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JP2001272318A - 3D automatic crack growth analysis system - Google Patents

3D automatic crack growth analysis system

Info

Publication number
JP2001272318A
JP2001272318A JP2000087725A JP2000087725A JP2001272318A JP 2001272318 A JP2001272318 A JP 2001272318A JP 2000087725 A JP2000087725 A JP 2000087725A JP 2000087725 A JP2000087725 A JP 2000087725A JP 2001272318 A JP2001272318 A JP 2001272318A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crack
information
crack growth
growth
analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000087725A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Morikawa
正夫 森川
Toshiharu Nomoto
敏治 野本
Kazuhiro Aoyama
和浩 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
Priority to JP2000087725A priority Critical patent/JP2001272318A/en
Publication of JP2001272318A publication Critical patent/JP2001272318A/en
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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人手を介することなく構造モデルを作成し直
すことが可能な、構造物の3次元自動亀裂進展解析シス
テムを提供する。 【解決手段】 溶接構造物の亀裂の進展を3次元的に解
析する3次元自動亀裂進展解析システムにおいて、(a)
各部材に関する情報および他の部材との接合情報および
亀裂に関する情報に基づき、節点を配置して有限要素解
析のための構造モデルを生成する構造モデル生成手段1
と、(b)この構造モデルに所定の荷重を載荷した場合に
ついて、有限要素解析を行って破壊力学パラメータを計
算する有限要素解析手段2と、(c)この計算結果を用い
て予め定義してある亀裂進展則により亀裂の進展方向と
進展量を計算して亀裂に関する情報を更新する亀裂進展
制御手段3と、を備えている構造物の3次元自動亀裂進
展解析システム
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a three-dimensional automatic crack growth analysis system for a structure capable of re-creating a structural model without manual intervention. SOLUTION: In a three-dimensional automatic crack growth analysis system for three-dimensionally analyzing crack growth of a welded structure, (a)
Structural model generating means 1 for arranging nodes and generating a structural model for finite element analysis based on information on each member, information on joining with other members, and information on cracks
And (b) a finite element analysis means 2 for performing a finite element analysis to calculate a fracture mechanics parameter when a predetermined load is applied to the structural model, and (c) defining in advance using the calculation results A three-dimensional automatic crack growth analysis system for a structure, comprising: a crack growth control means 3 for calculating a growth direction and a growth amount of a crack according to a certain crack growth rule and updating information on the crack.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、複数個の部材か
らなる溶接構造物の亀裂の進展を3次元的に解析する3
次元自動亀裂進展解析システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional analysis of crack propagation in a welded structure comprising a plurality of members.
One-dimensional automatic crack growth analysis system.

【0002】[0002]

【従来の技術】単純形状の亀裂に関しては、基本的な2
次元亀裂(亀裂の幅と深さを定義した半楕円形状の亀
裂)の定式化を援用して、付加される荷重の回数と亀裂
の進展量の関係を、簡単なプログラムにより推定するこ
とが可能である。
2. Description of the Related Art With respect to a crack having a simple shape, there are two basic types.
With the aid of the formulation of two-dimensional cracks (semi-elliptical cracks that define the width and depth of cracks), the relationship between the number of applied loads and the amount of crack propagation can be estimated with a simple program It is.

【0003】亀裂形状が複雑で、亀裂の進展による応力
再配分を考慮する必要があるような、精密な亀裂進展解
析を実施するには、亀裂進展のステップ毎に構造モデル
を作成して、有限要素法プログラムにより破壊力学パラ
メータのK値、J値を計算する。その結果を用いて亀裂
進展解析を行うことにより、亀裂の進展方向と進展量を
推定する。
In order to carry out a precise crack growth analysis in which the crack shape is complex and it is necessary to consider stress redistribution due to the crack growth, a structural model is created for each step of the crack growth and a finite The K value and the J value of the fracture mechanics parameters are calculated by the element method program. Crack growth analysis is performed using the results to estimate the direction and amount of crack growth.

