JP7640830B2 - Structure analysis method, analysis device, and program - Google Patents
Structure analysis method, analysis device, and program Download PDFInfo
- Publication number
- JP7640830B2 JP7640830B2 JP2021005778A JP2021005778A JP7640830B2 JP 7640830 B2 JP7640830 B2 JP 7640830B2 JP 2021005778 A JP2021005778 A JP 2021005778A JP 2021005778 A JP2021005778 A JP 2021005778A JP 7640830 B2 JP7640830 B2 JP 7640830B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stress
- node
- strain
- nugget
- fracture
- 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.)
- Active
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims description 211
- 238000003696 structure analysis method Methods 0.000 title description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 155
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 claims description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 51
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 33
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 23
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 16
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 31
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 241000239290 Araneae Species 0.000 description 4
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 3
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 3
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
本発明は、構造体の解析方法、解析装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a method, an analysis device, and a program for analyzing a structure.
従来、自動車車両等の構造体の設計においては、コンピュータシミュレーションにより、衝突性能などの構造体の構造特性の解析が行なわれている。構造体の構造特性の解析手法としては、例えば有限要素法解析が用いられる。有限要素法解析では、構造体を複数の節点をつないだ要素によってモデル化し、各要素に生じる応力及び歪みを求めることで、構造体の各部分に生じる応力及び歪みを求めることができる。ところで、このような解析対象となる構造体は、複数の板状部材を互いにスポット溶接で接合することにより一体とした構造とする場合がある。このような構造体では、スポット溶接により形成され、板状部材同士を連結するナゲット部での破断評価が、構造体の構造特性を評価する上で重要となる。 In the past, in the design of structures such as automobiles, computer simulations have been used to analyze the structural characteristics of the structure, such as its crash performance. Finite element analysis, for example, is used as a method for analyzing the structural characteristics of a structure. In finite element analysis, the structure is modeled using elements that connect multiple nodes, and the stress and strain that occurs in each element is calculated, thereby making it possible to determine the stress and strain that occurs in each part of the structure. Incidentally, such structures to be analyzed may be constructed by joining multiple plate-like members together by spot welding. In such structures, fracture evaluation at nuggets that are formed by spot welding and connect the plate-like members together is important in evaluating the structural characteristics of the structure.
例えば、特許文献1では、上記のようなナゲット部の破断解析方法として、スポット溶接される鋼板それぞれの板厚と、引張強さと、伸びと、ナゲット部の化学成分と、溶接部のナゲット径と、溶接部の隣接する溶接部、エッジ又は稜線との距離で決まる有効幅と、断面高さとの少なくとも一つに基づいて、所定の破断モードでの溶接部の最大許容荷重値を求める手順と、所定の破断モードに応じて、溶接部の最大許容荷重値に到達後の時々刻々の許容荷重値を求め、当該許容荷重値が0となる変位又は時刻を求める手順とを実施することが提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a method for analyzing the fracture of a nugget portion as described above, which involves a procedure for determining the maximum allowable load value of the weld in a specified fracture mode based on at least one of the sheet thickness of each spot-welded steel plate, the tensile strength, the elongation, the chemical composition of the nugget portion, the nugget diameter of the weld, the effective width determined by the distance between the weld and an adjacent weld, edge, or ridge, and the cross-sectional height, and a procedure for determining the moment-by-moment allowable load value after the maximum allowable load value of the weld is reached according to the specified fracture mode, and determining the displacement or time at which the allowable load value becomes zero.
しかしながら、特許文献1の方法では、ナゲット内破断を考慮し、また、ナゲット部の化学成分に基づいてナゲット部の許容荷重値を設定しているものの、解析方法が弾性解析となっていて正確な予測ができず、特に、母材及びHAZ軟化部に対するナゲット内部の強度差が小さくなる高強度材の場合には、HAZ軟化部よりもナゲット内部で破断するケースを正確に解析できなかった。また、構造体全体として弾塑性解析を実施してナゲット部の破断を評価しようとすると、計算負荷が大きくなってしまう問題があった。 However, while the method of Patent Document 1 takes into account fracture within the nugget and sets the allowable load value of the nugget based on the chemical composition of the nugget, the analysis method is elastic analysis and accurate predictions are not possible, and in particular in the case of high-strength materials where the difference in strength between the base material and the HAZ-softened portion and the inside of the nugget is small, it is not possible to accurately analyze cases where fracture occurs inside the nugget rather than in the HAZ-softened portion. Also, there is a problem that performing an elastic-plastic analysis of the entire structure to evaluate fracture in the nugget results in a large calculation load.
上記事情に鑑み、本発明は、互いに厚さ方向に重ね合わされた複数の板状部材と、複数の板状部材が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部とを有する構造体について、ナゲット部における破断を精度良く、かつ、計算負荷を抑制して評価することが可能な構造体の解析方法、解析装置及びプログラムを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a method, an apparatus, and a program for analyzing a structure having a plurality of plate-shaped members overlapping each other in the thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-shaped members to each other, which is capable of evaluating fractures in the nugget portion with high accuracy and with reduced calculation load.
本発明の一態様の構造体の解析方法は、コンピュータにより実行される構造体の解析方法であって、互いに厚さ方向に重ね合わされた複数の板状部材と、複数の前記板状部材が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部とを有する構造体の解析方法であって、外力によって時間とともに変形する前記構造体について、前記構造体において前記厚さ方向視して前記ナゲット部を内部に含む閉ループを形成する複数の節点から構成された第一節点列に生じる所定時刻における6分力を取得する6分力取得ステップと、取得した前記第一節点列における6分力、及び、前記厚さ方向視して前記第一節点列内に含まれるとともに前記ナゲット部を囲むように予め設定された複数の節点から構成された第二節点列に基づいて、前記第二節点列の各節点における状態量である荷重または変位の少なくとも一方を演算する状態量演算ステップと、前記第二節点列の各節点及び前記第二節点列内の複数の節点を含み、少なくとも一部が前記ナゲット部を模擬する部分解析モデルに対して、演算した前記第二節点列の各節点における前記状態量を拘束条件として、部分解析を実施し、前記部分解析モデルの各節点間に生じる応力及び歪みを演算する部分解析ステップと、演算した応力及び歪みに基づいて、ナゲット部における破断状態を評価するナゲット部破断評価ステップと を備える。 A method of analyzing a structure according to one aspect of the present invention is a method of analyzing a structure executed by a computer, the method being for analyzing a structure having a plurality of plate-like members overlapping each other in a thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-like members to each other, the method including a six-component force acquisition step of acquiring six-component forces at a predetermined time occurring in a first node row composed of a plurality of nodes forming a closed loop including the nugget portion when viewed in the thickness direction in the structure, for the structure which deforms over time due to an external force, and acquiring six-component forces at the acquired first node row, and acquiring six-component forces at a predetermined time occurring in a first node row composed of a plurality of nodes forming a closed loop including the nugget portion when viewed in the thickness direction in the structure, The method includes a state quantity calculation step of calculating at least one of the load and the displacement, which are state quantities at each node of a second node series based on a second node series composed of a plurality of nodes preset to surround the nugget portion; a partial analysis step of performing a partial analysis on a partial analysis model including each node of the second node series and a plurality of nodes in the second node series, at least a portion of which simulates the nugget portion, using the calculated state quantities at each node of the second node series as constraint conditions, and calculating the stress and strain occurring between each node of the partial analysis model; and a nugget portion fracture evaluation step of evaluating the fracture state of the nugget portion based on the calculated stress and strain.
本発明の一態様の解析装置は、互いに厚さ方向に重ね合わされた複数の板状部材と、複数の前記板状部材が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部とを有する構造体の解析装置であって、外力によって時間とともに変形する前記構造体について、前記構造体において前記厚さ方向視して前記ナゲット部を内部に含む閉ループを形成する複数の節点から構成された第一節点列に生じる所定時刻における6分力を取得する6分力取得部と、取得した前記第一節点列における6分力、及び、前記厚さ方向視して前記第一節点列内に含まれるとともに前記ナゲット部を囲むように予め設定された複数の節点から構成された第二節点列に基づいて、前記第二節点列の各節点における状態量である荷重または変位の少なくとも一方を演算する状態量演算部と、前記第二節点列の各節点及び前記第二節点列内の複数の節点を含み、少なくとも一部が前記ナゲット部を模擬する部分解析モデルに対して、演算した前記第二節点列の各節点における前記状態量を拘束条件として、部分解析を実施し、前記部分解析モデルの各節点間に生じる応力及び歪みを演算する部分解析処理部と、演算した応力及び歪みに基づいて、ナゲット部における破断状態を評価するナゲット部破断評価部とを備える。 The analysis device of one aspect of the present invention is an analysis device for a structure having a plurality of plate-shaped members overlapped on each other in the thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-shaped members to each other, and for the structure that deforms over time due to an external force, the analysis device includes a six-component force acquisition unit that acquires six-component forces at a predetermined time that occur in a first node row composed of a plurality of nodes that form a closed loop that includes the nugget portion inside when viewed in the thickness direction in the structure, and a six-component force acquisition unit that acquires the six-component forces in the acquired first node row, and a six-component force acquisition unit that acquires six-component forces in the ... that are preset to be included in the first node row and surround the nugget portion when viewed in the thickness direction. The apparatus includes a state quantity calculation unit that calculates at least one of the load and the displacement, which are state quantities at each node of the second node string based on the second node string composed of the multiple nodes calculated, a partial analysis processing unit that performs a partial analysis on a partial analysis model that includes each node of the second node string and multiple nodes in the second node string, at least a portion of which simulates the nugget portion, using the calculated state quantities at each node of the second node string as constraint conditions, and calculates the stress and strain occurring between each node of the partial analysis model, and a nugget portion fracture evaluation unit that evaluates the fracture state of the nugget portion based on the calculated stress and strain.
本発明の一態様のプログラムは、互いに厚さ方向に重ね合わされた複数の板状部材と、複数の前記板状部材が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部とを有する構造体の解析装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記コンピュータを、外力によって時間とともに変形する前記構造体について、前記構造体において前記厚さ方向視して前記ナゲット部を内部に含む閉ループを形成する複数の節点から構成された第一節点列に生じる所定時刻における6分力を取得する6分力取得手段、取得した前記第一節点列における6分力、及び、前記厚さ方向視して前記第一節点列内に含まれるとともに前記ナゲット部を囲むように予め設定された複数の節点から構成された第二節点列に基づいて、前記第二節点列の各節点における状態量である荷重または変位の少なくとも一方を演算する状態量演算手段、前記第二節点列の各節点及び前記第二節点列内の複数の節点を含み、少なくとも一部が前記ナゲット部を模擬する部分解析モデルに対して、演算した前記第二節点列の各節点における前記状態量を拘束条件として、部分解析を実施し、前記部分解析モデルの各節点間に生じる応力及び歪みを演算する部分解析処理手段、及び、演算した応力及び歪みに基づいて、ナゲット部における破断状態を評価するナゲット部破断評価手段として機能させる。 A program according to one aspect of the present invention is a program for causing a computer to function as an analysis device for a structure having a plurality of plate-shaped members overlapped on one another in the thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-shaped members to one another, and the program causes the computer to function as an analysis device for a structure having a plurality of plate-shaped members overlapped on one another in the thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-shaped members to one another, the program causing ... The system functions as a state quantity calculation means for calculating at least one of the load or displacement, which is a state quantity at each node of the second node string based on the second node string, which is composed of multiple nodes preset to surround the nugget portion; a partial analysis processing means for performing a partial analysis on a partial analysis model including each node of the second node string and multiple nodes in the second node string, at least a portion of which simulates the nugget portion, using the calculated state quantities at each node of the second node string as constraint conditions, and calculating the stress and strain occurring between each node of the partial analysis model; and a nugget portion fracture evaluation means for evaluating the fracture state of the nugget portion based on the calculated stress and strain.
