(57)【要約】【課題】  変動振幅荷重が作用する溶接構造物の疲労寿命を比較的簡便に且つ高精度に算定できるようにする。【解決手段】  シェルモデルによる有限要素解析を行い、ロンジフェイス２１の疲労寿命評価部２３における一様応力成分と曲げ応力成分を求める。溶接継手形式に対応する応力分布をデータベースから抽出し、その応力分布に、一様応力成分及び曲げ応力成分と、部材と溶接ビードの形状パラメータとを入力し、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布を算定する。溶接継手形式及び溶接止端処理条件に対応する残留応力分布をデータベースから抽出し、その残留応力分布に、部材と溶接ビードの形状パラメータ、材料物性、及び溶接条件を入力し、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の残留応力分布を算定する。ロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布と残留応力分布を用いて、疲労寿命評価部２３の疲労き裂伝播寿命を算定する。【選択図】  図１
2010156668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接構造物の疲労寿命推定装置において、
シェルモデルを用いた有限要素解析により前記溶接構造物の規格化された外力に対する各部の応力を解析する応力解析手段と、
前記応力解析手段により解析された応力であって、前記溶接構造物の疲労き裂発生を想定する溶接部の応力を基に、疲労き裂進展を想定する板厚断面の応力分布を、局所的応力集中の影響を考慮して算定する板厚内応力分布評価手段と、
前記疲労き裂進展を想定する板厚断面の残留応力分布を算定する板厚内残留応力分布評価手段と、
前記溶接構造物に繰り返し作用する荷重の履歴に関する荷重履歴データと、前記板厚内応力分布評価手段により算定された板厚断面の応力分布と、前記板厚内残留応力分布評価手段により算定された板厚断面の残留応力分布とを用いて、前記溶接部に定義された１つまたは複数の表面き裂の開閉口挙動と、その表面き裂の先端近傍の繰り返し塑性変形挙動とを解析し、前記溶接部に定義された表面き裂の進展と合体をシミュレートすることで疲労き裂伝播寿命を算定する疲労き裂進展解析手段とを備えることを特徴とする溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項２】
前記表面き裂の個数、位置、及び寸法の初期値を、前記疲労き裂発生を想定する溶接部の溶接継手形式、溶接止端仕上げ条件、及び前記溶接構造物の部材と溶接ビードの形状パラメータに応じて自動設定する初期き裂設定手段を備え、
前記疲労き裂進展解析手段は、前記初期き裂設定手段により自動設定された、前記表面き裂の個数、位置、及び寸法の初期値を更に用いて、疲労き裂伝播寿命を算定することを特徴とする請求項１に記載の溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項３】
前記板厚内応力分布評価手段は、溶接継手形式に応じた板厚断面の応力分布であって、前記溶接部の応力と、前記溶接構造物の部材と溶接ビードの形状パラメータの関数である板厚断面の応力分布のデータベースを備えており、
前記溶接継手形式と、前記溶接構造物の部材と溶接ビードの形状パラメータとを入力データとして入力し、入力した溶接継手形式に対応する板厚断面の応力分布を前記データベースから抽出し、その板厚断面の応力分布に、前記応力解析手段により解析された前記溶接部の応力と、入力した前記溶接構造物の部材と溶接ビードの形状パラメータとを入力して、前記板厚断面の応力分布を算定することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項４】
前記板厚内残留応力分布評価手段は、溶接継手形式と溶接止端仕上げ条件の組み合わせに応じた板厚断面の残留応力分布であって、前記溶接構造物の部材と溶接ビードの形状パラメータ、前記溶接構造物の材料物性、及び溶接条件の関数である板厚断面の残留応力分布のデータベースを備えており、
前記溶接部の溶接継手形式、溶接止端仕上げ条件、前記溶接構造物の部材と溶接ビードの形状パラメータ、前記溶接構造物の材料物性、及び溶接条件を入力データとして入力し、入力した溶接継手形式と溶接止端仕上げ条件の組み合わせに対応する板厚断面の残留応力分布を前記データベースから抽出し、その板厚断面の残留応力分布に、入力した前記溶接構造物の部材と溶接ビードの形状パラメータ、前記溶接構造物の材料物性、及び溶接条件を入力して、前記板厚断面の残留応力分布を算定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項５】
前記疲労き裂進展解析手段は、
前記表面き裂の個数、位置、及び寸法の初期値を設定する初期値設定手段と、
前記荷重履歴データにおけるＮ（Ｎは自然数）番目の荷重サイクル中での最大荷重と最小荷重にそれぞれ対応した前記板厚断面の応力分布を、前記応力解析手段により解析された前記溶接部の応力を基に算定する応力分布算定手段と、
前記応力分布算定手段により算定された板厚断面の応力分布が作用するときの各表面き裂の表面部と最深部の応力拡大係数を算定する応力拡大係数算定手段と、
前記応力拡大係数算定手段により算定された各表面き裂の表面部と最深部の応力拡大係数に基づき、前記表面き裂のそれぞれについて、最深部と表面部でき裂が開口する瞬間の荷重を表すき裂開口荷重を算定し、このき裂開口荷重から最大荷重に達するまでの荷重変動幅に対応する応力拡大係数の範囲を算定する応力拡大係数範囲算定手段と、
前記応力拡大係数範囲算定手段により算定された応力拡大係数の範囲と、疲労き裂進展速度との関係から、各き裂の最深部と表面部での疲労き裂進展速度を算定する疲労き裂進展速度算定手段と、
前記疲労き裂進展速度算定手段により算定された疲労き裂進展速度に基づき、荷重繰り返し数増分ΔＮに相当する分だけ各き裂を深さ方向及び幅方向に延長するき裂延長手段と、
複数の前記表面き裂が存在している場合には、隣接するき裂が合体するか否かを判定し、合体する場合には、表面き裂の個数、位置、及び寸法を再定義するき裂再定義手段と、
前記疲労き裂伝播寿命に関する解析終了の条件を満たしているか否かを判定する解析終了判定手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項６】
前記応力拡大係数算定手段は、