【0004】具体的には、図2に示すようになる。ま
ず、ステップS21で構造モデルを作成するとともに、
別途ステップS22で荷重モデルを作成しておく。ステ
ップS23では、構造モデルと荷重モデルを用いて有限
要素法解析を行い、その解析結果からステップS24で
破壊力学パラメータ(J値)を計算する。
[0004] Specifically, it is as shown in FIG. First, a structural model is created in step S21,
A load model is created separately in step S22. In step S23, a finite element analysis is performed using the structural model and the load model, and a fracture mechanics parameter (J value) is calculated in step S24 from the analysis result.

【0005】この計算結果を用いて、ステップS25で
は亀裂進展解析を行い、ステップS26で亀裂進展の有
無を判定する。亀裂進展がなければ(所定の値未満であ
れば)一連の処理を終了する。判定結果が亀裂進展あり
の場合は、ステップS27で構造モデルを更新する。更
新された構造モデルに基づき、ステップS23有限要素
法解析からステップS26判定までを繰り返す。
[0005] Using this calculation result, crack growth analysis is performed in step S25, and the presence or absence of crack growth is determined in step S26. If there is no crack growth (if less than a predetermined value), a series of processing is ended. If the result of the determination is that there is crack growth, the structural model is updated in step S27. Based on the updated structural model, the processing from the step S23 finite element method analysis to the step S26 determination is repeated.

【0006】また、亀裂形状を含む構造部分モデル(亀
裂ブロック)を予め用意し、これを構造物の全体解析モ
デルに組み込むことにより、3次元構造モデルを生成す
る方法もある。この場合も、汎用の有限要素法解析プロ
グラムにより破壊力学パラメータを求め、それを用いて
亀裂進展の方向と進展量を計算する。計算結果に基づ
き、亀裂ブロック内の亀裂進展前の節点分布を亀裂進展
後の新しい節点分布に、自動的に更新する3次元自動亀
裂進展解析システムである。
There is also a method in which a three-dimensional structural model is generated by preparing in advance a structural part model (crack block) including a crack shape and incorporating it in an overall analysis model of the structure. In this case as well, the fracture mechanics parameters are obtained by a general-purpose finite element method analysis program, and the direction and amount of crack propagation are calculated using the obtained parameters. This is a three-dimensional automatic crack propagation analysis system that automatically updates the node distribution before crack propagation in a crack block to a new node distribution after crack propagation based on the calculation results.

【0007】この方法は、具体的には図3に示すように
なる。まず、ステップS31で亀裂を含まない構造デー
タを作成するとともに、別途、ステップS32で亀裂ブ
ロックを、ステップS33で荷重モデルを、それぞれ作
成しておく。ステップS34では、構造データに亀裂ブ
ロックを組み込む。ステップS35で、構造データと荷
重データを用いて有限要素法解析を行い、その解析結果
からステップS36で破壊力学パラメータ(J値)を計
算する。
This method is specifically shown in FIG. First, structural data not including a crack is created in step S31, and a crack block is created separately in step S32, and a load model is created in step S33. In step S34, a crack block is incorporated into the structure data. In step S35, a finite element analysis is performed using the structural data and the load data, and a fracture mechanics parameter (J value) is calculated in step S36 from the analysis result.

【0008】この計算結果を用いて、ステップS37で
は亀裂進展解析を行い、ステップS38で亀裂進展量と
亀裂進展方向を求める。ステップS39では、制御変数
(亀裂進展関連の各種パラメータ)と制限値の大小を判
定する。制御変数が制限値を超えていれば一連の処理を
終了し、それ以外の場合は、亀裂情報を更新して、ステ
ップS32亀裂ブロックの作成からステップS39判定
までを繰り返す。
Using this calculation result, a crack growth analysis is performed in step S37, and a crack growth amount and a crack growth direction are obtained in step S38. In step S39, the control variables (various parameters related to crack growth) and the limit values are determined. If the control variable exceeds the limit value, the series of processes is terminated. Otherwise, the crack information is updated, and the process from the creation of the crack block in step S32 to the determination in step S39 is repeated.

