KR20170105112A

KR20170105112A - 파단 예측 방법, 파단 예측 장치, 프로그램 및 기록 매체, 및 파단 판별 기준 산출 방법

Info

Publication number: KR20170105112A
Application number: KR1020177023865A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 아이토; 요시유키 가세다; 유스케 즈네미
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-09-18
Also published as: CN107250758B; BR112017017836A2; EP3264062A4; JP6330967B2; US20180032654A1; US10915679B2; KR102008598B1; WO2016136553A1; EP3264062A1; CN107250758A; RU2670575C1; JPWO2016136553A1; CA2977029A1; MX2017010893A

Abstract

본 발명의 파단 예측 방법은, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 방법이며, 상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 공정과; 상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 공정과; 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 모멘트가 상기 파단 한계 모멘트를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 상기 접합부의 파단 예측 결과로서 출력하는 제3 공정을 갖는다.

Description

파단 예측 방법, 파단 예측 장치, 프로그램 및 기록 매체, 및 파단 판별 기준 산출 방법

본 발명은, 파단 예측 방법, 파단 예측 장치, 프로그램 및 기록 매체, 및 파단 판별 기준 산출 방법에 관한 것이다.

본원은, 2015년 2월 26일에 일본에 출원된 일본특허출원 제2015-037121호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

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

일본특허 제4150383호 공보 일본특허 제4133956호 공보 일본특허 제4700559호 공보 일본특허 제4418384호 공보 일본특허 제5742685호 공보 일본특허 제4748131호 공보

스폿 용접부의 파단 강도를 측정하는 방법으로서, 전단 조인트형, 십자 조인트형의 인장 시험이 적용되고 있으며, 전단 조인트형 시험은, 전단력이 주로 가해져서 파단에 이르는 경우의 강도를, 십자 조인트형 시험은, 축력이 주로 가해져서 파단에 이르는 경우의 강도를 측정하는 시험이고, 특허문헌 1 내지 3에서는, 각각의 입력 형태에 있어서의 스폿 용접부의 파단을 예측하는 방법이 검토되고 있다. 그러나, 이들 입력 형태뿐만 아니라, L자 조인트형의 인장 시험에 의해 평가 가능한 모멘트가 부하됨으로써 파단에 이르는 파단 형태에 있어서의 파단 예측도 중요하다. 실제 자동차 부재의 충돌 시의 변형을 고려한 경우, 복잡한 변형을 하고 있고, 스폿 용접부에는, 전단력, 축력뿐만 아니라, 모멘트도 부하되고 있어, 단순히 전단 조인트형이나 십자 조인트형 인장 시험을 기초로 얻어진 스폿 용접부의 파단 예측 방법으로는, 충분한 예측 정밀도를 얻지 못한다는 문제가 있다.

특허문헌 4에는, L자 조인트의 파단 예측에 대해서 기재되어 있다. 그러나, 이 경우, 비교적 저강도의 하이텐재를 대상으로 하고 있고, 최근 초하이텐재(인장 강도 980㎫ 이상)에 대해서는 예측 정밀도가 떨어진다는 것이 판명되어 있다. 또한, 유한 요소법(FEM: Finite Element Method)에 의한 L자 조인트의 시뮬레이션에 있어서, 동일 형상의 시험편 모델이라도, 사용하는 모재부의 요소(메쉬) 사이즈에 따라 스폿 용접부에 발생하는 굽힘 모멘트의 값이 변화된다는 것이 판명되었다. 그 때문에, 충돌 변형 해석을 행하는 모델의 모재부의 요소 사이즈에 따라 파단이라 판정하는 타이밍이 달라서, 예측 정밀도가 떨어진다고 하는 문제가 있다. 또한, 이 문제는, 스폿 용접부에 전단력이나 축력이 주로 가해져서 파단에 이르는 모델에 비해, 모멘트가 주로 부하되어서 파단에 이르는 모델에 있어서 보다 현저해진다는 것도 판명되었다.

특허문헌 5에는, 스폿 용접 조인트의 파단을 예측하는 방법이 기재되어 있다. 강종의 기계적 특성이나 화학 성분으로부터 특정되는 재질 파라미터마다 파단 판정값을 결정하고, 그 분포로부터 파단 판정값의 근사 마스터 커브를 작성하여, 모재 부분, HAZ 부분, 너깃 부분의 파단을 예측하는 것이지만, 전술한 바와 같이, 동일 재질, 동일 형상의 모델이라도, 사용하는 모재부의 요소 사이즈에 따라, 각 요소에 발생하는 변형이나 응력이 변화되기 때문에, 충돌 변형 해석을 행하는 모델의 모재부의 요소 사이즈에 따라 파단이라 판정하는 타이밍이 달라서, 예측 정밀도가 떨어진다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 6에는, 모재부의 요소 사이즈를 정한, 요소 사이즈 파라미터의 값으로부터, 스폿 용접부 둘레의 모재 또는 열 영향부의 파단 변형을 구하는 방법이 개시되어 있다. 이 경우, 특정한 재질, 판 두께의 모델을 사용해서 요소 사이즈 파라미터와 파단 변형의 관계를 정할 필요가 있고, 이 관계를 정한 모델과 동일한 재질, 동일한 판 두께의 모델에서의 파단 예측으로밖에 적용할 수 없기 때문에, 임의의 재질, 판 두께에 대하여 파단 예측을 행할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 이러한 기술은, 스폿 용접부 둘레의 열 영향부를 포함하는 모재 부분의 파단 변형을 정하고 있을 뿐이며, 접합부인 스폿 용접부의 파단을 직접적으로 예측하는 것은 아니다.

본 발명은, 상기의 여러 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단(특히 접합부에 모멘트가 가해짐으로써 발생하는 파단), 예를 들어 자동차의 충돌 변형 해석에 있어서의 스폿 용접부에서의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측할 때, 모재부의 요소 사이즈에 의존하지 않고 안정적으로 높은 파단 예측 정밀도를 얻을 수 있는 파단 예측 방법, 파단 예측 장치, 프로그램 및 기록 매체, 및 파단 판별 기준 산출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해서 이하의 수단을 채용한다.

(1) 본 발명의 일 형태에 따른 파단 예측 방법은, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 방법이며, 상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 공정과; 상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 공정과; 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 모멘트가 상기 파단 한계 모멘트를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 상기 접합부의 파단 예측 결과로서 출력하는 제3 공정을 갖는다.

(2) 본 발명의 일 형태에 따른 파단 예측 장치는, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 장치이며, 상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 파라미터 취득 수단과; 상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 기억하는 기억 수단과; 상기 기억 수단으로부터 상기 함수를 판독하고, 상기 파라미터 취득 수단에 의해 취득된 상기 모재부의 요소 사이즈를 상기 함수에 입력함으로써, 상기 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 파단 판별 기준 산출 수단과; 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 모멘트가 상기 파단 한계 모멘트를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 상기 접합부의 파단 예측 결과로서 출력하는 파단 판별 수단을 구비한다.

(3) 본 발명의 일 형태에 따른 프로그램은, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이며, 상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 처리와; 상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 처리와; 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 모멘트가 상기 파단 한계 모멘트를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 상기 접합부의 파단 예측 결과로서 출력하는 제3 처리;를 컴퓨터에 실행시킨다.

(4) 본 발명의 일 형태에 따른 기록 매체는, 상기 (3)에 기재된 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이다.

(5) 본 발명의 일 형태에 따른 파단 판별 기준 산출 방법은, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측할 때 사용되는 파단 판별 기준을 산출하는 방법이며, 상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 공정과; 상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 공정을 갖는다.

