(57)【要約】 【課題】３種類以上の材料を接合する構造物に対して、反りや応力、ひずみが小さくなる、材料の接合順序を設計する組立設計装置、組立設計方法、および組立設計処理プログラムを提供する。【解決手段】本発明は、接合するために用意された各材料の形状、材料定数、接合温度、反り、応力、およびひずみの基準値を保存する条件データベースと、前記各材料の複数の組立順序を決定する決定手段と、前記決定された組立順序により組立（接合）される材料全体の反りを計算し、当該反りが基準内にあるか否かを判定する第一判定手段と、前記決定された組立順序により組立される材料全体の応力およびひずみを計算し、当該応力およびひずみが基準内にあるか否かを判定する第二判定手段と、前記基準内ある複数の組立順序の中から最適な組立順序を決定する決定手段と、前記決定された最適な組立順序を示すデータを出力する出力手段と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合するために用意された各材料の形状、材料定数、接合温度、および反り、並びに応力またはひずみの基準値を保存する条件データベースと、
前記各材料の複数の組立順序を決定する決定手段と、
前記決定された組立順序により組立（接合）される材料全体の反りを計算し、当該反りが基準内にあるか否かを判定する第一判定手段と、
前記決定された組立順序により組立される材料全体の応力またはひずみを計算し、当該応力またはひずみが基準内にあるか否かを判定する第二判定手段と、
前記基準内ある複数の組立順序の中から最適な組立順序を決定する決定手段と、
前記決定された最適な組立順序を示すデータを出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする組立設計装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組立設計装置において、
前記計算は有限要素法解析により実行されることを特徴とする組立設計装置。
【請求項３】
接合するために用意された各材料の形状、材料定数、接合温度、および反り、並びに応力またはひずみの基準値を保存する工程と、
前記各材料の複数の組立順序を決定する工程と、
前記決定された組立順序により組立（接合）される材料全体の反りを計算し、当該反りが基準内にあるか否かを判定する工程と、
前記決定された組立順序により組立される材料全体の応力またはひずみを計算し、当該応力またはひずみが基準内にあるか否かを判定する工程と、
前記基準内ある複数の組立順序の中から最適な組立順序を決定する決定手段と、
前記決定された最適な組立順序を示すデータを出力する工程と、
を備えることを特徴とする組立設計方法。
【請求項４】
コンピュータを、
接合するために用意された各材料の形状、材料定数、接合温度、および反り、並びに応力またはひずみの基準値を保存する保存手段、
前記各材料の複数の組立順序を決定する決定手段、
前記決定された組立順序により組立（接合）される材料全体の反りを計算し、当該反りが基準内にあるか否かを判定する第一判定手段、
前記決定された組立順序により組立される材料全体の応力またはひずみを計算し、当該応力またはひずみが基準内にあるか否かを判定する第二判定手段、
前記基準内ある複数の組立順序の中から最適な組立順序を決定する決定手段、および、前記決定された最適な組立順序を示すデータを出力する出力手段として機能させることを特徴とする組立設計処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の接合による構造物を、より低応力・低ひずみで製造するための組立順序を設計する方法およびシステム等の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された「クラッド鋼板の製造方法」のように、熱膨張係数の異なる材料を接合して構造物を製造する際の反りの防止は重要な課題である。
【０００３】
各材料の熱膨張係数の差が小さい場合には反りが小さく、応力やひずみも小さいが、熱膨張係数の差が大きい場合には、反りも大きくなる傾向がある。
【０００４】
また、３種類以上の材料を接合する構造物の場合には、面対称の構造にすることにより反りを抑えることが従来から行われてきた。図１に従来の接合方法の例を示す。異なる材料を面対称に接合することにより、圧延による圧縮負荷を受けた後でも反りが生じないようにしている。
【特許文献１】特開２０００−１４１０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、こうして反りを抑えた場合には、接合部に大きな応力やひずみが発生するという問題があった。また、面対称の構造にできない場合に有効な方法がないという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、３種類以上の材料を接合する構造物に対して、反りや応力、ひずみが小さくなる、材料の接合順序を設計する組立設計装置、組立設計方法、および組立設計処理プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の組立設計装置の発明は、接合するために用意された各材料の形状、材料定数、接合温度、および反り、並びに応力またはひずみの基準値を保存する条件データベースと、前記各材料の複数の組立順序を決定する決定手段と、前記決定された組立順序により組立（接合）される材料全体の反りを計算し、当該反りが基準内にあるか否かを判定する第一判定手段と、前記決定された組立順序により組立される材料全体の応力またはひずみを計算し、当該応力またはひずみが基準内にあるか否かを判定する第二判定手段と、前記基準内ある複数の組立順序の中から最適な組立順序を決定する決定手段と、前記決定された最適な組立順序を示すデータを出力する出力手段と、を備える。