本発明により、互いに厚さ方向に重ね合わされた複数の板状部材と、複数の板状部材が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部とを有する構造体について、ナゲット部における破断を精度良く、かつ、計算負荷を抑制して評価することができる。 The present invention makes it possible to evaluate fractures in a nugget portion of a structure having multiple plate-shaped members overlapping each other in the thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the multiple plate-shaped members to each other with high accuracy and with reduced calculation load.
以下、実施形態の構造体の解析装置、構造体の解析方法、及び、プログラムを、図面を参照して説明する。まず実施形態の解析装置が実行する構造特性の解析方法を説明する。 The structure analysis device, structure analysis method, and program of the embodiment will be described below with reference to the drawings. First, the structural characteristic analysis method executed by the analysis device of the embodiment will be described.
(構造体の解析方法の概要)
本実施形態における構造体の解析方法は、外力によって時間とともに変形する構造体を解析する方法である。本実施形態の構造体の解析方法は、例えば、自動車の車体の全部または一部を構造体とした車体解析に用いられる。構造体の解析方法には、例えば、衝突性能を解析する衝突性能解析がある。また、構造体の解析方法には、構造特性として構造体全体の強度を解析する強度解析や、構造特性として疲労特性を解析する疲労解析などが挙げられる。本実施形態では、以下、衝突性能を解析する衝突性能解析を例にして説明する。解析対象は、互いに厚さ方向に重ね合わされた複数の板状部材と、複数の板状部材が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部とを有する構造体である。構造体は、例えば、自動車である。衝突性能解析方法の解析対象は、必ずしも自動車そのものでなくてもよく、自動車を構成する一部分のみとしてもよい。
(Overview of structure analysis method)
The method of analyzing a structure in this embodiment is a method of analyzing a structure that deforms over time due to an external force. The method of analyzing a structure in this embodiment is used, for example, in vehicle body analysis in which all or a part of the body of an automobile is the structure. The method of analyzing a structure includes, for example, a crash performance analysis that analyzes crash performance. The method of analyzing a structure includes a strength analysis that analyzes the strength of the entire structure as a structural characteristic, and a fatigue analysis that analyzes fatigue characteristics as a structural characteristic. In this embodiment, the following will be described using a crash performance analysis that analyzes crash performance as an example. The analysis target is a structure having a plurality of plate-shaped members overlapped with each other in the thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-shaped members to each other. The structure is, for example, an automobile. The analysis target of the crash performance analysis method does not necessarily have to be the automobile itself, and may be only a part that constitutes the automobile.
図1は、実施形態の構造体100の解析方法における処理の流れの一例を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施形態の構造体100の解析方法は、構造解析ステップS1と、6分力取得ステップS2と、状態量演算ステップS3と、部分解析ステップS4と、ナゲット部破断評価ステップS5と、更新ステップS6とを備える。そして、本実施形態の構造体100の解析方法では、単位時刻ごとに構造解析ステップS1、6分力取得ステップS2、状態量演算ステップS3、部分解析ステップS4、ナゲット部破断評価ステップS5を繰り返し実施するとともに、ナゲット部破断評価ステップS5の評価結果に基づいて必要に応じて更新ステップS6において、以下詳細を示す構造体100を模擬した構造解析モデルM1を更新して次の時刻における構造解析ステップS1を実施する。以下各ステップ及び、各ステップで実施される詳細なステップについて説明する。
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a process flow in the analysis method of the
まず、構造解析ステップS1では、解析対象である構造体100をモデル化した構造解析モデルM1を用いて、構造解析を行う。上記のとおり、解析対象の構造体100は、少なくとも一部において互いに厚さ方向に重ね合わされた複数の板状部材101と、複数の板状部材101が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部102とを有している。図2に示すように、本実施形態の構造体100は、一例として、板状部材101である第一板状部材101Aと第二板状部材101Bが互いに厚さ方向に重ね合わされていて、スポット溶接され接合されている。ナゲット部102では第一板状部材101Aと第二板状部材101Bの母材が互いに溶融し一体となっている。本実施形態では、構造体100は、ナゲット部102を複数備えている。複数のナゲット部102は、一列に間隔を有して配されている。そして、図3に示すように、構造解析モデルM1は、例えば、板状部材101のそれぞれをシェル要素としてモデル化している。ここで、図2及び図3に示すように、ナゲット部102の軸方向、すなわち第一板状部材101Aと第二板状部材101Bの厚さ方向をX方向、X方向に延びる軸をX軸とする。また、ナゲット部102の配列する方向をY方向、Y方向に延びる軸をY軸とする。さらに、X方向及びY方向に直交する方向をZ方向とし、Z方向に延びる軸をZ軸とする。また、各パラメータにおけるX軸、Y軸及びZ軸の各成分には小文字のx、y、zを付して以下説明を行う。
First, in the structural analysis step S1, structural analysis is performed using a structural analysis model M1 that models the
本実施形態の構造解析ステップS1では、有限要素法による衝突解析を実施する。なお、構造解析の手法については有限要素法に限らず、他の解析手法によっても良い。また、構造解析の種類としては衝突解析に限らず、例えば上記のとおり強度解析や疲労解析としても良い。本実施形態の構造解析ステップS1で用いられる構造解析モデルM1は、有限要素法で用いられる一般的な複数のメッシュから構成されたモデルで良い。ナゲット部102においても、ナゲット部102の外周が模擬できる程度の簡易なメッシュの組み合わせで良い。
In the structural analysis step S1 of this embodiment, a crash analysis is performed using the finite element method. The structural analysis method is not limited to the finite element method, and other analytical methods may be used. The type of structural analysis is not limited to crash analysis, and may be, for example, strength analysis or fatigue analysis as described above. The structural analysis model M1 used in the structural analysis step S1 of this embodiment may be a model composed of multiple general meshes used in the finite element method. For the
本実施形態の構造解析ステップS1では、予め設定された境界条件に基づいて、各メッシュの各節点における6分力を演算する。ここでいう6分力とは、作用する力のX軸成分、Y軸成分及びZ軸成分と、X軸回りモーメント、Y軸回りモーメント及びZ軸回りモーメントである。本実施形態の構造解析ステップS1は、具体的には例えばインクリメンタル法を用いて実施し、単位時刻ごとの各時刻における6分力を各節点で演算する。なお、本実施形態では、構造解析ステップS1では、所定時刻について実施した後、以降の各ステップを実行し、その結果に基づいて所定時刻から単位時刻後の時刻を所定時刻として再度構造解析ステップS1を実施することを繰り返す。 In the structural analysis step S1 of this embodiment, six components of forces are calculated at each node of each mesh based on preset boundary conditions. The six components of forces here are the X-axis component, Y-axis component, and Z-axis component of the applied force, as well as the moment about the X-axis, the moment about the Y-axis, and the moment about the Z-axis. Specifically, the structural analysis step S1 of this embodiment is performed using, for example, an incremental method, and the six components of forces at each time unit are calculated at each node. Note that in this embodiment, after performing the structural analysis step S1 for a predetermined time, each subsequent step is executed, and the structural analysis step S1 is repeated, with the time unit time after the predetermined time being set as the predetermined time based on the results.
すなわち、構造解析ステップS1を所定時刻に実施した後、6分力取得ステップS2として、構造解析ステップS1における演算結果から、複数の節点から構成された第一節点列N1において、所定時刻におけるこれら各節点に生じる6分力を抽出する。ここでいう所定時刻とは、上記構造解析ステップS1が実施される単位時刻間隔となる各時刻のいずれかの時刻をいう。図3に示すように、第一節点列N1は、X方向視してナゲット部102を内部に含む閉ループLを形成する。第一節点列N1は、ナゲット部102を形成するに際して板状部材101の母材に生じる熱影響部(HAZ部)を厚さ方向視して含むように設定することが好ましい。なお、径寸法について、上限は特に限定されないが、後述する部分解析ステップS4での精度及び計算負荷の観点で大きすぎないことが好ましい。また、第一節点列N1によって形成される閉ループLの形状も特に限定されないが、ナゲット部102の外周形状と略相似形状となる多角形状であることが精度の観点でより好ましい。そして、本実施形態の構造体100では、複数のナゲット部102を有することから、各ナゲット部102において第一節点列N1が設定され、それぞれの第一節点列N1において6分力を抽出する。
That is, after performing the structural analysis step S1 at a predetermined time, in the six-component force acquisition step S2, six-component forces occurring at each of the first node row N1 composed of a plurality of nodes at a predetermined time are extracted from the calculation results in the structural analysis step S1. The predetermined time here refers to any of the times that are unit time intervals at which the structural analysis step S1 is performed. As shown in FIG. 3, the first node row N1 forms a closed loop L that includes the
次に、状態量演算ステップS3として、第一節点列N1内における状態量として荷重または変位を演算する。具体的には、図4に示すように、状態量演算ステップS3では、X方向視して第一節点列N1内に含まれる複数の節点から構成された第二節点列N2を予め設定する。第二節点列N2は、X方向視してナゲット部102を囲むように設定されている。第二節点列N2は、ナゲット部102の外周に略一致するように設定しても良いし、ナゲット部102の外周よりも外側に位置していても良い。第二節点列N2は、第一節点列N1と一致するように設定しても良い。第二節点列N2は、ナゲット部102における熱影響部を含むように設定されることが好ましい。第二節点列N2は、ナゲット部102の外周形状と略相似形状となる多角形状となることが精度の観点で好ましい。
Next, in the state quantity calculation step S3, the load or displacement is calculated as the state quantity in the first node row N1. Specifically, as shown in FIG. 4, in the state quantity calculation step S3, a second node row N2 composed of a plurality of nodes included in the first node row N1 as viewed in the X direction is set in advance. The second node row N2 is set so as to surround the
本実施形態では、第二節点列N2は熱影響部を含むように熱影響部の外周に沿った8つの節点にて6角形状に構成されている。そして、第一節点列N1及び第二節点列N2の各節点を含む複数の節点による節点群が構成されている。節点群は、第一節点列N1と第二節点列N2の間、また、第二節点列N2内の節点を含むようにしても良い。なお、後述する部分解析ステップS4及びナゲット部破断評価ステップS5を実施して破断状態を評価する上で影響が大きいのはナゲット部外周近傍である。このため、当該ナゲット部外周近傍において節点間距離を小さくして細かいメッシュに設定するとともに、第二節点列内部において外周から遠い部分については比較的粗いメッシュに設定すると、解析精度を向上させつつ、計算負荷を低減させる観点で好ましい。本実施形態では、第二節点列N2内において、ナゲット部外周に沿った8つの節点から構成される節点列、さらに当該節点列と相似形状となり当該節点列の内側に位置する8つの節点、及び、ナゲット部102の中心に位置する一つの節点とが、節点群を構成する節点として設定されている。
In this embodiment, the second node row N2 is configured in a hexagonal shape with eight nodes along the periphery of the heat-affected zone so as to include the heat-affected zone. A group of nodes is configured by a plurality of nodes including each node of the first node row N1 and the second node row N2. The group of nodes may include nodes between the first node row N1 and the second node row N2, and also nodes within the second node row N2. Note that the area near the outer periphery of the nugget has a large influence on evaluating the fracture state by performing the partial analysis step S4 and the nugget fracture evaluation step S5 described later. For this reason, it is preferable to set the inter-node distance to a fine mesh near the outer periphery of the nugget and set the part far from the periphery inside the second node row to a relatively coarse mesh, from the viewpoint of improving the analysis accuracy and reducing the calculation load. In this embodiment, within the second node row N2, a node row consisting of eight nodes along the outer periphery of the nugget portion, eight nodes that are similar in shape to the node row and located inside the node row, and one node located at the center of the
そして、この節点群と、6分力取得ステップS2において取得されている第一節点列N1の各節点における荷重または変位に基づいて、第二節点列N2の各節点における荷重または変位を演算する。第二節点列N2の各節点における荷重は、例えば、節点群によって形成される複数のメッシュの形状関数の一次結合を用いて表現する。一次結合における各係数は最小二乗法などの行列計算で求めることができる。これにより、所定時刻における溶接周辺(第二節点列N2の各節点)における荷重または変位を演算することができる。なお、上記においては荷重または変位としたが荷重及び変位の両方を求めるものとしても良い。 Then, based on this node group and the load or displacement at each node of the first node group N1 acquired in the six-component force acquisition step S2, the load or displacement at each node of the second node group N2 is calculated. The load at each node of the second node group N2 is expressed, for example, using a linear combination of the shape functions of multiple meshes formed by the node group. Each coefficient in the linear combination can be found by matrix calculation such as the least squares method. This makes it possible to calculate the load or displacement around the weld (each node of the second node group N2) at a specified time. Note that although the above refers to the load or displacement, it is also possible to find both the load and the displacement.
