(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バー要素の端点を母材ごとに取得する工程と、
取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する工程と、
前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する工程と、
前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、
前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、
を含むことを特徴とするスポット溶接部の破断解析方法。
【請求項２】
前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在しなかった場合において、
注目バー要素の周囲にある他のバー要素のうち、要素間距離が最も短いものを対象バー要素に選定する工程と、
さらに対象バー要素と注目スポットが同じ母材を溶接しているか否かを判定する工程と、
前記判定の結果、同じ母材を溶接している場合には、注目バー要素の両端点と対象バー要素の両端点を比較し、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有しているか否かを判定する工程と、
前記判定の結果、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有していない場合には、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、
前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
【請求項３】
前記選定した対象バー要素と注目バー要素が同じ母材を溶接しているか否か判定した結果、異なる母材を溶接している場合には、母材を２枚重ねて溶接したスポット溶接部が２組有ると判定する工程と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
【請求項４】
前記注目バー要素の両端点と対象バー要素の両端点を比較した結果、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有している場合には、２つのスポット溶接部で共通する２枚の母材を重ねて溶接していると判定する工程と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
【請求項５】
前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在しなかった場合において、
前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素との距離が母材の板厚以下のものがあるか否かを判定する工程と、
前記判定の結果、バー要素間の距離が母材の板厚以下であると判定したときには前記対象バー要素を選定する工程を実行し、板厚以上であると判定したときには別のバー要素を注目バー要素に変更する工程と、を含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
【請求項６】
前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部の破断解析を行うにおいて、
前記注目バー要素に最も近いバー要素までの距離を抽出して、スポット間距離の情報を取得する工程と、
前記注目バー要素の端点に最も近い距離にある母材のエッジを検索し、エッジ間距離の情報を取得する工程と、
前記注目バー要素の端点に最も近い距離にある母材の稜線を検索し、稜線間距離の情報を取得する工程と、
前記スポット間距離、エッジ間距離を２倍した距離、稜線間距離を２倍した距離のうち、最も短い距離をスポット溶接の有効幅Ｂに設定して破断解析を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
【請求項７】
バー要素の端点を母材ごとに取得する工程と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する工程と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する工程と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、を含む破断解析処理をコンピューターに実行させることを特徴とするスポット溶接部の破断解析コンピュータープログラム。
【請求項８】
バー要素の端点を母材ごとに取得する手段と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する手段と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する手段と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する手段と、前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う手段と、を備えたことを特徴とするスポット溶接部の破断解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突シミュレーションなどでスポット溶接部の破断を解析する方法、破断解析コンピュータープログラム、破断解析装置に関し、特に、自動車の車体といったような多数のスポット溶接部を有する解析対象物の破断を解析する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車業界では、衝突時の乗員への傷害を低減しうる車体構造とするために、構造部材により衝撃エネルギーを吸収させることを検討している。自動車のフルラップ衝突やオフセット衝突での衝撃エネルギーを吸収させる主要な構造部材は、フロントサイドメンバーである。フロントサイドメンバーは、プレス成形等で部材成形後、スポット溶接により部材を閉断面化している。通常、このフロントサイドメンバーを座屈させることで、衝撃エネルギーを吸収させるようにしている。衝撃エネルギーの吸収を向上させるためには、座屈形態を安定化させ、途中で折れ曲りや破断をさせないことが重要である。
