(57)【要約】【課題】金属間のかしめ力により接合された機械的接合部の疲労寿命予測方法を提供する。【解決手段】機械的接合部の疲労寿命予測方法として、かしめ力により接合された金属部材の接合部分の接合時応力分布を計算する第１ステップ１１０と、接合時応力分布を初期条件として接合部分に荷重が負荷された場合の接合部分の荷重負荷時応力分布を計算する第２ステップ１２０と、接合時応力分布と荷重負荷時応力分布に基づいて接合部分を起点とするき裂のき裂進展特性を算出する第３ステップ１３０と、き裂進展特性に基づいてき裂成長曲線を算出する第４ステップ１４０と、き裂成長曲線に基づいて所定のき裂長さに達するまでの荷重の繰返し回数から算出した疲労寿命と当該荷重により接合部分に発生する応力との関係を算出する第５ステップ１５０と、を備える。【選択図】図３
2020030074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
かしめ力により接合された金属部材の接合部分の接合時応力分布を計算する第１ステップと、
前記接合時応力分布を初期条件として前記接合部分に荷重が負荷された場合の前記接合部分の荷重負荷時応力分布を計算する第２ステップと、
前記接合時応力分布と前記荷重負荷時応力分布に基づいて前記接合部分を起点とするき裂のき裂長さと応力拡大係数との関係を表すき裂進展特性を算出する第３ステップと、
前記き裂進展特性に基づいて前記接合部分に負荷される荷重の繰返し回数とき裂長さとの関係を表すき裂成長曲線を算出する第４ステップと、
前記き裂成長曲線に基づいて所定のき裂長さに達するまでの荷重の繰返し回数から算出した疲労寿命と当該荷重により前記接合部分に発生する応力との関係を算出する第５ステップと、
を備えた機械的接合部の疲労寿命予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的接合部の疲労寿命予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、アルミニウム合金材同士がセルフピアシングリベットにより接合された接合体が開示されている。これにより、アルミニウム合金材同士の接合を可能にすると共にその接合部の疲労強度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された接合体のように金属部材間のかしめ力により接合された金属部材には、部材の変形による応力集中及びかしめ力による残留応力等が発生する。このような応力集中や残留応力が発生した部分は、疲労破壊の起点となる可能性があるため、予め疲労寿命を予測した上で部材の寸法等を決定することが望ましい。しかしながら、金属部材間のかしめ力による接合について、接合部分の強度を確保できる接合方法は提案されていても、かしめ力により接合部分に発生する応力と疲労寿命との関係を予測する方法は存在しない。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、金属部材間のかしめ力により接合された機械的接合部の疲労寿命予測方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の機械的接合部の疲労寿命予測方法は、かしめ力により接合された金属部材の接合部分の接合時応力分布を計算する第１ステップと、前記接合時応力分布を初期条件として前記接合部分に荷重が負荷された場合の前記接合部分の荷重負荷時応力分布を計算する第２ステップと、前記接合時応力分布と前記荷重負荷時応力分布に基づいて前記接合部分を起点とするき裂のき裂長さと応力拡大係数との関係を表すき裂進展特性を算出する第３ステップと、前記き裂進展特性に基づいて前記接合部分に負荷される荷重の繰返し回数とき裂長さとの関係を表すき裂成長曲線を算出する第４ステップと、前記き裂成長曲線に基づいて所定のき裂長さに達するまでの荷重の繰返し回数から算出した疲労寿命と当該荷重により前記接合部分に発生する応力との関係を算出する第５ステップと、を備える。
【０００７】