상기 형태에 따르면, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단(특히 접합부에 모멘트가 가해짐으로써 발생하는 파단)을 유한 요소법을 사용해서 예측할 때, 모재부의 요소 사이즈에 의존하지 않고 안정적으로 높은 정밀도를 얻을 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 자동차의 충돌 변형 해석을 컴퓨터 상에서 행하는 경우에 있어서, 스폿 용접의 파단 예측을 정확하게 행할 수 있기 때문에, 충돌 시의 파단을 방지하는 부재 설계를 컴퓨터 상에서 정확하게 행할 수 있게 된다. 그 결과로서, 실제 자동차에서의 충돌 시험을 생략 또는 충돌 시험의 횟수를 대폭으로 삭감할 수 있어, 대폭적인 비용 삭감, 개발 기간의 단축에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파단 예측 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파단 예측 방법을 스텝순으로 나타내는 흐름도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파단 예측 방법에 의해 취득된 예측 파단 하중과, 실험에 의해 취득된 실험 파단 하중과의 관계를, 해석 대상물인 L자형 조인트의 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우에 조사한 결과를 도시하는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파단 예측 방법에 의해 취득된 예측 파단 하중과, 실험에 의해 취득된 실험 파단 하중과의 관계를, 해석 대상물인 L자형 조인트의 인장 강도가 980㎫ 미만인 경우에 조사한 결과를 도시하는 도면이다.
도 4는 퍼스널 유저 단말기 장치의 내부 구성을 도시하는 모식도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에서는, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단(특히 접합부에 모멘트가 가해짐으로써 발생하는 파단)을 유한 요소법을 사용해서 예측한다. 요소 모델에 있어서, 모재부는 쉘 요소 혹은 솔리드 요소, 접합부는 빔 요소, 솔리드 요소, 혹은 쉘 요소가 사용된다. 본 실시 형태에서는, 해석 대상물로서, 스폿 용접에 의해 접합된 한 쌍의 L자형의 강판으로 이루어지는 L자 조인트형 시험편을 예시하여, 당해 시험편의 스폿 용접부의 파단을 예측하는 경우에 대해서 설명한다.

FEM에서 사용하는 요소(메쉬) 사이즈에 의존하지 않고 안정적으로 높은 파단 예측 정밀도를 얻기 위해서, 본 실시 형태의 파단 예측 방법은, L자 조인트형 시험편의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 공정과; 상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 공정과; 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 스폿 용접부에 가해지는 모멘트가 상기 파단 한계 모멘트를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 상기 스폿 용접부의 파단 예측 결과로서 출력하는 제3 공정을 갖는다.

파단 예측 정밀도를 보다 높이기 위해서, 상기 제1 공정에서는, L자 조인트형 시험편의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, L자 조인트형 시험편의 모재의 인장 강도를 상기 모재부의 요소 사이즈와 함께 취득하고, 상기 제2 공정에서는, 상기 파단 한계 모멘트의 산출에 사용되는 상기 함수를 상기 인장 강도에 따라서 변화시키는 것이 바람직하다.

예를 들어, L자 조인트형 시험편의 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우(L자 조인트형 시험편의 모재가 초하이텐재인 경우), 상기 제2 공정에서는, 상기 함수로서 하기 (1) 식을 사용해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출한다.

Mf=Me·F(Me, t, D, W, L, e) … (1)

여기서, Mf: 파단 한계 모멘트(단위는 N·㎜)

Me: 수정 탄성 굽힘 모멘트(단위는 N·㎜)

F(Me, t, D, W, L, e): 보정항

t: L자 조인트형 시험편의 모재의 판 두께(단위는 ㎜)

D: 스폿 용접부의 너깃 직경(단위는 ㎜)

W: 스폿 용접부가 하중을 받치는 유효폭(단위는 ㎜)

L: 아암 길이(단위는 ㎜)

e: 모재부의 요소 사이즈(단위는 ㎜)

상기 (1) 식에 있어서, 수정 탄성 굽힘 모멘트 Me가 하기 (2) 식으로 정의되고, 보정항 F(Me, t, D, W, L, e)가 하기 (3) 식으로 정의되어 있어도 된다.

Me=(el/L)·(E·D·t³)/12 … (2)

여기서, el: L자 조인트형 시험편의 모재의 전체 신장(단위는 ε)

E: L자 조인트형 시험편의 모재의 영률(단위는 ㎫)

F(Me, t, D, W, L, e)

=f(Me)·f(t)·f(D)·f(W)·f(L)·f(e) … (3)

여기서, f(Me): 수정 탄성 굽힘 모멘트 Me의 보정항

f(t): 판 두께 t의 보정항

f(D): 너깃 직경 D의 보정항

f(W): 유효폭 W의 보정항

f(L): 아암 길이 L의 보정항

f(e): 모재부의 요소 사이즈 e의 보정항

L자 조인트형 시험편의 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우, 수정 탄성 굽힘 모멘트를 베이스로 해서 파단 한계 모멘트에 보정을 가하였지만, 이하, 수정 탄성 굽힘 모멘트에 대해서 설명한다.

L자 조인트형 시험편의 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우, 스폿 용접부 근방의 국소에 소성 변형이 보이지만, 조인트 전체로서는 거의 탄성 변형 상태 그대로 스폿 용접부 파단에 이르는 것을 지견했다. 이러한 점에서, 인장 강도가 980㎫ 이상인 재료에 있어서, 파단 한계 모멘트와 탄성 굽힘 모멘트의 관계를 조사한 결과, 일정한 상관 관계가 있는 것이 명백해졌다. 탄성 굽힘 모멘트의 일반식은 (1/ρ)·(E·W·t³)/12이지만 파단 발생 시의 스폿 용접부의 모재의 곡률(1/ρ)을 해석 대상물의 요소 모델로부터 파라미터로서 취득하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 이 곡률을 취득 가능한 파라미터의 값으로 치환하기 위해서, 각 파라미터의 관계를 조사한 결과, 곡률과 아암 길이의 곱이 모재의 전체 신장과 비례 관계에 있는 것을 지견했다. 그 때문에, 곡률(1/ρ)을 모재의 전체 신장(el)을 아암 길이(L)로 나눈 값(el/L)으로 치환했다. 또한, 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우, 시험편 폭이 파단 한계 모멘트에 미치는 영향은 작고, L자 조인트형의 시험편의 FEM 모델에 있어서의 변형의 분포는 스폿 용접부에 집중되어 있는 점에서, 하중을 받치는 폭 W는 너깃 직경 D와 일치한다고 해서, 탄성 굽힘 모멘트의 일반식에 있어서의 W를 너깃 직경 D로 치환했다. 이와 같이 해서 작성한 수정 탄성 굽힘 모멘트에 요소 사이즈의 보정항을 포함하는 보정을 행함으로써, 파단 한계 모멘트를 산출하였다.

한편, 예를 들어 L자 조인트형 시험편의 인장 강도가 980㎫ 미만인 경우(강도 구분으로서는, L자 조인트형 시험편의 모재(강판)가 인장 강도 780㎫재 이하인 경우), 상기 제2 공정에서는, 상기 함수로서 하기 (4) 식을 사용해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출한다.

Mf=Mp·F(Mp, t, D, W, el, e) … (4)

여기서, Mf: 파단 한계 모멘트(단위는 N·㎜)

Mp: 전체 소성 굽힘 모멘트(단위는 N·㎜)

F(Mp, t, D, W, el, e): 보정항

t: L자 조인트형 시험편의 모재의 판 두께(단위는 ㎜)

D: 스폿 용접부의 너깃 직경(단위는 ㎜)

W: 스폿 용접부가 하중을 받치는 유효폭(단위는 ㎜)

el: L자 조인트형 시험편의 모재의 전체 신장(단위는 ε)

e: 모재부의 요소 사이즈(단위는 ㎜)

상기 (4) 식에 있어서, 전체 소성 굽힘 모멘트 Mp가 하기 (5) 식으로 정의되고, 보정항 F(Mp, t, D, W, el, e)가 하기 (6) 식으로 정의되어 있어도 된다.