【０００３】
構造部材の座屈形態を安定化させるためには、スポット溶接間隔，ナゲット径，溶接条件を最適化する必要がある。そのため、これらスポット溶接間隔，ナゲット径，溶接条件からスポット溶接部の破断限界を推定し、座屈形態が安定化する最適条件を見出す方法が検討されている（例えば、特許文献１−３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４８０５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５８５４号公報
【特許文献３】特開２００７−３０４００５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、特許文献１−３に開示されている破断解析方法では、スポット溶接部の性質や負荷状態に応じて、荷重型破断、モーメント型破断、ナゲット内破断のいずれの破断モードが発生するかを判別できないので、衝突シミュレーションにおける解析精度が必ずしも高いとは言えなかった。
【０００６】
そのため、本願の出願人によって、荷重型破断、モーメント型破断、ナゲット内破断のいずれの破断モードが発生するかを判別可能な、改善された破断解析方法が検討されている（特願２０１０−０８８２７１）。この破断解析方法は、コンピューターを用い、スポット溶接される鋼板のそれぞれの板厚ｔ、引張強さＴＳ、伸びＥｌ、化学成分、溶接部のナゲット径ｄ、隣接する溶接部、エッジ又は稜線との距離で決まるスポット溶接の有効幅Ｂ、断面高さＨに基づいて、荷重型破断、モーメント型破断、ナゲット内破断のそれぞれの破断モードの破断限界を求め、スポット溶接部の状態量が前記いずれかの破断モードの破断限界に達したときに該破断モードで破断したと評価する。
【０００７】
上述の改善された破断解析方法は、衝突シミュレーションにおける解析精度が高いという長所がある反面、全てのスポット溶接部に対して鋼材それぞれの板厚ｔ、有効幅Ｂ等の必要情報を入力しなければならず、準備設定に時間がかかるという問題点があった。自動車の車体には、通常、数千点にも及ぶスポット溶接部が存在するため、これら全てのスポット溶接部に対して必要情報を入力するには長時間を要する。
【０００８】
特に、上述の改善された破断解析方法は、溶接する鋼材が２枚であることを前提する解析アルゴリズムが構築されているので、そのままでは３枚以上の鋼材を重ねて溶接したスポット溶接部の破断解析を精度良く行えない。すなわち、３枚重ねのモデルをそのまま解析することのできる実用化可能なソフトは、未だ具現化されていないのが実情である。そのため、車体のスポット溶接部の中から、３枚の鋼材を重ねて溶接したスポット溶接部を探し出し、解析前の準備設定の段階で、見掛け上、２枚重ねとなるように入力情報を調整していた。例えば、鋼材Ａ，Ｂ，Ｃを３枚重ねて溶接したスポット溶接部において鋼材Ａと鋼材Ｂの接続部分に注目したときには、鋼材Ａの板厚の値と、鋼材ＢとＣの板厚を足した値を入力することによって、見掛け上、２枚重ねの溶接となるようにしていた。係る準備設定の作業には、多大な労力が必要となる。
【０００９】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたものであり、スポット溶接部の破断解析を行うにおいて、多数存在するスポット溶接部の中から、鋼材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部を精度良く抽出できる準備設定のアルゴリズムを備えたスポット溶接部の破断解析方法、破断解析コンピュータープログラム、破断解析装置を提供することにある。
【００１０】
また本発明の他の目的は、抽出したスポット溶接部の有効幅Ｂを適切に設定して、より精度の高い破断解析を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）バー要素の端点を母材ごとに取得する工程と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する工程と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する工程と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、を含むことを特徴とするスポット溶接部の破断解析方法。
（２）前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在しなかった場合において、注目バー要素の周囲にある他のバー要素のうち、要素間距離が最も短いものを対象バー要素に選定する工程と、さらに対象バー要素と注目スポットが同じ母材を溶接しているか否かを判定する工程と、前記判定の結果、同じ母材を溶接している場合には、注目バー要素の両端点と対象バー要素の両端点を比較し、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有しているか否かを判定する工程と、前記判定の結果、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有していない場合には、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、を含むことを特徴とする前記（１）に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
（３）前記選定した対象バー要素と注目バー要素が同じ母材を溶接しているか否か判定した結果、異なる母材を溶接している場合には、母材を２枚重ねて溶接したスポット溶接部が２組有ると判定する工程と、を含むことを特徴とする前記（２）に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
（４）前記注目バー要素の両端点と対象バー要素の両端点を比較した結果、注目バー要素と対象バー要素が両端点を共有している場合には、２つのスポット溶接部で共通する２枚の母材を重ねて溶接していると判定する工程と、を含むことを特徴とする前記（２）に記載のスポット溶接部の破断解析方法。