次に、部分解析ステップS4では、状態量演算ステップS3において演算された第二節点列N2の各節点における状態量(応力、歪み)を拘束条件として、ナゲット部を含む部分に限定した部分構造解析を実施する。部分構造解析は、予め設定された部分解析モデルM2によって実施される。具体的には、図4及び図5に示すように、部分解析モデルM2は、第二節点列N2及び第二節点列N2内に設定された各節点とで構成され、第一板状部材101A及び第二板状部材101Bのそれぞれに設定されたシェル要素E1を含んでいる。部分解析モデルM2には梁モデルM2AやソリッドモデルM2Bが適用される。図4に示すように、梁モデルM2Aでは、各板状部材101に設定される上記シェル要素E1と、各シェル要素E1の中心節点を結ぶ梁要素E2とによって構成される。シェル要素E1としては、特に限定されないが、例えばスパイダーメッシュを適用しても良い。スパイダーメッシュは、節点が蜘蛛の巣状に配置された四角形有限要素である。特に、スパイダーメッシュは、概円状の領域に対し、最外周の輪郭形状と同心状の概円領域で内部と外部との二つに分割される。内部は、四角形要素を主体とした要素で構成され、必要に応じて同心円中心部を節点として持つ。また、外部は半径方向に対し必要に応じて、さらに同心状の概円領域で分割され、その分割された概円環状領域は内部領域から順番に1層、2層、3層・・・と数え上げ、各層は四角計要素を主体とした要素で構成される。梁要素E2は、X方向に並ぶ一以上の節点により構成されていて、少なくともナゲット部102のX方向中心位置に設定された節点を含む。ナゲット部102のX方向中心位置は、互いに接合される隣り合う板状部材101の対向する面同士に含まれる、または、対向する面同士のX方向中間に位置する面に含まれる点であり、通常、ナゲット部102の最大径となる円環部分が通る点に相当する。
Next, in the partial analysis step S4, a partial structural analysis is performed limited to the part including the nugget part, using the state quantities (stress, strain) at each node of the second node row N2 calculated in the state quantity calculation step S3 as constraint conditions. The partial structural analysis is performed by a pre-set partial analysis model M2. Specifically, as shown in Figs. 4 and 5, the partial analysis model M2 is composed of the second node row N2 and each node set in the second node row N2, and includes shell elements E1 set in each of the first plate-
また、図5(a)に示すように、ソリッドモデルM2Bは、上記シェル要素E1と、シェル要素E1を貫通しナゲット部102に相当する部分に配されたソリッド要素E3とによって構成される。図5(b)に示すように、ソリッド要素E3は、シェル要素E1におけるナゲット部102の外周を模擬する節点列及び当該節点列内部に位置する節点と対応する複数の節点が、X方向に沿って配列し、これら複数の節点を結ぶことで形成される複数のメッシュによって構成されている。なお、上記モデルは一例であるが、計算負荷の観点から、上記のような梁モデルM2AやソリッドモデルM2Bが好ましく、特に梁モデルM2Aがより好ましい。
As shown in FIG. 5(a), the solid model M2B is composed of the above-mentioned shell element E1 and a solid element E3 that penetrates the shell element E1 and is arranged in a portion corresponding to the
そして、部分解析ステップS4では、このように予め設定された部分解析モデルM2に対して、演算した前記第二節点列N2の各節点における前記状態量を拘束条件として、部分構造解析を実施し、前記部分解析モデルM2の各節点間に生じる応力及び歪みを演算する。まず、本実施形態の部分解析ステップS4で用いる弾塑性構成式について説明する。本実施形態では、板状部材101同士が厚さ方向であるX方向に互いに接合する構造体100を解析対象としている。このため、X軸と直交するY軸及びZ軸の垂直応力成分を0と仮定し、また、YZ平面におけるせん断応力成分を0と仮定すれば、九方向応力成分に基づいて一般式から弾塑性構成式を以下の式(1)のように表すことができる。
In the partial analysis step S4, a partial structural analysis is performed on the partial analysis model M2 thus preset, using the calculated state quantities at each node of the second nodal row N2 as constraint conditions, and the stress and strain occurring between each node of the partial analysis model M2 are calculated. First, the elastic-plastic constitutive equation used in the partial analysis step S4 of this embodiment is described. In this embodiment, the analysis target is a
ただし、上記式(1)において、S0は以下の式(2)で表される。 However, in the above formula (1), S 0 is expressed by the following formula (2).
また、式(1)、(2)において、各記号は以下のように定義される。
また、本実施形態では、上記のとおり板状部材101同士が厚さ方向であるX方向に互いに接合する構造体100を解析対象としている。すなわち、対角成分以外の影響度が小さいため、対角成分を除く成分を省略して、弾塑性構成式は以下の式(3)のように表すことができる。
In addition, in this embodiment, as described above, the analysis target is a
さらに、せん断成分の影響度が小さいことを考慮して、X方向に直交する断面に生じる垂直応力成分を除く成分を省略して、弾塑性構成式は以下の式(4)のように表すことができる。 Furthermore, considering that the influence of the shear component is small, the elastic-plastic constitutive equation can be expressed as the following equation (4) by omitting all components except for the normal stress component occurring in the cross section perpendicular to the X direction.
これら、式(1)、(3)、(4)のいずれかを採用することにより、以下の手順で示す部分解析ステップS4における応力、歪みの計算について、計算精度を確保しつつ、計算負荷を抑制し、計算速度を向上させることができる。 By adopting any one of these formulas (1), (3), or (4), it is possible to reduce the calculation load and improve the calculation speed while ensuring the calculation accuracy in the calculation of stress and strain in the partial analysis step S4 shown in the following procedure.
次に、ナゲット部102における応力歪み特性の取り扱いの一例について説明する。ナゲット部102の応力歪み特性(応力歪みの相関データ)は、接合される板状部材101の互いの応力歪み特性及び板厚の影響を受ける。すなわち、ナゲット部102の応力歪み特性は、接合される複数の板状部材101の応力歪み特性の溶融体積分率、すなわち板厚の重み付け和により定めることができる。接合される複数の板状部材101の応力歪み特性は、各板状部材101を形成する材質の応力歪み特性を予め取得することで得ることができる。図6は、異なる応力歪み特性を有する2つの板状部材101をスポット溶接により接合した例を示している。図6に示すように、スポット溶接により形成されたナゲット部102の応力歪み特性を示す応力歪み線Q3は、第一板状部材101Aの応力歪み特性を示す応力歪み線Q1と、第二板状部材101Bの応力歪み特性を示す応力歪み線Q2との間に位置する。そして、応力歪み線Q3は、第一板状部材101Aの板厚T1と、第二板状部材101Bの板厚T2に基づいて按分した位置(応力歪み線Q1からT2/(T1+T2)だけ応力歪み線Q2側へ離れた位置)を通るように定めることができる。なお、本例は、ナゲット部102における応力歪み特性の取り扱いの一例を示したにすぎず、厚さを考慮せずに平均値を求めても良いし、第一板状部材101Aと第二板状部材101Bとをスポット溶接したナゲット部102のサンプルを用意して、当該サンプルの強度試験結果からナゲット部102における応力歪み特性を得るものとしても良い。
Next, an example of the handling of the stress-strain characteristics in the
次に、部分解析ステップS4で実施される部分構造解析のより詳細なステップの一例について説明する。一例とされる部分構造解析は、特に特定の解析モデルに限定されないが、例えば、参考文献1(橋口公一,“最新弾塑性学”,株式会社朝倉書店,1990年5月20日,p.95-139,146-161,176-186)に開示されている下負荷面モデルに基づく解析方法を用いることができる。具体的には、図7に示すように、部分解析ステップS4は、材料条件設定ステップS411と、拘束条件設定ステップS412と、応力・歪み速度設定ステップS413と、応力速度パラメータ演算ステップS421と、弾性構成マトリクス演算ステップS422と、塑性歪み速度パラメータ演算ステップS423と、弾塑性構成マトリクス演算ステップS424と、応力・歪み速度演算ステップS425と、除荷・負荷判定ステップS426と、応力・歪み演算ステップS431と、塑性パラメータ演算ステップS432と、硬化・軟化パラメータ演算ステップS433とを備える。 Next, an example of a more detailed step of the partial structural analysis performed in partial analysis step S4 will be described. The partial structural analysis given as an example is not limited to a particular analytical model, but may be, for example, an analytical method based on the subloading surface model disclosed in Reference 1 (Hashiguchi Koichi, "Latest Elastic-Plastic Science", Asakura Publishing Co., Ltd., May 20, 1990, pp. 95-139, 146-161, 176-186). Specifically, as shown in FIG. 7, the partial analysis step S4 includes a material condition setting step S411, a constraint condition setting step S412, a stress/strain rate setting step S413, a stress rate parameter calculation step S421, an elastic constitutive matrix calculation step S422, a plastic strain rate parameter calculation step S423, an elastic-plastic constitutive matrix calculation step S424, a stress/strain rate calculation step S425, an unloading/loading determination step S426, a stress/strain calculation step S431, a plasticity parameter calculation step S432, and a hardening/softening parameter calculation step S433.