【0009】また、特開平8-114531号公報に
は、腐食ピットからの疲労亀裂の生成による、火力発電
用ボイラの水壁管の肉厚減少量または余寿命を、計算に
より推定する方法が提案されている。この技術は、腐食
ピット底部の応力拡大係数が疲労亀裂発生限界値になる
時の腐食ピットの深さを、腐食ピット成長則から求め
る。さらに応力付加によって発生する疲労亀裂の進展深
さを、積分形のパリス則の式により求めて全深さを求め
る。以下、このような計算を繰り返すことにより、水壁
管の肉厚減少量または余寿命を求めるというものであ
る。
[0009] Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-1144531 proposes a method for estimating, by calculation, the amount of wall thickness reduction or remaining life of a water wall tube of a boiler for thermal power generation due to generation of fatigue cracks from corrosion pits. Have been. According to this technique, the depth of a corrosion pit when the stress intensity factor at the bottom of the corrosion pit reaches the limit value for the occurrence of fatigue cracks is determined from the corrosion pit growth rule. Further, the total depth is obtained by calculating the growth depth of the fatigue crack generated by the application of stress by the Paris-type equation of integral type. Hereinafter, by repeating such calculations, the amount of reduction in wall thickness or the remaining life of the water wall pipe is obtained.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれらの
従来技術には、次のような問題があった。まず、単純形
状の亀裂についての計算、あるいは単純形状の亀裂に置
き換えた定式化による計算を用いる場合、対応できる亀
裂モデルに限りがあり、また、亀裂の進展方向を判定で
きないという欠点がある。例えば、特開平8-1145
31号公報記載の技術では、疲労亀裂の進展深さを数式
により求めているが、亀裂の進展方向については板厚方
向を前提としており、板面内への進展については考慮さ
れていない。
However, these prior arts have the following problems. First, in the case of using a calculation for a crack having a simple shape or a calculation based on a formulation in which the crack is replaced with a crack having a simple shape, there is a limitation that a crack model that can be supported is limited, and it is not possible to determine the propagation direction of the crack. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No.
In the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 31-301, the depth of growth of a fatigue crack is determined by a mathematical formula. However, the direction of growth of the crack is premised on the thickness direction of the plate, and no consideration is given to the growth in the plane of the plate.

【0011】これに対して、有限要素法の解析結果から
亀裂進展解析を実施して、亀裂の進展方向と進展量を推
定する方法では、亀裂進展後の有限要素解析用に、亀裂
寸法の異なる構造モデルを数ケース作成する必要があ
る。そのため、この方法では、構造モデルの作成作業に
多くの時間と費用を費やしている。特に、亀裂先端部は
応力集中の中心であり、要素分割を他の部分より細かく
する必要がある。そのため、十分な解析精度を確保でき
るよう構造モデルを作成することは、実際には容易では
なく困難と言える。
On the other hand, in the method of estimating the direction and amount of crack propagation by performing crack propagation analysis from the analysis results of the finite element method, different sizes of cracks are used for finite element analysis after crack propagation. It is necessary to create several cases of the structural model. Therefore, this method spends a lot of time and money on creating a structural model. In particular, the crack tip is the center of stress concentration, and the element division needs to be finer than other parts. Therefore, it can be said that it is actually not easy but difficult to create a structural model so as to ensure sufficient analysis accuracy.