（５）前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在しなかった場合において、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素との距離が母材の板厚以下のものがあるか否かを判定する工程と、前記判定の結果、バー要素間の距離が母材の板厚以下であると判定したときには前記対象バー要素を選定する工程を実行し、板厚以上であると判定したときには別のバー要素を注目バー要素に変更する工程と、を含むことを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれかに記載のスポット溶接部の破断解析方法。
（６）前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部の破断解析を行うにおいて、前記注目バー要素に最も近いバー要素までの距離を抽出して、スポット間距離の情報を取得する工程と、前記注目バー要素の端点に最も近い距離にある母材のエッジを検索し、エッジ間距離の情報を取得する工程と、前記注目バー要素の端点に最も近い距離にある母材の稜線を検索し、稜線間距離の情報を取得する工程と、前記スポット間距離、エッジ間距離を２倍した距離、稜線間距離を２倍した距離のうち、最も短い距離を有効幅Ｂに設定して破断解析を行うことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のスポット溶接部の破断解析方法。
（７）バー要素の端点を母材ごとに取得する工程と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する工程と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する工程と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する工程と、前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う工程と、を含む破断解析処理をコンピューターに実行させることを特徴とするスポット溶接部の破断解析コンピュータープログラム。
（８）バー要素の端点を母材ごとに取得する手段と、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する手段と、前記抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する手段と、前記検索の結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する手段と、前記母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部についての破断解析を行う手段と、を備えたことを特徴とするスポット溶接部の破断解析装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、バー要素の端点を母材ごとに取得し、注目バー要素の周囲にある他のバー要素の中に注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する。そして検索した結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合に、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定するアルゴリズムを採用したことによって、多数のスポット溶接部の中から、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部を、精度良く抽出することが可能となる。その結果、衝突シミュレーションにおける解析精度が向上する。
【００１３】
さらに、本発明によれば、母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部が抽出されると、スポット間距離、エッジ間距離、稜線間距離の情報を取得し、スポット間距離、エッジ間距離の２倍、稜線間距離の２倍のうち、最も短い距離を有効幅Ｂに設定して破断解析を行うことにより、より精度の高い破断解析を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】スポット溶接部の破断解析のモデルを模式的に示した図である。
【図２】スポット溶接部の破断解析の異なる形態のモデルを示した図である。
【図３】解析対象物の一例として、モデル化された車体を示す。
【図４】モデル化された解析対象物の母材のデータベースを示す。
【図５】モデル化された解析対象物のシェル要素のデータベースを示す。
【図６】モデル化された解析対象物の節点・端点のデータベースを示す。
【図７】モデル化された解析対象物のバー要素のデータベースを示す。
【図８】モデル化された解析対象物（一部）の模式図を示す。
【図９】本発明の好ましい実施形態に従う３枚重ねの溶接部を抽出する手順を示すフローチャートである。
【図１０】スポット溶接の有効幅Ｂになる得る３つの要素について説明した図である。
【図１１】本発明の好ましい実施形態に従う有効幅Ｂの設定手順を示すフローチャートである。
【図１２】上記破断解析を実行可能なコンピューターシステムのブロック図である。
【図１３】本発明の効果を確認するために行った実施例の解析モデル・条件を示す。
【図１４】上記実施例の解析結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態に従うスポット溶接部の破断解析方法について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１６】
（３枚重ねのスポット溶接部の抽出手順）
まず、スポット溶接部の破断解析モデルについて説明する。破断解析は、通常、有限要素法を用いてコンピューター上で行われる。そのため、スポット溶接部は、バー要素（ビーム要素と称されることもある）、シェル要素、ソリッド要素等を用いてモデル化され、ベクトル状態量として要素に負荷される荷重やモーメントの値を取得して破断解析を行う。
【００１７】