Mp=(TS·W·t²)/4 … (5)

여기서, TS: L자 조인트형 시험편의 모재 인장 강도(단위는 ㎫)

F(Mp, t, D, W, el, e)

=f(Mp)·f(t)·f(D)·f(W)·f(el)·f(e) … (6)

여기서, f(Mp): 전체 소성 굽힘 모멘트 Mp의 보정항

f(t): 판 두께 t의 보정항

f(D): 너깃 직경 D의 보정항

f(W): 유효폭 W의 보정항

f(el): 전체 신장 el의 보정항

f(e): 모재부의 요소 사이즈 e의 보정항

인장 강도가 980㎫ 미만인 시험편을 해석 대상물로 하는 경우에는, 파단 한계 모멘트와 전체 소성 굽힘 모멘트 사이에 일정한 상관 관계가 있다는 것이 지견되어 있고, 전체 소성 굽힘 모멘트를 베이스로 해서 요소 사이즈의 보정항을 포함하는 보정을 행함으로써, 파단 한계 모멘트를 산출하였다.

이하, (3) 식 및 (6) 식의 각 보정항을 결정하는 방법에 대해서 설명한다.

우선, L자 조인트형의 시험편을 사용해서 작성된 FEM 모델에 있어서, 실험에서 확인된 파단 하중(최대 하중)을 시험편 단부(척부)에 부하하고, 스폿 용접부에 가해지는 모멘트를 취득하여, 이것을 파단 한계 모멘트라 한다. 이 파단 한계 모멘트의 취득은, 여러가지 강종, 판 두께, L자 조인트 형상, 너깃 직경, 모재부의 요소 사이즈 등으로 행해진다.

계속해서, 상기와 같이 해서 얻어진 파단 한계 모멘트와, (3) 식 또는 (6) 식에 의해 산출되는 파단 한계 모멘트의 오차가 최소가 되도록 구한 중회귀로부터 각 보정항을 결정한다. 구체적으로는, 각 보정항은 이하와 같은 식으로 한다. 또한, 보정항의 식 형식은 특별히 상관없이, 1차식 대신 예를 들어 2차식을 사용해도 된다.

1. 인장 강도가 980㎫ 이상인 시험편을 해석 대상물로 하는 경우

f(Me)=(A1/Me)+A2

f(t)=B1·t+B2

f(D)=C1·D+C2

f(W)=D1·W+D2

f(L)=E1·L+E2

f(e)=F1·e+F2 … (7)

2. 인장 강도가 980㎫ 미만인 시험편을 해석 대상물로 하는 경우

f(Mp)=(a1/Mp)+a2

f(t)=b1·t+b2

f(D)=c1·D+c2

f(W)=d1·W+d2

f(el)=e1·(el)+e2

f(e)=f1·e+f2 … (8)

상기와 같이 FEM 모델에서 얻어진 파단 한계 모멘트와, (3) 식 또는 (6) 식에 의해 산출되는 파단 한계 모멘트의 오차가 최소가 되도록, (7) 식의 각 계수 A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2, F1 및 F2, 또는 (8) 식의 각 계수 a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2, e1, e2, f1 및 f2가 각각 결정되고, (3) 식 또는 (6) 식의 파단 한계 모멘트 Mf가 구해진다.

본 실시 형태에 관련해서, L자 조인트형의 시험편을 사용해서 작성된 FEM 모델에 있어서, 실험에서 확인된 파단 하중(최대 하중)을 시험편 단부(척부)에 부하하고, 스폿 용접부에 가해지는 모멘트를 취득하여, 그 값을 그대로 파단 한계 모멘트로서 사용하는 것도 생각된다. 그러나, 유저가 실제로 시뮬레이션에 의해 파단을 예측하려고 하는 L자 조인트의 여러 조건(강종, 판 두께, 형상, 너깃 직경, 모재부의 요소 사이즈 등)의 조합은 무수히 많다. 이들 모든 조합에 대해서 실험을 행하여, 파단 하중(최대 하중)을 취득하는 것은 불가능하다. 따라서 본 실시 형태에서는, 상기의 (3) 식 또는 (6) 식을 사용해서 파단을 예측하도록 하였다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 파단 예측 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 도 2는 본 실시 형태에 따른 파단 예측 방법을 스텝순으로 나타내는 흐름도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 파단 예측 장치는, 파라미터 취득 수단(1)과, 파단 판별 기준 산출 수단(2)과, 파단 판별 수단(3), 기억 수단(4)을 구비하고 있다.

본 실시 형태에 따른 파단 예측 장치는, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터 등의 컴퓨터에 의해 실현할 수 있다. 기억 수단(4)은, 그러한 컴퓨터에 설치된, 예를 들어 플래시 메모리, 하드 디스크, 혹은 ROM(Read Only Memory) 등의 불휘발성 기억 장치이다.

파라미터 취득 수단(1), 파단 판별 기준 산출 수단(2) 및 파단 판별 수단(3)은, 컴퓨터에 설치된 CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 처리 장치(도 1에서는 도시 생략)가 기억 수단(4)에 기억된 본 프로그램에 따라서 동작함으로써 실현되는 기능이다.

여기서, 본 프로그램이란, 상술한 본 실시 형태에 따른 파단 예측 방법을 컴퓨터에 의해 실현시키기 위해서 컴퓨터 판독 가능한 기계 언어로 구축된 어플리케이션 소프트웨어이다. USB(Universal Serial Bus) 메모리 또는 CD-ROM 등의 운반 가능한 기록 매체로부터 본 프로그램을 컴퓨터에 다운로드함으로써, 기억 수단(4)에 본 프로그램을 기억시킬 수 있다.

예를 들어, 스폿 용접으로 접합된, 해트형 부재(L자 조인트형 부재)의 충돌 FEM 해석에 있어서의 스폿 용접부의 파단을 예측하는 경우, 범용의 충돌 해석 소프트웨어인 LS-DYNA를 메인 루틴 프로그램으로 하고, 본 프로그램을 LS-DYNA의 서브 루틴 프로그램으로 LS-DYNA에 연동시키는 것이 가능하다. 즉, 컴퓨터(파단 예측 장치)의 연산 처리 장치는, 메인 루틴 프로그램인 LS-DYNA에 따라서 동작함으로써, 해석 대상물인 해트형 부재의 충돌 변형 해석 처리를 행함과 함께, 서브 루틴 프로그램인 본 프로그램에 따라서 동작함으로써, 충돌 변형 해석 처리와 연동하면서 스폿 용접부에 파단이 발생했는지 여부를 판정하는 파단 예측 처리를 실행한다.

그 때문에, 기억 수단(4)에는, 본 프로그램뿐만 아니라, 메인 루틴 프로그램인 LS-DYNA도 기억되어 있다. 또한, LS-DYNA는, 기억 수단(4)과 다른 기억 수단에 기억되어 있어도 된다. 또한, OS(Operating System) 프로그램 등의 컴퓨터의 동작에 필요한 다른 프로그램도, 기억 수단(4)에 기억되어 있어도 되고, 기억 수단(4)과 다른 기억 수단에 기억되어 있어도 된다.