【0012】有限要素法解析における要素分割について
は、2次元の自動亀裂進展解析システムで、亀裂の進展
方向が予め判っている場合は問題ないが、この進展方向
が定まらない構造を扱う場合は、何度も要素分割を行う
必要がある。また、3次元の自動亀裂進展解析システム
でも、亀裂の進展が指定した亀裂ブロックの範囲内であ
れば問題ないが、この亀裂ブロックの範囲を越えて亀裂
が進展する場合には、入力する構造モデルを作成し直す
必要がある。またこの場合、亀裂ブロック以外の部分
は、人手により要素分割する必要がある。
Regarding element division in the finite element method analysis, there is no problem if the direction of crack propagation is known in advance by a two-dimensional automatic crack propagation analysis system, but if a structure in which this direction of propagation is not determined is handled, It is necessary to perform element division many times. There is no problem with the three-dimensional automatic crack growth analysis system if the crack growth is within the range of the specified crack block. However, if the crack grows beyond the range of the crack block, the input structural model Need to be recreated. In this case, it is necessary to manually divide elements other than the crack block.

【0013】この発明は、以上のような従来技術の問題
点を解決し、構造モデルを作成し直すために時間と費用
を費やすことなく、人手を介することなく亀裂進展解析
を行うことが可能な、構造物の3次元自動亀裂進展解析
システムを提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and makes it possible to carry out crack growth analysis without manually and without spending time and money to recreate a structural model. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional automatic crack growth analysis system for a structure.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の課題は次の発明に
より解決される。その発明は、複数個の部材からなる溶
接構造物の亀裂の進展を3次元的に解析する3次元自動
亀裂進展解析システムにおいて、(a)各部材に関する情
報および他の部材との接合情報および亀裂に関する情報
に基づき、節点を配置して有限要素解析のための構造モ
デルを生成する構造モデル生成手段と、(b)この構造モ
デルに所定の荷重を載荷した場合について、有限要素解
析を行って破壊力学パラメータを計算する有限要素解析
手段と、(c)この計算結果を用いて予め定義してある亀
裂進展則により亀裂の進展方向と進展量を計算して亀裂
に関する情報を更新する亀裂進展制御手段と、を備えて
いることを特徴とする構造物の3次元自動亀裂進展解析
システムである。
The above object is achieved by the following invention. The present invention relates to a three-dimensional automatic crack growth analysis system for three-dimensionally analyzing the growth of a crack in a welded structure composed of a plurality of members, wherein (a) information on each member, joining information with other members, and cracks Model generating means for generating a structural model for finite element analysis by arranging nodes based on the information about (b), and performing a finite element analysis and performing destruction when a predetermined load is applied to this structural model Finite element analysis means for calculating mechanical parameters, and (c) crack growth control means for calculating the direction and amount of growth of the crack according to a crack growth rule defined in advance using the calculation results and updating information about the crack And a three-dimensional automatic crack growth analysis system for a structure, comprising:

【0015】この発明のシステムは、構造物の部材の情
報とともに亀裂の情報を入力することにより、亀裂を要
素として含む構造物のモデルをコンピュータ内に作成
し、有限要素解析により亀裂の進展状況を解析する。こ
のシステムの主な構成要素は、解析のための構造モデル
を生成する構造モデル生成手段と、破壊力学パラメータ
を計算する有限要素解析手段と、亀裂の進展方向と進展
量を計算する亀裂進展制御手段であり、それぞれの処理
内容について次に説明する。
According to the system of the present invention, a model of a structure including a crack as an element is created in a computer by inputting information of a crack together with information of a member of the structure, and the progress of the crack is analyzed by finite element analysis. To analyze. The main components of this system are a structural model generation means for generating a structural model for analysis, a finite element analysis means for calculating fracture mechanics parameters, and a crack growth control means for calculating the direction and amount of crack growth. The respective processing contents will be described below.