まず、材料条件設定ステップS411を実施する。材料条件設定ステップS411では、部分解析モデルM2における材料定数を設定する。材料定数としては、例えば、縦弾性係数、せん断弾性係数などの剛性パラメータと、部分解析モデルM2の各要素に前時刻で生じている応力及び歪みとが挙げられる。縦弾性係数、せん断弾性係数などの剛性パラメータは、例えば前述のとおり、図6に基づく考え方により、部分解析モデルM2が対象とするナゲット部102により接合される各板状部材101の応力歪み特性(応力歪みの相関データ)及び板厚に基づいて計算できる。これら材料定数は、本ステップにおいて演算しても良いし、予め演算した結果を記憶しておいても良い。また、これらの材料定数は、部分解析モデルM2の全体で同じ値を設定しても良いし、部分解析モデルM2を構成する要素ごとに設定しても良い。部分解析モデルM2の各要素に前時刻で生じている応力及び歪みは、前時刻において部分解析ステップS4が実施されて求められた部分解析モデルM2の各要素の応力及び歪みの演算結果が記憶部7に記憶され、当該記憶部7に記憶された応力及び歪みを参照することで得られる。なお、材料条件設定ステップS411は、構造解析ステップS1の各時刻の結果と対応して時刻ごとに実施されるが、同じ材料定数を用いる場合には、事前または1回目に実施してその後省略しても良いし、各時刻で実施される部分解析ステップS4ごとに実施しても良い。
First, the material condition setting step S411 is performed. In the material condition setting step S411, material constants in the partial analysis model M2 are set. The material constants include, for example, stiffness parameters such as the longitudinal elastic modulus and the shear elastic modulus, and the stress and strain occurring in each element of the partial analysis model M2 at the previous time. The stiffness parameters such as the longitudinal elastic modulus and the shear elastic modulus can be calculated based on the stress-strain characteristics (stress-strain correlation data) and plate thickness of each plate-
次に、拘束条件設定ステップS412を実施する。拘束条件設定ステップS412では、解析対象となる部分解析モデルM2の拘束条件を設定する。拘束条件は、状態量演算ステップS3において求められた第二節点列N2の各節点における荷重または変位である。 Next, the constraint condition setting step S412 is performed. In the constraint condition setting step S412, the constraint conditions of the partial analytical model M2 to be analyzed are set. The constraint conditions are the load or displacement at each node of the second node series N2 obtained in the state quantity calculation step S3.
次に、応力・歪み速度設定ステップS413を実施する。応力・歪み速度設定ステップS413では、これ以降のステップで演算に用いる応力速度及び歪み速度の初期値を設定する。応力速度及び歪み速度の初期値は、部分解析モデルM2を構成する要素ごとに与えられる。応力速度及び歪み速度の初期値は、例えば、当該応力・歪み速度設定ステップS413を実施する部分解析ステップS4の時刻よりも単位時刻前、すなわち前回の部分解析ステップS4において各要素で求められた応力速度及び歪み速度が、対応する各要素に設定される。前回の部分解析ステップS4において各要素で求められた応力速度及び歪み速度は、部分解析ステップS4を実施した際に記憶部7に記憶され、記憶部7に記憶された応力速度及び歪み速度を参照することで得られる。なお、前回の部分解析ステップS4での計算結果をそのまま用いても良いし、一定の係数を掛けるなどの前処理をしても良い。また、前回の部分解析ステップS4の計算結果を用いずに、応力速度及び歪み速度の初期値は、予め設定された固定値としても良い。
Next, a stress/strain rate setting step S413 is performed. In the stress/strain rate setting step S413, the initial values of the stress rate and strain rate used in the calculations in the subsequent steps are set. The initial values of the stress rate and strain rate are given to each element constituting the partial analysis model M2. For example, the initial values of the stress rate and strain rate are set to each corresponding element by the stress rate and strain rate obtained for each element in the previous partial analysis step S4, that is, the unit time before the time of the partial analysis step S4 in which the stress/strain rate setting step S413 is performed. The stress rate and strain rate obtained for each element in the previous partial analysis step S4 are stored in the
次に、応力速度パラメータ演算ステップS421を実施する。応力速度パラメータ演算ステップS421では、その後の弾性構成マトリクス演算ステップS422、塑性歪み速度パラメータ演算ステップ423、弾塑性構成マトリクス演算ステップS424、及び、応力・歪み速度演算ステップS425などで用いられる応力速度に関するパラメータを演算する。このようなパラメータとしては、等方硬化変数と、正規降伏背応力及び下降伏背応力と、正規降伏背応力及び下降伏背応力それぞれの平均応力及び偏差応力と、正規降伏面の大きさに対する下負荷面の大きさの比などが挙げられる。 Next, a stress rate parameter calculation step S421 is performed. In the stress rate parameter calculation step S421, parameters related to the stress rate are calculated, which are used in the subsequent elastic constitutive matrix calculation step S422, plastic strain rate parameter calculation step S423, elastic-plastic constitutive matrix calculation step S424, and stress-strain rate calculation step S425. Such parameters include an isotropic hardening variable, normal yield back stress and lower yield back stress, the mean stress and deviator stress for each of the normal yield back stress and lower yield back stress, and the ratio of the size of the lower loading surface to the size of the normal yield surface.
次に、弾性構成マトリクス演算ステップS422を実施する。弾性構成マトリクス演算ステップS422では、材料条件設定ステップS411で設定された材料定数に基づいて、予め定義された弾性構成マトリクスの各成分を演算する。さらに、弾性構成マトリクス演算ステップS422では、材料条件設定ステップS411で設定された材料定数に基づいて、予め定義された弾性構成逆マトリクスの各成分を演算する。弾性構成マトリクス及び弾性構成逆マトリクスは、例えば、上記式(1)、(3)または(4)で示される数式における弾性項に基づいて定義され、予め記憶部7に記憶されている。
Next, an elastic configuration matrix calculation step S422 is performed. In the elastic configuration matrix calculation step S422, each component of the predefined elastic configuration matrix is calculated based on the material constants set in the material condition setting step S411. Furthermore, in the elastic configuration matrix calculation step S422, each component of the predefined elastic configuration inverse matrix is calculated based on the material constants set in the material condition setting step S411. The elastic configuration matrix and the elastic configuration inverse matrix are defined based on the elastic terms in the formulas shown in, for example, the above formulas (1), (3) or (4), and are stored in advance in the
次に、塑性歪み速度パラメータ演算ステップS423を実施する。塑性歪み速度パラメータ演算ステップS423では、応力速度パラメータ演算ステップS421で求めた演算結果に基づいて塑性歪み速度に関するパラメータを演算する。このようなパラメータとしては、正規降伏面の大きさに対する下負荷面の大きさの比の関数U、塑性係数などが挙げられる。 Next, a plastic strain rate parameter calculation step S423 is performed. In the plastic strain rate parameter calculation step S423, a parameter related to the plastic strain rate is calculated based on the calculation result obtained in the stress rate parameter calculation step S421. Such parameters include a function U of the ratio of the size of the subload surface to the size of the normal yield surface, a plastic coefficient, etc.
次に、弾塑性構成マトリクス演算ステップS424を実施する。弾塑性構成マトリクス演算ステップS424では、弾性構成マトリクス演算ステップS422及び塑性歪み速度パラメータ演算ステップS423の演算結果に基づいて、弾塑性係数マトリクスの各成分を演算する。弾塑性係数マトリクスは、例えば、上記式(1)、(3)または(4)で示される数式における塑性項に基づいて定義され、予め記憶部7に記憶されている。
Next, an elastic-plastic constitutive matrix calculation step S424 is performed. In the elastic-plastic constitutive matrix calculation step S424, each component of the elastic-plastic coefficient matrix is calculated based on the calculation results of the elastic constitutive matrix calculation step S422 and the plastic strain rate parameter calculation step S423. The elastic-plastic coefficient matrix is defined based on the plastic terms in the formula shown in the above formula (1), (3) or (4), for example, and is stored in advance in the
次に、応力・歪み速度演算ステップS425を実施する。応力・歪み速度演算ステップS425では、弾性構成マトリクス演算ステップS422で求められた弾性構成マトリクス及び弾塑性構成マトリクス演算ステップS424で求められた弾塑性係数マトリクス、及び、上記式(1)、(3)または(4)で示される弾塑性構成式に基づいて、部分解析モデルM2における各要素の応力速度及び歪み速度が求められる。 Next, a stress/strain rate calculation step S425 is performed. In the stress/strain rate calculation step S425, the stress rate and strain rate of each element in the partial analysis model M2 are calculated based on the elastic constitutive matrix calculated in the elastic constitutive matrix calculation step S422, the elastic-plastic coefficient matrix calculated in the elastic-plastic constitutive matrix calculation step S424, and the elastic-plastic constitutive equation shown in the above equation (1), (3), or (4).