또한, 기억 수단(4)에는, 각 계수 A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2, F1 및 F2가 결정된 (7) 식의 각 보정항 및 각 계수 a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2, e1, e2, f1 및 f2가 결정된 (8) 식의 각 보정항 및 (1) 식 내지 (6) 식 등이 기억되어 있다. 이들 데이터도, USB 메모리 또는 CD-ROM 등의 운반이 자유로운 기록 매체로부터 본 프로그램과 함께 컴퓨터에 다운로드함으로써, 기억 수단(4)에 기억시킬 수 있다.

이하, 도 2를 참조하면서, 파단 예측 장치(컴퓨터)의 연산 처리 장치가 본 프로그램에 따라서 동작함으로써 실현되는 파단 예측 방법(파라미터 취득 수단(1), 파단 판별 기준 산출 수단(2) 및 파단 판별 수단(3)의 기능)에 대해서 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 파라미터 취득 수단(1)은, 해트형 부재의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 인장 강도 TS, 영률 E, 유효폭 W, 판 두께 t, 너깃 직경 D, 아암 길이 L, 전체 신장 el 및 모재부의 요소 사이즈 e를 취득한다(스텝 S1: 제1 처리).

상기한 바와 같이 파단 예측 장치의 연산 처리 장치는, LS-DYNA에 기초하는 해트형 부재의 충돌 변형 해석 처리와, 본 프로그램에 기초하는 파단 예측 처리를 연동시키면서 병렬적으로 실행하고 있다. LS-DYNA에 기초하는 해트형 부재의 충돌 변형 해석 처리를 실행하기 위해서는, 사전에 해트형 부재의 요소 모델을 작성할 필요가 있고, 그 때문에 각종 파라미터를 설정할 필요가 있다. 그 때문에, 파라미터 취득 수단(1)은, 사전에 해트형 부재의 요소 모델을 작성하기 위해서 설정된 각종 파라미터 중에서, 상기 인장 강도 TS, 영률 E, 유효폭 W, 판 두께 t, 너깃 직경 D, 아암 길이 L, 전체 신장 el 및 모재부의 요소 사이즈 e를 용이하게 취득할 수 있다.

또한, 이들 파라미터는, 본 프로그램에 기초하는 파단 예측 처리의 실행 개시 시에, 파단 예측 장치에 설치된 입력 장치(도 1에서는 도시 생략)에 의해 입력된 데이터여도 된다.

또한, 스텝 S1에 있어서, 입력 보조 소프트웨어를 사용하여, 충돌 해석용 인풋 파일로부터, 해석 대상물인 해트형 부재의 요소 모델의 각종 파라미터를 자동으로 판독함과 함께, 스폿 용접부에 접속하는 모재의 요소를 겁색하여, 그 스폿 용접부 주위의 평균 요소 사이즈를 모재부의 요소 사이즈 e로서 취득해도 된다.

이어서, 파단 판별 기준 산출 수단(2)은, 파단 판별 기준으로서 파단 한계 모멘트 Mf를 산출한다(스텝 S2: 제2 처리).

구체적으로는, 파단 판별 기준 산출 수단(2)은, 상기 스텝 S1에서 취득한 인장 강도 TS가 980㎫ 이상인 경우, 기억 수단(4)으로부터 상기 (1) 내지 (3) 식과, 각 계수 A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2, F1 및 F2가 결정된 (7) 식의 각 보정항을 판독하여, 상기 스텝 S1에서 취득한 파라미터 중, 영률 E, 유효폭 W, 판 두께 t, 너깃 직경 D, 아암 길이 L, 전체 신장 el 및 모재부의 요소 사이즈 e를 각 식에 대입함으로써, 파단 한계 모멘트 Mf를 산출한다.

한편, 파단 판별 기준 산출 수단(2)은, 상기 스텝 S1에서 취득한 인장 강도 TS가 980㎫ 미만인 경우, 기억 수단(4)으로부터 상기 (4) 내지 (6) 식과, 각 계수 a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2, e1, e2, f1 및 f2가 결정된 (8) 식의 각 보정항을 판독하여, 상기 스텝 S1에서 취득한 파라미터 중, 인장 강도 TS, 유효폭 W, 판 두께 t, 너깃 직경 D, 전체 신장 el 및 모재부의 요소 사이즈 e를 각 식에 대입함으로써, 파단 한계 모멘트 Mf를 산출한다.

이어서, 파단 판별 수단(3)은, 해트형 부재의 요소 모델의 충돌 변형 해석에 있어서 스폿 용접부에 가해지는 굽힘 모멘트가, 스텝 S2에서 얻어진 파단 한계 모멘트 Mf를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 스폿 용접부의 파단 예측 결과로서 출력한다(스텝 S3: 제3 처리).

구체적으로는, 파단 판별 수단(3)은, 해트형 부재의 요소 모델의 충돌 변형 해석에 있어서 스폿 용접부에 가해지는 굽힘 모멘트 M1과, 파단 한계 모멘트 Mf의 관계가 하기 (9) 식을 충족한 경우에, 파단 예측 결과로서 파단 있음을 나타내는 결과를 출력한다.

M1/Mf≥1 … (9)

또한, 해트형 부재의 요소 모델의 충돌 변형 해석에 있어서 스폿 용접부에 가해지는 굽힘 모멘트 M1은, LS-DYNA에 기초하는 해트형 부재의 충돌 변형 해석 처리의 결과에서 얻을 수 있다.

파단 예측 장치의 연산 처리 장치는, 파단 판별 수단(3)으로부터 출력된 파단 예측 결과가 파단 있음을 나타내고 있는 경우, LS-DYNA에 기초하는 해트형 부재의 충돌 변형 해석 처리에 있어서, 해트형 부재의 요소 모델에 포함되는 스폿 용접부를 소거함으로써, 스폿 용접부에 파단이 발생한 것을 유저에게 알린다.

한편, 파단 예측 장치의 연산 처리 장치는, 파단 판별 수단(3)으로부터 출력된 파단 예측 결과가 파단 없음을 나타내고 있는 경우, LS-DYNA에 기초하는 해트형 부재의 충돌 변형 해석 처리에 있어서, 해트형 부재의 요소 모델에 포함되는 스폿 용접부를 남겨서 둠으로써, 스폿 용접부에 파단이 발생하지 않는 것을 유저에게 알린다.

L자형 조인트의 인장 시험을 예로, 모재부를 쉘 요소, 스폿 용접부를 솔리드 요소로 작성한, L자형 조인트의 인장 시험 모델을 사용하여, 본 실시 형태에 의해 파단이라 판정되고, 하중 저하가 시작되기 직전의 하중(최대 하중)과, 실험에 의해 취득된 실험 파단 하중(최대 하중)과의 관계에 대해서 조사한 결과를 도 3a 및 도 3b에 나타낸다. 도 3a가 해석 대상물인 L자형 조인트의 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우의 결과를 나타내고, 도 3b가 해석 대상물인 L자형 조인트의 인장 강도가 980㎫ 미만인 경우의 결과를 나타내고 있다.

도 3a에 있어서의 본 발명예 및 비교예는, 인장 강도 TS가 1057㎫, 영률 E가 205800㎫, 유효폭 W가 40㎜, 판 두께 t가 1.6㎜, 너깃 직경 D가 6.3㎜, 아암 길이 L이 10㎜, 전체 신장 el이 0.15라고 하는 조건 하에서 해석을 행한 점에서 공통되어 있다.

또한, 도 3a에 있어서의 본 발명예 및 비교예는, 모두 모재부의 요소 사이즈 e(평균값)가 3.0㎜가 되도록 제작한 해석 모델(model A)과, 모재부의 요소 사이즈 e(평균값)가 4.7㎜가 되도록 제작한 해석 모델(model B)과, 모재부의 요소 사이즈 e(평균값)가 5.8㎜가 되도록 제작한 해석 모델(model C)을 사용해서 인장 시험 해석을 실시하였다.