請求項１に記載の機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、第１ステップにおいて、かしめ力により接合された金属部材の接合部分の接合時応力分布が計算される。第２ステップでは、第１ステップにおいて計算した接合時応力分布を初期条件とする接合部分に荷重が負荷された場合の荷重負荷時応力分布が計算される。第３ステップでは、算出した前記接合時応力分布及び前記荷重負荷時応力分布に基づいて接合部分を起点とするき裂のき裂長さと応力拡大係数の関係を表すき裂進展特性が算出される。第４ステップでは、第３ステップで算出したき裂進展特性に基づいて接合部分に負荷される荷重の繰返し回数とき裂長さとの関係を表すき裂成長曲線が算出される。第５ステップでは、第４ステップで算出したき裂成長曲線に基づいて所定のき裂長さに達するまでの荷重の繰返し回数から算出した疲労寿命と当該荷重により接合部分に発生する応力との関係が算出される。これにより、かしめ力により接合された金属部材の接合部分に発生した応力集中や残留応力を考慮した上で、当該接合部分の疲労寿命を計算により予測することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法は、金属間のかしめ力により接合された機械的接合部の疲労寿命予測をすることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法を実行するための解析装置のブロック図である。
【図２】本実施形態に係る解析装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法のフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る疲労寿命予測方法の計算対象とした金属部材の接合体の斜視図である。
【図５】図４に示された接合体を５−５線に沿って切断した縦断面図である。
【図６】図５に示された接合体のＡ線矢視図であり、有限要素法を用いた接触解析のために生成されたメッシュである。
【図７】図６に示された接合体のメッシュの接触解析後の状態である。
【図８】図５に示された金属部材の接触解析後の接合部分の応力分布である。
【図９】図４に示された金属部材に荷重を負荷して有限要素解析を行う場合の境界条件を示す模式図である。
【図１０】荷重が負荷された場合の接合部分の応力分布である。
【図１１】図４に示された金属部材の上板部分にき裂が進展した場合の進展方向の計算例である。
【図１２】図１１に示された接合部分の拡大断面図である。
【図１３】図４に示された金属部材の上板部分にき裂が進展した場合のき裂長さと応力拡大係数の関係を表すき裂進展特性である。
【図１４】図４に示された金属部材の上板部分にき裂が進展した場合の応力と疲労寿命との関係を表すＳ−Ｎ線図である。
【図１５】図４に示された金属部材の下板部分にき裂が進展した場合の進展方向の計算例である。
【図１６】図１５に示された接合部分の拡大断面図である。
【図１７】図４に示された金属部材の下板部分にき裂が進展した場合の応力と疲労寿命との関係を表すＳ−Ｎ線図である。
【図１８】本実施形態の第２変形例に係る疲労寿命予測方法の計算対象とした金属部材の接合部の縦断面図である。
【図１９】図１８に示された金属部材のかしめ力により接合された部位を起点としき裂が進展した場合と溶接により接合された部位を起点としき裂が進展した場合の応力と疲労寿命との関係を表すＳ−Ｎ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１〜図１４を用いて、本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図において、矢印ＵＰは上方側を示している。
【００１１】
図１には、本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法を実行するための解析装置１０のハードウェア構成を示すブロック図が示されている。解析装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：プロセッサ）１２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、ストレージ１８と、ユーザインタフェース２０と、を含んで構成されている。各構成は、バス２２を介して相互に通信可能に接続されている。
【００１２】