疲労き裂進展を想定する前記板厚断面を板厚方向に所定の分割数に分割し、前記応力分布算定手段により算定された前記板厚断面の各分割位置で板幅方向に不均一な応力分布を、同位置での表面き裂の幅で平均化することにより、板幅方向に均一な応力分布に変換して取り扱うことで、前記表面き裂の表面部と最深部の応力拡大係数を算定することを特徴とする請求項５に記載の溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項７】
前記き裂開口荷重から最大荷重に達するまでの荷重変動幅に対応する応力拡大係数の範囲に代えて、前記応力拡大係数範囲算定手段は、前記表面き裂のそれぞれについて、最深部と表面部のき裂の先端で塑性変形を開始する瞬間の荷重を表すＲＰＧ荷重を算定し、前記ＲＰＧ荷重から最大荷重に達するまでの荷重変動幅に対応する応力拡大係数の範囲を算定することを特徴とする請求項５又は６に記載の溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項８】
前記疲労き裂進展解析手段は、過去の繰り返し荷重によって形成された表面き裂の先端近傍の塑性域とき裂面の残留塑性域とを弾塑性体の棒要素を用いて表現することで、表面き裂の開閉口挙動と、その表面き裂の先端近傍の繰り返し塑性変形挙動とを解析することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項９】
前記疲労き裂進展解析手段は、複数の表面き裂が存在する場合には、それぞれの表面き裂の相互影響を考慮して疲労き裂伝播寿命を算定することを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【請求項１０】
溶接構造物の疲労寿命推定方法において、
シェルモデルを用いた有限要素解析により前記溶接構造物の規格化された外力に対する各部の応力を解析する応力解析ステップと、
前記応力解析ステップにより解析された応力であって、前記溶接構造物の疲労き裂発生を想定する溶接部の応力を基に、疲労き裂進展を想定する板厚断面の応力分布を、局所的応力集中の影響を考慮して算定する板厚内応力分布評価ステップと、
前記疲労き裂進展を想定する板厚断面の残留応力分布を算定する板厚内残留応力分布評価ステップと、
前記溶接構造物に繰り返し作用する荷重の履歴に関する荷重履歴データと、前記板厚内応力分布評価ステップにより算定された板厚断面の応力分布と、前記板厚内残留応力分布評価ステップにより算定された板厚断面の残留応力分布とを用いて、前記溶接部に定義された１つまたは複数の表面き裂の開閉口挙動と、き裂先端近傍の繰り返し塑性変形挙動とを解析し、前記溶接部に定義された表面き裂の進展と合体をシミュレートすることで疲労き裂伝播寿命を算定する疲労き裂進展解析ステップとを備えることを特徴とする溶接構造物の疲労寿命推定方法。
【請求項１１】
溶接構造物の疲労寿命推定をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、
シェルモデルを用いた有限要素解析により前記溶接構造物の規格化された外力に対する各部の応力を解析する応力解析ステップと、
前記応力解析ステップにより解析された応力であって、前記溶接構造物の疲労き裂発生を想定する溶接部の応力を基に、疲労き裂進展を想定する板厚断面の応力分布を、局所的応力集中の影響を考慮して算定する板厚内応力分布評価ステップと、
前記疲労き裂進展を想定する板厚断面の残留応力分布を算定する板厚内残留応力分布評価ステップと、
前記溶接構造物に繰り返し作用する荷重の履歴に関する荷重履歴データと、前記板厚内応力分布評価ステップにより算定された板厚断面の応力分布と、前記板厚内残留応力分布評価ステップにより算定された板厚断面の残留応力分布とを用いて、前記溶接部に定義された１つまたは複数の表面き裂の開閉口挙動と、き裂先端近傍の繰り返し塑性変形挙動とを解析し、前記溶接部に定義された表面き裂の進展と合体をシミュレートすることで疲労き裂伝播寿命を算定する疲労き裂進展解析ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
シェルモデルを用いた有限要素解析により溶接構造物の溶接部に生じる応力を解析する応力解析手段と、
前記応力解析手段により解析された溶接部に生じる応力を用いて、前記溶接部の応力分布を算定する板厚内応力分布評価手段と、
前記溶接構造物に繰り返し作用する荷重の履歴に関する荷重履歴データと、前記板厚内応力分布評価手段により算定された溶接部の応力分布と、前記溶接部の属性に基づく前記溶接部の残留応力分布とを用いて、前記溶接部に定義されたき裂の進展を解析する疲労き裂進展解析手段とを備えることを特徴とする溶接構造物の疲労寿命推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接構造物の疲労寿命推定装置、溶接構造物の疲労寿命推定方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、変動振幅荷重が作用する溶接構造物の疲労寿命を算定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
変動振幅荷重を受ける溶接構造物の疲労寿命推定法には、
Ａ）  Ｓ−Ｎ線図と累積被害則（修正マイナー則）による手法、
Ｂ）  疲労き裂進展解析による手法
の２種類がある。
Ａ）の手法では、予め種々の溶接継手について疲労試験を実施することで、繰り返し応力範囲（Δσ）と破断までの繰り返し数（Ｎ）との関係（Ｓ−Ｎ線図）を入手しておき、ある期間内に溶接構造物に作用する応力範囲の頻度分布から、下記の（１）式に示す修正マイナー則によってその期間における溶接構造物の疲労被害度Ｄを計算する。
【０００３】
【数１】
2010156668.tif 000003
【０００４】
ここで、ｎiはある応力範囲Δσiの頻度であり、ＮiはＳ−Ｎ線図より求められる応力範囲Δσiに対応する疲労寿命である。通常は、疲労被害度Ｄ＝１となった時点で部材が破断すると仮定して、溶接構造物の疲労寿命を計算する。
溶接構造物の疲労寿命は、構造の不連続性または溶接部の局所形状に起因する応力集中、板厚効果、残留応力、荷重順序等の影響を多大に受けるため、溶接構造物の疲労寿命を高精度に推定するためには、これらの影響を適切に考慮する必要がある。
非特許文献１では、有限要素解析を用いて溶接部の構造的応力集中を評価する際に、応力集中部近傍の要素サイズの影響を受けにくく、さらに板厚効果の影響も考慮できる方法を提案しており、最近注目を集めている。