도 3a에 있어서의 본 발명예에서는, 모재부의 요소 사이즈 e를 변수의 하나로서 포함하는 함수((1) 식 내지 (3) 식 참조)를 사용해서 산출된 파단 한계 모멘트에 기초하여 예측 파단 하중을 산출한 데 반해, 비교예에서는, 모재부의 요소 사이즈 e를 변수로 해서 포함하지 않는 함수를 사용해서 산출된 파단 한계 모멘트에 기초하여 예측 파단 하중을 산출했다. 구체적으로는, 비교예에서는, "model A", "model B" 및 "model C"의 어떤 경우에 있어서도, 보정항 f(e)에 고정값 5㎜를 입력함으로써, 모재부의 요소 사이즈 e에 의해 파단 한계 모멘트가 보정되지 않도록 하였다.

도 3b에 있어서의 본 발명예 및 비교예는, 인장 강도 TS가 467㎫, 유효폭 W가 50㎜, 판 두께 t가 1.6㎜, 너깃 직경 D가 5.0㎜, 전체 신장 el이 0.36이라고 하는 조건 하에서 해석을 행한 점에서 공통되어 있다.

또한, 도 3b에 있어서의 본 발명예 및 비교예는, 모두, 모재부의 요소 사이즈 e(평균값)가 3.0㎜가 되도록 제작한 해석 모델(model A)과, 모재부의 요소 사이즈 e(평균값)가 4.7㎜가 되도록 제작한 해석 모델(model B)과, 모재부의 요소 사이즈 e(평균값)가 5.8㎜가 되도록 제작한 해석 모델(model C)을 사용해서 인장 시험 해석을 실시하였다.

도 3b에 있어서의 본 발명예에서는, 모재부의 요소 사이즈 e를 변수의 하나로서 포함하는 함수((4) 식 내지 (6) 식 참조)를 사용해서 산출된 파단 한계 모멘트에 기초하여 예측 파단 하중을 산출한 데 반해, 비교예에서는, 모재부의 요소 사이즈 e를 변수로 해서 포함하지 않는 함수를 사용해서 산출된 파단 한계 모멘트에 기초하여 예측 파단 하중을 산출했다. 구체적으로는, 비교예에서는, "model A", "model B" 및 "model C"의 어떤 경우에 있어서도, 보정항 f(e)에 고정값 5㎜를 입력함으로써, 모재부의 요소 사이즈 e에 의해 파단 한계 모멘트가 보정되지 않도록 하였다.

도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명예에서는, L자형 조인트의 인장 시험 모델의 모재부의 요소 사이즈 e가 다른 어느 조건에 있어서도, 예측 파단 하중과 실험 파단 하중(5.6kN 또는 3.9kN)의 괴리가 작은 데 반해, 비교예에서는, L자형 조인트의 인장 시험 모델의 모재부의 요소 사이즈 e에 의해 예측 파단 하중과 실험 파단 하중의 괴리가 커지는 경우가 있었다.

즉, 도 3a 및 도 3b의 해석 결과는, 본 발명예에 따르면, 해석 대상물인 L자형 조인트에 있어서의 스폿 용접부의 파단(특히 스폿 용접부에 모멘트가 가해짐으로써 발생하는 파단)을 유한 요소법을 사용해서 예측할 때, 모재부의 요소 사이즈 e에 의존하지 않고 안정적으로 높은 파단 예측 정밀도를 얻을 수 있음을 나타내고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물(예를 들어 해트형 부재)에 있어서의 접합부(예를 들어 스폿 용접부)의 파단(특히 접합부에 모멘트가 가해짐으로써 발생하는 파단)을 유한 요소법을 사용해서 예측할 때, 모재부의 요소 사이즈에 의존하지 않고 안정적으로 높은 파단 예측 정밀도를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 본 실시 형태에 따른 파단 예측 장치의 각 구성 요소(도 1의 파라미터 취득 수단(1), 파단 판별 기준 산출 수단(2) 및 파단 판별 수단(3))의 기능 및 본 실시 형태에 따른 파단 예측 방법(제1 내지 제3 공정)은, 컴퓨터의 불휘발성 기억 장치에 기억된 본 프로그램에 따라서 연산 처리 장치가 동작함으로써 실현할 수 있다. 이 본 프로그램 및 본 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 본 실시 형태에 포함된다.

구체적으로, 본 프로그램은, 예를 들어 CD-ROM과 같은 기록 매체에 기록하거나, 혹은 각종 전송 매체를 통해서, 컴퓨터에 제공된다. 본 프로그램을 기록하는 기록 매체로서는, CD-ROM 이외에, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 광자기 디스크, 불휘발성 메모리 카드 등을 사용할 수 있다. 한편, 본 프로그램의 전송 매체로서는, 프로그램 정보를 반송파로서 전반시켜서 공급하기 위한 컴퓨터 네트워크 시스템에 있어서의 통신 매체를 사용할 수 있다. 여기서, 컴퓨터 네트워크란, LAN(Local Area Network), 인터넷 등의 WAN(Wide Area Network), 무선 통신 네트워크 등이며, 통신 매체란, 광 파이버 등의 유선 회선 또는 무선 회선 등이다.

또한, 본 실시 형태에 포함되는 본 프로그램으로서는, 공급된 프로그램을 컴퓨터가 실행함으로써 본 실시 형태의 기능이 실현되는 것만이 아니다. 예를 들어, 그 프로그램이 컴퓨터에 있어서 가동하고 있는 OS(오퍼레이팅 시스템) 혹은 다른 어플리케이션 소프트웨어 등과 공동해서 본 실시 형태의 기능이 실현되는 경우에도, 이러한 프로그램은 본 실시 형태에 포함된다. 또한, 공급된 프로그램의 처리 모두 혹은 일부가 컴퓨터의 기능 확장 보드 또는 기능 확장 유닛에 의해 행해져서 본 실시 형태의 기능이 실현되는 경우에도, 이러한 프로그램은 본 실시 형태에 포함된다.

예를 들어, 도 4는 퍼스널 유저 단말기 장치의 내부 구성을 도시하는 모식도이다. 이 도 4에 있어서, 1200은 CPU(1201)를 구비한 퍼스널 컴퓨터(PC라 약칭한다)이다. PC(1200)는, ROM(1202) 또는 하드 디스크(HD라 약칭한다)(1211)에 기억되거나, 또는 플렉시블 디스크 드라이브(FD라 약칭한다)(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 HD(1211)에 기억된 본 프로그램에 의해, 본 실시 형태의 도 2에 있어서의 스텝 S1 내지 S3의 수순 등이 실현된다.

1203은 RAM(Random Access Memory)이고, CPU(1201)의 주메모리 및 워크 에리어 등으로서 기능한다. 1205는 키보드 컨트롤러(KBC라 약칭한다)이며, 키보드(KB라 약칭한다)(1209)나 도시하지 않은 디바이스 등으로부터의 지시 입력을 제어한다.

1206은 CRT 컨트롤러(CRTC라 약칭한다)이고, CRT 디스플레이(CRT라 약칭한다)(1210)의 표시를 제어한다. 1207은 디스크 컨트롤러(DKC라 약칭한다)이다. DKC(1207)는, 부팅 프로그램, 복수의 애플리케이션, 편집 파일, 유저 파일 및 네트워크 관리 프로그램 등을 기억하는 HD(1211) 및 FD(1212)의 액세스를 제어한다. 여기서, 부팅 프로그램이란, PC(1200)의 하드웨어 및 소프트웨어의 실행(동작)을 개시하기 위한 기동 프로그램이다.