【0016】構造モデル生成手段は、部材情報、接合情
報、および亀裂情報に基づき、有限要素解析のための節
点を配置して構造モデルを生成する。その際、亀裂先端
における亀裂情報を付加し、部材と接合部および亀裂を
含むモデルとする。このモデルに節点を配置して有限要
素解析のための構造モデルを生成する。
[0016] The structural model generation means generates a structural model by arranging nodes for finite element analysis based on the member information, the joint information, and the crack information. At this time, crack information at the crack tip is added, and a model including members, joints, and cracks is obtained. Nodes are arranged in this model to generate a structural model for finite element analysis.

【0017】有限要素解析手段は、この構造モデルを用
いて有限要素解析を行う。ここでは、所定の荷重を載荷
した場合について、破壊力学パラメータを計算する。
The finite element analysis means performs a finite element analysis using the structural model. Here, the fracture mechanics parameters are calculated when a predetermined load is applied.

【0018】亀裂進展制御手段は、破壊力学パラメータ
の計算結果を用いて、亀裂の進展方向と進展量を計算す
る。ここでは、利用者側で予め亀裂進展則を定義してお
き、それに基づき破壊力学パラメータから亀裂進展の有
無およびその寸法と方向を算出する。得られた計算結果
に基づき、亀裂に関する情報を更新する。
The crack growth control means calculates the direction and amount of growth of the crack using the calculation results of the fracture mechanics parameters. Here, the user defines a crack growth rule in advance, and calculates the presence or absence of crack growth and its size and direction from the fracture mechanics parameters based on the rule. The information about the crack is updated based on the obtained calculation result.

【0019】構造モデル生成手段は、更新された亀裂情
報から節点の更新を行い、それに基づき有限要素解析手
段は有限要素解析を行い、亀裂進展制御手段は亀裂の進
展方向と進展量を計算する。この発明のシステムは、こ
れらの処理を繰り返すことにより、構造物の亀裂進展解
析を自動的に行うことができる。このように、亀裂の自
動解析結果に基づき構造モデルを逐次更新するので、亀
裂周辺の有限要素解析の精度が大幅に向上するととも
に、構造物全体の解析精度も向上する。
The structural model generating means updates the nodes from the updated crack information, and the finite element analysis means performs finite element analysis based on the updated crack information, and the crack growth control means calculates the direction and amount of growth of the crack. The system of the present invention can automatically perform a crack growth analysis of a structure by repeating these processes. As described above, since the structural model is sequentially updated based on the result of the automatic analysis of the crack, the accuracy of the finite element analysis around the crack is greatly improved, and the analysis accuracy of the entire structure is also improved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】この発明の実施に当たっては、構
造モデル生成手段により、構造物のモデル作成、即ち構
造物の定義を行う。この定義の際は、まず、コンピュー
タ内に構造物のモデルを作成し、さらに、亀裂情報を付
加する。このとき、亀裂と接する部材、即ち境界面の一
部が亀裂となっている部材については、他の部材との接
合情報とともに亀裂との接合情報を持たせる。各部材お
よび亀裂については、それぞれの持つ接合情報に基づ
き、相互の位置関係が決定される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In practicing the present invention, a model of a structure is created, that is, a structure is defined by a structure model generating means. In this definition, first, a model of a structure is created in a computer, and further, crack information is added. At this time, for a member in contact with the crack, that is, a member in which a part of the boundary surface is a crack, joint information with the crack is provided together with joint information with another member. The positional relationship between the members and the cracks is determined based on the respective pieces of joining information.

【0021】その後、この構造物のモデルは、有限要素
解析のための要素(メッシュ)に分割される。ここで、
亀裂先端部については、有限要素解析の精度向上の観点
から特別に分割し、その他の部分は、部材の接合情報に
基づき分割、即ち接合面に要素の界面を一致させて分割
すればよい。このようにして、構造モデル生成手段で
は、有限要素解析用に要素分割した構造モデルを生成す
る。
Thereafter, the model of the structure is divided into elements (mesh) for finite element analysis. here,
The crack tip may be specially divided from the viewpoint of improving the accuracy of the finite element analysis, and the other portions may be divided based on the joining information of the members, that is, by dividing the interface of the element with the joining surface. In this way, the structural model generating means generates a structural model in which elements are divided for finite element analysis.