ＣＰＵ１２は、中央演算処理ユニットであり、解析装置１０に格納されているプログラムを実行し、解析装置１０の各構成部分を制御する。具体的には、ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１４又はストレージ１８からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１６を作業領域としてプログラムを実行する。また、ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１４又はストレージ１８に格納されているプログラムに従って、解析装置１０の各構成部分の制御及び演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ１４又はストレージ１８には、後述する有限要素法を用いた接触解析を行う有限要素解析プログラム、疲労き裂進展解析を行う疲労き裂進展解析プログラム及び疲労寿命を算出する疲労寿命算出プログラム等が格納されている。
【００１３】
ＲＯＭ１４は、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ１６は、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。ストレージ１８は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）により構成され、オペレーティングシステムを含むプログラム及びデータを格納する。
【００１４】
ユーザインタフェース２０は、解析装置１０を用いた疲労寿命予測のための入力データ及び出力データの入出力手段である。ユーザインタフェース２０は、ＣＰＵ１２に接続され、キーボードや外部接続用の記録媒体から入力データを取得し、出力データを保存するためのインターフェイス等を含んで構成されている。また、ユーザインタフェース２０は、ディスプレイやプリンタ等を含んで構成されている。
【００１５】
なお、本実施形態では、ストレージ１８は、解析装置１０に内蔵されているとしたが、これに限らず、解析装置１０に外部接続されたものであってもよい。また、ストレージ１８は一台に限らず複数台設けられてもよい。
【００１６】
上記の有限要素解析プログラム、疲労き裂進展解析プログラム及び疲労寿命算出プログラムを実行する際に、解析装置１０は、上記のハードウェア資源を用いて、各種の機能を実現する。解析装置１０が実現する機能構成について説明する。
【００１７】
図２には、解析装置１０の機能構成の例を示すブロック図が示されている。解析装置１０は、機能構成として、メッシュデータ生成部３２と、有限要素解析部３４と、き裂進展解析部３６と、疲労寿命解析部３８と、を含んで構成されている。各機能構成は、ＣＰＵ１２がＲＯＭ１４またはストレージ１８に格納された有限要素解析プログラム、疲労き裂進展解析プログラム及び疲労寿命算出プログラム等を読み出し、実行することにより実現される。
【００１８】
次に、図３に示される本実施形態に係る解析装置１０のフローチャートの説明を通じて、本実施形態の作用並びに効果について説明する。本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、はじめに、かしめ力により機械的接合された接合体４０（図４参照）に発生する応力分布を計算する。次に、計算した応力分布に基づき、き裂の発生部位を特定してき裂進展特性及びき裂成長曲線を算出する。最後に、計算されたき裂成長曲線から荷重が負荷されることにより接合体４０に発生する応力と所定のき裂長さに達するまでの荷重の繰返し回数から算出される疲労寿命との関係を算出する。
【００１９】
第１ステップ１１０では、かしめ力により接合された接合体４０の接合部分の接合時応力分布を計算する。このため、メッシュデータ生成部３２は、有限要素解析プログラムを実行して、ストレージ１８に格納されている入力データのうち接合体４０の幾何形状データ及びメッシュデータの読取処理を実行する。また、メッシュデータ生成部３２は、接合体４０に負荷する荷重、変位、温度等の負荷の設定条件等の読取処理を実行する。さらに、メッシュデータ生成部３２は、読み取った接合体４０の幾何形状データ及びメッシュデータをもとに有限要素解析のためのメッシュの作成処理を実行する。
【００２０】