次に、除荷・負荷判定ステップS426を実施する。除荷・負荷判定ステップS426では、応力・歪み速度演算ステップS425の演算結果に基づいて、部分解析モデルM2の各要素が除荷状態にあるのか、負荷状態にあるのかを判定する。除荷状態か負荷状態かのいずれかの状態かを判定するには、対象となるナゲット部102における応力歪み線Q3が用いられる。ここで、応力歪み線Q3を、弾性範囲を示す直線と、塑性範囲を示す直線との折れ線として表現することで、判定に係る計算負荷を低減させることができる。いずれかの要素が除荷状態にある場合(YES)には、応力・歪み速度演算ステップS425の再計算を実施する。一方、全ての要素が負荷状態にある場合(NO)には、次の応力・歪み演算ステップS431に移行する。すなわち、除荷・負荷判定ステップS426において全ての要素が負荷状態であると判定されるまで、応力・歪み速度演算ステップS425を繰り返し実施する。
Next, the unloading/loading determination step S426 is performed. In the unloading/loading determination step S426, it is determined whether each element of the partial analysis model M2 is in an unloaded state or a loaded state based on the calculation result of the stress/strain rate calculation step S425. To determine whether the element is in an unloaded state or a loaded state, the stress-strain line Q3 in the
応力・歪み演算ステップS431では、部分解析モデルM2の各要素における応力及び歪みを演算する。部分解析モデルM2の各要素における応力及び歪みは、応力・歪み速度演算ステップS425で求められた部分解析モデルM2の各要素の応力速度及び歪み速度と、拘束条件設定ステップS412で設定された応力及び歪みに基づいて演算される。そして、応力・歪み演算ステップS431では、記憶部7に記憶されている部分解析モデルM2の各要素における応力及び歪みを、当該ステップで演算した結果の応力及び歪みに更新する。なお、この際に、記憶部7に記憶されている部分解析モデルM2の各要素における応力速度及び歪み速度も、応力・歪み速度演算ステップS425の結果に更新しても良い。
In the stress/strain calculation step S431, the stress and strain in each element of the partial analysis model M2 are calculated. The stress and strain in each element of the partial analysis model M2 are calculated based on the stress rate and strain rate of each element of the partial analysis model M2 obtained in the stress/strain rate calculation step S425 and the stress and strain set in the constraint condition setting step S412. Then, in the stress/strain calculation step S431, the stress and strain in each element of the partial analysis model M2 stored in the
次に、塑性パラメータ演算ステップS432を実施する。塑性パラメータ演算ステップS432では、塑性ひずみ速度、及び、塑性歪み速度の法線・接線成分を演算する。塑性歪み速度は、応力・歪み演算ステップS431の演算結果に基づいて求められる。最後に、硬化・軟化パラメータ演算ステップS433として、硬化・軟化に関するパラメータを演算する。硬化・軟化に関するパラメータとしては、等方硬化変数、正規降伏背応力、下降伏背応力、塑性履歴パラメータなどが挙げられる。そして、塑性パラメータ演算ステップS432及び硬化・軟化パラメータ演算ステップS433では、記憶部7に記憶されている前時刻で演算された塑性ひずみ速度、塑性歪み速度の法線・接線成分、及び、硬化・軟化に関するパラメータをこれらステップで演算した結果に更新する。以上により、部分解析ステップS4を完了する。
Next, the plasticity parameter calculation step S432 is performed. In the plasticity parameter calculation step S432, the plastic strain rate and the normal and tangential components of the plastic strain rate are calculated. The plastic strain rate is obtained based on the calculation results of the stress/strain calculation step S431. Finally, in the hardening/softening parameter calculation step S433, parameters related to hardening/softening are calculated. The parameters related to hardening/softening include isotropic hardening variables, normal yield stress, lower yield stress, and plastic history parameters. Then, in the plasticity parameter calculation step S432 and the hardening/softening parameter calculation step S433, the plastic strain rate, the normal and tangential components of the plastic strain rate, and the parameters related to hardening/softening calculated at the previous time stored in the
次に、ナゲット部破断評価ステップS5を実施する。ナゲット部破断評価ステップS5では、部分解析ステップS4で演算した応力及び歪みに基づいて、ナゲット部102における破断状態を評価する。図8に示すように、本実施形態のナゲット部破断評価ステップS5は、破断判定ステップS51と、破断方向判断ステップS52とを有する。破断判定ステップS51では、破断の有無を判定する。また、破断方向判断ステップS52は、破断判定ステップS51で破断が生じていると判定された場合に破断の方向を判断する。以下、各ステップの詳細について説明する。
Next, a nugget fracture evaluation step S5 is performed. In the nugget fracture evaluation step S5, the fracture state in the
本実施形態の破断判定ステップS51は、部分解析ステップS4で演算された所定時刻におけるナゲット部102の歪みから求められるX方向に直交するYZ断面における降伏領域の比率及び歪みエネルギーの少なくとも一方に基づいて破断の有無を判定する。より具体的には、本実施形態の破断判定ステップS51は、第一判定ステップS511と、第二判定ステップS512とを有する。第一判定ステップS511では、部分解析ステップS4で演算された所定時刻におけるナゲット部102の歪みから、X方向に直交するYZ断面における降伏領域の比率及び歪みエネルギーの少なくとも一方を求める(ステップS511a)。そして、演算結果が第一閾値を超えているか否か判定する(S511b)。すなわち、降伏領域の比率を採用する場合には、当該YZ平面における降伏領域の比率を求め、予め設定された降伏領域に関する第一閾値を超えているか否か判定する。また、歪みエネルギーを採用する場合には、当該YZ平面における歪みエネルギーを求め、予め設定された歪みエネルギーに関する第一閾値を超えている否か判定する。降伏領域の比率及び歪みエネルギーの両者を採用する場合には、いずれか一方が対応する第一閾値を超えているか否かに基づいて判定しても良いし、両方がそれぞれ対応する第一閾値を超えているか否かに基づいて判定しても良い。いずれに場合においても、第一閾値を超えていないと判定された場合にはナゲット部102で破断が生じていないと判定し、更新ステップS6に進む。一方、第一判定ステップS511で第一閾値を超えていると判定された場合には第二判定ステップS512を実施する。
In the fracture determination step S51 of this embodiment, the presence or absence of fracture is determined based on at least one of the ratio of the yield area and the strain energy in the YZ cross section perpendicular to the X direction, which are obtained from the strain of the
すなわち、第二判定ステップS512では、ナゲット部102における相当応力及び相当歪みの少なくとも一方を求める(ステップS512a)。そして、演算結果が第二閾値を超えているか否か判定する(S512b)。なお、相当応力及び相当歪みは、部分解析ステップS4で既に求めている場合には、部分解析ステップS4の結果を用いても良い。そして、相当応力を採用する場合には、ナゲット部102における相当応力について、予め設定され記憶部7に記憶された相当応力に関する第二閾値を超えているか否か判定する。また、相当歪みを採用する場合には、ナゲット部102における相当歪みについて、予め設定され記憶部7に記憶された相当歪みに関する第二閾値を超えているか否か判定する。相当応力及び相当歪みの両者を採用する場合には、いずれか一方が対応する第二閾値を超えているか否かに基づいて判定しても良いし、両方がそれぞれ対応する第二閾値を超えているか否かに基づいて判定しても良い。いずれの場合においても、第二閾値を超えていないと判定された場合にはナゲット部102で破断が生じていないと判定し、更新ステップS6に進む。一方、第二判定ステップS512で第二閾値を超えていると判定された場合には、ナゲット部102で破断が生じていると判定し、破断方向判断ステップS52を実施する。
That is, in the second judgment step S512, at least one of the equivalent stress and the equivalent strain in the
破断方向判断ステップS52では、破断の方向を判断する。具体的には、部分解析ステップS4の結果に基づいて、応力及び歪みに関する各パラメータのX方向成分、Y方向成分、Z方向成分を対比してX方向、Y方向、Z方向のどの方向における応力及び歪みの寄与度が高いか判断し、これに基づいて破断の方向を判断する。例えば、各方向成分のパラメータを比較してパラメータが最も高い方向を破断の方向として判断する。寄与度の程度については、例えば主方向や3軸応力度を用いて複合的に判断しても良い。応力及び歪みに関するパラメータとして、例えば、X方向、Y方向及びZ方向それぞれの垂直応力、せん断応力及び歪みエネルギーをそれぞれ対比する。そして、対比の結果、寄与度の高い方向に破断が生じるものと判断する。 In the fracture direction determination step S52, the fracture direction is determined. Specifically, based on the results of the partial analysis step S4, the X-, Y-, and Z-direction components of each parameter related to stress and strain are compared to determine which of the X-, Y-, and Z-directions has the highest contribution of stress and strain, and the fracture direction is determined based on this. For example, the parameters of each directional component are compared and the direction with the highest parameter is determined as the fracture direction. The degree of contribution may be determined in a composite manner, for example, using the main direction or triaxial stress intensity. For example, normal stress, shear stress, and strain energy in the X-, Y-, and Z-directions are compared as parameters related to stress and strain. Then, as a result of the comparison, it is determined that fracture will occur in the direction with the highest contribution.
次に、構造解析モデルM1を更新する更新ステップS6を実施する。すなわち、更新ステップS6では、ナゲット部破断評価ステップS5の結果に基づいて、対象となるナゲット部102が破断したと判断された場合、構造解析モデルM1において対象となるナゲット部102と対応するする要素を消去した構造解析モデルM1に更新する。また、破断方向判断ステップS52における破断の方向の判断結果を、更新ステップS6後に実施する構造解析ステップS1における要素消去の計算パラメータの中で緩和時間として反映させたり、破断方向に沿って多くの要素を消去させたりするなど要素消去方法に反映させるものとしても良い。なお、ナゲット部破断評価ステップS5でいずれのナゲット部102でも破断が認められない場合には構造解析モデルM1の要素の消去処理は行わない。そして、所定の時刻において上記一連のステップを実施した後、当該所定の時刻から単位時刻進めた次の時刻を所定の時刻として、同様のステップを順次実施する。これを単位時刻ごとに実施していく。
Next, an update step S6 is performed to update the structural analysis model M1. That is, in the update step S6, if it is determined that the
次に、実施形態における構造体の解析方法が実行される解析装置の一例を説明する。 図9は、実施形態の解析装置のハード構成の一例を示す図である。図9に示すように、解析装置1は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ2とメモリ3とを備える制御部4を備え、プログラムを実行する。解析装置1は、プログラムの実行によって制御部4、入力部6、記憶部7及び出力部8を備える装置として機能する。より具体的には、プロセッサ2が記憶部7に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリ3に記憶させる。プロセッサ2が、メモリ3に記憶させたプログラムを実行することによって、解析装置1は、制御部4、入力部6、記憶部7及び出力部8を備える装置として機能する。
Next, an example of an analysis device in which the structure analysis method of the embodiment is executed will be described. FIG. 9 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the analysis device of the embodiment. As shown in FIG. 9, the analysis device 1 includes a
入力部6は、マウスやキーボード、タッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部6は、これらの入力装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。入力部6は、自装置に対する各種情報の入力を受け付ける。各種情報は、例えば、成形解析情報を含む。入力部6は、入力された情報を制御部4に出力する。
The
記憶部7は、例えば、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの非一時的コンピュータ読み出し可能な記憶媒体を用いて構成される。記憶部7は解析装置1に関する各種情報を記憶する。記憶部7は、例えば、入力部6に入力された成形解析情報を記憶する。記憶部7は、例えば、加工硬化関係情報を予め記憶する。記憶部7は、例えば、焼付硬化関係情報を予め記憶する。