例えば母材として鋼材Ａと鋼材Ｂの２枚の板材を重ねて溶接したスポット溶接部の場合、図１に模式的に示すように、鋼材Ａと鋼材Ｂの接続部位がバー要素ａと端点Ａ，Ｂで構成されているとしてモデル化する。一方、鋼材Ａと鋼材Ｂは、シェル要素によってモデル化する。そして破断解析を実行する際には、コンピューターを用いてモデル化されたバー要素ａと端点Ａ，Ｂに働く応力やせん断力などを演算し、破断基準値を超えるか否かを判定する。そのための必要情報として、上述の改善された破断解析方法（特願２０１０−０８８２７１）では、スポット溶接される鋼板それぞれの板厚ｔ、引張強さＴＳ、伸びＥｌ、化学成分、溶接部のナゲット径ｄ、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Ｂ、断面高さＨをコンピューターに入力している。
【００１８】
一方、鋼材Ａ、鋼材Ｂ及び鋼材Ｃの３枚の板材を重ねて溶接したスポット溶接部の場合、鋼材Ａと鋼材Ｂ、鋼材Ｂと鋼材Ｃを、２枚重ねのときと同様にバー要素と端点でモデル化する。その結果、図１に模式的に示すように、鋼材Ａと鋼材Ｂを接続するバー要素ａと、鋼材Ｂと鋼材Ｃを接続するバー要素ｂを有し、鋼材Ｂ上にある端点Ｂをバー要素ａとバー要素ｂが共有した構成にモデル化される。しかし、上述の改善された破断解析方法では、この３枚重ねのモデルをそのまま解析することができないため、見掛け上、２枚重ねのモデルに調整して解析を行う。具体的には、鋼材Ａと鋼材Ｂを接続するバー要素ａに注目した場合、鋼材Ｂと鋼材Ｃを１つの要素とみなし、鋼材Ａの板厚の値と、鋼材Ｂと鋼材Ｃの板厚を足した値をそれぞれ入力する。一方、鋼材Ｃと鋼材Ｂを接続するバー要素ｂに注目した場合には、鋼材Ａと鋼材Ｂを１つの要素とみなし、鋼材Ｃの板厚の値と、鋼材Ａと鋼材Ｂの板厚を足した値をそれぞれ入力する。係る調整が必要なため、解析対象物に多数存在するスポット溶接部の中から、３枚重ねの溶接部をコンピューター上で精度良く抽出するためのアルゴリズムを構築する必要がある。
【００１９】
但し、３枚重ね及び２枚重ねのスポット溶接部をコンピューターでモデル化した場合、一例として、図２に示されるような形態になる。モデル（ａ）は、３枚重ねのスポット溶接に正確にモデル化された例であるが、モデル（ｃ）は、バー要素ａの鋼材Ｂ上の端点の座標と、バー要素ｂの鋼材Ｂ上の端点の座標が一致していないことに因り、実際には３枚重ねの溶接であるにも関わらず、異なる２枚重ねの溶接のようにモデル化された例である。３枚重ねの溶接は、モデリングするソフト上或いは人為上の理由により、このような形態にモデル化されることがある。一方、モデル（ｂ）は、３枚重ねのスポット溶接と、２枚重ねの溶接が隣接している形態のモデルである。これらの中から、モデル（ａ）、モデル（ｂ）、モデル（ｃ）の３枚重ねのスポット溶接部を精度良く抽出する必要があるが、モデル（ｂ）と（ｃ）については２枚重ねであると誤認する場合がある。本実施形態では、後述する図８に示すフローチャートに従って３枚重ねのスポット溶接部を抽出するが、その際、モデル（ａ）のみならずモデル（ｂ）とモデル（ｃ）の抽出漏れがないようにしている。
【００２０】
また、モデル（ｄ）は、２枚重ねのスポット溶接が正確にモデル化された例である。モデル（ｅ）は、モデル（ｃ）の形態に似ているが、中間の鋼材が２枚有り、バー要素ａとバー要素ｂが別々の鋼材を２枚重ね溶接している形態のモデルである。モデル（ｆ）は、２つの隣接するバー要素ａ，ｄが共通する鋼材を２枚重ね溶接している形態のモデルである。モデル（ｅ）と（ｆ）は、２枚重ねであるにも関わらず、３枚重ねであると誤認する場合がある形態である。そこで、本実施形態では、後述する図８に示すフローチャートに従って、モデル（ｅ），（ｆ）のような２枚重ねのモデルを、３枚重ね溶接と誤認しないようにしている。
【００２１】
例えば解析対象物が自動車の車体の場合、例えば図３に模式的に示すように、設計ＣＡＤにおいて車体がシェル要素にモデル化され、モデル化された各シェル要素の情報がメモリ等の記憶部に格納されている。シェル要素の情報には、各シェルが属する母材の識別番号（母材番号）、及び、各シェルの節点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）が含まれる。また、各スポット溶接部の情報として、モデル化された各バー要素の情報がメモリ等の記憶部に格納されている。バー要素の情報には、バー要素が属する母材の識別番号（母材番号）、及び、各バー要素に付された識別番号（要素番号）に対応付けた端点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）、バー要素の代表点が含まれる。
【００２２】
図４〜図７は、モデル化された各要素情報を格納するデータベースの一例を示す。さらに、モデル化された対象物（一部）の模式図を図８に示す。
図４は、母材のデータベースである。このデータベースには、各母材に割り付けた識別番号（母材番号）、母材の断面情報番号の情報が含まれる。更に、各断面情報番号に対応つけて断面情報のデータベースが形成されている。断面情報には、母材の板厚ｔが含まれる。なお、本実施形態では特に使用しないが、板厚ｔ以外の情報として、ELFORM：要素タイプ、SHRF：せん断面積係数、NIP：断面内板厚方向積分点数、PROPT：プリント出力オプション、QR/IRID：要素積分方法、ICOMP：材料軸角度定義フラグ、SETYP：２次元ソリッド要素タイプ、NLOC：３次元シェル要素参照面位置、MAREA：非構造部の単位面積あたりの質量、IDOF：板厚フィールドの連続／不連続フラグ、EDGSET：節点セットの情報も、このデータベースに格納することができる。
【００２３】
図５は、シェル要素のデータベースである。このデータベースには、各シェル要素に割り付けた識別番号（要素番号）、各シェル要素が属する母材番号、各シェル要素の節点の識別番号（節点番号）の情報が含まれる。図５は、母材を四角形のメッシュにしたシェル要素のデータベースの例であり、従って、一つのシェル要素が４つの節点（ｎ１〜ｎ４）を有している。母材を三角形のメッシュにした場合には、一つのシェル要素が３つの節点（ｎ１〜ｎ３）を有することになる。節点（ｎ１〜ｎ４）の座標（ｘ，ｙ，ｚ）の情報は、図６に示すように、節点番号に対応付けて、節点・端点のデータベースに格納されている。
【００２４】