さらに、第１ステップ１１０では、有限要素解析部３４は、メッシュデータ生成部３２により作成されたメッシュを用いて、有限要素解析プログラムを実行する。これにより、かしめ力により接合された接合体４０の接合部分の接合時応力分布が計算される。計算された接合時応力分布やひずみ等のデータはストレージ１８に記録される。
【００２１】
図４には、かしめ力により機械的接合された金属部材としてのアルミニウム合金板４２及び鋼板４４の接合体４０が示されている。略平板状の鋼板４４の一端部の上面４４Ａに、鋼板４４の長手方向に沿って略平板状のアルミニウム合金板４２の一端部が接合されている。アルミニウム合金板４２は、アルミニウム合金板４２の上面４２Ａの短手方向の略中央部に打ち込まれた鋼製のセルフピアシングリベット４８により鋼板４４と接合されている。
【００２２】
図５に示されるように、セルフピアシングリベット４８の軸部４８Ａと軸部４８Ａの先端側に形成され、セルフピアシングリベット４８の先端側（下方側）へ向けて延在された爪部４８Ｂが、アルミニウム合金板４２及び鋼板４４に打ち込まれている。セルフピアシングリベット４８は、略円板状に形成された頭部４８Ｃが、アルミニウム合金板４２の上面４２Ａと略面一となるように打ち込まれている。アルミニウム合金板４２は、セルフピアシングリベット４８の軸部４８Ａと爪部４８Ｂが打ち込まれることにより、鋼板４４側（下面側）へ向けて塑性変形されている。また、鋼板４４は、アルミニウム合金板４２を貫通した爪部４８Ｂにより、その下面側へ向けて塑性変形されている。
【００２３】
セルフピアシングリベット４８が打ち込まれることにより塑性変形されたアルミニウム合金板４２と鋼板４４には、接合部分に応力集中や残留応力が発生している。このような応力集中や残留応力は、セルフピアシングリベット４８が打ち込まれた接合体４０の疲労き裂の進展及び疲労寿命に大きな影響を及ぼす。
【００２４】
第１ステップ１１０では、有限要素解析部３４は、有限要素解析プログラムを実行し、有限要素法に基づく接触解析により接合体４０の応力分布を計算する。図６には、セルフピアシングリベット４８とアルミニウム合金板４２及び鋼板４４との境界部分における有限要素解析のためのメッシュが示されている。境界部分におけるメッシュには、メッシュがオーバラップするオーバラップ部５２が形成されている。このようなオーバラップ部５２を形成したメッシュを用いることにより、金属部材同士の食い込みを考慮した接触解析を行うことができる。
【００２５】
図７には、接触解析後のセルフピアシングリベット４８とアルミニウム合金板４２及び鋼板４４との境界部分におけるメッシュが示されている。金属部材同士の食い込みを解消するように接触解析が行われた結果、セルフピアシングリベット４８のアルミニウム合金板４２及び鋼板４４への食い込みが解消されている。このような、食い込みを解消するように接触解析を行うことにより、アルミニウム合金板４２及び鋼板４４とこれらに打ち込まれたセルフピアシングリベット４８との境界部分に発生する応力集中及び残留応力を適切に計算することができる。
【００２６】
図８には、接触解析後の接合体４０の接合部分における接合時応力分布が示されている。セルフピアシングリベット４８の爪部４８Ｂの軸部４８Ａ側の端部や爪部４８Ｂの先端部において、アルミニウム合金板４２及び鋼板４４とセルフピアシングリベット４８とが接触する部分に高い応力が発生している。これらの部位では、変形による応力集中及びかしめ力による残留応力が生じているため高い応力が発生している。
【００２７】
第２ステップ１２０では、有限要素解析部３４は、有限要素解析プログラムを実行し、第１ステップ１１０で計算した接合時応力分布（図８参照）を初期条件として接合体４０に荷重を負荷した場合の接合体４０の荷重負荷時応力分布を計算する。
【００２８】
図９には、接合体４０に外力を負荷する際の境界条件と荷重の作用方向を表す模式図が示されている。有限要素解析において、境界条件として鋼板４４の端部が拘束されており、荷重条件としてアルミニウム合金板４２の端部にアルミニウム合金板４２の上面方向へ向けて荷重Ｆが負荷されている。
【００２９】
図１０には、荷重が負荷された接合体４０の荷重負荷時応力分布が示されている。セルフピアシングリベット４８とアルミニウム合金板４２との接触部分に沿って高い応力が発生している。また、アルミニウム合金板４２と鋼板４４との接合部から爪部４８Ｂの先端側にかけて高い応力が発生している。接合時に応力集中や残留応力が発生している部分に荷重が負荷されることにより更に応力が増加している。