【０００５】
また、特許文献１では、溶接部の局所的応力集中の影響を考慮して溶接構造物の疲労寿命を簡便に推定するために、溶接ビードの局所形状に応じた応力集中係数のデータベースを予め準備しておき、有限要素解析によって算定される疲労照査部の応力をこの応力集中係数によって補正してＳ−Ｎ線図に適用することを提案している。
しかしながら、これらの手法は、何れもＳ−Ｎ線図という極めて単純な工学的経験則に基づいたものであるため、溶接部の局所的応力集中や残留応力に起因する板厚内の複雑な応力分布の影響まで考慮することは困難である。また、ピーニング等による残留応力分布の変化を評価した手法は未だ確立されていない。さらに、これらの手法における累積被害則は荷重順序の影響に伴う疲労き裂進展の加速遅延現象を完全に無視しており、正確な疲労寿命推定は不可能である。
【０００６】
一方、Ｂ）の手法は、き裂先端において計算される破壊力学パラメータと疲労き裂進展速度との関係を用いて疲労き裂進展のシミュレーションを行うものであり、一般に手法Ａ）よりも高精度に、溶接構造物の疲労寿命を推定できる。このような疲労き裂進展解析方法および装置は、例えば特許文献２、３に開示されている。
【０００７】
図１３は、疲労き裂進展解析における一般的な処理を説明するフローチャートを示す。このような疲労き裂進展解析における課題は下記の通りである。
ステップＳ１では、図１４に示すように、幅Ｗ、厚みｔの平板１２０１の表面に一つまたは複数のき裂１２０２（図１４では３つのき裂１２０２ａ〜１２０２ｃ）を仮定し、その個数、位置、寸法の初期値を設定する。図１４では、き裂１２０２ａ〜１２０２ｃの縦方向の断面の形状は半楕円型であり、き裂１２０２ａ〜１２０２ｃの深さがｂ0（１）〜ｂ0（３）、表面の直径（幅）が２ａ0（１）〜２ａ0（３）、表面の中心位置がｙ0（１）〜ｙ0（３）である場合を示している。
ステップＳ１において、使用中の構造で発見された疲労き裂の余寿命の推定を行う場合には、その疲労き裂の実測値を初期値として設定すればよい。一方、未損傷の構造の疲労き裂の寿命の推定を行う場合には、溶接継手の形式や溶接止端処理条件等に応じて初期き裂を設定するべきであると考えられるが、現在のところ体系的なき裂の初期値の設定法は確立されていない。
【０００８】
次に、ステップＳ２では、き裂１２０２の表面部１２０３、１２０４の応力拡大係数と最深部１２０５の応力拡大係数とをそれぞれ算定する。この算定には、非特許文献２や各種規格等に記載されている応力拡大係数計算式（Ｋ値近似式）等を用いるのが最も簡便である。しかしながら、応力集中の影響を正確に評価して応力拡大係数を算定するためには、溶接部の局所的応力集中を考慮した板厚断面の応力分布を高精度に求めておく必要がある。この板厚断面の応力分布を求めるためにはソリッドモデルによる有限要素解析を利用することが考えられるが、溶接部の局所形状を正確にモデル化するためには多大な手間がかかるため、実用的ではない。また、特許文献４のように、き裂を直接有限要素モデル化して応力拡大係数を算定することも考えられるが、同様にモデル化の困難さから実用性は低いといえる。
【０００９】
次に、ステップＳ３では、き裂１２０２の表面部１２０３、１２０４と最深部１２０５とのそれぞれについて、疲労き裂進展に寄与する荷重範囲に対応する応力拡大係数範囲、すなわち有効応力拡大係数範囲を算定する。この有効応力拡大係数範囲には、き裂１２０２が開口してから最大荷重に至るまでの荷重範囲（図１５の荷重範囲ΔＰOP）に対応する応力拡大係数範囲ΔＫOPを用いることが一般的であるが、最近では、き裂１２０２の先端で塑性変形を開始してから最大荷重に至るまでの荷重範囲（図１５の荷重範囲ΔＰRPG）に対応する応力拡大係数範囲ΔＫRPGの方がより適切であるとされている。有効応力拡大係数の算定には様々な方法が考案されており、最も簡単な方法は実験近似式を適用することである。応力比や残留応力の影響については、実験近似式によりある程度対応できると考えられるが、荷重順序の影響を正確に考慮できる実験近似式は存在していない。非特許文献３では、Dugdaleモデルを応用した疲労き裂開閉口モデルを用いて、過去の繰り返し荷重によって形成されたき裂面の残留塑性域の厚さを計算し、き裂開閉口挙動を正確にシミュレートすることで、荷重順序の影響を考慮した有効応力拡大係数範囲を計算する手法を提案している。ただし、非特許文献３では、単一の表面き裂の取り扱い方法しか示されておらず、疲労き裂開閉口モデルを適用して複数の表面き裂１２０２ａ〜１２０２ｃの進展と合体をシミュレートする方法は未だ確立されていない。
【００１０】
その後、ステップＳ４において、有効範囲応力係数範囲と疲労き裂進展速度との関係を示す計算式と、ステップＳ３で得られた有効応力拡大係数範囲とに基づき、疲労き裂進展速度を算定し、ステップＳ５において、算定した疲労き裂進展速度に基づき、き裂１２０２を進展させる。そして、ステップＳ６において、複数のき裂１２０２が合体したか否かを判定し、合体していない場合には、ステップＳ８において、解析終了条件を満たしているか否かを判定し、満たしていない場合には、満たすまでステップＳ２〜Ｓ８を繰り返し行う。そして、解析終了条件を満たすと、図１３のフローチャートによる処理を終了する。また、ステップＳ６において、複数のき裂１２０２が合体した場合には、ステップＳ７において、き裂１２０２を再設定した後、ステップＳ８に進み、解析終了条件を満たしているか否かを判定する。表面き裂の合体時の再設定法は、例えば日本溶接協会のWES2805に記述されているが、疲労き裂開閉口モデルを適用する場合には、表面き裂の合体後の残留塑性域の厚さを再設定する必要があり、この方法は確立されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１４９０９１号公報
【特許文献２】特開２００６−０６４６５２号公報
【特許文献３】特開２００６−１０５６７３号公報
【特許文献４】特開２００３−３０２３３１号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】P.Dong，A structural stress definition and numerical implementation for fatigue analysis of welded joints，International Journal of Fatigue，23，（2001），pp.865−876.