【0022】次に、有限要素解析手段は、得られた構造
モデルに対して、有限要素解析を行う。この場合、有限
要素解析は所定の荷重を載荷した場合について行うが、
個々の要素に対しての荷重データを部材情報として保管
しておき、必要に応じて取り出して個々の要素に適用す
るようにしてもよい。有限要素解析手段では、解析結果
に基づきJ値等の破壊力学パラメータを計算する。
Next, the finite element analysis means performs a finite element analysis on the obtained structural model. In this case, the finite element analysis is performed when a predetermined load is applied,
The load data for each element may be stored as member information, taken out as needed, and applied to each element. The finite element analysis means calculates a fracture mechanics parameter such as a J value based on the analysis result.

【0023】最後に、亀裂進展制御手段は、有限要素解
析結果を取り込んで、亀裂の進展量と進展方向を計算す
る。その際、これらの亀裂の進展状況を表す数値は、別
途定義された亀裂進展則を用いて算出する。ここで、亀
裂進展則は、予め破壊力学パラメータと亀裂の進展状況
の関係を実験等で求めておき、一定の安全係数を見て決
めておけばよい。この計算結果から、亀裂と接合線の位
置と寸法を更新する。
Finally, the crack growth control means takes in the results of the finite element analysis and calculates the amount and direction of growth of the crack. At this time, the numerical values representing the state of growth of these cracks are calculated using a separately defined crack growth rule. Here, the crack growth rule may be determined beforehand by examining the relationship between the fracture mechanics parameter and the state of crack growth by an experiment or the like and checking a certain safety coefficient. From the calculation results, the positions and dimensions of the crack and the joining line are updated.

【0024】その後、亀裂進展制御手段は、荷重サイク
ル数や亀裂進展量が設定された上限値未満であれば、亀
裂進展後の亀裂情報を更新して、構造モデル生成手段に
送信し、上記の一連の処理を繰り返し続行する。上限値
に到達している場合は、一連の処理を終了する。
After that, if the number of load cycles or the amount of crack growth is less than the set upper limit, the crack growth control means updates the crack information after the crack growth and transmits the updated crack information to the structural model generating means. Repeat a series of processing. If the upper limit has been reached, a series of processing ends.

【0025】これらの処理の実施に当たっては、オブジ
ェクト指向言語によるプログラミング手法を適用するこ
とにより、システムを構築し易くできる。特に、前述の
個々の手段に対応したサブシステムを作成する際、少な
くとも構造物のモデルに関する部分は、オブジェクト指
向のプログラミング言語を用いてモジュールを作成する
とよい。その場合、部材情報、接合情報および亀裂情報
についても、それぞれオブジェクトの形式で定義できる
ので、個々の情報の登録や更新がし易くなる。以下、オ
ブジェクト指向の手法を用いた実施の形態について説明
する。
In carrying out these processes, a system can be easily constructed by applying a programming method using an object-oriented language. In particular, when creating subsystems corresponding to the individual means described above, at least a part related to a model of a structure is preferably created using an object-oriented programming language. In this case, the member information, the joint information, and the crack information can also be defined in the form of objects, respectively, so that registration and updating of individual information can be easily performed. Hereinafter, an embodiment using an object-oriented technique will be described.

