 분류 수단과,
상기 구성면마다 당해 구성면에 속하는 상기 스폿 용접부를 분류하는 용접부 분류 수단과,
상기 구성면마다, 인접하는 상기 스폿 용접부간의 거리를 제1 폭으로서 취득하는 폭 취득 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제12항에 있어서,
상기 폭 취득 수단은, 상기 제1 폭과 직교하는 방향의 상기 구성면의 폭을 제2 폭으로서 취득하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 부재는, 상기 제1 모재와 스폿 용접에 의해 접합된 제3 모재를 갖고 있으며,
상기 폭 취득 수단은, 상기 제1 모재에 있어서 주목하는 상기 스폿 용접부에 의해 상기 제1 모재와 접합된 상기 제2 모재 또는 상기 제3 모재와, 주목하는 상기 스폿 용접부와 최근접의 상기 스폿 용접부에 의해 접합된 상기 제2 모재 또는 상기 제3 모재가 동일한 경우에, 주목하는 상기 스폿 용접부에 대하여 상기 제1 폭을 취득하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
스폿 용접에 의해 접합된 부재에 대하여, 유한 요소법을 사용한 충돌 변형 시뮬레이션에 의해, 스폿 용접부에 하중이 가해짐으로써 파단에 이르는 경우의 상기 스폿 용접부의 파단을 예측하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이며,
상기 부재의 상기 스폿 용접부가 설치된 평탄면에 있어서, 상기 스폿 용접부를 포함하는 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 유효폭이며, 상기 하중의 변화에 대응하여 변화되는 상기 유효폭을 소정의 시간 간격마다 산출하는 제1 수순과,
상기 유효폭을 사용하여 상기 스폿 용접부의 파단을 예측하는 제2 수순을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
제15항에 있어서,
상기 제1 수순은, 상기 유효폭을, 인접하는 상기 스폿 용접부간의 스폿 거리와, 상기 평탄면의 상기 스폿 거리의 방향에 직교하는 방향의 폭의 함수를 사용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
제16항에 있어서,
상기 제1 수순은, 상기 유효폭을, 최초로 작성된 상기 함수에, 소정의 시간 간격마다의 상기 하중을 적용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
제15항에 있어서,
상기 제1 수순은, 상기 하중을 상기 평탄면에 투영시키고, 투영된 상기 하중의 방향에 직교하는 방향의 상기 유효폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부재는, 스폿 용접에 의해 접합된 제1 모재 및 제2 모재를 갖고 있으며,
상기 제1 모재 및 상기 제2 모재의 각각에 대하여,
인접하는 셸 요소의 법선 방향의 각도차를 취득하는 수순과,
상기 각도차에 기초하여 구성면마다 분류하는 수순과,
상기 구성면마다 당해 구성면에 속하는 상기 스폿 용접부를 분류하는 수순과,
상기 구성면마다, 인접하는 상기 스폿 용접부간의 거리를 제1 폭으로서 취득하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
제19항에 있어서,
상기 제1 폭과 직교하는 방향의 상기 구성면의 폭을 제2 폭으로서 취득하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
제19항에 있어서,
상기 부재는, 상기 제1 모재와 스폿 용접에 의해 접합된 제3 모재를 갖고 있으며,
상기 제1 모재에 있어서 주목하는 상기 스폿 용접부에 의해 상기 제1 모재와 접합된 상기 제2 모재 또는 상기 제3 모재와, 주목하는 상기 스폿 용접부와 최근접의 상기 스폿 용접부에 의해 접합된 상기 제2 모재 또는 상기 제3 모재가 동일한 경우에, 주목하는 상기 스폿 용접부에 대하여 상기 제1 폭을 취득하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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