【非特許文献２】H.Tada，P.C.Paris，G.R.Irwin，The stress analysis of cracks handbook，Professional Engineering Publishing,（2000）
【非特許文献３】豊貞，丹羽，鋼構造物の疲労寿命予測，共立出版株式会社，（2001）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記の通り、疲労き裂進展解析による疲労寿命推定法は、き裂の初期値の設定、応力拡大係数の算定、有効応力拡大係数範囲の算定、複数表面き裂の取り扱いにおいて課題を抱えている。
本発明は、これらの課題を解決し、変動振幅荷重が作用する溶接構造物の疲労寿命を比較的簡便に且つ高精度に算定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の疲労寿命推定装置は、溶接構造物の疲労寿命推定装置において、シェルモデルを用いた有限要素解析により前記溶接構造物の規格化された外力に対する各部の応力を解析する応力解析手段と、前記応力解析手段により解析された応力であって、前記溶接構造物の疲労き裂発生を想定する溶接部の応力を基に、疲労き裂進展を想定する板厚断面の応力分布を、局所的応力集中の影響を考慮して算定する板厚内応力分布評価手段と、前記疲労き裂進展を想定する板厚断面の残留応力分布を算定する板厚内残留応力分布評価手段と、前記溶接構造物に繰り返し作用する荷重の履歴に関する荷重履歴データと、前記板厚内応力分布評価手段により算定された板厚断面の応力分布と、前記板厚内残留応力分布評価手段により算定された板厚断面の残留応力分布とを用いて、前記溶接部に定義された１つまたは複数のき裂の開閉口挙動と、そのき裂の先端近傍の繰り返し塑性変形挙動とを解析し、前記溶接部に定義されたき裂の進展と合体をシミュレートすることで疲労き裂伝播寿命を算定する疲労き裂進展解析手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明の他の特徴とするところは、シェルモデルを用いた有限要素解析により溶接構造物の溶接部に生じる応力を解析する応力解析手段と、前記応力解析手段により解析された溶接部に生じる応力を用いて、前記溶接部の応力分布を算定する板厚内応力分布評価手段と、前記溶接構造物に繰り返し作用する荷重の履歴に関する荷重履歴データと、前記板厚内応力分布評価手段により算定された溶接部の応力分布と、前記溶接部の属性に基づく前記溶接部の残留応力分布とを用いて、前記溶接部に定義されたき裂の進展を解析する疲労き裂進展解析手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の疲労寿命推定方法は、溶接構造物の疲労寿命推定方法において、シェルモデルを用いた有限要素解析により前記溶接構造物の規格化された外力に対する各部の応力を解析する応力解析ステップと、前記応力解析ステップにより解析された応力であって、前記溶接構造物の疲労き裂発生を想定する溶接部の応力を基に、疲労き裂進展を想定する板厚断面の応力分布を、局所的応力集中の影響を考慮して算定する板厚内応力分布評価ステップと、前記疲労き裂進展を想定する板厚断面の残留応力分布を算定する板厚内残留応力分布評価ステップと、前記溶接構造物に繰り返し作用する荷重の履歴に関する荷重履歴データと、前記板厚内応力分布評価ステップにより算定された板厚断面の応力分布と、前記板厚内残留応力分布評価ステップにより算定された板厚断面の残留応力分布とを用いて、前記溶接部に定義された１つまたは複数の表面き裂の開閉口挙動と、き裂先端近傍の繰り返し塑性変形挙動とを解析し、前記溶接部に定義されたき裂の進展と合体をシミュレートすることで疲労き裂伝播寿命を算定する疲労き裂進展解析ステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明のコンピュータプログラムは、溶接構造物の疲労寿命推定をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、シェルモデルを用いた有限要素解析により前記溶接構造物の規格化された外力に対する各部の応力を解析する応力解析ステップと、前記応力解析ステップにより解析された応力であって、前記溶接構造物の疲労き裂発生を想定する溶接部の応力を基に、疲労き裂進展を想定する板厚断面の応力分布を、局所的応力集中の影響を考慮して算定する板厚内応力分布評価ステップと、前記疲労き裂進展を想定する板厚断面の残留応力分布を算定する板厚内残留応力分布評価ステップと、前記溶接構造物に繰り返し作用する荷重の履歴に関する荷重履歴データと、前記板厚内応力分布評価ステップにより算定された板厚断面の応力分布と、前記板厚内残留応力分布評価ステップにより算定された板厚断面の残留応力分布とを用いて、前記溶接部に定義された１つまたは複数の表面き裂の開閉口挙動と、き裂先端近傍の繰り返し塑性変形挙動とを解析し、前記溶接部に定義されたき裂の進展と合体をシミュレートすることで疲労き裂伝播寿命を算定する疲労き裂進展解析ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、荷重履歴データを準備することができれば、シェルモデルによる有限要素解析を行って、簡便かつ高精度に変動振幅荷重を受ける溶接構造物の疲労寿命を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、疲労寿命推定装置の機能構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、疲労寿命推定装置により疲労の寿命が推定される船体構造の部分モデルの一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示し、シェルモデルによる有限要素解析から得られる、ロンジフェイスの板厚方向応力分布の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示し、ロンジフェイスの板厚断面における実際の応力分布の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示し、部材と溶接ビードの形状パラメータの一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を示し、荷重履歴データの一例を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態を示し、板厚断面を板厚方向に所定の分割数で分割し、ある分割位置での応力分布を平均化する方法の一例を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を示し、有効応力拡大係数範囲ΔＫOPと疲労き裂進展速度との関係の一例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態を示し、有効応力拡大係数範囲ΔＫRPGと疲労き裂進展速度との関係の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態を示し、き裂を左右幅方向と深さ方向に進展させ、き裂の寸法と位置を再定義する様子の一例を概念的に示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態を示し、互いに接触したき裂を合体させ、き裂の個数、位置及び寸法を再定義する様子の一例を概念的に示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態を示し、疲労寿命推定装置の機能構成の一例を示す図である。