【0026】構造物を構成する部材オブジェクトは、位
置・寸法・板厚等の自分自身に関する情報を持ってい
る。例えば、「自分は部材であり、位置は(各頂点のx,
y,z座標)、板厚は○○mm、材質は○○」等という情報
を持っている。また、部材と部材の間の接合部における
接合情報は、「この接合線に接している部材は○○と△
△、接合線の長さは○○mm、部材同士の溶接方法は○○
である」等の情報を持っている。これに加えて、亀裂先
端における亀裂情報は、「自分は亀裂先端であり、亀裂
に接している部材は○○と△△、亀裂接合線の長さは○
○mmである」等の情報を持っている。
A member object constituting a structure has information on itself such as a position, a dimension, and a plate thickness. For example, "I am a member and the position is (x,
(y, z coordinates), the plate thickness is XX mm, and the material is XX ". In addition, the joining information at the joining portion between the members is such that “members in contact with this joining line are XX and Δ
△, the length of the joining line is XX mm, the welding method of the members is XX
Is information. In addition to this, the crack information at the crack tip is as follows: "I am the crack tip, the members in contact with the crack are XX and ○, and the length of the crack joining line is は
○ mm ”.

【0027】図1はこのシステムにおける処理の流れの
1例を示すフロー図である。まず、構造モデル生成手段
1には、部材情報、接合情報、および亀裂情報を準備し
ておく。ステップS11では、これらの情報を用いて構
造物のモデルを作成する。ステップS12では、部材同
士の接合線情報に基づき節点を配置し、それらをフロン
ト法として知られる手法で結ぶことにより、有限要素法
の構造モデルとして自動要素分割する。その際、亀裂先
端から一定距離までの間を、亀裂先端を中心とした円弧
状に要素分割を行う。
FIG. 1 is a flowchart showing an example of the flow of processing in this system. First, member information, joint information, and crack information are prepared in the structural model generating means 1. In step S11, a model of the structure is created using these pieces of information. In step S12, nodes are arranged on the basis of the joining line information between members, and they are connected by a method known as a front method, thereby automatically dividing the element as a structural model of the finite element method. At that time, the element is divided into arcs around the crack tip up to a certain distance from the crack tip.

【0028】次いで、ステップS13では、得られた構
造モデルを構造データとして蓄積し、ステップS14で
は、これらの構造データに対応する荷重データを蓄積し
ておく。この例では、荷重データを部材情報の一部とし
て保管しており、亀裂進展ごとに要素分割も変更される
のに応じて、部材情報として保管している荷重データを
使用する。
Next, in step S13, the obtained structural model is stored as structural data, and in step S14, load data corresponding to these structural data is stored. In this example, the load data is stored as part of the member information, and the load data stored as the member information is used as the element division is changed for each crack propagation.

【0029】有限要素解析手段2では、ステップS15
で、これらの構造モデルに荷重を載荷して有限要素法解
析を行う。その解析結果からステップS16で破壊力学
パラメータ(J値)を計算する。
In the finite element analysis means 2, step S15
Then, a load is applied to these structural models to perform a finite element analysis. A fracture mechanics parameter (J value) is calculated from the analysis result in step S16.

【0030】亀裂進展制御手段3では、この計算結果を
取り込み、ステップS17で亀裂進展解析を行い、利用
者が定義した亀裂進展則を用いて亀裂の進展量と進展方
向を計算する。ステップS18では、亀裂の進展量と進
展方向から亀裂進展の状況を判定する。その結果、荷重
サイクル数や亀裂進展量が設定された上限値に到達して
いる場合は、一連の処理を終了する。
The crack growth control means 3 fetches this calculation result, performs a crack growth analysis in step S17, and calculates the amount and direction of crack growth using a crack growth rule defined by the user. In step S18, the state of crack propagation is determined from the amount and direction of crack propagation. As a result, if the number of load cycles or the amount of crack propagation has reached the set upper limit, a series of processing is ended.