The
出力部8は、各種情報を出力する。出力部8は、例えば、解析結果の衝突性能を示す情報を出力する。出力部8は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイや液晶ディスプレイ、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ等の表示装置を含んで構成される。出力部8は、これらの表示装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。
The
図10は、実施形態における制御部4の機能構成の一例を示す図である。図10に示すように、本実施形態の解析装置1の制御部4は、全体構造解析部10と、部分構造解析部20とを備える。全体構造解析部10と部分構造解析部20とは、別々のプログラムとして実行されても良いし、一体のプログラムとして実行されても良い。以下に各機能構成部で実行される処理の詳細を説明するが、各機能構成部で実行される処理の詳細は、本実施形態の上記構造体100の解析方法のとおりである。このため、各機能構成部で実行される処理は、対応する構造体100の解析方法の各ステップ名で示し、詳細は構造体100の解析方法の各ステップで記載したとおりである。
Figure 10 is a diagram showing an example of the functional configuration of the
全体構造解析部10は、記憶部7に記憶された構造解析モデルM1に基づいて、構造体100の全体の構造解析を行う。すなわち、全体構造解析部10は、本実施形態の構造体100の解析方法の構造解析ステップS1を実行する。本実施形態の全体構造解析部10では、上記のとおり例えばインクリメンタル法を用いて実施し、単位時刻ごとの各時刻における6分力を各節点で演算する。全体構造解析部10は、各時刻において演算された6分力を部分構造解析部20に出力する。全体構造解析部10は、演算された6分力を部分構造解析部20に出力後、後述するように部分構造解析部20から演算指令を取得するまでの間、次の時刻の演算に移行せずに待機状態となる。そして、全体構造解析部10は、更新部70から出力される演算指令を受け付けると、単位時刻だけ進行した次の時刻の演算に移行する。
The overall
本実施形態の部分構造解析部20は、6分力取得部30と、状態量演算部40と、部分解析処理部50と、ナゲット部破断評価部60と、更新部70とを備える。6分力取得部30は、本実施形態の構造体100の解析方法の6分力取得ステップS2を実行する。すなわち、6分力取得部30は、全体構造解析部10から出力された所定時刻における6分力を取得する。
The partial
また、状態量演算部40は、本実施形態の構造体100の解析方法の状態量演算ステップS3を実行する。すなわち、状態量演算部40は、構造解析モデルM1の第一節点列N1内における状態量として、第二節点列N2の各節点における荷重または変位を演算し、部分解析処理部50に出力する。
The state
また、部分解析処理部50は、記憶部7に記憶された部分解析モデルM2に基づいて、状態量演算部40において演算された第二節点列N2の各節点における状態量(応力、歪み)を拘束条件として、部分構造解析を実行する。すなわち、部分解析処理部50は、本実施形態の構造体100の解析方法の部分解析ステップS4を実行する。本実施形態の部分解析処理部50は、材料条件設定部511と、拘束条件設定部512と、応力・歪み速度設定部513と、応力速度パラメータ演算部521と、弾性構成マトリクス演算部522と、塑性歪み速度パラメータ演算部523と、弾塑性構成マトリクス演算部524と、応力・歪み速度演算部525と、除荷・負荷判定部526と、応力・歪み演算部531と、塑性パラメータ演算部532と、硬化・軟化パラメータ演算部533とを備える。
The partial
材料条件設定部511は、本実施形態の構造体100の解析方法の材料条件設定ステップS411を実行する。すなわち、材料条件設定部511は、記憶部7に記憶された部分解析モデルM2における材料定数を読み出し、材料定数として設定する。また、拘束条件設定部512は、本実施形態の構造体100の解析方法の拘束条件設定ステップS412を実行する。すなわち、拘束条件設定部512は、当該時刻において状態量演算部40で演算された第二節点列N2の各節点における荷重または変位を取得し、対応節点における荷重または変位として設定する。さらに、拘束条件設定部512は、記憶部7に記憶された前時刻において部分解析処理部50によって演算された部分解析モデルM2の各要素に生じている応力及び歪みを取得し、部分解析モデルM2の各要素の応力及び歪みに設定する。
The material
応力・歪み速度設定部513は、本実施形態の構造体100の解析方法の応力・歪み速度設定ステップS413を実行する。すなわち、応力・歪み速度設定部513は、これ以降の処理で演算に用いる応力速度及び歪み速度の初期値を設定する。本実施形態では、部分解析処理部50によって演算された部分解析モデルM2の各要素に生じている応力速度及び歪み速度を取得し、部分解析モデルM2の各要素の応力速度及び歪み速度に設定する。
The stress/strain
応力速度パラメータ演算部521は、本実施形態の構造体100の解析方法の応力速度パラメータ演算ステップS421を実行し、応力速度に関するパラメータを演算する。また、弾性構成マトリクス演算部522は、本実施形態の構造体100の解析方法の弾性構成マトリクス演算ステップS422を実行する。すなわち、弾性構成マトリクス演算部522は、予め定義された弾性構成マトリクス及び弾性構成逆マトリクスの各成分を演算する。
The stress rate
塑性歪み速度パラメータ演算部523は、本実施形態の構造体100の解析方法の塑性歪み速度パラメータ演算ステップS423を実行し、塑性歪み速度に関するパラメータを演算する。また、弾塑性構成マトリクス演算部524は、本実施形態の構造体100の解析方法の弾塑性構成マトリクス演算ステップS424を実行し、弾塑性係数マトリクスの各成分を演算する。
The plastic strain rate parameter calculation unit 523 executes the plastic strain rate parameter calculation step S423 of the analysis method of the
応力・歪み速度演算部525は、本実施形態の構造体100の解析方法の応力・歪み速度演算ステップS425を実行し、部分解析モデルM2における各要素の応力速度及び歪み速度を求める。また、応力・歪み速度演算部525は、除荷・負荷判定部526から再計算指令を受けた場合には、再度応力速度及び歪み速度を演算する。
The stress/strain
除荷・負荷判定部526は、本実施形態の構造体100の解析方法の除荷・負荷判定ステップS426を実行する。すなわち、除荷・負荷判定部526は、応力・歪み速度演算部525で演算された応力速度及び歪み速度に基づいて、部分解析モデルM2の各要素が除荷状態にあるのか、負荷状態にあるのかを判定する。除荷・負荷判定部526は、いずれかの要素が除荷状態にある場合には、応力・歪み速度演算部525に再計算指令を出力する。一方、除荷・負荷判定部526は、全ての要素が負荷状態にある場合には、応力・歪み演算部531に応力歪み演算指令を出力する。
The unloading/
応力・歪み演算部531は、本実施形態の構造体100の解析方法の応力・歪み演算ステップS431を実行する。すなわち、応力・歪み演算部531は、部分解析モデルM2の各要素における応力及び歪みを演算する。そして、応力・歪み演算部531は、記憶部7に記憶されている部分解析モデルM2の各要素における応力及び歪みを、今回演算した結果の応力及び歪みに更新する。
The stress/
塑性パラメータ演算部532は、本実施形態の構造体100の解析方法の塑性パラメータ演算ステップS432を実行する。塑性パラメータ演算部532は、塑性ひずみ速度、及び、塑性歪み速度の法線・接線成分を演算する。さらに、塑性パラメータ演算部532は、記憶部7に記憶されている塑性ひずみ速度を、演算した塑性歪み速度に更新する。また、硬化・軟化パラメータ演算部533は、本実施形態の構造体100の解析方法の硬化・軟化パラメータ演算ステップS433を実行する。すなわち、硬化・軟化パラメータ演算部533は、硬化・軟化に関するパラメータを演算する。硬化・軟化パラメータ演算部533は、記憶部7に記憶されている硬化・軟化に関するパラメータを、演算した硬化・軟化に関するパラメータに更新する。
The plasticity
ナゲット部破断評価部60は、本実施形態の構造体100の解析方法のナゲット部破断評価ステップS5を実行する。本実施形態のナゲット部破断評価部60は、破断判定部611と、破断方向判断部612とを有する。破断判定部611は、部分解析処理部50により演算された所定時刻におけるナゲット部102の歪みから、X方向に直交するYZ断面における降伏領域の比率及び歪みエネルギーの少なくとも一方を求める。そして、破断判定部611は、降伏領域の比率及び歪みエネルギーの少なくとも一方に基づいて破断の有無を判定する。
The nugget
本実施形態の破断判定部611は、第一判定部611aと、第二判定部611bとを有する。第一判定部611aは、部分解析処理部50により演算されたナゲット部102の歪みから、X方向に直交するYZ断面における降伏領域の比率または歪みエネルギーを求める。そして、第一判定部611aは、YZ断面における降伏領域の比率または歪みエネルギーとなる演算値と対応し、記憶部7に記憶された第一閾値を参照し、演算値が第一閾値を超えているか否か判定する。演算値が第一閾値を超えていない場合には、第一判定部611aは、ナゲット部102で破断が生じていないと判定し、更新部70に更新指令を出力する。一方、第一判定部611aは、演算値が第一閾値を超えていると判定した場合には、第二判定部611bに対して第二判定指令を出力する。なお、上記では、YZ断面における降伏領域の比率または歪みエネルギーにより判定するとしたが、両方により判定するものとしても良く、本実施形態の構造体100の解析方法の第一判定ステップS511に記載のとおりである。
The
第二判定部611bは、第二判定指令を受け付けると、ナゲット部102における相当応力または相当歪みを求める。なお、相当応力または相当歪みは、部分解析処理部50での処理において既に求めている場合には、部分解析処理部50による処理結果を用いても良い。そして、第二判定部611bは、相当応力または相当歪みとなる演算値と対応し、記憶部7に記憶された第二閾値を参照し、演算値が第二閾値を超えているか否かを判定する。演算値が第二閾値を超えていないと判定された場合には、第二判定部611bは、ナゲット部102で破断が生じていないと判定し、更新部70に更新指令を出力する。一方、第二判定部611bは、演算値が第二閾値を超えていると判定した場合には、ナゲット部102で破断が生じていると判定し、破断方向判断部612に方向判断指令を出力するとともに、評価結果を更新部70に出力する。
When the
破断方向判断部612は、破断判定部611で破断と判定され方向判断指令が出力した場合、方向判断指令を受け付ける。破断方向判断部612は、方向判断指令を受け付けると、本実施形態の構造体100の解析方法の破断方向判断ステップS52を実行し、破断の方向を判断する。具体的には、破断方向判断部612は、部分解析処理部50の演算結果から、応力及び歪みに関する各パラメータのX方向成分、Y方向成分、Z方向成分を取得する。そして、破断方向判断部612は、各パラメータのX方向成分、Y方向成分、Z方向成分を対比してX方向、Y方向、Z方向のどの方向における応力及び歪みの寄与度が高いか判断し、これに基づいて破断の方向を判断するとともに、更新部70に更新指令を出力する。
The fracture
更新部70は、更新指令を受け付けるととともに、ナゲット部破断評価部60による評価結果を受け付ける。更新部70は、更新指令を受け付けると、受け付けた評価結果に基づいて対象となるナゲット部102が破断したと判断された場合、記憶部7に記憶された構造解析モデルM1において対象となるナゲット部102と対応する要素を消去した構造解析モデルM1に更新する。そして、更新部70は、構造解析モデルM1の更新後、全体構造解析部10に演算指令を出力する。
The
以上のように、本実施形態の構造体100の解析方法、解析装置及び解析装置に当該解析方法を実行させるプログラムによれば、互いに厚さ方向(X方向)に重ね合わされた複数の板状部材101と、複数の前記板状部材101が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部102とを有する構造体100の構造解析をするにあたって、構造体100の全体の構造解析を実施する構造解析ステップS1と、ナゲット部102の応力及び歪みを求める部分解析ステップS4とを別に実施している。そして、本実施形態では、この部分解析ステップS4によって得られた応力及び歪みに基づいてナゲット部102における破断状態を評価している。このため、ナゲット部102の形状に応じて詳細な部分解析モデルM2で部分解析ステップS4を実施して精度良く、ナゲット部102の応力及び歪みを求めてナゲット部102の破断状態を評価することができる。その一方、全体としてはナゲット部102も含めて構造解析モデルM1で全体構造解析を実施することにより、ナゲット部102の形状に関わらず計算負荷を低くして構造体100の全体の構造解析を実施することができる。すなわち、ナゲット部102を含む構造体100の解析について、計算負荷を抑えつつ、ナゲット部102の破断の影響を精度良く評価することが可能となる。
As described above, according to the analysis method of the
また、構造体100の全体の構造解析モデルM1と、ナゲット部102を解析する部分解析モデルM2とを別とすることで、部分解析モデルM2についてはナゲット部102の形状に適したモデルとすることができ、精度向上と計算負荷低減との両立を図ることができる。例えば、ナゲット部102を含む部分をモデル化した部分解析モデルM2について、板状部材101に含まれる部分をナゲット部102の形状に即したスパイダー状のメッシュ構成としたシェル要素E1とし、板状部材101同士を連結する部分を梁要素E2やソリッド要素などとすることで、精度向上と計算負荷低減との両立を図ることができる。
In addition, by separating the structural analysis model M1 of the
そして、単位時刻ごとに、構造解析ステップS1と部分解析ステップS4とを繰り返すことで、部分解析ステップS4で解析したナゲット部102に生じる応力及び歪みを精度良く、かつ計算負荷を抑制して求めつつ、求めた結果を構造解析ステップS1での計算結果に反映することができる。特に、部分解析ステップS4での演算結果に基づいてナゲット部破断評価ステップS5を実施し、その結果破断と評価したナゲット部102の状態を構造解析ステップS1での計算結果に反映することでより精度を向上させることができる。
Then, by repeating the structural analysis step S1 and the partial analysis step S4 for each unit time, the stress and strain occurring in the
また、部分解析ステップS4において用いられる弾塑性構成式として、板状部材101同士を接合するナゲット部102の構造解析である点を考慮して、厚さ方向に直交する断面に生じる応力成分を省略した式(1)を採用することで、計算精度を確保しつつ、計算負荷を低減させることができる。また、弾塑性構成式として、式(1)からさらに、対角成分を除く成分を省略した以下の式(3)を採用することで、計算精度を確保しつつさらに計算負荷を低減させることができる。また、弾塑性構成式として、式(3)からさらに、厚さ方向に直交する断面に生じる垂直応力成分を除く成分を省略した以下の式(4)を採用することで、計算精度を確保しつつさらに計算負荷を低減させることができる。
In addition, as the elastic-plastic constitutive equation used in the partial analysis step S4, in consideration of the fact that it is a structural analysis of the
また、本実施形態では、部分解析ステップS4において用いられる材料定数のうち、縦弾性係数やせん断弾性係数などの剛性パラメータが、ナゲット部102によって接合される複数の板状部材101のそれぞれの材質に関して予め取得された応力歪みの相関データと、複数の板状部材101同士の厚みの比に基づいて求められる。このようにすることで、ナゲット部102の強度に影響する複数の板状部材101の材質及び厚さに基づいてナゲット部102の剛性パラメータを求めることができ、ナゲット部102の剛性パラメータを精度良く設定することができる。
In addition, in this embodiment, among the material constants used in the partial analysis step S4, stiffness parameters such as the longitudinal elastic modulus and the shear elastic modulus are obtained based on stress-strain correlation data previously acquired for the material of each of the multiple plate-