【図１３】疲労き裂進展解析における一般的な処理を説明するフローチャートを示す図である。
【図１４】き裂の個数、位置及び寸法の初期値を定義する様子を概念的に示す図である。
【図１５】荷重１サイクル中のき裂開口荷重とＲＰＧ荷重の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、疲労寿命推定装置１０の機能構成の一例を示す図である。図２は、この疲労寿命推定装置１０により疲労の寿命が推定される船体構造の部分モデルの一例を示す図である。図２に示すモデルは、タンカーの縦横部材の交差部を２トランススペース×３ロンジスペースの範囲についてモデル化したものである。そして、本実施形態では、ロンジのフェイス２１ａ〜２１ｃ（以下の説明ではロンジフェイス２１ａ〜２１ｃと称す）とウェブスチフナ２２ａ〜２２ｃとの交差部を疲労寿命評価部２３ａ〜２３ｃとする。
【００２０】
図１において、疲労寿命推定装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータを用いることにより実現される。
応力解析手段１１は、インプットデータとしてシェル要素を用いた有限要素モデルを入力し、この有限要素モデルを使って、疲労寿命評価部２３の応力を解析する。このとき、有限要素モデルに適用する外力荷重は、実際に作用する大きさの荷重ではなく、大きさを規格化した荷重Ｐsを適用する。図３は、シェルモデルによる有限要素解析から得られる、ロンジフェイス２１の疲労寿命評価部２３における板厚方向応力分布の一例を示す図である。図３に示すように、シェルモデルによる有限要素解析では、部材の表面の応力σ表面と裏面の応力σ裏面とが得られる。ここで、シェルモデルによる有限要素解析により得られたロンジフェイス２１の疲労寿命評価部２３における部材表裏面の応力を用いて、板厚方向の応力分布を線形近似することで、ロンジフェイス２１の疲労寿命評価部２３における一様応力成分σmと曲げ応力成分σbとが算定される。
【００２１】
図４は、ロンジフェイス２１の板厚断面における実際の応力分布の一例を示す図である。尚、図４は、図２に示した領域Ａの部分を示している。
図４に示すように、ロンジフェイス２１ｂの板厚断面４１の実際の応力分布σx（ｙ，ｚ）は、溶接止端部の局所的な応力集中の影響により、板厚方向と幅方向に非線形な分布となる。図１に示す板厚内応力分布評価手段１２は、応力解析手段１１の解析結果を基にして、このような板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）を算定する。この算定に際し、板厚内応力分布評価手段１２は、インプットデータ（疲労寿命評価部２３の属性）として、溶接継手形式の情報と、部材と溶接ビードの形状パラメータ（図４に示す例では、ウェブスチフナ２２及びロンジフェイス２１ｂと溶接ビート４２の形状パラメータ）とを入力する。
【００２２】
板厚内応力分布評価手段１２には、板厚断面の応力分布と、種々の溶接継手形式（例えば、隅肉継手、面外ガセット継手、突合せ継手等）とが互いに対応付けられて登録されたデータベースが予め準備されている。板厚内応力分布評価手段１２は、このデータベースと、応力解析手段１１の解析結果と、インプットデータとを用いて、板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）を算定する。具体的に説明すると、データベースに登録されている応力分布は、ロンジフェイス２１の疲労寿命評価部２３における一様応力成分σm及び曲げ応力成分σbと、部材と溶接ビードの形状パラメータとの関数となっている。板厚内応力分布評価手段１２は、インプットデータである溶接継手形式に対応する応力分布をデータベースから抽出し、抽出した応力分布に、応力解析手段１１の解析結果である"一様応力成分σm及び曲げ応力成分σb"とインプットデータである部材と溶接ビードの形状パラメータとを入力することでロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）を自動的に算定する。
【００２３】
図５は、部材と溶接ビードの形状パラメータの一例を示す図である。部材と溶接ビードの形状パラメータは、溶接継手形式に応じて定義が異なる。本実施形態の場合、溶接継手形式は、面外ガセット継手に分類できる。このため、図５に示すように、ロンジフェイス２１の形状を示すパラメータｔ、Ｗと、ウェブスチフナ２２の形状を示すパラメータｔp、Ｗp、Ｌと、溶接ビート４２の形状を示すパラメータｈ、ｈp、ｈf、ρの９つのパラメータが、部材と溶接ビードの形状パラメータとして板厚内応力分布評価手段１２に入力される。
以上のようにして板厚内応力分布評価手段１２がロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）を算定することにより、手間のかかるソリッドモデルによる有限要素解析を行うことなく、溶接部の局所的応力集中を考慮して、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）を得ることができる。
【００２４】
次に、板厚内残留応力分布評価手段１３には、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）を算定する。板厚内残留応力分布評価手段１３は、インプットデータ（疲労寿命評価部２３の属性）として、溶接継手形式の情報、溶接止端処理条件の情報、部材と溶接ビードの形状パラメータ、部材の材料物性データ、及び溶接条件の情報を入力する。