【0031】判定結果がこれらの上限値に到達していな
い場合は、ステップS19で、亀裂進展解析結果(ステ
ップS17)に基づき亀裂情報の更新、特に亀裂接合線
の更新を行う。その後、更新された部材情報、接合情
報、および亀裂情報に基づき、上記のステップS11
(構造物のモデル作成)から一連の処理を繰り返す。こ
のようにして、亀裂進展制御手段3では、利用者により
設定された荷重サイクル数や亀裂進展量をコントロール
データとして、三次元亀裂進展自動解析システム全体を
制御している。
If the determination result does not reach these upper limits, in step S19, the crack information is updated based on the crack growth analysis result (step S17), in particular, the crack joining line is updated. Thereafter, based on the updated member information, joining information, and crack information, step S11 is performed.
A series of processing is repeated from (structural model creation). In this way, the crack growth control means 3 controls the entire three-dimensional crack growth automatic analysis system using the number of load cycles and the amount of crack growth set by the user as control data.

【0032】[0032]

【発明の効果】この発明は、構造モデル生成手段により
部材情報とともに亀裂情報を含む構造モデルを自動生成
し、有限要素解析により破壊力学パラメータを計算し、
それに基づき亀裂の進展方向と進展量を自動解析する。
その際、構造モデルを亀裂の自動解析結果に基づき逐次
更新するので、構造モデルの作成作業が自動化されると
ともに、亀裂周辺の有限要素解析の精度が大幅に向上す
る。その結果、構造物の自動亀裂進展解析が人手を介さ
ずに迅速に実施することができる。
According to the present invention, a structural model including crack information together with member information is automatically generated by structural model generating means, and fracture mechanics parameters are calculated by finite element analysis.
Based on this, the direction and amount of crack propagation are automatically analyzed.
At this time, since the structural model is sequentially updated based on the results of the automatic analysis of the crack, the operation of creating the structural model is automated, and the accuracy of the finite element analysis around the crack is greatly improved. As a result, the automatic crack growth analysis of the structure can be quickly performed without manual intervention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】発明の実施の形態の1例を示すフロー図。FIG. 1 is a flowchart showing an example of an embodiment of the present invention.

【図2】従来技術による亀裂進展解析の例を示すフロー
図。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a crack growth analysis according to the related art.

【図3】別の従来技術による亀裂進展解析の例を示すフ
ロー図。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of crack propagation analysis according to another conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 構造モデル生成手段 2 有限要素解析手段 3 亀裂進展制御手段 1 Structural model generation means 2 Finite element analysis means 3 Crack growth control means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 和浩 東京都文京区本郷7丁目3番1号 東京大 学工学部内 Fターム(参考) 2G024 AD34 BA12 BA17 BA21 CA02 CA04 DA01 FA06 2G061 BA03 DA12  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhiro Aoyama 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo F-term in the Faculty of Engineering, Tokyo University 2G024 AD34 BA12 BA17 BA21 CA02 CA04 DA01 FA06 2G061 BA03 DA12

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数個の部材からなる溶接構造物の亀裂
の進展を3次元的に解析する3次元自動亀裂進展解析シ
ステムにおいて、(a)各部材に関する情報および他の部
材との接合情報および亀裂に関する情報に基づき、節点
を配置して有限要素解析のための構造モデルを生成する
構造モデル生成手段と、(b)この構造モデルに所定の荷
重を載荷した場合について、有限要素解析を行って破壊
力学パラメータを計算する有限要素解析手段と、(c)こ
の計算結果を用いて予め定義してある亀裂進展則により
亀裂の進展方向と進展量を計算して亀裂に関する情報を
更新する亀裂進展制御手段と、を備えていることを特徴
とする構造物の3次元自動亀裂進展解析システム。
1. A three-dimensional automatic crack growth analysis system for three-dimensionally analyzing the growth of a crack in a welded structure composed of a plurality of members, comprising: (a) information on each member and information on joining with other members; Based on information about the crack, a structural model generating means for generating a structural model for finite element analysis by arranging nodes, and (b) performing a finite element analysis on a case where a predetermined load is applied to this structural model. Finite element analysis means for calculating fracture mechanics parameters, and (c) crack growth control for calculating the direction and amount of crack growth based on a crack growth rule defined in advance using the calculation results and updating information about the crack Means for analyzing a three-dimensional automatic crack growth analysis of a structure.
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