1208은 네트워크·인터페이스 카드(NIC라 약칭한다)이며, LAN(1220)을 통해서, 네트워크 프린터, 다른 네트워크 기기, 혹은 다른 PC와 쌍방향의 데이터 통신을 행한다.

또한, 퍼스널 유저 단말기 장치인 PC(1200)를 사용하는 대신에, 파단 예측 장치에 특화된 소정의 계산기 등을 사용해도 된다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 이하와 같은 변형예가 생각된다.

(1) 상기 실시 형태에서는, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단, 특히 접합부에 모멘트가 가해짐으로써 발생하는 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 방법을 설명했다.

그러나, 해석 대상물의 충돌 변형 해석에 있어서, 접합부에 모멘트뿐만 아니라, 전단력 및 축력이 가해진다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 그 때문에, 종래의 파단 예측 방법에서는, 모멘트에 기인하는 파단과, 전단력에 기인하는 파단과, 축력에 기인하는 파단을 각각 별개의 파단 예측식을 사용해서 예측하고 있다.

상기 실시 형태에 따른 파단 예측 방법(프로그램)은, 상기 3개의 파단 모드 중, 모멘트에 기인하는 파단을 예측하기 위한 방법(서브 루틴 프로그램)으로서 이용 가능하지만, 접합부에 가해지는 축력이 압축 축력인 경우에는, 실제의 충돌 시에는 파단은 발생하지 않지만, 압축 축력 하에서도 모멘트가 발생하는 경우도 있고, 모멘트 파단이 발생했다고 잘못 예측해 버릴 가능성이 있다.

그래서, 본 실시 형태에 따른 파단 예측 방법의 제3 공정에서는, 해석 대상물의 충돌 변형 해석에 있어서, 접합부에 가해지는 축력이 압축 축력인 경우에, 파단 예측 결과로서 파단 없음을 나타내는 결과를 강제적으로 출력하는 것이 바람직하다.

바꿔 말하면, 본 실시 형태에 따른 파단 예측 장치의 파단 판별 수단(3)이, 스텝 S3에 있어서, 해석 대상물의 충돌 변형 해석에 있어서 접합부에 가해지는 축력이 압축 축력인 경우에, 파단 예측 결과로서 파단 없음을 나타내는 결과를 강제적으로 출력하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 접합부에 가해지는 축력이 압축 축력인 경우에, 실제의 충돌 시에는 발생하지 않을 모멘트가 수치 해석상 발생해서 모멘트 파단이 발생했다고 잘못 예측해 버리는 것을 방지할 수 있다.

(2) 상기 실시 형태에서는, 한 쌍의 부재가 스폿 용접된 해석 대상물을 예시하고, 그 스폿 용접부의 모멘트 파단을 예측하는 경우를 예시했다. 본 발명에 있어서의 접합부는 스폿 용접부에 한정되지 않고, 예를 들어 점 용접 또는 선 용접 등의 다른 용접 방법에 의해 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물의 접합부에 발생하는 모멘트 파단을 예측하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

(3) 상기 실시 형태에서는, 해석 대상물이 강판인 경우를 예시했지만, 본 발명에 있어서의 해석 대상물의 재질은 강판에 한정되지 않고, 철, 알루미늄, 티타늄, 스테인리스, 복합 재료(금속-수지 재료, 이종 금속 재료) 또는 탄소 섬유 등을 재질로 하는 해석 대상물의 모멘트 파단을 예측하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

(4) 상기 실시 형태에서는, 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우에 사용되는 함수와, 인장 강도가 980㎫ 미만인 경우에 사용되는 함수의 두 종류의 함수를 구분지어 사용해서 파단 한계 모멘트를 산출하는 경우를 예시했지만, 인장 강도에 따라서 세 종류 이상의 함수를 구분지어 사용해도 된다.

(5) 본 발명은, 해트형 부재 등의 자동차의 구조 부재뿐만 아니라, 철도 차량을 포함하는 각종 차량, 일반 기계 또는 선박 등의 구조 부재의 모멘트 파단을 예측하는 방법으로서 적용할 수 있다.

(6) 상기 실시 형태에서는, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단, 특히 접합부에 모멘트가 가해짐으로써 발생하는 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 방법을 설명했다. 그러나, 파단 판별 기준을 산출하는 방법(프로그램)만을 요구하는 유저가 존재하는 경우도 있을 수 있다.

그러한 유저의 요구에 따라, 상기 실시 형태에 따른 파단 예측 방법으로부터 제3 공정을 삭제한 것을, 파단 판별 기준 산출 방법으로 해서 제공해도 된다.

즉, 이 파단 판별 기준 산출 방법은, 서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측할 때 사용되는 파단 판별 기준을 산출하는 방법이며, 상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 공정과; 상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 공정을 갖는다.