また、ナゲット部破断評価ステップS5では、演算された所定時刻におけるナゲット部102の歪みから求められる厚さ方向に直交する断面における降伏領域の比率または歪みエネルギーの少なくとも一方に基づいて破断の有無を判定している。このため、塑性変形の程度を精度良く反映させて破断を評価することができる。さらに、ナゲット部破断評価ステップS5において、破断判定ステップS51では、降伏領域の比率及び歪みエネルギーの少なくとも一方が予め設定された対応する第一閾値を超えているか否か判定する第一判定ステップと、降伏領域の比率または歪みエネルギーの少なくとも一方が第一閾値を超えている場合に、ナゲット部102における相当応力及び相当歪みの少なくとも一方が予め設定された対応する第二閾値を超えているか否か判定し、第二閾値を超えている場合に、破断が生じていると判定するようにしている。このように、二段階で破断を評価することでより精度良く破断を評価することができる。
In addition, in the nugget fracture evaluation step S5, the presence or absence of fracture is determined based on at least one of the yield region ratio or strain energy in a cross section perpendicular to the thickness direction, which is calculated from the strain of the
さらに、ナゲット部破断評価ステップS5では、破断方向判断ステップS52として、破断が生じていると判定された場合に、各成分の応力及び歪みエネルギーに基づいて破断の方向を判断するようにしている。このため、破断すると評価された場合に、その破断がどの方向に影響を及ぼすか、構造体100の全体に対する影響度がどの程度かを破断の方向に基づいて評価することができる。
Furthermore, in the nugget fracture evaluation step S5, if it is determined that a fracture has occurred, a fracture direction determination step S52 is performed to determine the fracture direction based on the stress and strain energy of each component. Therefore, if it is determined that a fracture has occurred, it is possible to evaluate in which direction the fracture will affect and the extent of its effect on the
なお、解析装置1の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。 All or part of the functions of the analysis device 1 may be realized using hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a PLD (Programmable Logic Device), or an FPGA (Field Programmable Gate Array). The program may be recorded on a computer-readable recording medium. Examples of computer-readable recording media include portable media such as flexible disks, optical magnetic disks, ROMs, and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into computer systems. The program may be transmitted via a telecommunications line.
解析装置1は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、解析装置1が備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。例えば、全体構造解析部10と、部分構造解析部20とはそれぞれ異なる情報処理装置に実装されてもよい。
The analysis device 1 may be implemented using a plurality of information processing devices connected to each other so as to be able to communicate with each other via a network. In this case, each functional unit of the analysis device 1 may be distributed and implemented in a plurality of information processing devices. For example, the overall
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs that do not deviate from the gist of the present invention.
1 解析装置
30 6分力取得部
40 状態量演算部
50 部分解析処理部
60 ナゲット部破断評価部
100 構造体
101 板状部材
102 ナゲット部
531 応力・歪み演算部
L 閉ループ
M1 構造解析モデル
M2 部分解析モデル
N1 第一節点列
N2 第二節点列
S1 6分力演算ステップ(構造解析ステップ)
S2 6分力取得ステップ
S3 状態量演算ステップ
S4 部分解析ステップ
S5 ナゲット部破断評価ステップ
S6 更新ステップ
S51 破断判定ステップ
S52 破断方向判断ステップ
S411 材料条件設定ステップ
S412 拘束条件設定ステップ
S425 応力・歪み速度演算ステップ
S431 応力歪み演算ステップ
S511 第一判定ステップ
S512 第二判定ステップ
1
S2: Six-component force acquisition step S3: State quantity calculation step S4: Partial analysis step S5: Nugget fracture evaluation step S6: Update step S51: Fracture determination step S52: Fracture direction determination step S411: Material condition setting step S412: Constraint condition setting step S425: Stress/strain rate calculation step S431: Stress/strain calculation step S511: First judgment step S512: Second judgment step
Claims (12)
互いに厚さ方向に重ね合わされた複数の板状部材と、複数の前記板状部材が互いにスポット溶接されることで形成されたナゲット部とを有する構造体の解析方法であって、
外力によって時間とともに変形する前記構造体について、前記構造体において前記厚さ方向視して前記ナゲット部を内部に含む閉ループを形成する複数の節点から構成された第一節点列に生じる所定時刻における6分力を取得する6分力取得ステップと、
取得した前記第一節点列における6分力、及び、前記厚さ方向視して前記第一節点列内に含まれるとともに前記ナゲット部を囲むように予め設定された複数の節点から構成された第二節点列に基づいて、前記第二節点列の各節点における状態量である荷重または変位の少なくとも一方を演算する状態量演算ステップと、
前記第二節点列の各節点及び前記第二節点列内の複数の節点を含み、少なくとも一部が前記ナゲット部を模擬する部分解析モデルに対して、演算した前記第二節点列の各節点における前記状態量を拘束条件として、部分解析を実施し、前記部分解析モデルの各節点間に生じる応力及び歪みを演算する部分解析ステップと、
演算した応力及び歪みに基づいて、ナゲット部における破断状態を評価するナゲット部破断評価ステップとを備える構造体の解析方法。 1. A computer-implemented method for analyzing a structure, comprising:
A method for analyzing a structure having a plurality of plate-like members overlapping each other in a thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-like members to each other, comprising the steps of:
a six-component force acquiring step of acquiring six-component forces at a predetermined time that are generated in a first node row composed of a plurality of nodes that form a closed loop including the nugget portion inside when viewed in the thickness direction in the structure, the first node row being configured with respect to the structure that is deformed over time by an external force;
a state quantity calculation step of calculating at least one of a load and a displacement, which is a state quantity at each node of the second node string, based on the six-component force in the first node string obtained and a second node string including a plurality of nodes that are included in the first node string when viewed in the thickness direction and that are preset to surround the nugget portion;
a partial analysis step of performing a partial analysis on a partial analysis model including each node of the second node series and a plurality of nodes in the second node series, at least a portion of which simulates the nugget portion, by using the calculated state quantities at each node of the second node series as constraint conditions, and calculating stress and strain occurring between each node of the partial analysis model;
and a nugget fracture evaluation step of evaluating a fracture state in the nugget portion based on the calculated stress and strain.
前記部分解析モデルの拘束条件を設定する拘束条件設定ステップと、
前記構造体の弾塑性構成式、前記材料定数及び前記拘束条件に基づいて前記部分解析モデルにおける応力速度及び歪み速度を求める応力・歪み速度演算ステップと、
求められた前記応力速度及び前記歪み速度に基づいて前記部分解析モデルにおける応力及び歪みを求める応力歪み演算ステップとを備え、
前記6分力取得ステップを単位時間ごとに実施し、
順次、前記単位時間ごとの各時刻を前記所定時刻として、各前記時刻より前記単位時間前の前時刻における前記応力・歪み速度演算ステップ及び前記応力歪み演算ステップによって求められた前記ナゲット部における前記応力速度、前記歪み速度、前記応力及び前記歪みを取得し、前記部分解析ステップを実施することで、前記所定時刻における前記ナゲット部の応力及び歪みを求める請求項1に記載の構造体の解析方法。 The partial analysis step includes a material condition setting step of setting material constants including stiffness parameters of the partial analysis model;
a constraint condition setting step of setting constraint conditions for the partial analysis model;
a stress/strain rate calculation step for determining a stress rate and a strain rate in the partial analysis model based on an elastic-plastic constitutive equation of the structure, the material constants, and the constraint conditions;
and a stress-strain calculation step of calculating stress and strain in the partial analytical model based on the calculated stress rate and strain rate,
The six-component force acquisition step is performed for each unit time;
2. The method for analyzing a structure as described in claim 1, wherein each time for each unit time is set as the specified time, the stress rate, the strain rate, the stress, and the strain in the nugget portion calculated by the stress/strain rate calculation step and the stress-strain calculation step at the previous time unit time before each of the times are obtained, and the partial analysis step is performed to calculate the stress and strain in the nugget portion at the specified time.
前記ナゲット部の応力歪みの相関データは、複数の前記板状部材のそれぞれの材質に関して予め取得された応力歪みの相関データと、複数の前記板状部材同士の厚みの比に基づいて求められ、
前記剛性パラメータは前記ナゲット部の応力歪みの相関データに基づいて求められる請求項2から5のいずれか一項に記載の構造体の解析方法。 At least two of the plate-like members adjacent to each other in the thickness direction are formed of different materials,
the stress-strain correlation data of the nugget portion is obtained based on stress-strain correlation data previously acquired for each material of the plurality of plate-like members and a thickness ratio between the plurality of plate-like members;
The method for analyzing a structure according to claim 2 , wherein the stiffness parameter is determined based on correlation data of stress and strain of the nugget portion.