【００３０】
第３ステップ１３０では、き裂進展解析部３６は、疲労き裂進展解析プログラムを実行し、接合時応力分布（図８参照）及び荷重負荷時応力分布（図１０参照）に基づいて接合体４０の接合部分を起点とするき裂長さａと応力拡大係数ＫＲＰの関係を表すき裂進展特性を算出する。
【００３１】
図８及び図１０に示されるように、セルフピアシングリベット４８とアルミニウム合金板４２及び鋼板４４との接合において、アルミニウム合金板４２側と鋼板４４側の両方に高い応力が発生している。このような接合体４０において、き裂発生部位を特定することは容易でない。このため、疲労き裂進展解析プログラムとして疲労き裂進展解析プログラムＡＤＳＴＩＣ（ＪＩＰテクノサイエンス株式会社製）が使用されている。疲労き裂進展解析プログラムＡＤＳＴＩＣは、き裂のない状態から計算を開始してき裂発生及びき裂の進展までを連続的に計算することができるソフトウェアである。これにより、疲労試験等の供試体を用いた実験を行うことなく数値計算により疲労寿命を予測することができる。
【００３２】
なお、ここでは、き裂の発生していない健全な状態から計算を開始し、き裂の発生及びき裂の進展までを連続的に計算する疲労き裂進展解析プログラムＡＤＳＴＩＣを用いて計算を行ったが、これに限らず、き裂発生部位の特定が可能である場合は、微小き裂を仮定した上で他のき裂進展解析プログラムを用いてき裂進展特性が算出されてもよい。
【００３３】
図１１及び図１２には、接合体４０のアルミニウム合金板４２側にき裂が進展した場合のき裂進展の計算例が示されている。荷重負荷時応力分布（図１０参照）において高い応力が発生していたセルフピアシングリベット４８とアルミニウム合金板４２との接触部分を起点として、略半楕円形状のき裂がアルミニウム合金板４２の短手方向（幅方向）外側へ向けて進展する。
【００３４】
図１２の拡大断面図には、一定間隔の荷重の繰返し回数毎にき裂の先端位置を表示するビーチマークＢが図示されている。荷重の繰返し回数が増加するにつれて、き裂が進展する長さが増加し、き裂進展速度が速くなっている。とりわけ、き裂の先端がアルミニウム合金板４２の上面４２Ａにまで到達し上面４２Ａにき裂が生じるようになると急激にき裂進展速度が速くなっている。
【００３５】
き裂長さａは、応力拡大係数ＫＲＰと相関があることがよく知られており、き裂長さａと応力拡大係数ＫＲＰとの関係は、き裂進展特性と称されている。応力拡大係数ＫＲＰとは、接合体４０の境界条件、接合体４０に負荷される荷重、き裂並びに接合体４０を構成する金属部材４２、４４の形状及び寸法により定まる係数である。ここで、応力拡大係数ＫＲＰは、き裂先端に引張り塑性域が生じている間の荷重範囲に対応する応力拡大係数（ＲＰＧ荷重時の応力拡大係数）が用いられる。ＲＰＧ荷重時の応力拡大係数ＫＲＰは、下記の（１）式により算出される。
【００３６】
【数１】
2020030074.tif 000003
ここで、σtは一様引張応力、σｂは一様曲げ応力、Ｆtは一様引張応力に対して部材の幾何的形状から定まる係数、Ｆｂは一様曲げ応力に対して部材の幾何的形状から定まる係数、ａはき裂長さを表す。
【００３７】
図１３には、アルミニウム合金板４２にき裂が進展した場合のき裂長さａとＲＰＧ荷重時の応力拡大係数ＫＲＰの関係を表すき裂進展特性が示されている。図中の縦軸は応力拡大係数ＫＲＰ、横軸はき裂長さａであり、対数軸で表されている。き裂が進展する（き裂長さが増加する）ことにより、き裂周辺の応力も増加するため、き裂長さａがある程度まで増加すると応力拡大係数ＫＲＰは急激に増加する。
【００３８】
第４ステップ１４０では、き裂進展解析部３６は、疲労き裂進展解析プログラムを実行し、第３ステップ１３０において算出されたき裂進展特性に基づいて接合体４０に負荷される荷重の繰返し回数Ｎとき裂長さａとの関係を表すき裂成長曲線を算出する。荷重の繰返し回数Ｎは、下記の（２）式の逆数をき裂長さａについて積分し、応力拡大係数ＫＲＰを代入することにより算出される。
【００３９】
【数２】
2020030074.tif 000004
ここで、ａはき裂長さ、Ｎは荷重の繰返し回数、ΔＫＲＰはＲＰＧ荷重基準の応力拡大係数の範囲、ｃ及びｍはパリス則により定められる材料定数を表す。
【００４０】