1 : 파라미터 취득 수단
2 : 파단 판별 기준 산출 수단
3 : 파단 판별 수단
4 : 기억 수단

Claims

서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 파단 예측 방법이며,
상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 공정과;
상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 공정과;
상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 모멘트가 상기 파단 한계 모멘트를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 상기 접합부의 파단 예측 결과로서 출력하는 제3 공정;
을 갖는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 공정에서는, 상기 요소 모델에 설정된 상기 파라미터 중, 상기 해석 대상물의 인장 강도를 상기 모재부의 요소 사이즈와 함께 취득하고;
상기 제2 공정에서는, 상기 파단 한계 모멘트의 산출에 사용되는 상기 함수를 상기 인장 강도에 따라서 변화시키는;
것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제2항에 있어서,
상기 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우,
상기 제2 공정에서는, 상기 함수로서 (1) 식을 사용해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
Mf=Me·F(Me, t, D, W, L, e) … (1)
여기서, Mf: 파단 한계 모멘트(단위는 N·㎜)
Me: 수정 탄성 굽힘 모멘트(단위는 N·㎜)
F(Me, t, D, W, L, e): 보정항
t: 해석 대상물의 판 두께(단위는 ㎜)
D: 접합부가 스폿 용접부인 경우의 너깃 직경(단위는 ㎜)
W: 스폿 용접부가 하중을 받치는 유효폭(단위는 ㎜)
L: 아암 길이(단위는 ㎜)
e: 모재부의 요소 사이즈(단위는 ㎜)
제3항에 있어서,
상기 (1) 식에 있어서, 상기 수정 탄성 굽힘 모멘트 Me는 (2) 식으로 정의되고, 상기 보정항 F(Me, t, D, W, L, e)는 (3) 식으로 정의되어 있는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
Me=(el/L)·(E·D·t³)/12 … (2)
여기서, el: 해석 대상물의 전체 신장(단위는 ε)
E: 해석 대상물의 영률(단위는 ㎫)
F(Me, t, D, W, L, e)
=f(Me)·f(t)·f(D)·f(W)·f(L)·f(e) … (3)
여기서, f(Me): 수정 탄성 굽힘 모멘트 Me의 보정항
f(t): 판 두께 t의 보정항
f(D): 너깃 직경 D의 보정항
f(W): 유효폭 W의 보정항
f(L): 아암 길이 L의 보정항
f(e): 모재부의 요소 사이즈 e의 보정항
제4항에 있어서,
f(Me), f(t), f(D), f(W), f(L) 및 f(e)는, L자 조인트형의 시험편을 사용해서 작성된 유한 요소법 모델에 있어서, 실험에서 확인된 파단 하중을 시험편 단부에 부하함으로써 얻어지는, 스폿 용접부에 가해지는 모멘트와, 상기 (1) 식을 사용해서 산출된 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 오차가 최소가 되도록 중회귀로부터 결정된 식인 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제2항에 있어서,
상기 인장 강도가 980㎫ 미만인 경우,
상기 제2 공정에서는, 상기 함수로서 (4) 식을 사용해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
Mf=Mp·F(Mp, t, D, W, el, e) … (4)
여기서, Mf: 파단 한계 모멘트(단위는 N·㎜)
Mp: 전체 소성 굽힘 모멘트(단위는 N·㎜)
F(Mp, t, D, W, el, e): 보정항
t: 해석 대상물의 판 두께(단위는 ㎜)
D: 접합부가 스폿 용접부인 경우의 너깃 직경(단위는 ㎜)
W: 스폿 용접부가 하중을 받치는 유효폭(단위는 ㎜)
el: 해석 대상물의 전체 신장(단위는 ε)
e: 모재부의 요소 사이즈(단위는 ㎜)
제6항에 있어서,
상기 (4) 식에 있어서, 상기 전체 소성 굽힘 모멘트 Mp는 (5) 식으로 정의되고, 상기 보정항 F(Mp, t, D, W, el, e)는 (6) 식으로 정의되어 있는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
Mp=(TS·W·t²)/4 … (5)
여기서, TS: 해석 대상물의 인장 강도(단위는 ㎫)
F(Mp, t, D, W, el, e)
=f(Mp)·f(t)·f(D)·f(W)·f(el)·f(e) … (6)
여기서, f(Mp): 전체 소성 굽힘 모멘트 Mp의 보정항
f(t): 판 두께 t의 보정항
f(D): 너깃 직경 D의 보정항
f(W): 유효폭 W의 보정항
f(el): 전체 신장 el의 보정항
f(e): 모재부의 요소 사이즈 e의 보정항
제7항에 있어서,
f(Mp), f(t), f(D), f(W), f(el) 및 f(e)는, L자 조인트형의 시험편을 사용해서 작성된 유한 요소법 모델에 있어서, 실험에서 확인된 파단 하중을 시험편 단부에 부하함으로써 얻어지는, 스폿 용접부에 가해지는 모멘트와, 상기 (4) 식을 사용해서 산출된 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 오차가 최소가 되도록 중회귀로부터 결정된 식인 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 공정에서는, 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 상기 모멘트 M1과, 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 관계가 (9) 식을 충족한 경우에, 상기 파단 예측 결과로서 파단 있음을 나타내는 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
M1/Mf≥1 … (9)
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 공정에서는, 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 축력이 압축 축력인 경우에, 상기 파단 예측 결과로서 파단 없음을 나타내는 결과를 강제적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.
서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 파단 예측 장치이며,
상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 파라미터 취득 수단과;
상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 기억하는 기억 수단과;
상기 기억 수단으로부터 상기 함수를 판독하고, 상기 파라미터 취득 수단에 의해 취득된 상기 모재부의 요소 사이즈를 상기 함수에 입력함으로써, 상기 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 파단 판별 기준 산출 수단과;
상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 모멘트가 상기 파단 한계 모멘트를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 상기 접합부의 파단 예측 결과로서 출력하는 파단 판별 수단;
을 구비하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제11항에 있어서,
상기 파라미터 취득 수단은, 상기 요소 모델에 설정된 상기 파라미터 중, 상기 해석 대상물의 인장 강도를 상기 모재부의 요소 사이즈와 함께 취득하고;
상기 기억 수단은, 상기 인장 강도에 대응하는 상기 함수를 복수 기억하고 있고;
상기 파단 판별 기준 산출 수단은, 상기 파라미터 취득 수단에 의해 취득된 상기 인장 강도에 대응하는 상기 함수를 상기 기억 수단으로부터 판독해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출하는;
것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제12항에 있어서,
상기 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우,
상기 파단 판별 기준 산출 수단은, (1) 식으로 표시되는 상기 함수를 상기 기억 수단으로부터 판독해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
Mf=Me·F(Me, t, D, W, L, e) … (1)
여기서, Mf: 파단 한계 모멘트(단위는 N·㎜)
Me: 수정 탄성 굽힘 모멘트(단위는 N·㎜)
F(Me, t, D, W, L, e): 보정항
t: 해석 대상물의 판 두께(단위는 ㎜)
D: 접합부가 스폿 용접부인 경우의 너깃 직경(단위는 ㎜)
W: 스폿 용접부가 하중을 받치는 유효폭(단위는 ㎜)
L: 아암 길이(단위는 ㎜)
e: 모재부의 요소 사이즈(단위는 ㎜)
제13항에 있어서,
상기 (1) 식에 있어서, 상기 수정 탄성 굽힘 모멘트 Me는 (2) 식으로 정의되고, 상기 보정항 F(Me, t, D, W, L, e)는 (3) 식으로 정의되어 있는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
Me=(el/L)·(E·D·t³)/12 … (2)
여기서, el: 해석 대상물의 전체 신장(단위는 ε)
E: 해석 대상물의 영률(단위는 ㎫)
F(Me, t, D, W, L, e)
=f(Me)·f(t)·f(D)·f(W)·f(L)·f(e) … (3)
여기서, f(Me): 수정 탄성 굽힘 모멘트 Me의 보정항
f(t): 판 두께 t의 보정항
f(D): 너깃 직경 D의 보정항
f(W): 유효폭 W의 보정항
f(L): 아암 길이 L의 보정항
f(e): 모재부의 요소 사이즈 e의 보정항
제14항에 있어서,