【０００８】
請求項２に記載の組立設計装置の発明は、請求項１に記載の組立設計装置において、前記計算は有限要素法解析により実行される。
【０００９】
請求項３に記載の組立設計方法の発明は、接合するために用意された各材料の形状、材料定数、接合温度、および反り、並びに応力またはひずみの基準値を保存する工程と、前記各材料の複数の組立順序を決定する工程と、前記決定された組立順序により組立（接合）される材料全体の反りを計算し、当該反りが基準内にあるか否かを判定する工程と、前記決定された組立順序により組立される材料全体の応力またはひずみを計算し、当該応力またはひずみが基準内にあるか否かを判定する工程と、前記基準内ある複数の組立順序の中から最適な組立順序を決定する決定手段と、前記決定された最適な組立順序を示すデータを出力する工程と、を備える。
【００１０】
請求項４に記載の組立設計処理プログラムの発明は、コンピュータを、接合するために用意された各材料の形状、材料定数、接合温度、および反り、並びに応力またはひずみの基準値を保存する保存手段、前記各材料の複数の組立順序を決定する決定手段、前記決定された組立順序により組立（接合）される材料全体の反りを計算し、当該反りが基準内にあるか否かを判定する第一判定手段、前記決定された組立順序により組立される材料全体の応力またはひずみを計算し、当該応力またはひずみが基準内にあるか否かを判定する第二判定手段、前記基準内ある複数の組立順序の中から最適な組立順序を決定する決定手段、および、前記決定された最適な組立順序を示すデータを出力する出力手段として機能させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１の効果は、反りだけでなく応力やひずみも小さい組立順序を、素早く見つけることができる。
【００１２】
第２の効果は、有限要素法解析等を用いるため、組立条件によって生じる反りや応力，ひずみの値を知ることができることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
先ず、本発明の一実施形態に係る組立設計装置の構成及び機能について説明する。
【００１５】
図２は、本実施形態に係る組立設計装置の概要構成例を示す図である。
【００１６】
図２に示すように、組立設計装置Ｓは、記憶部１、入力部２、出力部３、及び演算処理部４等を備えて構成されている。
【００１７】
記憶部１は、例えばハードディスクドライブ等を備えており、条件データベース１１、及び結果データベース１２が構築されている。
【００１８】
条件データベース１１には、接合するために用意された各材料（互いに異なる材料）の形状、材料定数、接合温度、反り、応力、およびひずみの基準値（条件）が入力され、記憶保存される。材料の形状としては、直方体であれば縦、横、厚さが入力されるが、簡易的には厚さのみでもよい。また、材料定数としては、弾性率、熱膨張係数、密度等が入力されるが、簡易的には弾性率と熱膨張係数のみでもよい。
【００１９】
結果データベース１２には、各材料の複数の組立順序毎の後述する計算結果が記憶保存される。
【００２０】
入力部２は、例えばキーボードやマウス等を備えており、管理者等からの指示を受け付け、その指示信号を演算処理部４に出力する。
【００２１】
出力部３は、ディスプレイ、プリンタ、又はスピーカ等に対してデータを出力するものであり、これにより、後述する最適な組立順序を示すデータが出力され、例えばディスプレイ上に表示されることになる。
【００２２】
演算処理部４は、ＣＰＵ，作業用のＲＡＭ，各種プログラム及びデータを記憶するＲＯＭ等を備えており、ＣＰＵがプログラム（本発明の組立設計処理プログラムを含む）を実行することにより、本発明における決定手段、第一判定手段、第二判定手段、決定手段、および出力手段等として機能する。
【００２３】
図３は、演算処理部４における組立設計処理の一例を示すフローチャートである。
【００２４】
図３の処理において、先ず、演算処理部４は、各材料の組立順序（接合順序ともいう）を決定する（ステップＳ１）。例えば、用意された複数の材料を用いた全ての組み合わせのうちから一つの組立順序が決定される。
【００２５】
次いで、演算処理部４は、上記決定された組立順序により組立（接合）される材料全体の反りを計算（見積り）する（ステップＳ２）。例えば、演算処理部４は、条件データベース１１に保存されている材料毎の形状、材料定数、接合温度、および反り等の条件を用いて、現在の組立順序の場合の反りを有限要素法解析等により計算する。
【００２６】
次いで、演算処理部４は、計算された反りが、例えば入力部３から管理者等により指定された基準（この基準は条件データベース１１に予め保存されていてもよい）内にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、演算処理部４は、基準内になければ（ステップＳ３：Ｎｏ）ステップＳ４に進み、基準内にあれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）ステップＳ５に進む。
【００２７】
ステップＳ４では、演算処理部４は、他の組立順序があるか否かを判別し、ある場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻り新たな組立順序を決定し直し上記と同様の処理を行う一方、他の組立順序がない場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ８に進む。
【００２８】