残留応力分布は、ピーニング等の溶接止端処理によっても変化する。このため、板厚内残留応力分布評価手段１３には、板厚断面の残留応力分布と、溶接継手形式と、溶接止端処理条件とが互いに対応付けられて登録されたデータベースが予め準備されている。このデータベースに登録されている板厚断面残留応力分布は、部材と溶接ビードの形状パラメータ、材料物性、及び溶接条件の関数となっている。板厚内応力分布評価手段１２は、インプットデータである溶接継手形式及び溶接止端処理条件に対応する板厚断面の残留応力分布をデータベースから抽出し、抽出した板厚断面の残留応力分布に、インプットデータである"部材と溶接ビードの形状パラメータ、材料物性、及び溶接条件"を入力することで、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）を自動的に算定する。通常は、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）の算定のために、複雑な熱弾塑性有限要素解析を行う必要があるが、本実施形態では、以上のようにして板厚内残留応力分布評価手段１３が板厚断面４１の残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）を算定することにより、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）を極めて簡便に求めることができる。
【００２５】
次に、疲労き裂進展解析手段１４は、以上のようにして算定されたロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）と残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）とを用いて、疲労き裂進展解析を実施し、疲労寿命評価部２３の疲労き裂伝播寿命を算定する。疲労き裂進展解析手段１４は、インプットデータとして、疲労寿命評価部２３における初期き裂の個数、位置及び寸法の情報と、部材の形状パラメータと、部材の材料物性データと、荷重履歴データとを入力する。
【００２６】
図６は、荷重履歴データの一例を説明する図である。
図６に示すように、荷重履歴データは、応力解析手段１１が有限要素を解析する際に適用した"大きさが規格化された外力荷重Ｐs"に対する最大荷重Ｐmax（ｉ）と最小荷重Ｐmin（ｉ）の荷重倍率の履歴を示すものである。最大荷重Ｐmax（ｉ）と最小荷重Ｐmin（ｉ）は、夫々ｉ（ｉは自然数）サイクル目の最大荷重、最小荷重を表している。このように荷重履歴データは、荷重順序の情報を含んでいる。
【００２７】
疲労き裂進展解析手段１４は、以下の手順で、疲労寿命評価部２３の疲労き裂伝播寿命を算定する。
１）  初期き裂の設定
疲労き裂進展解析手段１４は、図１４に示したように、例えば、疲労寿命評価部２３となる平板１２０１（例えばロンジフェイス２１）の表面に一つまたは複数の半楕円型のき裂１２０２を仮定し、その個数、位置、寸法の初期値をインプットデータとして入力する。ここでは、き裂１２０２の個数をｎ0、ｉ番目のき裂１２０２の表面の中心位置の座標値をｙ0（ｉ）、ｉ番目のき裂１２０２の幅を２ａ0（ｉ）、ｉ番目のき裂１２０２の深さをｂ0（ｉ）とする。
【００２８】
２）  最大荷重と最小荷重に対応した板厚断面応力分布の算定
疲労き裂進展解析手段１４は、インプットデータとして入力した荷重履歴データと、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）と、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）とを基に、考慮する荷重サイクル（ここではｊサイクル目とする）中での最大荷重と最小荷重に対応する"ロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σmax（ｙ，ｚ）、σmin（ｙ，ｚ）"を、夫々下記の（２）式、（３）式により算定する。
【００２９】
【数２】
2010156668.tif 000004
【００３０】
３）  応力拡大係数の算定
疲労き裂進展解析手段１４は、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σmax（ｙ，ｚ）、σmin（ｙ，ｚ）が夫々作用するときの各き裂１２０２の表面部１２０３、１２０４と最深部１２０５の応力拡大係数を算定する。ロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σmax（ｙ，ｚ）、σmin（ｙ，ｚ）は、溶接部の局所的応力集中及び残留応力の影響を考慮したものとなっているため、実際の構造に近い可及的に正確な応力拡大係数が算定される。これらの応力拡大係数の算定には、ＡＰＩ  ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＥＤ  ＰＲＡＣＴＩＣＥ  ５７９等に記載されている重み関数法等を適用すればよい。ただし、これらの方法はｙ方向（板幅方向）の応力分布が均一な場合のみしか適用できない。そこで、例えば図４のσx（ｙ，ｚ）のようにｙ方向の応力分布が不均一な場合には、図７のように板厚断面４１をｚ方向（板厚方向）に所定の分割数で分割し、ある分割位置、例えばｚ＝ｚ１での応力分布σx（ｙ，ｚ１）を、同位置（当該分割位置）での表面き裂の幅に対応する区間［ｙ１，ｙ２］で平均化する。つまり平均化した応力は次式となる。これにより、ｙ方向（板幅方向）に不均一な応力分布を板幅方向に均一な応力分布に変換することができる。
【００３１】
【数３】
2010156668.tif 000005
【００３２】
同様の応力の平均化を板の各分割位置と板表面において行い、各分割位置の中間の応力を一般的な数値計算法により補間することで、平均化した応力のｚ方向の分布を求め、それを前記重み関数法等に適用する。ただし、図７の分割位置ｚ＝ｚ２のように表面き裂が達していない分割位置では、（４）式は適用できないので、表面き裂の幅中心位置（き裂１２０２の表面の幅方向（ｙ方向）における中心位置）のｙ座標値での応力を、前述した平均化した応力の代用として用いる。さらに、複数のき裂１２０２が存在する場合には、それらの相互影響を考慮して応力拡大係数を補正する。この複数き裂の相互影響による応力拡大係数の補正方法は例えば非特許文献２等に開示されている。このとき、表面部１２０３の応力拡大係数と表面部１２０４の応力拡大係数は夫々異なる値となるため、以後では夫々を独立して扱う。
【００３３】
４）  有効応力拡大係数範囲の算定