第５ステップ１５０では、疲労寿命解析部３８は、疲労寿命算出プログラムを実行し、第４ステップ１４０で算出されたき裂成長曲線に基づいて所定のき裂長さａ１に達する荷重の繰返し回数Ｎｃを算出する。荷重により接合体４０の接合部分に発生する応力Ｓと繰返し回数Ｎｃとの関係が算出される。さらに、このようにして算出した応力Ｓと繰返し回数Ｎｃの関係に応力Ｓ（荷重）の発生頻度（発生回数）の重みづけをすることにより、疲労寿命を算出する。
【００４１】
図１４には、アルミニウム合金板４２にき裂が進展した場合の応力Ｓと疲労寿命Ｎｃとの関係が示されている。図中の縦軸は応力Ｓ、横軸は繰返し回数Ｎｃであり、それぞれ対数軸で表されている。応力Ｓ（荷重）が小さくなるにつれて、所定のき裂長さａ１に達するまでの繰返し回数Ｎｃが増加する。
【００４２】
このように、本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、かしめ力により接合された接合体４０に発生する応力集中や残留応力の影響を考慮したき裂の発生とその進展を計算して疲労寿命を予測することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、金属間のかしめ力により接合された機械的接合部の疲労寿命予測をすることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、疲労強度試験のような実験を援用して疲労寿命予測を行う必要がないため、作業工数の増加及びこれに係るコストの増加を抑制又は防止することができる。また、き裂の発生を計算せずに微小き裂を仮定して疲労寿命を予測する場合において、複数のき裂発生部位が想定されるときは、どの部位からのき裂が最終的な破壊形態となるか予測できない。このため、全ての部位をき裂発生部位として仮定した疲労寿命予測を行う必要があり、作業工数の増加及びこれに係るコストの増加を招く。これに対して、本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、き裂の発生及びその進展を連続的に計算して予測することができるため、作業工数の増加及びこれに係るコストの増加を抑制又は防止をすることができる。
【００４５】
（第１変形例）
次に、図１５から図１７を用いて、本実施形態の第１変形例について説明する。なお、前述した本実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００４６】
図１５には、かしめ力により機械的接合されたアルミニウム合金板６２と鋼板６４の接合体６０が示されている。略板状の鋼板６４の上面６４Ａに、鋼板６４の長手方向に沿って鋼板６４よりも厚い板厚で形成され、鋼板６４よりも高いせん断強度を有するアルミニウム合金板６２が接合されている。アルミニウム合金板６２は、その上面６２Ａの短手方向の略中央部に打ち込まれた鋼製のセルフピアシングリベット４８により鋼板６４に接合されている。
【００４７】
図１５及び図１６には、接合体６０の鋼板６４側にき裂が進展した場合のき裂進展の計算例が示されている。セルフピアシングリベット４８と鋼板６４との接触部分を起点として、略半楕円形状のき裂が鋼板６４の短手方向（幅方向）外側へ向けて進展する。
【００４８】
図１６の拡大断面図には、一定間隔の荷重の繰返し回数Ｎ毎にき裂の先端位置を表示するビーチマークＢ１が図示されている。荷重の繰返し回数Ｎが増加するにつれて、き裂が進展する長さが増加し、き裂進展速度が速くなっている。とりわけ、き裂の先端が鋼板６４の上面６４Ａにまで到達し、上面６４Ａにき裂が生じるようになることにより急激にき裂進展速度が速くなっている。
【００４９】
図１７には、鋼板６４にき裂が進展した場合の応力Ｓと疲労寿命Ｎｃとの関係が示されている。図中の縦軸は応力Ｓ、横軸は繰返し回数Ｎｃであり、それぞれ対数軸で表されている。応力Ｓ（荷重）が小さくなるにつれて、所定のき裂長さａ１に達するまでの繰返し回数Ｎｃが増加する。
【００５０】
本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、かしめ力により接合された接合体６０に発生する応力集中や残留応力の影響を考慮したき裂の発生とその進展を計算して疲労寿命を予測することができる。また、接合体６０に発生する応力集中や残留応力の計算から疲労寿命の予測までを連続的に計算により行うことができるため、板厚等の寸法の変更や形状の変更が疲労寿命に及ぼす影響を簡便に計算することができる。