ステップＳ５では、演算処理部４は、上記決定された組立順序により組立される材料全体の応力およびひずみ（応力とひずみの何れか一方でも良い）を計算（見積り）する。例えば、演算処理部４は、条件データベース１１に保存されている材料毎の形状、材料定数等の条件を用いて、現在の組立順序の場合の応力およびひずみを有限要素法解析等により計算する。
【００２９】
次いで、演算処理部４は、計算された応力およびひずみが、例えば入力部３からオペレータ等により指定された基準（この基準は条件データベース１１に予め保存されていてもよい）内にあるか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、演算処理部４は、基準内になければ（ステップＳ６：Ｎｏ）ステップＳ４に移行して上記と同様の処理を行い、基準内にあれば（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、その組立順序についての情報を基準内にある組立順序として結果データベース１２に格納し（ステップＳ７）、ステップＳ４に進む。
【００３０】
そして、すべての組立順序に対して上記判定が繰り返し行われると（つまり、他の組立順序がない場合には（ステップＳ４：Ｎｏ））、ステップＳ８において、演算処理部４は、上記判定結果に基づき、結果データベース１２に格納された基準内にある複数の組立順序の中から最適な組立順序を決定し、決定した最適な組立順序を示すデータを出力部３に出力する。
【００３１】
こうして、すべての組立順序についての判定後に、基準内ある複数の組立順序の中から最適な組立順序が出力される。
【００３２】
このように本実施形態によれば、組立順序を変えて、反り、応力、およびひずみを見積り、最適な組立順序を出力することにより、反りや応力，ひずみが小さい構造を決定することができる。また、熱膨張係数の異なる材料を接合して構造物を製造する際の反りおよび応力，ひずみを小さく抑えることが可能になる。
【００３３】
ところで、上記処理において、３種類の材料を接合する場合には、最初に２種類の材料を接合するが、この場合、接合温度では反りも応力，ひずみも０である。そして、３種類目の材料を接合する温度で生じている反りや応力，ひずみを、各成分毎に結果データベース１２に保存する。また、３種類目の材料を接合した後、室温または使用温度まで温度を降下させて、生じた反りや応力，ひずみを、各成分毎に結果データベース１２に保存する。これにより、必要に応じて、温度変化中の反りの変化や応力，ひずみの各成分の変化を結果データベース１２から取り出すことができる。
【００３４】
また、上記処理における組立順序の決定では、過去に決定され記憶された最適な組立順序を参考にしてもよいし、新規の材料をダミーとして追加することも考えられる。この場合、ダミー材料に許容される厚さ等を指定し、この範囲内で反りや応力，ひずみが小さくなるように弾性率や熱膨張係数等の材料定数を組立設計装置Ｓが決定する。
【００３５】
また、３種類目以降の材料を接合する際に、隙間部分の形状を、接着材料として有限要素法モデル化してもよい。有限要素法の要素バース／デス機能等を使うことも考えられるが、この場合には接合部分の要素形状を正確に作ることができない。
【００３６】
また、反りは上面と下面で異なることもあり得る。このため、上面下面それぞれに反りの判定を行うことも考えられる。
【００３７】
（実施例）
次に、具体的な実施例を用いて、本発明の実施の形態の反り設計の例を説明する。
【００３８】
図４は３種類の材料を接合する際の、最適な組立順序を求めた例である。
【００３９】
先ず、材料１〜３の厚さと弾性率、熱膨張係数、各接合温度を条件データベース１１に格納した。
【００４０】
次に、３種類の材料の組立順序を決定する。すべての組み合わせを順次出力するが、組み合わせの数は、１／２／３で、１／２を先に接合する場合、２／３を先に接合する場合、２／３／１で、１／３を先に接合する場合、３／２を先に接合する場合、３／１／２で、２／１を先に接合する場合、１／３を先に接合する場合の６種類である。
【００４１】
次に、条件データベース１１に入力された材料毎の接合温度等の条件に沿って、現在の組立順序の場合の反りを有限要素法解析により計算した。
【００４２】
図４には、１／２／３の組み合わせで１／２を先に接合する場合と、３／１／２の組み合わせで１／２を先に接合する場合とを示した。厚さはすべて同じで、材料３の弾性率、熱膨張係数が材料１，２よりも大きい場合である。１／２／３の組み合わせで１／２を先に接合した場合の反りは、３／１／２の組み合わせで１／２を先に接合した場合の反りに比べて、約半分であった。そして、すべての組み合わせのうち、１／２／３の組み合わせで１／２を先に接合した場合が、反りが最も小さく、最適な組合順序であった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の反りを抑えた接合方法の例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る組立設計装置の概要構成例を示す図である。
【図３】演算処理部４における組立設計処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】３種類の材料を接合する際の、最適な組立順序を求めた例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  記憶部
２  入力部
３  出力部
４  演算処理部
１１  条件データベース
１２  結果データベース
Ｓ  組立設計装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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