疲労き裂進展解析手段１４は、算定した各き裂１２０２の表面部１２０３、１２０４と最深部１２０５の応力拡大係数を夫々き裂開閉口モデルに適用して、各部の夫々の有効応力拡大係数範囲を算定する。本実施形態では、２種類の有効応力拡大係数範囲を算定することが可能である。具体的に説明すると、各き裂１２０２の夫々について、き裂１２０２の表面部１２０３、１２０４と最深部１２０５で開口する瞬間の荷重を表すき裂開口荷重を算定し、このき裂開口荷重から（き裂１２０２が開口してから）最大荷重に至るまでの荷重範囲（図１５の荷重範囲ΔＰOP）に対応する有効応力拡大係数範囲ΔＫOPを算定することができる。また、各き裂１２０２の夫々について、き裂１２０２の表面部１２０３、１２０４と最深部１２０５で塑性変形を開始する瞬間の荷重を表すＲＰＧ荷重を算定し、このＲＰＧ荷重から（き裂１２０２の先端で塑性変形を開始してから）最大荷重に至るまでの荷重範囲（図１５の荷重範囲ΔＰRPG）に対応する有効応力拡大係数範囲ΔＫRPGとの２種類の有効応力拡大係数範囲を算定することができる。
き裂開閉口モデルの詳細は非特許文献３をはじめとする種々の文献で説明されており、このモデルによると、過去の繰り返し荷重によって形成されたき裂の先端近傍の塑性域とき裂面の残留塑性域とを弾塑性体の棒要素を用いて表現することで、疲労き裂の開閉口の挙動とき裂先端近傍の繰り返し塑性変形挙動とを解析する。これにより、荷重順序の影響を正確に考慮して有効応力拡大係数範囲を算定することができる。
【００３４】
５）  疲労き裂進展速度の算定
疲労き裂進展解析手段１４は、有効応力拡大係数範囲と疲労き裂進展速度との関係を用いて、各き裂１２０２の表面部１２０３、１２０４と最深部１２０５とでの疲労き裂進展速度を夫々算定する。
図８は、有効応力拡大係数範囲ΔＫOPと疲労き裂進展速度との関係の一例を示す図である。また、図９は、有効応力拡大係数範囲ΔＫRPGと疲労き裂進展速度との関係の一例を示す図である。
図８に示すように、有効応力拡大係数範囲ΔＫOPと疲労き裂進展速度とは、疲労き裂進展速度の値が小さい領域以外において両対数グラフ上で直線関係となる。一方、図９に示すように、有効応力拡大係数範囲ΔＫRPGと疲労き裂進展速度の関係は、全ての領域において両対数グラフ上で直線関係となる。疲労き裂進展速度の算定には、材料物性として疲労き裂伝播定数が必要となる。疲労き裂進展解析手段１４は、以上のような直線関係を利用して、疲労き裂伝播定数と、有効応力拡大係数範囲ΔＫOP又は有効応力拡大係数範囲ΔＫRPGとを用いて、疲労き裂進展速度を算定する。
【００３５】
６）  き裂延長
疲労き裂進展解析手段１４は、以上のようにして算定された疲労き裂進展速度に、荷重繰り返し数増分ΔＮを乗じることで、荷重繰り返し数増分ΔＮに相当する各き裂１２０２の表面部１２０３のき裂進展長さΔａA、表面部１２０４のき裂進展長さΔａB、最深部１２０５のき裂進展長さΔｂを夫々算定し、各き裂１２０２を、そのき裂進展長だけ表面部１２０３、１２０４と最深部１２０５において延長する。荷重繰り返し数増分ΔＮは、予め定められる定数であり、疲労き裂進展解析手段１４に予め登録されている。完全なランダム荷重の場合、繰り返し増分ΔＮは「１」とする。
【００３６】
図１０は、き裂１２０２ａを表面部１２０３ａ、１２０４ａと最深部１２０５ａにおいて進展させ、き裂の寸法と中心座標値を再定義する様子の一例を概念的に示す図である。具体的に図１０（ａ）は、進展前のき裂１２０２ａの形状と、き裂１２０２ａの表面部１２０３ａにおいてΔａA（１）、表面部１２０４ａにおいてΔａB（１）、最深部１２０５ａにおいてΔｂ（１）だけ進展した後のき裂の形状を示し、図１０（ｂ）は、進展後のき裂１４０１を示す図である。
【００３７】
図１０（ｂ）に示すように、本実施形態では、進展後のき裂１４０１の幅を、進展前き裂１２０１の幅（２ａ（１））と、左右幅方向のき裂進展長さ（ΔａA（１）、ΔａB（１））の和とする。また、進展後のき裂１４０１の深さを、進展前のき裂１２０２の深さｂ（１）と、深さ方向のき裂進展長さ（Δｂ（１））の和とする。更に、進展後のき裂１２０４の中心位置の座標を、例えば、進展前のき裂１２０２ａの中心位置の座標（ｙ（１））より、左右幅方向のき裂進展長さの差の半分（（ΔａA（１）−ΔａB（１））／２）だけ差し引いた座標（ｙ（１）−（ΔａA（１）−ΔａB（１））／２）とする。
【００３８】
７）  き裂の合体判定と再定義
疲労き裂進展解析手段１４は、以上のようにしてき裂進展長だけ幅方向と深さ方向に各き裂１２０２を延長した結果、隣接するき裂１２０２が接触したか否かを判定する。この判定の結果、隣接するき裂１２０２が接触していない場合、疲労き裂進展解析手段１４は、以下の処理を省略して後述する７）の処理を実行する。
一方、隣接するき裂１２０２が接触した場合、疲労き裂進展解析手段１４は、それらを合体すると判定し、き裂１２０２の個数、位置及び寸法を再定義する。
【００３９】
図１１は、互いに接触したき裂１２０２を合体させ、き裂１２０２の個数、位置及び寸法を再定義する様子の一例を概念的に示す図である。具体的に図１１（ａ）は、互いに接触したき裂１２０２を示し、図１１（ｂ）は、合体後のき裂９０１を示す図である。
【００４０】
図１１（ｂ）に示すように、本実施形態では、合体後のき裂９０１の幅を、２つのき裂１２０２ａ、１２０２ｂの幅（２ａ（１）、２ａ（２））の和とする。また、合体後のき裂９０１の深さを、２つのき裂１２０２ａ、１２０２ｂの深さ（ｂ（１）、ｂ（２））のうちの深い方（ｂ（２））とする。更に、合体後のき裂９０１の表面の中心位置の座標を、例えば、一方のき裂１２０２ａの表面の中心位置の座標（ｙ（１））に、他方のき裂１２０２ｂの幅の半分（ａ（２））を加算した座標（ｙ（１）＋ａ（２））とする。このとき、合体後のき裂９０１の残留塑性域の厚さは、表面部９０２、９０３では、夫々２つのき裂１２０２ａ、１２０２ｂの非接触側の表面部１２０３ａ、１２０４ｂのものとし、最深部９０４では、２つのき裂１２０２ａ、１２０２ｂのうち深さが大きい方１２０２ｂの最深部１２０５ｂのものとする。このように本実施形態では、１つまたは複数の表面き裂１２０２の各部の残留塑性域の厚さと開閉口挙動を考慮して、き裂の幅方向の成長と複数のき裂の合体とをシミュレートしているため、アスペクト比の変化を正確に推定しつつき裂進展解析が可能である。
【００４１】
８）  解析終了判定
疲労き裂進展解析手段１４は、解析終了条件を満たしたか否かを判定する。本実施形態では、き裂の深さが、疲労寿命評価部２３の部材（例えばロンジフェイス２１）の板厚に到達した時点で解析終了条件を満たしたと判定する。この判定の結果、き裂の深さが疲労寿命評価部２３となる板の板厚に到達していない場合は、考慮する荷重サイクルを示す変数ＮにΔＮを加算し、（Ｎ＋ΔＮ）サイクル目について、前述した２）の処理に戻って解析を続行する。
【００４２】
そして、疲労き裂進展解析手段１４により解析終了条件を満たしたと判定されると、解析結果出力手段１５は、疲労き裂伝播寿命に関する情報を出力する。例えば、解析結果出力手段１５は、疲労き裂進展解析手段１４により解析された結果に基づく"き裂の長さと繰り返し回数との関係"等のファイルを出力する。また、解析結果出力手段１５は、き裂の長さと繰り返し回数との関係を示すグラフを、パーソナルコンピュータが有する液晶ディスプレイ等の表示装置に表示するようにしてもよい。