【００５１】
（第２変形例）
次に、図１８及び図１９を用いて、本実施形態の第２変形例について説明する。なお、前述した本実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図１８には、かしめ力により機械的接合されたアルミニウム合金板４２と鋼板４４の接合体８０が示されている。略板状の鋼板４４の上面４４Ａに、鋼板４４の長手方向に沿って鋼板４４よりも厚い板厚を有するアルミニウム合金板４２が接合されている。アルミニウム合金板４２は、その上面４２Ａの短手方向の略中央部に打ち込まれた鋼製のセルフピアシングリベット８２により鋼板４４に接合されている。セルフピアシングリベット８２の軸部８２Ａは、アルミニウム合金板４２を貫通すると共にその先端部８２Ａ１が鋼板４４の上面４４Ａに溶接により接合されている。また、セルフピアシングリベット８２の頭部８２Ｂの外周に沿って形成された爪部８２Ｃは、アルミニウム合金板４２の上面４２Ａに食い込んでいる。このため、接合体８０に荷重が負荷された場合に、かしめ力により応力集中や大きな残留応力が発生する部位Ｒと溶接により大きな溶接残留応力が発生する部位Ｗの２箇所からき裂が発生する可能性がある。
【００５３】
本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、図１９に示されるように、部位Ｒからき裂が発生した場合の応力Ｓと疲労寿命Ｎｃとの関係ＦＲと部位Ｗからき裂が発生した場合の応力Ｓと疲労寿命Ｎｃとの関係ＦＷをそれぞれ計算により算出することができる。図中の縦軸は応力Ｓ、横軸は繰返し回数Ｎｃあり、それぞれ対数軸で表されている。これにより、かしめ力により応力集中や大きな残留応力の影響と溶接残留応力による影響の両方を安全側に考慮した応力Ｓと繰返し回数Ｎｃの関係（図１９中実線部分）を算出することができ、合理的に疲労寿命を予測することができる。
【００５４】
本実施形態に係る機械的接合部の疲労寿命予測方法によれば、かしめ力により接合された接合体８０に発生する応力集中や残留応力の影響や溶接残留応力の影響を考慮したき裂の発生とその進展を計算して疲労寿命を予測することができる。また、接合体８０にかしめ力により応力集中や大きな残留応力が発生する部位Ｒと溶接により大きな溶接残留応力が発生する部位Ｗが存在する場合であっても、連続的に計算することにより疲労寿命を予測することができる。
【００５５】
なお、ここでは、接合体４０、６０、８０は、アルミニウム合金板４２、６２と鋼板４４、６４が接合されているとして説明したが、これに限らず、例えば、アルミニウム合金板４２同士の接合体の様にアルミニウム合金板４２、６２と鋼板４４、６４以外の金属部材が接合された接合体に対して本発明に係る疲労寿命予測方法が適用されてもよい。
【００５６】
また、本実施形態においてＣＰＵ１２がプログラムを読み込んで実行した処理を、ＣＰＵ１２以外の各種のプロセッサにより実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）、及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、各処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）により実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
【００５７】
さらに、本実施形態では、有限要素解析プログラム、疲労き裂進展解析プログラム及び疲労寿命算出プログラムがＲＯＭ１４またはストレージ１８に予め格納（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
４２   アルミニウム合金板（金属部材）
４４   鋼板（金属部材）
６２   アルミニウム合金板（金属部材）
６４   鋼板（金属部材）
１１０ 第１ステップ
１２０ 第２ステップ
１３０ 第３ステップ
１４０ 第４ステップ
１５０ 第５ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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