f(Me), f(t), f(D), f(W), f(L) 및 f(e)는, L자 조인트형의 시험편을 사용해서 작성된 유한 요소법 모델에 있어서, 실험에서 확인된 파단 하중을 시험편 단부에 부하함으로써 얻어지는, 스폿 용접부에 가해지는 모멘트와, 상기 (1) 식을 사용해서 산출된 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 오차가 최소가 되도록 중회귀로부터 결정된 식인 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제12항에 있어서,
상기 인장 강도가 980㎫ 미만인 경우,
상기 파단 판별 기준 산출 수단은, (4) 식으로 표시되는 상기 함수를 상기 기억 수단으로부터 판독해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
Mf=Mp·F(Mp, t, D, W, el, e) … (4)
여기서, Mf: 파단 한계 모멘트(단위는 N·㎜)
Mp: 전체 소성 굽힘 모멘트(단위는 N·㎜)
F(Mp, t, D, W, el, e): 보정항
t: 해석 대상물의 판 두께(단위는 ㎜)
D: 접합부가 스폿 용접부인 경우의 너깃 직경(단위는 ㎜)
W: 스폿 용접부가 하중을 받치는 유효폭(단위는 ㎜)
el: 해석 대상물의 전체 신장(단위는 ε)
e: 모재부의 요소 사이즈(단위는 ㎜)
제16항에 있어서,
상기 (4) 식에 있어서, 상기 전체 소성 굽힘 모멘트 Mp는 (5) 식으로 정의되고, 상기 보정항 F(Mp, t, D, W, el, e)는 (6) 식으로 정의되어 있는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
Mp=(TS·W·t²)/4 … (5)
여기서, TS: 해석 대상물의 인장 강도(단위는 ㎫)
F(Mp, t, D, W, el, e)
=f(Mp)·f(t)·f(D)·f(W)·f(el)·f(e) … (6)
여기서, f(Mp): 전체 소성 굽힘 모멘트 Mp의 보정항
f(t): 판 두께 t의 보정항
f(D): 너깃 직경 D의 보정항
f(W): 유효폭 W의 보정항
f(el): 전체 신장 el의 보정항
f(e): 모재부의 요소 사이즈 e의 보정항
제17항에 있어서,
f(Mp), f(t), f(D), f(W), f(el) 및 f(e)는, L자 조인트형의 시험편을 사용해서 작성된 유한 요소법 모델에 있어서, 실험에서 확인된 파단 하중을 시험편 단부에 부하함으로써 얻어지는, 스폿 용접부에 가해지는 모멘트와, 상기 (4) 식을 사용해서 산출된 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 오차가 최소가 되도록 중회귀로부터 결정된 식인 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파단 판별 수단은, 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 상기 모멘트 M1과, 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 관계가 (9) 식을 충족한 경우에, 상기 파단 예측 결과로서 파단 있음을 나타내는 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
M1/Mf≥1 … (9)
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파단 판별 수단은, 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 축력이 압축 축력인 경우에, 상기 파단 예측 결과로서 파단 없음을 나타내는 결과를 강제적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 장치.
서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측하는 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이며,
상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 처리와;
상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 처리와;
상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 모멘트가 상기 파단 한계 모멘트를 초과했는지 여부를 판별하고, 그 판별 결과를 상기 접합부의 파단 예측 결과로서 출력하는 제3 처리;
를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램.
제21항에 있어서,
상기 제1 처리에서는, 상기 요소 모델에 설정된 상기 파라미터 중, 상기 해석 대상물의 인장 강도를 상기 모재부의 요소 사이즈와 함께 취득하는 처리를 컴퓨터에 실행시키고;
상기 제2 처리에서는, 상기 파단 한계 모멘트의 산출에 사용되는 상기 함수를 상기 인장 강도에 따라서 변화시키는 처리를 컴퓨터에 실행시키는;
것을 특징으로 하는 프로그램.
제22항에 있어서,
상기 인장 강도가 980㎫ 이상인 경우,
상기 제2 처리에서는, 상기 함수로서 (1) 식을 사용해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램.
Mf=Me·F(Me, t, D, W, L, e) … (1)
여기서, Mf: 파단 한계 모멘트(단위는 N·㎜)
Me: 수정 탄성 굽힘 모멘트(단위는 N·㎜)
F(Me, t, D, W, L, e): 보정항
t: 해석 대상물의 판 두께(단위는 ㎜)
D: 접합부가 스폿 용접부인 경우의 너깃 직경(단위는 ㎜)
W: 스폿 용접부가 하중을 받치는 유효폭(단위는 ㎜)
L: 아암 길이(단위는 ㎜)
e: 모재부의 요소 사이즈(단위는 ㎜)
제23항에 있어서,
상기 (1) 식에 있어서, 상기 수정 탄성 굽힘 모멘트 Me는 (2) 식으로 정의되고, 상기 보정항 F(Me, t, D, W, L, e)는 (3) 식으로 정의되어 있는 것을 특징으로 하는 프로그램.
Me=(el/L)·(E·D·t³)/12 … (2)
여기서, el: 해석 대상물의 전체 신장(단위는 ε)
E : 해석 대상물의 영률(단위는 ㎫)
F(Me, t, D, W, L, e)
=f(Me)·f(t)·f(D)·f(W)·f(L)·f(e) … (3)
여기서, f(Me): 수정 탄성 굽힘 모멘트 Me의 보정항
f(t): 판 두께 t의 보정항
f(D): 너깃 직경 D의 보정항
f(W): 유효폭 W의 보정항
f(L): 아암 길이 L의 보정항
f(e): 모재부의 요소 사이즈 e의 보정항
제24항에 있어서,
f(Me), f(t), f(D), f(W), f(L) 및 f(e)는, L자 조인트형의 시험편을 사용해서 작성된 유한 요소법 모델에 있어서, 실험에서 확인된 파단 하중을 시험편 단부에 부하함으로써 얻어지는, 스폿 용접부에 가해지는 모멘트와, 상기 (1) 식을 사용해서 산출된 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 오차가 최소가 되도록 중회귀로부터 결정된 식인 것을 특징으로 하는 프로그램.
제22항에 있어서,
상기 인장 강도가 980㎫ 미만인 경우,
상기 제2 처리에서는, 상기 함수로서 (4) 식을 사용해서 상기 파단 한계 모멘트를 산출하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램.
Mf=Mp·F(Mp, t, D, W, el, e) … (4)
여기서, Mf: 파단 한계 모멘트(단위는 N·㎜)
Mp: 전체 소성 굽힘 모멘트(단위는 N·㎜)
F(Mp, t, D, W, el, e): 보정항
t: 해석 대상물의 판 두께(단위는 ㎜)
D: 접합부가 스폿 용접부인 경우의 너깃 직경(단위는 ㎜)
W: 스폿 용접부가 하중을 받치는 유효폭(단위는 ㎜)
el: 해석 대상물의 전체 신장(단위는 ε)
e: 모재부의 요소 사이즈(단위는 ㎜)
제26항에 있어서,
상기 (4) 식에 있어서, 상기 전체 소성 굽힘 모멘트 Mp는 (5) 식으로 정의되고, 상기 보정항 F(Mp, t, D, W, el, e)는 (6) 식으로 정의되어 있는 것을 특징으로 하는 프로그램.
Mp=(TS·W·t²)/4 … (5)
여기서, TS: 해석 대상물의 인장 강도(단위는 ㎫)
F(Mp, t, D, W, el, e)
=f(Mp)·f(t)·f(D)·f(W)·f(el)·f(e)… (6)
여기서, f(Mp): 전체 소성 굽힘 모멘트 Mp의 보정항
f(t): 판 두께 t의 보정항
f(D): 너깃 직경 D의 보정항
f(W): 유효폭 W의 보정항
f(el): 전체 신장 el의 보정항
f(e): 모재부의 요소 사이즈 e의 보정항
제27항에 있어서,
f(Mp), f(t), f(D), f(W), f(el) 및 f(e)는, L자 조인트형의 시험편을 사용해서 작성된 유한 요소법 모델에 있어서, 실험에서 확인된 파단 하중을 시험편 단부에 부하함으로써 얻어지는, 스폿 용접부에 가해지는 모멘트와, 상기 (4) 식을 사용해서 산출된 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 오차가 최소가 되도록 중회귀로부터 결정된 식인 것을 특징으로 하는 프로그램.
제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 처리에서는, 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 상기 모멘트 M1과, 상기 파단 한계 모멘트 Mf의 관계가 (9) 식을 충족한 경우에, 상기 파단 예측 결과로서 파단 있음을 나타내는 결과를 출력하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램.
M1/Mf≥1 … (9)
제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 처리에서는, 상기 해석 대상물의 요소 모델의 변형 해석에 있어서 상기 접합부에 가해지는 축력이 압축 축력인 경우에, 상기 파단 예측 결과로서 파단 없음을 나타내는 결과를 강제적으로 출력하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 프로그램.
제21항 내지 제30항 중 어느 한 항에 기재된 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
서로 접합된 한 쌍의 부재로 이루어지는 해석 대상물에 있어서의 접합부의 파단을 유한 요소법을 사용해서 예측할 때 사용되는 파단 판별 기준을 산출하는 파단 판별 기준 산출 방법이며,
상기 해석 대상물의 요소 모델에 설정된 파라미터 중, 적어도 모재부의 요소 사이즈를 취득하는 제1 공정과;
상기 모재부의 요소 사이즈를 변수의 하나로서 포함하는 함수에 의해 정의된 파단 한계 모멘트를 파단 판별 기준으로서 산출하는 제2 공정;
을 갖는 것을 특징으로 하는 파단 판별 기준 산출 방법.