図７は、バー要素のデータベースである。このデータベースには、各バー要素に割り付けた識別番号（要素番号）、各バー要素が属する母材番号、各バー要素の両端点（ｎ１，ｎ２）の識別番号（端点番号）の情報が含まれる。両端点（ｎ１，ｎ２）の座標（ｘ，ｙ，ｚ）の情報は、図６に示すように、端点番号に対応付けて節点・端点のデータベースに格納されている。バー要素のデータベースには、さらに代表点の情報が含まれている。バー要素の代表点は、例えばバー要素の長さ方向の中央点であり、両端点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）の情報から演算により算出される座標とすることができる。図７では、バー要素の識別番号（要素番号）に対応付けた代表点の識別番号（代表点番号）を格納しており、代表点番号に対応する座標（ｘ，ｙ，ｚ）の情報は、節点・端点のデータベースのような別のデータベース（不図示）に格納する。
【００２５】
続いて、図９のフローチャートを参照しながら、３枚重ね溶接を抽出する手順について説明する。まず、図９のステップＳ１００に示すように、解析対象物に存在するバー要素の端点の情報を母材毎に取得する。前述のデータベースの例では、バー要素のデータベース（図７）から共通する母材番号を有するすべての端点番号を抽出する。
【００２６】
次に、図９のステップＳ１０１に示すように、取得したバー要素の中から一のバー要素に注目し、この注目バー要素の周囲にある他のバー要素を抽出する。周囲にあるバー要素の抽出は、例えばデータベースに格納されているバー要素の代表点や端点の座標に基づいて行う。例えば図２のモデル（ａ），（ｃ）の場合には、バー要素ａに注目して、その周囲にある他のバー要素を検索すると、バー要素ｂが抽出される。モデル（ｂ）の場合にはバー要素ｂとバー要素ｃが抽出される。また、モデル（ｅ），（ｆ）の場合には、バー要素ｄが抽出されるが、モデル（ｄ）については他のバー要素は抽出されない。
【００２７】
次に、図９のステップＳ１０２に示すように、抽出された他のバー要素の中に、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する。同一の端点を共有しているか否かの判定は、例えば端点番号を比較することによって行う。異なる要素番号のバー要素が、同じ端点番号の端点を有する場合には、これらのバー要素は同一の端点を共有する。図２のモデル（ａ），（ｂ）の場合、バー要素ａとバー要素ｂが鋼材Ｂ上で端点を共有しているので、該当するバー要素が存在する。一方、他のモデル（ｃ）〜（ｆ）には該当するバー要素が存在しない。
【００２８】
そして当該ステップにおいて、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合には、これらバー要素に対応するスポット溶接が、母材を３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定する。すなわち、当該ステップにおいて、解析対象物の多数のスポット溶接部の中から、図２のモデル（ａ）や（ｂ）の形態を有する３枚重ねのスポット溶接部を抽出することができる。
【００２９】
次に、図９のステップＳ１０３に示すように、ステップＳ１０２で抽出した他のバー要素の中に、注目バー要素との距離（要素間距離）が母材の板厚以下のものがあるか否かを判定する。要素間距離の判定は、例えば各バー要素に割り付けられている代表点同士の距離と、板厚とを比較することによって行う。代表点の情報は、バー要素のデータベースから読み出し、板厚の情報は、母材情報のデータベースから読み出す。このステップにおいて、板厚以下の距離にあるバー要素が存在しなかった場合、３枚重ねのスポット溶接ではないと判定する。そして、注目するバー要素を別のバー要素を変更し、変更後の注目バー要素に対してステップＳ１０１からの処理を再び行う。このステップを通じて、図２のモデル（ｃ），（ｅ）、（ｆ）以外の形態を、抽出対象から除外することができる。なお、板厚以下であるか否かの判定に代えて、ナゲット径以下であるか否かの判定とすることもできる。
【００３０】
次に、図９のステップＳ１０４に示すように、ステップＳ１０３において要素間距離が板厚以下であると判定されたバー要素が複数ある場合には、その中から要素間距離が最も短いバー要素を検索し、該当するバー要素を対象バー要素として選定する。勿論、要素間距離が板厚以下であると判定されたバー要素が一つの場合は、そのバー要素が対象バー要素に選定される。
【００３１】
次に、図９のステップＳ１０５に示すように、ステップＳ１０４において選定された対象バー要素が、注目バー要素と同じ母材を溶接しているか否かを判定する。同じ母材を溶接しているか否かの判定は、例えば対象バー要素と注目バー要素が属する母材番号を比較することによって判定する。そして、注目バー要素と対象バー要素が異なる母材を溶接していた場合には、当該ステップにおいて、注目バー要素が２枚重ねのスポット溶接部であると判定する。すなわち、図２のモデル（ｅ）のような形態を、３枚重ねであると誤認することを防止できる。
【００３２】
次に、図９のステップＳ１０６に示すように、ステップＳ１０５において同じ母材を溶接していると判定された対象バー要素の両端点と、注目バー要素の両端点とが共有であるか否かを判定する。対象バー要素と注目バー要素が両端点を共有しているか否かの判定は、例えば端点番号を比較することによって行う。対象バー要素と注目バー要素が両端点を共有していた場合、注目バー要素が２枚重ねのスポット溶接部であると判定する。すなわち、図２のモデル（ｅ）のような、２つのバー要素が近接している形態を、３枚重ねであると誤認することを防止できる。一方、対象バー要素と注目バー要素が両端点を共有していなかった場合、注目バー要素と対象バー要素による３枚重ねのスポット溶接部であると判定する。すなわち、図２のモデル（ｃ）のような形態を、２枚重ねであると誤認することを防止できる。
【００３３】
上述のステップＳ１００〜Ｓ１０６を通じて３枚重ねのスポット溶接部が抽出されると、前述の通り、見掛け上、２枚重ねのモデルに調整して破断解析を行う。解析破断は、例えば上述の改善された破断解析方法に従い、スポット溶接される鋼板それぞれの板厚ｔ、引張強さＴＳ、伸びＥｌ、化学成分、溶接部のナゲット径ｄ、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Ｂ、断面高さＨに基づいて、荷重型破断、モーメント型破断、ナゲット内破断のそれぞれの破断モードの破断限界を求め、スポット溶接部の状態量が前記いずれかの破断モードの破断限界に達したときに該破断モードで破断したと評価する。その際、有効幅Ｂを適切に設定することによって解析精度を向上させることが好ましい。以下、有効幅Ｂについて説明する。
【００３４】
スポット溶接の有効幅Ｂとなり得る要素としては、図１０（ａ）〜（ｃ）の３つがある。第１に、同一の母材上に複数のスポット溶接部が存在する場合には、図１０（ａ）に模式的に示すように、注目しているスポット溶接部に最も近いスポット溶接部までの距離（スポット間距離）Ｌ１が有効幅Ｂの候補となり得る。シェル要素にモデル化した場合は、同一シェル要素上に存在する最も近いバー要素までの距離が、スポット間距離Ｌ１となる。
【００３５】
第２に、図１０（ｂ）に模式的に示すように、注目しているスポット溶接部によって溶接された部品（鋼材ＡとＢの溶接部品）の最も近いエッジまでの距離（エッジ間距離）Ｌ２を２倍にした値（＝Ｌ２×２）が、有効幅Ｂの候補となり得る。スポット溶接部から最短のエッジ間距離Ｌ２を２倍にすることにより、スポット溶接部が部品上の偏った位置にあった場合にも、有効幅Ｂを適切な値に設定することができる。なお、エッジとは、１つのシェル要素だけに属した２つの節点で構成される線分を意味する。
【００３６】
第３に、図１０（ｃ）に模式的に示すように、注目しているスポット溶接部と、このスポット溶接部が溶接している部品上で最も近い稜線までの距離（稜線間距離）Ｌ３を２倍にした値（＝Ｌ３×２）が、有効幅Ｂの候補となり得る。ここでも、スポット溶接部から稜線間距離Ｌ３を２倍にすることにより、スポット溶接部が部品上の偏った位置にあった場合にも、有効幅Ｂを適切な値に設定することができる。なお、ここでいう稜線とは、２つのシェル要素に共通で、且つシェルの法線ベクトル同士のなす角θが閾値（１０度）以上ある辺（２つの節点で構成される線分）を意味する。
【００３７】
本実施形態に従う破断解析では、有効幅Ｂとなり得る上述の３つ候補値を抽出し、それらの候補の一つを有効幅Ｂに決定する。その手順について、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３８】
（有効幅Ｂの設定手順）
まず、図１１のステップＳ２００に示すように、注目シェル要素の線分について、隣接するシェル要素が存在するかを検索する。そして、図１１のステップＳ２０１において隣接するシェル要素の存在の有無を判定する。隣接するシェル要素が存在しなかった場合、ステップＳ２０２において、この注目シェル要素の線分を母材のエッジとしてコンピューターのデータベース（ＤＢ）に格納する。
【００３９】
前述の図４〜図７のデータベースの例では、シェル要素のデータベースから情報を読み出し、注目したシェル要素が有する４つの節点番号のうち、節点番号が２つ同じシェル要素が有るか否かを判定する。節点番号が２つ同じシェル要素が有った場合には、隣接するシェル要素が存在すると判定する。節点番号が２つ同じシェル要素が見つからない場合は、隣接するシェル要素は存在しないと判定する。また節点番号が１つだけ同じ場合、両者は対角位置にあるので隣接するシェル要素は存在しないと判定する。
【００４０】
一方、ステップＳ２０１の判定において隣接するシェル要素が存在していた場合には、図１１のステップＳ２０３に示すように、注目シェル要素と隣接シェル要素の法線ベクトルが成す角度θを算出し、さらにステップＳ２０４において角度θが閾値（１０度）以上であるか否かを判定する。判定の結果が閾値（１０度）以上であった場合にのみ、ステップＳ２０５に示すように、注目シェル要素と隣接シェル要素をつないでいる線分を母材の稜線（正確には母材の稜線の一部）としてデータベース（ＤＢ）に格納する。なお、閾値は１０度が好ましいが、必ずしも１０度でなくともよく、１０度〜１５度の範囲内で任意に設定することができる。１０度未満の場合、母材の曲面を稜線と誤認する場合があり、抽出の精度が低下する場合がある。一方、１５度を超えると稜線の抽出漏れがある場合がある。
【００４１】
上述のステップＳ２００〜Ｓ２０５までの処理は、解析対象物の全てのシェルについて行い、図１１のステップＳ２０６において全てのシェルについての処理が完了したと判定した場合に、次のステップＳ２０７に進行する。
【００４２】
続いて、図１１のステップＳ２０７に示すように、注目バー要素について隣接バー要素を検索し、共通する母材上に隣接バー要素が存在している場合には、その中の最短距離にあるバー要素までの距離を、スポット間距離Ｌ１とする。バー要素間の距離は、例えば各バー要素の、共通する母材上にある端点同士の距離である。この距離は、母材の面上に沿った行程距離とするのが望ましいが、３次元空間での絶対距離としてもよい。当該ステップにおいては、一つのバー要素についてスポット間距離Ｌ１１の情報を取得すると、次の注目バー要素についてスポット間距離Ｌ１２の情報を取得し、これを繰り返すことによって全てのバー要素についてスポット間距離Ｌ１１，Ｌ１２，・・・，Ｌ１ｎの情報を取得する。
【００４３】
次に、図１１のステップＳ２０８に示すように、注目バー要素について、上述のデータベース（ＤＢ）に登録されているエッジまでの距離情報を読み出し、その中から最短のエッジまでの距離を、エッジ間距離Ｌ２とする。エッジ間距離Ｌ２は、例えば注目バー要素の端点とエッジと判定されたシェル要素の線分までの距離である。この距離は、シェル要素の面上に沿った行程距離とするのが望ましいが、３次元空間での絶対距離としてもよい。当該ステップにおいても、一つのバー要素についてエッジ間距離Ｌ２１の情報を取得すると、次の注目バー要素についてエッジ間距離Ｌ２２の情報を取得し、これを繰り返すことによって全てのバー要素についてエッジ間距離Ｌ２１，Ｌ２２，・・・，Ｌ２ｎの情報を取得する。
【００４４】
次に、図１１のステップＳ２０９に示すように、注目バー要素について、上述のデータベース（ＤＢ）に登録されている稜線までの距離情報を読み出し、その中から最短の稜線までの距離を、稜線間距離Ｌ３とする。稜線間距離Ｌ３は、例えば注目バー要素の端点と稜線と判定されたシェル要素の線分までの距離である。この距離は、シェル要素の面上に沿った行程距離とするのが望ましいが、３次元空間での絶対距離としてもよい。当該ステップにおいても、一つのバー要素について稜線間距離Ｌ３１の情報を取得すると、次の注目バー要素について稜線間距離Ｌ３２の情報を取得し、これを繰り返すことによって全てのバー要素について稜線間距離Ｌ３１，Ｌ３２，・・・，Ｌ３ｎの情報を取得する。
【００４５】
次に、図１１のステップＳ２１０に示すように、各バー要素について、ステップＳ２０７にて取得したスポット間距離Ｌ１の値と、ステップＳ２０８にて取得したエッジ間距離Ｌ２を２倍した値と、ステップＳ２０９にて取得した稜線間距離Ｌ３を２倍した値とを比較し、その中で最も短い値（距離）を選択する。そして、この選択した距離を、当該バー要素でモデル化されたスポット溶接部の有効幅Ｂに設定する。なお、スポット間距離Ｌ１の値、エッジ間距離Ｌ２を２倍した値、稜線間距離Ｌ３を２倍した値の全部又は２つが同じ値であっても、最も小さい値であればその値を有効幅Ｂに設定すればよい。
【００４６】
続いて、破断解析の手順について説明する。以下の説明は、本願の出願人によって改善された破断解析方法（特願２０１０−０８８２７１）を一例に挙げているが、必ずしもこの破断解析方法に限定はされない。破断解析は、準備設定作業としてコンピューターに入力情報を読み込ませる。この入力情報には、図３の手順に従ってコンピューターが抽出した３枚重ねの溶接部の情報と、図１１の手順に従ってコンピューターが設定した有効幅Ｂの情報が含まれる。
【００４７】
鋼板Ａ，Ｂをスポット溶接する場合の入力項目を表１に示す。破断モードによって判定に用いられる入力項目は異なるが、ここに挙げたすべての入力項目を用いることで、すべての破断モードに対する評価を行うことができるため、最も早く限界値に達した破断モードを知ることが可能となる。
【００４８】
【表１】
0005382085.tif 000002
次に、荷重型破断、モーメント型破断、ナゲット内破断のそれぞれの破断モードに応じて表１の○印に示す入力項目を使用して破断限界（クライテリア）を算出する。なお、それぞれの破断モードにおける破断限界（クライテリア）の算定方法は、特に限定されないが、例えば下記の方法を用いることが好ましい。
【００４９】
まず、荷重型破断の場合は、スポット溶接部を有する試験片のせん断引張試験又は十字形引張試験を行い、ナゲット径ｄ（ｍｍ）と前記試験片の幅Ｗ（ｍｍ）との比ｄ／Ｗと、（１）式による応力集中係数αの関係を予め求め、任意の引張強さを有する材料を対象として（２）式によりせん断引張試験によるスポット溶接部の破断限界荷重Ｆｓ（Ｎ）を算定する方法が好ましい。
【００５０】
α＝ＴＳ・Ｗ・ｔ／Ｆ ・・・（１）
ここで、ＴＳ：引張強さ（ＭＰａ）、ｔ：試験片の厚さ（ｍｍ）、Ｆ：破断限界張力（Ｎ）
Ｆｓ＝ＴＳ・Ｗ・ｔ／α ・・・（２）
また、モーメント型破断の場合は、スポット溶接部を有するフランジ引張試験を行い、スポット溶接部の端部に加えた曲げモーメントＭ（Ｎ・ｍ）と、試験材の板厚、板幅、強度特性から理論的に求まる全塑性モーメントＭｐ（Ｎ・ｍ）から、（３）式によるモーメント効率γを予め求め、このモーメント効率γと、任意の板厚、板幅、強度特性を有する材料に対する全塑性モーメントＭｐ´から（４）式によるフランジ引張試験によるスポット溶接部の破断限界モーメントＭｌｉｍ（Ｎ・ｍ）を算定する方法が好ましい。
【００５１】
γ＝Ｍｐ／Ｍ・・・（３）
Ｍｌｉｍ＝Ｍｐ´／γ ・・・（４）
また、ナゲット内破断の場合は、例えば、下記（５）式により、スポット溶接部の破断限界荷重Ｆｓ（Ｎ）を算定する方法が好ましい。
【００５２】
Ｆｓ＝e×Π（ｄ/2）2×（f×Ceq+g）・・・ （５）
ここで、ｄ：ナゲット径（ｍｍ）、Ｃeq:ナゲット部炭素当量の厚み方向の重み付き平均、e,f,g：係数
そして、各時刻ごとにスポット溶接要素の荷重・モーメント出力に基づくモードごとの状態変数を計算する。
【００５３】
次に、破断モードごとに前述の限界値と状態変数を比較する。そして、いずれかのモードの状態変数が限界値に達している場合、以後、破断発生済みと判定し、その後の溶接要素の相対変位（ひずみ）に応じて許容荷重値を低下させる。全プロセスの力学計算終了後、破断詳細情報を出力する。
【００５４】
上述の実施形態によれば、バー要素の端点を母材ごとに取得し、注目バー要素の周囲にある他のバー要素の中に注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在するか否かを検索する。そして検索した結果、注目バー要素と同一の端点を共有するバー要素が存在した場合に、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部であると判定するアルゴリズムを採用したことによって、多数のスポット溶接部の中から、母材を少なくとも３枚重ねて溶接したスポット溶接部を、精度良く抽出することが可能となる。図９及び図１１のアルゴリズムを遂行するプログラムを構築し、実際に３枚重ね溶接の抽出及び有効幅Ｂの設定を行ったところ、スポット溶接部の総数が５０００点あるモデルにおいても、数分で設定作業が完了したことを確認している。従来の人手による作業では１点あたり１０分要していたので、スポット溶接部の総数が５０００点あるモデルにおいては、のべ３５日間を要し、実質的に不可能である。
【００５５】
さらに、上述の実施形態によれば、母材を少なくとも３枚重ねて溶接していると判定したスポット溶接部が抽出されると、スポット間距離、エッジ間距離×２、稜線間距離×２の情報を取得し、そのうち最も距離の短いものを有効幅Ｂに設定して破断解析を行うことにより、より精度の高い破断解析を行うことが可能である。
【００５６】
最後に、上述の破断解析を実行可能なコンピューターシステムの一例について、図１２のブロック図を参照しながら説明する。同図において、１２００はコンピューターＰＣである。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２又はハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、或いはフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）１２１２により供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス１２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。前記ＰＣ１２００のＣＰＵ１２０１、ＲＯＭ１２０２又はハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶されたプログラムにより、本実施形態の処理を行う各機能手段が構成される。
【００５７】
１２０３はＲＡＭで、ＣＰＵ１２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。１２０５はキーボードコントローラ（ＫＢＣ）であり、キーボード（ＫＢ）１２０９から入力される信号をシステム本体内に入力する制御を行う。１２０６は表示コントローラ（ＣＲＴＣ）であり、表示装置（ＣＲＴ）１２１０上の表示制御を行う。１２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）で、ブートプログラム（起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイルそしてネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク（ＨＤ）１２１１、及びフレキシブルディスク（ＦＤ）１２１２とのアクセスを制御する。
【００５８】
１２０８はネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）で、ＬＡＮ１２２０を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、或いは他のＰＣと双方向のデータのやり取りを行う。
【００５９】
上述した実施形態の機能は、コンピューターがコンピュータープログラムを実行することによっても実現される。また、コンピュータープログラムをコンピューター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等のコンピューター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インターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、前記のプログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。前記のコンピュータープログラム、記録媒体、伝送媒体及びコンピュータプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を用いることができる。
【実施例】
【００６０】
続いて、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
本実施例では、図１３に示すように、３枚重ね溶接によって形成された構造部材の破断解析を行った。詳しい解析モデル・条件については同図に示す。実施例１は、３枚重ね溶接を考慮し、さらに有効幅Ｂを自動算定して破断解析を行った。実施例２は、３枚重ね溶接を考慮したが、有効幅Ｂについては破断解析プログラムのデフォルト値（４０ｍｍ）を用いた。比較例１は、３枚重ね溶接を考慮せず、さらに有効幅Ｂに破断解析プログラムのデフォルト値（４０ｍｍ）を用いた。
【００６１】
３枚重ね溶接の考慮は、図９のフローチャートに従う処理を実行可能なプログラムがインストールされたコンピューターを用いて３枚重ね溶接の抽出を行い、すべてのスポット溶接部の位置を破断解析プログラムに認識させることによって行った。さらに、認識されたスポット溶接部の破断解析を実行する際に、見掛け上、２枚重ねの溶接となるように板厚を調整した。すなわち、３枚の鋼材（Ａ，Ｂ，Ｃ）の鋼材Ａと鋼材Ｂの接続部分の破断解析は、鋼材Ａの板厚の値と、鋼材ＢとＣの板厚を足した値で実行し、鋼材Ｃと鋼材Ｂの接続部分の破断解析は、鋼材Ｃの板厚の値と、鋼材ＡとＢの板厚を足した値で実行した。
有効幅Ｂの自動算定は、図１１のフローチャートに従う処理を実行可能なプログラムがインストールされたコンピューターを用いて、スポット間距離、エッジ間距離×２、稜線間距離×２の情報を取得し、そのうち最も短い距離をスポット溶接の有効幅Ｂに設定するようにした。
【００６２】
図１４は、実施例１，２及び比較例１の破断解析の結果を示す。なお、図１４は、破断個所を確認し易いように、図１３（ａ）から図１３（ｂ）への変形が２０％進行したときの状態を示している。図１４（ａ）に示される通り、３枚重ねを考慮し、さらに有効幅Ｂを自動算定して破断解析を行った実施例１は、１０点在るスポット溶接部のうち６点で破断が発生している。一方、３枚重ね溶接については考慮したが有効幅Ｂにデフォルト値を用いた実施例２は、図１４（ｂ）に示される通り、実施例１よりも１点少ない５点で破断する結果となっている。これに対し、３枚重ね溶接を考慮せず、有効幅Ｂにデフォルト値を用いた比較例１の場合は、実際には６点で破断するのに３点で破断する結果となっており、誤差が大きい。
【００６３】
以上の結果によれば、図９に示すフローチャートに従って３枚重ね溶接を考慮し、さらに図１１に示すフローチャートに従って有効幅Ｂを自動算定すれば、解析に要する作業時間を大幅に短縮できるのに加えて、衝突シミュレーションにおける解析精度を向上できる効果がある。この効果は、解析対象物の溶接部の数が数百点、数千点に増えることによって、より顕在化する。
【符号の説明】
【００６４】
１２００  コンピューターＰＣ
１２０１  ＣＰＵ
１２０２  ＲＯＭ
１２０３  ＲＡＭ
１２０９  キーボード（ＫＢ）
１２１０  表示装置（ＣＲＴ）
【図１】
0005382085.tif 000003
【図２】
0005382085.tif 000004
【図４】
0005382085.tif 000005
【図５】
0005382085.tif 000006
【図６】
0005382085.tif 000007
【図７】
0005382085.tif 000008
【図９】
0005382085.tif 000009
【図１０】
0005382085.tif 000010
【図１１】
0005382085.tif 000011
【図１２】
0005382085.tif 000012
【図３】
0005382085.tif 000013
【図８】
0005382085.tif 000014
【図１３】
0005382085.tif 000015
【図１４】
0005382085.tif 000016