【００４３】
尚、応力解析手段１１、板厚内応力分布評価手段１２、板厚内残留応力分布評価手段１３、疲労き裂進展解析手段１４、及び解析結果出力手段１５は、例えば、パーソナルコンピュータが有するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等を用いることにより実現される。また、解析結果出力手段１５は、必要に応じて、ビデオＲＡＭ、液晶ディスプレイ等も更に用いられる。また、本実施形態では、インプットデータ等の情報は、パーソナルコンピュータが有するユーザインターフェイスのユーザによる操作に基づいて外部から入力される。
【００４４】
また、疲労寿命推定装置１０により行われる処理手順は、以下の通りである。
まず、応力解析手段１１により一様応力成分σm及び曲げ応力成分σbが算定された後に、板厚内応力分布評価手段１２により応力分布σx（ｙ，ｚ）を算定する。また、これら応力解析手段１１及び板厚内応力分布評価手段１２の動作の前、後、又は最中に、板厚内残留応力分布評価手段１３により残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）を算定する。このようにして、応力分布σx（ｙ，ｚ）と残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）とが算定された後に、疲労き裂進展解析手段１４により疲労き裂進展解析を実施し、疲労寿命評価部２３の疲労き裂伝播寿命を算定し、解析結果出力手段１５によりその結果を出力する。
【００４５】
以上のように本実施形態では、シェルモデルによる有限要素解析を行って、疲労寿命評価部２３に含まれるロンジフェイス２１の疲労寿命評価部２３における一様応力成分σmと曲げ応力成分σbとを求める。インプットデータである溶接継手形式に対応する応力分布をデータベースから抽出し、抽出した応力分布に、一様応力成分σm及び曲げ応力成分σbと、インプットデータである"部材と溶接ビードの形状パラメータ"とを入力して、疲労寿命評価部２３の板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）を算定する。更に、インプットデータである"溶接継手形式及び溶接止端処理条件"に対応する残留応力分布をデータベースから抽出し、抽出した残留応力分布に、インプットデータである"部材と溶接ビードの形状パラメータ、材料物性、及び溶接条件"を入力することで、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）を算定する。そして、ロンジフェイス２１の板厚断面４１の応力分布σx（ｙ，ｚ）と残留応力分布σxr（ｙ，ｚ）とを用いて、疲労き裂進展解析を実施し、疲労寿命評価部２３の疲労き裂伝播寿命を算定する。
したがって、荷重履歴データを準備することができれば、シェルモデルによる有限要素解析と種々の入力パラメータのみにより、簡便かつ高精度に変動振幅荷重を受ける溶接構造物の疲労寿命を推定することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態の疲労寿命推定装置１０では、疲労寿命評価部２３における表面き裂の個数、位置及び寸法の初期値を、ユーザによる操作に基づいて入力する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、これらを、疲労き裂の発生を想定する溶接部（疲労寿命評価部２３）の溶接継手形式、溶接止端仕上げ条件、及び部材と溶接ビードの形状パラメータに応じて自動設定する初期き裂設定手段を備える。このように本実施形態と前述した第１の実施形態とは、き裂の個数、位置及び寸法の初期値を取得する方法の一部が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１１等に付した符号と同一の符号を付すこと等により詳細な説明を省略する。
【００４７】
図１２は、疲労寿命推定装置１００の機能構成の一例を示す図である。本実施形態の疲労寿命推定装置１００も、例えば、パーソナルコンピュータを用いることにより実現される。
疲労き裂進展解析おいて、初期き裂の設定は極めて重要な要素であり、特に未損傷の構造に対する初期き裂の設定法は重大な課題である。そこで、本実施形態の初期き裂設定手段１０１には、溶接継手形式、溶接止端処理条件、及び部材と溶接ビードの形状パラメータに応じた、き裂の個数、位置、寸法の初期値の計算方法が予め設定されており、これらのデータをインプットデータとして入力することで、き裂の個数、位置、寸法の初期値を自動的に設定する。疲労き裂進展解析手段１４は、第１の実施形態で説明した疲労き裂進展解析手段１４における「１）初期き裂の設定」の処理を行わずに、初期き裂設定手段１０１により設定されたき裂の個数、位置、寸法の初期値を用いて、疲労き裂進展解析を実施し、疲労寿命評価部２３の疲労き裂伝播寿命を算定する。
以上のように本実施形態では、溶接継手形式、溶接止端処理条件、及び部材と溶接ビードの形状パラメータに応じて、き裂の個数、位置、寸法の初期値を算出するようにした。したがって、第１の実施形態のようにユーザがき裂の初期値を設定することによる解析結果の揺らぎを低減することができ、より信頼性の高い疲労寿命推定をすることができる。
【００４８】
以上説明した本発明の各実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。上記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
【００４９】
尚、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０、１００  疲労寿命推定装置
１１  応力解析手段
１２  板厚内応力分布評価手段
１３  板厚内残留応力分布評価手段
１４  疲労き裂進展解析手段
１５  解析結果出力手段
２１  ロンジフェイス
２２  ウェブスチフナ
２３  疲労寿命評価部
４２  溶接ビート
１０１  初期き裂設定手段
１２０２  き裂
【図１】
2010156668.tif 000006
【図２】
2010156668.tif 000007
【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】
2010156668.tif 000019
【図１５】
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