前記降伏領域の比率または前記歪みエネルギーの少なくとも一方が前記第一閾値を超えている場合に、前記ナゲット部における相当応力及び相当歪みの少なくとも一方が予め設定された対応する第二閾値を超えているか否か判定し、前記第二閾値を超えている場合に、破断が生じていると判定する第二判定ステップとを備える請求項7に記載の構造体の解析方法。 The fracture determination step includes a first determination step of determining whether or not at least one of the ratio of the yield region and the strain energy exceeds a corresponding first threshold value set in advance;
The method for analyzing a structure as described in claim 7, further comprising a second judgment step of determining whether or not at least one of the equivalent stress and equivalent strain in the nugget portion exceeds a corresponding predetermined second threshold value when at least one of the ratio of the yield area or the strain energy exceeds the first threshold value, and determining that a fracture has occurred when the equivalent stress and equivalent strain in the nugget portion exceed the second threshold value.
前記ナゲット部における破断状態の評価結果に基づいて前記構造解析モデルを更新する更新ステップとを備え、
前記更新ステップでは、単位時間ごとに求められる前記ナゲット部における破断状態の評価結果に基づいて順次前記構造解析モデルを更新し、
前記6分力演算ステップでは、前記単位時間前に更新された前記構造解析モデルに基づいて6分力を演算する請求項1から9のいずれか一項に記載の構造体の解析方法。 a six-component force calculation step of calculating six-component forces generated in the first node row in the structure at the predetermined time based on a predetermined structural analysis model of the structure;
and updating the structural analysis model based on an evaluation result of a fracture state in the nugget portion.
In the updating step, the structural analysis model is sequentially updated based on an evaluation result of a fracture state in the nugget portion obtained per unit time,
10. The method for analyzing a structure according to claim 1, wherein in the six-component force calculation step, the six-component forces are calculated based on the structural analysis model updated before the unit time.
外力によって時間とともに変形する前記構造体について、前記構造体において前記厚さ方向視して前記ナゲット部を内部に含む閉ループを形成する複数の節点から構成された第一節点列に生じる所定時刻における6分力を取得する6分力取得部と、
取得した前記第一節点列における6分力、及び、前記厚さ方向視して前記第一節点列内に含まれるとともに前記ナゲット部を囲むように予め設定された複数の節点から構成された第二節点列に基づいて、前記第二節点列の各節点における状態量である荷重または変位の少なくとも一方を演算する状態量演算部と、
前記第二節点列の各節点及び前記第二節点列内の複数の節点を含み、少なくとも一部が前記ナゲット部を模擬する部分解析モデルに対して、演算した前記第二節点列の各節点における前記状態量を拘束条件として、部分解析を実施し、前記部分解析モデルの各節点間に生じる応力及び歪みを演算する部分解析処理部と、
演算した応力及び歪みに基づいて、ナゲット部における破断状態を評価するナゲット部破断評価部とを備える解析装置。 An apparatus for analyzing a structure having a plurality of plate-like members overlapping each other in a thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-like members to each other,
a six-component force acquisition unit that acquires six-component forces at a predetermined time that are generated in a first node row that is composed of a plurality of nodes that form a closed loop that includes the nugget portion when viewed in the thickness direction in the structure, the first node row being configured with respect to the structure that is deformed over time by an external force;
a state quantity calculation unit that calculates at least one of a load and a displacement, which is a state quantity at each node of the second node string, based on the six-component force in the first node string that has been acquired and a second node string that is configured from a plurality of nodes that are included in the first node string when viewed in the thickness direction and that are preset to surround the nugget portion;
a partial analysis processing unit that performs a partial analysis on a partial analysis model including each node of the second node series and a plurality of nodes in the second node series, at least a portion of which simulates the nugget portion, by using the calculated state quantities at each node of the second node series as constraint conditions, and calculates stress and strain occurring between each node of the partial analysis model;
and a nugget fracture evaluation unit that evaluates the fracture state in the nugget based on the calculated stress and strain.
前記コンピュータを、
外力によって時間とともに変形する前記構造体について、前記構造体において前記厚さ方向視して前記ナゲット部を内部に含む閉ループを形成する複数の節点から構成された第一節点列に生じる所定時刻における6分力を取得する6分力取得手段、
取得した前記第一節点列における6分力、及び、前記厚さ方向視して前記第一節点列内に含まれるとともに前記ナゲット部を囲むように予め設定された複数の節点から構成された第二節点列に基づいて、前記第二節点列の各節点における状態量である荷重または変位の少なくとも一方を演算する状態量演算手段、
前記第二節点列の各節点及び前記第二節点列内の複数の節点を含み、少なくとも一部が前記ナゲット部を模擬する部分解析モデルに対して、演算した前記第二節点列の各節点における前記状態量を拘束条件として、部分解析を実施し、前記部分解析モデルの各節点間に生じる応力及び歪みを演算する部分解析処理手段、及び、
演算した応力及び歪みに基づいて、ナゲット部における破断状態を評価するナゲット部破断評価手段として機能させるプログラム。 A program for causing a computer to function as an analysis device for a structure having a plurality of plate-like members overlapping each other in a thickness direction and a nugget portion formed by spot welding the plurality of plate-like members to each other, the program comprising:
The computer,
a six-component force acquisition means for acquiring, for the structure which is deformed over time by an external force, six-component forces generated at a predetermined time in a first node row which is composed of a plurality of nodes forming a closed loop including the nugget portion when viewed in the thickness direction in the structure;
a state quantity calculation means for calculating at least one of a load and a displacement, which is a state quantity at each node of the second node string, based on the six-component force in the first node string obtained and a second node string including a plurality of nodes that are included in the first node string when viewed in the thickness direction and that are preset to surround the nugget portion;
a partial analysis processing means for performing a partial analysis on a partial analysis model including each node of the second node series and a plurality of nodes in the second node series, at least a portion of which simulates the nugget portion, by using the calculated state quantities at each node of the second node series as constraint conditions, and calculating stress and strain occurring between each node of the partial analysis model; and
A program that functions as a nugget fracture evaluation means for evaluating the fracture state in the nugget based on the calculated stress and strain.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021005778A JP7640830B2 (en) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | Structure analysis method, analysis device, and program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021005778A JP7640830B2 (en) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | Structure analysis method, analysis device, and program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022110394A JP2022110394A (en) | 2022-07-29 |
JP7640830B2 true JP7640830B2 (en) | 2025-03-06 |
Family
ID=82570059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021005778A Active JP7640830B2 (en) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | Structure analysis method, analysis device, and program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7640830B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2024008481A (en) | 2022-07-08 | 2024-01-19 | 新東工業株式会社 | System that determines the set temperature of molten metal |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004099761A8 (en) | 2003-05-12 | 2006-05-04 | Univ Nihon | Method for predicting fatigue life of spot-welded structure |
JP2008107322A (en) | 2006-09-29 | 2008-05-08 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Calculation method for fracture strain of spot welds, calculation method for standard fracture strain |
JP2008261846A (en) | 2007-03-20 | 2008-10-30 | Toray Ind Inc | Numerical analysis method and analyzer |
CN101561840A (en) | 2009-06-02 | 2009-10-21 | 肖锋 | Numerical value simulation method for spot welding connection and failure thereof |
WO2018066669A1 (en) | 2016-10-05 | 2018-04-12 | 新日鐵住金株式会社 | Fracture determination device, fracture determination program, and method thereof |
WO2019035098A1 (en) | 2017-08-18 | 2019-02-21 | The Regents Of The University Of Michigan | Unified fatigue life evaluation method for welded structures |
-
2021
- 2021-01-18 JP JP2021005778A patent/JP7640830B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004099761A8 (en) | 2003-05-12 | 2006-05-04 | Univ Nihon | Method for predicting fatigue life of spot-welded structure |
JP2008107322A (en) | 2006-09-29 | 2008-05-08 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Calculation method for fracture strain of spot welds, calculation method for standard fracture strain |
JP2008261846A (en) | 2007-03-20 | 2008-10-30 | Toray Ind Inc | Numerical analysis method and analyzer |
CN101561840A (en) | 2009-06-02 | 2009-10-21 | 肖锋 | Numerical value simulation method for spot welding connection and failure thereof |
WO2018066669A1 (en) | 2016-10-05 | 2018-04-12 | 新日鐵住金株式会社 | Fracture determination device, fracture determination program, and method thereof |
WO2019035098A1 (en) | 2017-08-18 | 2019-02-21 | The Regents Of The University Of Michigan | Unified fatigue life evaluation method for welded structures |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022110394A (en) | 2022-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3708067B2 (en) | Method for predicting crack growth and deformation of elastoplastic material | |
JP4748131B2 (en) | Calculation method for fracture strain of spot welds, calculation method for standard fracture strain | |
US20200394278A1 (en) | Hybrid Finite Element and Artificial Neural Network Method and System for Safety Optimization of Vehicles | |
CN102867075B (en) | Acceleration frequency response analysis-based body floor optimal design method | |
EP2803968B1 (en) | A process for calculating fatigue and fatigue failure of structures | |
Ismail et al. | Numerical study on ultimate behaviour of bolted end-plate steel connections | |
EP1777509A2 (en) | Spot weld fracture analysis method, program therefor, and analysis apparatus thereof | |
JP4743112B2 (en) | Fatigue life prediction method for spot welded structures | |
RU2629913C2 (en) | System and method of predicting deflection with snapping of panels from formated steel sheets | |
CN112889058B (en) | Method and device for analyzing sensitivity of vehicle body component, and method for determining material characteristics of vehicle body component | |
JP5582010B2 (en) | Tension stiffness evaluation indenter model, tension stiffness analysis apparatus and analysis method using the indenter model | |
JP2016095599A (en) | Structure analysis method | |
JP4851252B2 (en) | Structure evaluation program | |
JP4386294B2 (en) | Food Dent Performance Evaluation Method | |
JP7640830B2 (en) | Structure analysis method, analysis device, and program | |
JP5670239B2 (en) | Spot dot selection method and spot dot selection program | |
JP4927263B2 (en) | Impact analysis method and design method for resin molded products | |
JP5395602B2 (en) | How to determine the parts to be inspected | |
JP5834456B2 (en) | Tire simulation method, computer program for simulation, and structure simulation method | |
KR101919339B1 (en) | Joint Fracture Prediction System and Method Using Meta-Model | |
JP4780908B2 (en) | Surface quality prediction apparatus and surface quality prediction program | |
JP7327424B2 (en) | Plate thickness sensitivity analysis method for automobile body parts, plate thickness sensitivity analysis device, and plate thickness sensitivity analysis program | |
JP2007093286A (en) | Spot weld fracture analysis method | |
Teshome | Model Uncertainty of Non-Linear Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beams without Shear Reinforcement | |
JP2014006721A (en) | Method of creating brittle fracture model |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230919 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240704 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240716 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240829 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241022 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241218 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250121 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250203 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7640830 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |