(57)【要約】【課題】応力を正確かつ簡便に求めることができる、応力算出装置等を提供する。【解決手段】実施形態の応力算出装置において、割合記憶部１２は、構造物について複数の形状が異なる部分要素モデルにおいて境界に外力を作用させたときに当該外力に対して当該部分要素モデルの評価点に生ずる応力の割合を複数記憶する。境界力算出部２１は、構造物の全体モデルにおいて部分要素モデルの境界に位置する部分に生ずる荷重を境界力として算出する。係数算出部２２は、割合記憶部１２が記憶する複数の割合から、構造物に対応する割合を係数として求める。評価点応力算出部２３は、境界力算出部２１により求められた境界力と前記係数算出部２２により求められた係数とを積算することによって、構造物の評価点に生ずる応力を算出する。【選択図】図１
2014055836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の評価点に生ずる応力を求める応力算出装置であって、
前記構造物について複数の形状が異なる部分要素モデルにおいて境界に外力を作用させたときに当該外力に対して当該部分要素モデルの評価点に生ずる応力の割合を複数記憶する、割合記憶部と、
前記構造物の全体モデルにおいて前記部分要素モデルの境界に位置する部分に生ずる荷重を境界力として算出する、境界力算出部と、
前記割合記憶部が記憶する複数の割合から、前記構造物に対応する割合を係数として求める、係数算出部と、
前記境界力算出部により求められた境界力と前記係数算出部により求められた係数とを積算することによって、前記構造物の評価点に生ずる応力を算出する、評価点応力算出部と
を有することを特徴とする、
応力算出装置。
【請求項２】
前記係数算出部は、前記割合記憶部が記憶する複数の割合のうち、前記構造物の一部と形状が同じ部分要素モデルに関する割合がある場合には、当該割合を前記係数として求め、前記構造物の一部と形状が同じ部分要素モデルに関する割合がない場合には、前記複数の割合について補間処理を行うことによって前記係数を求める、
請求項１に記載の応力算出装置。
【請求項３】
前記境界力算出部は、有限要素法によって前記境界力を求めることを特徴とする、
請求項１または２に記載の応力算出装置。
【請求項４】
前記複数の割合は、有限要素法によって求められていることを特徴とする、
請求項１から３のいずれかに記載の応力算出装置。
【請求項５】
前記評価点は、前記部分要素モデルにて境界に外力を作用させたときに応力が最も高い点に設定されていることを特徴とする、
請求項１から４のいずれかに記載の応力算出装置。
【請求項６】
前記構造物は、複数の母材の間に溶接部が形成されており、
前記評価点は、前記溶接部に位置しており、
前記部分要素モデルの境界は、前記母材に位置しており、
前記複数の割合は、前記母材の寸法が異なる複数の部分要素モデルについて得られたことを特徴とする、
請求項１から５のいずれかに記載の応力算出装置。
【請求項７】
前記溶接部は、隅肉溶接によって形成されており、
前記複数の割合は、前記溶接部の表面が前記母材の表面に対して傾斜する角度が互いに異なる複数の部分要素モデルについて得られたことを特徴とする、
請求項６に記載の応力算出装置。
【請求項８】
構造物の評価点に生ずる応力を算出する応力算出方法であって、
前記構造物の全体モデルにおいて部分要素モデルの境界に位置する部分に生ずる荷重を境界力として算出する、境界力算出ステップと、
前記構造物について複数の形状が異なる部分要素モデルにおいて境界に外力を作用させたときに当該外力に対して当該部分要素モデルの評価点に生ずる応力の割合から、前記構造物に対応する割合を係数として求める、係数算出ステップと、
前記境界力算出ステップで求めた境界力と前記係数算出ステップで求めた係数とを積算することによって、前記構造物の評価点に生ずる応力を算出する、評価点応力算出ステップと
を有することを特徴とする、
応力算出方法。
【請求項９】
構造物の評価点に生ずる応力をコンピュータに算出させるプログラムであって、
前記構造物の全体モデルにおいて部分要素モデルの境界に位置する部分に生ずる荷重を境界力として算出する、境界力算出ステップと、
前記構造物について複数の形状が異なる部分要素モデルにおいて境界に外力を作用させたときに当該外力に対して当該部分要素モデルの評価点に生ずる応力の割合から、前記構造物に対応する割合を係数として求める、係数算出ステップと、
前記境界力算出ステップで求めた境界力と前記係数算出ステップで求めた係数とを積算することによって、前記構造物の評価点に生ずる応力を算出する、評価点応力算出ステップとを、前記コンピュータに実行させることを特徴とする、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、応力算出装置、応力算出方法、及び、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の強度設計では、その構造物の評価点に生ずる応力を求め、その求めた応力の値と許容値とを比較することによって、評価が行われる。
【０００３】
たとえば、フランスにおいて原子力機器の設計に適用されるＲＣＣ−Ｍ規格では、未溶着な溶接部のように構造が不連続である部分について応力を求めた後に、Ｓ−Ｎ線図を用いて、その部分の応力の振幅から許容繰返し数を求める方法が規定されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】RCC-M, "Design and Construction Rules for Mechanical Components of PWR Nuclear Islands", Section I, Subsection Z, Annex ZD ""Analysis of the fatigue behavior of zones with geometric discontinuities"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記において、応力は、たとえば、材料力学に基づいた計算式を用いて求められる。この他に、応力は、有限要素法などを用いた解析を行うことによって求められる。
【０００６】
しかしながら、計算式を用いる場合には、構造物の形状が複雑であるとき、応力を正確に求めることができない場合がある。また、有限要素法などを用いた応力解析を行うには、高度な専門知識が必要であって、多大な労力を要するため、効率的に応力を求めることが容易でない。
【０００７】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、応力を正確かつ簡便に求めることができる、応力算出装置、及び、応力算出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の応力算出装置において、割合記憶部は、構造物について複数の形状が異なる部分要素モデルにおいて境界に外力を作用させたときに当該外力に対して当該部分要素モデルの評価点に生ずる応力の割合を複数記憶する。境界力算出部は、構造物の全体モデルにおいて部分要素モデルの境界に位置する部分に生ずる荷重を境界力として算出する。係数算出部は、割合記憶部が記憶する複数の割合から、構造物に対応する割合を係数として求める。評価点応力算出部は、境界力算出部により求められた境界力と前記係数算出部により求められた係数とを積算することによって、構造物の評価点に生ずる応力を算出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る応力算出装置、応力算出方法、及びプログラムによれば、応力を正確かつ簡便に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る応力算出装置の機能ブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る応力算出方法を示すフロー図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る応力算出方法を示すフロー図である。
【図４】図４は、第１実施形態において、部分要素モデルの構造を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態において、複数の割合を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態において、構造物の全体を示す側面図である。
【図７】図７は、第２実施形態において、複数の割合を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態において、構造物の全体を示す側面図である。
【図９】図９は、第３実施形態において、部分要素モデルの構造を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態において、複数の割合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
［Ａ］応力算出装置
図１は、第１実施形態に係る応力算出装置の機能ブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、応力算出装置は、割合算出部１１、割合記憶部１２、境界力算出部２１、係数算出部２２、及び評価点応力算出部２３を有し、構造物の評価点に生ずる応力Ｓを算出する。
【００１４】
詳細については後述するが、本実施形態では、応力Ｓの算出対象である構造物（対象構造物）は、たとえば、複数の母材の間に溶接部が形成された構造物であり、その溶接部に設定された評価点の応力Ｓについて、応力算出装置が算出する。
【００１５】
上記の応力算出装置は、コンピュータと、そのコンピュータを各部として機能させる各種プログラム及び各種データを記憶する記憶装置とを、ハードウェアとして備えている。具体的には、応力算出装置においては、コンピュータが、記憶装置に記憶されたプログラムによって、割合算出部１１、境界力算出部２１、係数算出部２２、及び、評価点応力算出部２３として機能すると共に、記憶装置が割合記憶部１２として機能する。以下より、応力算出装置の各部について順次説明する。
【００１６】
割合算出部１１は、構造物の部分要素モデルにおいて境界に外力Ｆ１を作用させたときに評価点に生ずる応力Ｆ２を当該外力Ｆ１で割ることによって、割合Ｋを求める（Ｋ＝Ｆ２／Ｆ１）。割合算出部１１は、たとえば、有限要素法を用いた解析を行うことによって、割合Ｋを求める。ここでは、割合算出部１１は、評価点に生ずる応力Ｓを算出する対象である構造物（対象構造物）と構成部材が同じ構造物の部分要素モデルであって、形状が互いに異なる複数の部分要素モデルのそれぞれに関して、割合Ｋを求める。
【００１７】
割合記憶部１２は、割合算出部１１において求められた複数の割合Ｋを記憶する。複数の割合Ｋは、上記のように、形状が異なる複数の部分要素モデルのそれぞれについて予め算出したものであり、その複数の部分要素モデルの形状に関連付けて、割合記憶部１２に記憶されている。
【００１８】
境界力算出部２１は、構造物（対象構造物）の全体モデルにおいて、部分要素モデルの境界に位置する部分に生ずる荷重を、境界力Ｓ１として求める。ここでは、境界力算出部２１は、たとえば、有限要素法を用いた解析を行うことによって、境界力Ｓ１を求める。
【００１９】
係数算出部２２は、割合記憶部１２が記憶する複数の割合Ｋから、構造物（対象構造物）に対応する割合を係数Ｓ２として求める。係数Ｓ２は、構造物（対象構造物）の全体モデルに境界力Ｓ１が作用したときに当該境界力Ｓ１に対して評価点に生ずる応力の割合に相当する。
【００２０】
評価点応力算出部２３は、境界力算出部２１により求められた境界力Ｓ１と係数算出部２２により求められた係数Ｓ２とを積算することによって、構造物（対象構造物）の評価点に生ずる応力Ｓを算出する（Ｓ＝Ｓ１・Ｓ２）。
【００２１】
［Ｂ］応力算出方法
図２および図３は、第１実施形態に係る応力算出方法を示すフロー図である。
【００２２】
図２では、割合Ｋ（図１参照）を準備するときのフローを示している。図３では、構造物（対象構造物）において評価点に生ずる応力Ｓ（図１参照）を算出するときのフローを示している。
【００２３】
本実施形態では、上記の応力算出装置（図１参照）を用いて、図２に示すように、割合Ｋについて準備をする。その後、図３に示すように、構造物（対象構造物）の評価点に生ずる応力Ｓを算出する。以下より、割合Ｋの準備と応力Ｓの算出とについて、順次説明する。
【００２４】
［Ｂ−１］割合Ｋの準備
割合Ｋの準備を行う際には、まず、図２に示すように、部分要素モデルの作成を行う（ＳＴ１１）。
【００２５】
ここでは、構造物の一部についてモデル化することによって、部分要素モデルを作成する。たとえば、構造物に関して入力された形状データなどのデータに基づいて、割合算出部１１（図１参照）が部分要素モデルを作成する。
【００２６】
図４は、第１実施形態において、部分要素モデルの構造を示す図である。図４において、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、断面図である。
【００２７】
本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、部分要素モデル３０は、ソケット溶接継手を有する構造物の一部についてモデル化されたものである。部分要素モデル３０は、母管３１と接続管３２と溶接部３３とを含み、母管３１と接続管３２とが溶接部３３によって接合されたモデルである。
【００２８】
部分要素モデル３０のうち、母管３１は、円筒形状の母材であり、内半径Ｒおよび厚みＴが、予め設定された条件で作成されている。
【００２９】
部分要素モデル３０のうち、接続管３２は、外径が母管３１の外径よりも小さい円筒形状の母材であって、一方の端部が母管３１の内部に挿入されており、中心軸が母管３１と一致している。接続管３２は、内半径ｒおよび厚みｔが、予め設定された条件で作成されている。
【００３０】
部分要素モデル３０のうち、溶接部３３は、隅肉溶接によって形成された部分であって、母管３１において接続管３２が挿入された側に位置する端面と、接続管３２の外周面との間に設けられている。溶接部３３は、母管３１および接続管３２の外周面に対して外側表面が傾斜する角度θと、のど厚ＴＤとのそれぞれが、予め設定された条件で作成されている。そして、部分要素モデル３０では、溶接部３３の内部に評価点３３Ｈが設定されている。
【００３１】
部分要素モデル３０において、境界３１Ｔ，３２Ｔ（端部）は、母管３１および接続管３２の中心軸方向において、溶接部３３の中心から、予め設定された距離Ｄだけ離れている。たとえば、境界３１Ｔ，３２Ｔは、母管３１の内半径Ｒと厚みＴとを積算した値の平方根について２．５倍した距離Ｄだけ、溶接部３３の中心から離れている（Ｄ＝２．５√ＲＴ）。
【００３２】
図４（ａ），（ｂ）では要素分割の要素について図示を省略しているが、本実施形態では、部分要素モデル３０は、ソリッド要素などによって詳細に要素分割が行われている。
【００３３】
つぎに、図２に示すように、割合Ｋの算出を行う（ＳＴ１２）。
【００３４】
ここでは、上記のステップＳＴ１１にて作成された部分要素モデル３０について境界３１Ｔ，３２Ｔ（図４（ｂ）参照）に外力Ｆ１を負荷させたときに、その部分要素モデル３０の評価点３３Ｈに生ずる応力Ｆ２を、割合算出部１１（図１参照）が求める。その後、その応力Ｆ２を外力Ｆ１で割ることによって、割合算出部１１（図１参照）が割合Ｋを求める（Ｋ＝Ｆ２／Ｆ１）。
【００３５】
本実施形態では、予め設定した引張荷重Ｆ１ａ（図４（ａ）参照）を外力Ｆ１として境界３１Ｔ，３２Ｔに負荷させたときに、評価点３３Ｈに生ずる応力Ｆ２ａを求める。その後、その応力Ｆ２ａの値を引張荷重Ｆ１ａの値で割ることによって、第１の割合Ｋａを求める。
【００３６】
また、予め設定した曲げ荷重Ｆ１ｂ（図４（ａ）参照）を外力Ｆ１として境界３１Ｔ，３２Ｔに負荷させたときに、評価点３３Ｈに生ずる応力Ｆ２ｂを求める。その後、その応力Ｆ２ｂの値を曲げ荷重Ｆ１ｂの値で割ることによって、第２の割合Ｋｂを求める。
【００３７】
この他に、予め設定した捩じり荷重Ｆ１ｃ（図４（ａ）参照）を外力Ｆ１として境界３１Ｔ，３２Ｔに負荷させたときに、評価点３３Ｈに生ずる応力Ｆ２ｃを求める。その後、その応力Ｆ２ｃの値を捩じり荷重Ｆ１ｃの値で割ることによって、第３の割合Ｋｃを求める。
【００３８】
上記においては、たとえば、引張荷重Ｆ１ａとして単位引張荷重を設定し、曲げ荷重Ｆ１ｂとして単位曲げ荷重を設定し、捩じり荷重Ｆ１ｃとして単位捩じり荷重を設定してもよい。この場合には、評価点３３Ｈに生ずる各応力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ２ｃの値が、各割合Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃに相当する。このため、この場合には、各応力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ２ｃの値を各荷重Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ１ｃの値で割る処理を行わずに、各応力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ２ｃの値を各割合Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃとして求める。
【００３９】
つぎに、図２に示すように、割合Ｋの記憶を行う（ＳＴ１３）。
【００４０】
ここでは、上記のステップＳＴ１２において割合Ｋとして求められた、第１の割合Ｋａ、第２の割合Ｋｂ、及び第３の割合Ｋｃのそれぞれを、部分要素モデル３０の形状に関連付けて、割合記憶部１２（図１参照）が記憶する。
【００４１】
本実施形態では、上記の各ステップＳＴ１１，ＳＴ１２，ＳＴ１３が、複数回、繰り返される。
【００４２】
具体的には、部分要素モデル３０の作成ステップＳＴ１１では、形状が互いに異なる複数の部分要素モデル３０を作成する。本実施形態では、寸法の一部が互いに異なる点を除いて、応力Ｓを算出する対象である構造物（対象構造物）と構成部材が同一の構造物について、部分要素モデル３０を複数作成する。そして、割合Ｋの算出ステップＳＴ１２では、その形状が互いに異なる複数の部分要素モデル３０のそれぞれに関して、割合Ｋを求める。そして、割合Ｋの記憶ステップＳＴ１３では、その複数の割合Ｋを、複数の部分要素モデル３０の形状に関連付けて記憶する。
【００４３】
図５は、第１実施形態において、複数の割合を示す図である。図５では、寸法（Ｓｉｚｅ）と割合Ｋとの関係の一例を表で示している。
【００４４】
図５に示すように、部分要素モデル３０（図４（ｂ）参照）の寸法は、母管３１において厚みＴに対する内半径Ｒの割合（Ｒ／Ｔ）が複数条件であって、接続管３２において厚みｔに対する内半径ｒの割合（ｒ／ｔ）が複数条件である（Ｒ／Ｔ＝５，１０，１５，２０、ｒ／ｔ＝５，１０，１５，２０）。
【００４５】
そして、その寸法条件が異なる複数の部分要素モデル３０のそれぞれについて、第１の割合Ｋａ、第２の割合Ｋｂ、及び第３の割合Ｋｃのそれぞれを、割合Ｋとして求める。たとえば、寸法がＲ／Ｔ＝５，ｒ／ｔ＝５である部分要素モデル３０の場合には、第１の割合Ｋａが１．１２であり、第２の割合Ｋｂが２．３１であり、第３の割合Ｋｃが１．１５である。
【００４６】
その後、その算出された第１の割合Ｋａ、第２の割合Ｋｂ、及び第３の割合Ｋｃのそれぞれが、複数の部分要素モデル３０の寸法条件に関連付けられて、ルックアップテーブルとして記憶される。
【００４７】
［Ｂ−２］構造物の評価点に生ずる応力Ｓの算出
構造物（対象構造物）の評価点に生ずる応力Ｓの算出について行う際には、まず、図３に示すように、その構造物の全体モデルについて作成する（ＳＴ２１）。
【００４８】
ここでは、構造物（対象構造物）の全体についてモデル化することによって、全体モデルを作成する。たとえば、その構造物に関して入力された形状データなどのデータに基づいて、境界力算出部２１（図１参照）が全体モデルを作成する。
【００４９】
図６は、第１実施形態において、構造物の全体を示す側面図である。
【００５０】
図６に示すように、構造物４０（対象構造物）は、部分要素モデル３０（図４（ｂ）参照）と同様に、母管４１と接続管４２と溶接部４３とを有する。構造物４０は、母管４１と接続管４２とが溶接部４３によって接合された構造物の全体についてモデル化することによって作成されている。
【００５１】
構造物４０のうち、母管４１は、溶接部４３によって接続管４２に接合された一方の端部に対して反対に位置する他方の端部に、第１部材４４が設けられている。接続管４２は、溶接部４３によって母管４１に接合された一方の端部に対して反対に位置する他方の端部に、第２部材４５が設けられている。そして、部分要素モデル３０（図４（ｂ）参照）と同様に、溶接部４３に設定される評価点４３Ｈにおいて生ずる応力Ｓが算出される。
【００５２】
本実施形態では、構造物４０の全体について、部分要素モデル３０（図４参照）よりも粗い要素分割を行うことにより、全体モデルを作成する。たとえば、シェル要素によって要素分割を行うことで全体モデルを作成する。
【００５３】
つぎに、図３に示すように、境界力Ｓ１の算出を行う（ＳＴ２２）。
【００５４】
ここでは、上記のステップＳＴ２１にて作成した構造物４０（図６参照）の全体モデルにおいて、部分要素モデル３０（図４（ｂ）参照）の境界３１Ｔ，３２Ｔに位置する部分に生ずる荷重を、境界力算出部２１（図１参照）が境界力Ｓ１として求める。
【００５５】
具体的には、構造物４０の全体モデルにおいて、部分要素モデル３０の境界３１Ｔ，３２Ｔに対応する位置に生ずる引張荷重を、第１境界力Ｓ１ａとして求める。また、構造物４０の全体モデルにおいて、部分要素モデル３０の境界３１Ｔ，３２Ｔに対応する位置に生ずる曲げ荷重を、第２境界力Ｓ１ｂとして求める。更に、構造物４０の全体モデルにおいて、部分要素モデル３０の境界３１Ｔ，３２Ｔに対応する位置に生ずる捩じり荷重を、第３境界力Ｓ１ｃとして求める。
【００５６】
本実施形態では、部分要素モデル３０の境界３１Ｔ，３２Ｔは、構成部材の寸法に応じて定められており、図４（ｂ）に示したように、構成部材である母管３１の内半径Ｒと厚みＴとを積算した値の平方根について２．５倍することによって求められた距離Ｄだけ、溶接部３３の中心から離れた位置にある（Ｄ＝２．５√ＲＴ）。このため、構造物４０（図６参照）の全体モデルにおいて、構造物４０の母管４１の内半径Ｒと厚みＴとを積算した値の平方根の２．５倍の距離Ｄだけ、溶接部４３の中心から離れた部分の各種荷重を、境界力算出部２１が有限要素法によって求める。そして、その各種荷重を、第１境界力Ｓ１ａ、第２境界力Ｓ１ｂ、及び第３境界力Ｓ１ｃとして記憶する。
【００５７】
つぎに、図３に示すように、係数Ｓ２の算出を行う（ＳＴ２３）。
【００５８】
ここでは、割合記憶部１２（図１参照）に記憶されている複数の割合Ｋから、構造物（対象構造物）に対応する割合を、係数算出部２２が係数Ｓ２として求める。
【００５９】
具体的には、割合記憶部１２によって記憶された複数の割合Ｋのうち、構造物４０（対象構造物）において評価点を含む一部分と形状が同じ部分要素モデル３０に関する割合Ｋがある場合には、その割合Ｋを、上記の係数Ｓ２として係数算出部２２が抽出する。
【００６０】
たとえば、図５に示すように、構造物４０の寸法が、Ｒ／Ｔ＝５，ｒ／ｔ＝５である場合には、これに対応する第１の割合Ｋａ、第２の割合Ｋｂ、及び第３の割合Ｋｃのそれぞれを、第１の係数Ｓ２ａ，第２の係数Ｓ２ｂ，第３の係数Ｓ２ｃのそれぞれとして求める（Ｋａ＝１．１２＝Ｓ２ａ，Ｋｂ＝２．３１＝Ｓ２ｂ，Ｋｃ＝１．１５＝Ｓ２ｃ）。
【００６１】
この一方で、構造物４０の一部分と形状が同じ部分要素モデルに関する割合Ｋがない場合には、複数の割合Ｋについて補間処理を行うことによって、上記の係数Ｓ２を求める。
【００６２】
たとえば、図５に示すように、構造物４０の寸法が、Ｒ／Ｔ＝５，ｒ／ｔ＝７．５である場合には、これに対応する割合Ｋが記憶されていない。このような場合には、たとえば、Ｒ／Ｔ＝５，ｒ／ｔ＝５のときに求められた第１の割合Ｋａ（Ｋａ＝１．１２）と、Ｒ／Ｔ＝５，ｒ／ｔ＝１０のときに求められた第１の割合Ｋａ（Ｋａ＝１．１３）との間に内挿される値を、第１の係数Ｓ２ａとして求める。そして、第１の係数Ｓ２ａと同様に、補間処理によって、第２の係数Ｓ２ｂ，第３の係数Ｓ２ｃを求める。なお、補間については、線形補間、多項式補間などの種々の方法によって行なってもよい。
【００６３】
つぎに、図３に示すように、構造物４０の評価点４３Ｈに生ずる応力Ｓの算出を行う（ＳＴ２４）。
【００６４】
ここでは、上記のステップＳＴ２２で求めた境界力Ｓ１と、上記のステップＳＴ２３で求めた係数Ｓ２とを、評価点応力算出部２３（図１参照）が積算する（Ｓ＝Ｓ１・Ｓ２）。これによって、構造物４０において、部分要素モデル３０の評価点３３Ｈに対応する位置に設定される評価点４３Ｈに生ずる応力Ｓが算出される。つまり、構造物４０において溶接部４３の内部に設定された評価点４３Ｈに生ずる応力Ｓが求められる。
【００６５】
具体的には、第１境界力Ｓ１ａと第１の係数Ｓ２ａとを積算することによって、第１応力Ｓａを算出する（Ｓａ＝Ｓ１ａ・Ｓ２ａ）。そして、第２境界力Ｓ１ｂと第２の係数Ｓ２ｂとを積算することによって、第２応力Ｓｂを算出する（Ｓｂ＝Ｓ１ｂ・Ｓ２ｂ）。また、第３境界力Ｓ１ｃと第３の係数Ｓ２ｃとを積算することによって、第３応力Ｓｃを算出する（Ｓｃ＝Ｓ１ｃ・Ｓ２ｃ）。
【００６６】
上記のようにして算出した第１応力Ｓａは、引張荷重が第１境界力Ｓ１ａとして構造物４０に負荷されたときに、評価点４３Ｈに生ずる応力に相当する。第２応力Ｓｂは、曲げ荷重が第２境界力Ｓ１ｂとして構造物４０に負荷されたときに、評価点４３Ｈに生ずる応力に相当する。第３応力Ｓｃは、捩じり荷重が第３境界力Ｓ１ｃとして構造物４０に負荷されたときに、評価点４３Ｈに生ずる応力に相当する。
【００６７】
その後、上記のように求められた評価点４３Ｈの応力Ｓ（第１応力Ｓａ、第２応力Ｓｂ、及び第３応力Ｓｃ）と、予め定められた許容値との間を比較することによって、構造物４０の強度について評価を行う。たとえば、脆性破壊評価、延性破壊評価、疲労評価などの評価を行う。
【００６８】
そして、評価点４３Ｈの応力Ｓ（第１応力Ｓａ、第２応力Ｓｂ、及び第３応力Ｓｃ）が、予め定められた許容値を満たす場合には、実際の構造物４０が、その応力Ｓ以下になるように、構造物４０を製作する。たとえば、評価点４３Ｈの応力Ｓを算出したときに用いた割合Ｋに対応する部分要素モデル３０の、のど厚ＴＤ（図４（ｂ）参照）以上になるように、母管４１と接続管４２との間を溶接して溶接部４３を形成し、構造物４０を製作する（図６参照）。また、その部分要素モデル３０において溶接部３３の止端部３３Ｓ（図４（ｂ）参照）に位置する部分の曲率以上になるように、母管４１と接続管４２との間を溶接して溶接部４３を形成する。
【００６９】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、応力Ｓの算出対象である構造物４０の全体モデルにおいて、部分要素モデル３０の境界に位置する部分に生ずる荷重を、境界力Ｓ１として求める。そして、本実施形態では、その境界力Ｓ１に係数Ｓ２を積算することによって、構造物４０の評価点に生ずる応力Ｓを算出する。ここでは、構造物４０について複数の形状が異なる部分要素モデル３０において境界に外力Ｆ１を作用させたときに当該外力Ｆ１に対して当該部分要素モデル３０の評価点に生ずる応力Ｆ２の割合Ｋ（Ｋ＝Ｆ２／Ｆ１）から、構造物４０の形状に対応する割合を、係数Ｓ２として求める。このように、本実施形態では、予め高精度に求めた割合Ｋを用いて係数Ｓ２を容易に求めることができる。そして、その係数Ｓ２を境界力Ｓ１に積算する簡便な処理により、構造物４０の応力Ｓに関して算出することができる。
【００７０】
したがって、本実施形態は、応力を正確かつ簡便に求めることができる。
【００７１】
［Ｄ］変形例
［Ｄ−１］変形例１−１
本実施形態にて、割合Ｋを算出するときには、部分要素モデル３０において、予め定めた１つの評価点３３Ｈに生ずる応力Ｆ２を求めたが、これに限らない。部分要素モデル３０において予め設定した複数の点のそれぞれに生ずる応力を求めた後に、その複数の点のうち、最大の応力が求められた点を評価点３３Ｈとし、その最大の応力を、その評価点３３Ｈの応力Ｆ２として求めてもよい。ここでは、部分要素モデル３０の境界３１Ｔ，３２Ｔに、引張荷重Ｆ１ａ、曲げ荷重Ｆ１ｂ、捩じり荷重Ｆ１ｃのそれぞれを外力Ｆ１として負荷させたときに、最大の応力が求められる各点の位置が異なる場合には、評価点３３Ｈの位置がそれぞれ異なってもよい。この場合には、構造物４０においても評価点４３Ｈの位置が、引張荷重Ｆ１ａ、曲げ荷重Ｆ１ｂ、捩じり荷重Ｆ１ｃの間で、部分要素モデル３０の評価点３３Ｈの位置に応じて異なることになる。このため、構造物４０の評価点４３Ｈに生ずる応力Ｓについて、上記のように求めた割合Ｋを用いて算出したときには、その応力Ｓは、最大値に相当する。したがって、構造物４０について、より好適に強度設計を行うことができる。
【００７２】
［Ｄ−２］変形例１−２
本実施形態では、割合Ｋの準備（図３のＳＴ２２）を行う場合について説明したが、これに限らない。既に、割合Ｋの準備が完了している場合には、割合Ｋの準備を実行せずに、構造物（対象構造物）の評価点に生ずる応力Ｓの算出を実行してもよい。つまり、構造物の評価点に生ずる応力Ｓの算出を実行するたびに、割合Ｋの準備を事前に実行しなくてもよい。
【００７３】
［Ｄ−３］変形例１−３
本実施形態において、係数Ｓ２の算出（図３のＳＴ２３）を行う場合には、部分要素モデル３０の寸法条件に割合Ｋが関連付けられたルックアップテーブルを用いたが、これに限らない。部分要素モデル３０の寸法条件と割合Ｋとの関係を示す関数を用いて、係数Ｓ２の算出（図３のＳＴ２３）を実行してもよい。
【００７４】
［Ｄ−４］変形例１−４
本実施形態では、コンピュータと記憶装置とを備えた応力算出装置を用いて、構造物４０の評価点４３Ｈに生ずる応力Ｓを算出する場合について説明したが、これに限らない。上記の各ステップのうち、一部または全部のステップについて、コンピュータと記憶装置とを使用せずに、実行してもよい。
【００７５】
＜第２実施形態＞
［Ａ］割合Ｋについて
【００７６】
図７は、第２実施形態において、複数の割合を示す図である。図７では、図５と同様に、寸法（Ｓｉｚｅ）と割合Ｋとの関係の一例を表で示している。
【００７７】
図７に示すように、本実施形態は、割合Ｋと寸法（Ｓｉｚｅ）との関係が、第１実施形態の場合と異なる（図５参照）。本実施形態は、この点、及び、関連する点を除き、上記の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００７８】
図７に示すように、本実施形態では、割合Ｋは、第１実施形態の場合と同様に、部分要素モデル３０（図４（ｂ）参照）に関して、母管３１において厚みＴに対する内半径Ｒの割合（Ｒ／Ｔ）と、接続管３２において厚みｔに対する内半径ｒの割合（ｒ／ｔ）とのそれぞれに関連付けられて算出され、記憶される。
【００７９】
これと共に、割合Ｋは、第１実施形態の場合と異なり、部分要素モデル３０（図４（ｂ）参照）においてソケット母管３１の外周面および接続管３２の外周面に対して溶接部３３の表面が傾斜する角度θ（θ＝３０°，４５°）に関連付けられて算出され、記憶される。
【００８０】
そして、係数Ｓ２の推定ステップＳＴ２３（図３参照）では、Ｒ／Ｔ、ｒ／ｔ、及びθに関連付けられて記憶された複数の割合Ｋを用いて、係数算出部２２が係数Ｓ２を求める。その後、第１実施形態の場合と同様にして、構造物４０の評価点４３Ｈに生ずる応力Ｓの算出が実行される（ステップＳＴ２４）。
【００８１】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、予め得た複数の割合Ｋから係数Ｓ２を求める。そして、その係数Ｓ２を用いて、構造物４０の評価点に生ずる応力Ｓを算出する。
【００８２】
したがって、本実施形態は、応力Ｓを正確かつ簡便に求めることができる。
【００８３】
＜第３実施形態＞
［Ａ］構造物４０等について
図８は、第３実施形態において、構造物の全体を示す側面図である。
【００８４】
図８に示すように、本実施形態は、評価点に生ずる応力Ｓの算出について行われる構造物５０（対象構造物）が、第１実施形態の場合と異なる（図６参照）。本実施形態は、この点、及び、関連する点を除き、上記の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００８５】
構造物５０は、図８に示すように、Ｔ字溶接継手を有する構造物であって、ウェブ５１（母材）とリブ５２（母材）と溶接部５３とを含む。
【００８６】
構造物５０において、ウェブ５１は、水平方向（横方向）に延在しており、複数が垂直方向（縦方向）において間を隔てて並んでいる。
【００８７】
構造物５０において、リブ５２は、垂直方向（縦方向）に延在しており、複数が水平方向（横方向）において間を隔てて並んでいる。
【００８８】
構造物５０において、溶接部５３は、隅肉溶接によって形成された部分であって、ウェブ５１において水平方向に沿った面と、リブ５２において垂直方向に沿った面との間に設けられている。
【００８９】
そして、上記の構造物５０では、溶接部５３のうち、ウェブ５１において水平方向に沿った面に対応する部分に、評価点５３Ｈが設定されている。
【００９０】
図９は、第３実施形態において、部分要素モデルの構造を示す断面図である。
【００９１】
図９に示すように、本実施形態では、上記した構造物５０（図８参照）の一部についてモデル化することによって、部分要素モデル６０を作成する（図２のステップＳＴ１１参照）。
【００９２】
部分要素モデル６０は、図９に示すように、構造物５０（図８参照）と同様に、ウェブ６１（母材）とリブ６２（母材）と溶接部６３とを含み、ウェブ６１とリブ６２とが溶接部６３によって接合されたモデルである。
【００９３】
部分要素モデル６０において、ウェブ６１は、厚みＴが予め設定された条件で作成されている。そして、ウェブ６１において、境界６１Ｔは、ウェブ６１の延在方向（長手方向）にて、ウェブ６１の厚みＴに対して予め定められた係数ａを積算した距離Ｄ１だけ、リブ６２の中心軸から離れた部分に位置している（Ｄ１＝ａ・Ｔ）。
【００９４】
部分要素モデル６０において、リブ６２は、厚みｔが予め設定された条件で作成されている。そして、リブ６２において、境界６２Ｔは、リブ６２の延在方向にて、リブ６２の厚みｔに対して予め定められた係数ｂを積算した距離Ｄ２だけ、ウェブ６１の中心軸から離れた部分に位置している（Ｄ２＝ｂ・ｔ）。
【００９５】
部分要素モデル６０において、溶接部６３は、のど厚ＴＤが予め設定された条件で作成されている。そして、溶接部６３には、ウェブ６１において水平方向に沿った面に対応する部分に、評価点６３Ｈが設定されている。なお、符号６３Ｓは溶接部６３の止端部である。
【００９６】
図１０は、第３実施形態において、複数の割合を示す図である。図１０では、図５と同様に、寸法（Ｓｉｚｅ）と割合Ｋとの関係の一例を表で示している。
【００９７】
図１０に示すように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、寸法が異なる複数の部分要素モデル６０（図９参照）について割合Ｋを求め、その部分要素モデル６０の寸法条件に関連付けて、その割合Ｋを割合記憶部１２（図１参照）が記憶している。
【００９８】
具体的には、部分要素モデル６０（図９参照）の寸法は、ウェブ５１の厚みＴに対するリブ５２の厚みｔの割合（ｔ／Ｔ）が複数条件である（ｔ／Ｔ＝０．１，０．２，・・・，１．０）。そして、その寸法条件が異なる複数の部分要素モデル６０のそれぞれについて、第１の割合Ｋａ、第２の割合Ｋｂ、第３の割合Ｋｃ、及び第４割合Ｋｄを、割合Ｋとして求めて、記憶している。
【００９９】
ここで、第１の割合Ｋａは、予め設定した引張荷重Ｆ１ａ（図９参照）を境界６１Ｔに負荷させたときに、評価点６３Ｈに生ずる応力Ｆ２ａを求めた後に、その応力Ｆ２ａの値を引張荷重Ｆ１ａの値で割ることによって求められている（Ｋａ＝Ｆ２ａ／Ｆ１ａ）。
【０１００】
第２の割合Ｋｂは、予め設定した曲げ荷重Ｆ１ｂ（図９参照）を境界６１Ｔに負荷させたときに、評価点６３Ｈに生ずる応力Ｆ２ｂを求めた後に、その応力Ｆ２ｂの値を引張荷重Ｆ１ｂの値で割ることによって求められている（Ｋｂ＝Ｆ２ｂ／Ｆ１ｂ）。
【０１０１】
第３の割合Ｋｃは、予め設定した引張荷重Ｆ１ｃ（図９参照）を境界６２Ｔに負荷させたときに、評価点６３Ｈに生ずる応力Ｆ２ｃを求めた後に、その応力Ｆ２ｃの値を引張荷重Ｆ１ｃの値で割ることによって求められている（Ｋｃ＝Ｆ２ｃ／Ｆ１ｃ）。
【０１０２】
第４割合Ｋｄは、予め設定した曲げ荷重Ｆ１ｄ（図９参照）を境界６２Ｔに負荷させたときに、評価点６３Ｈに生ずる応力Ｆ２ｄを求めた後に、その応力Ｆ２ｄの値を引張荷重Ｆ１ｄの値で割ることによって求められている（Ｋｄ＝Ｆ２ｄ／Ｆ１ｄ）。
【０１０３】
上記においては、たとえば、引張荷重Ｆ１ａ，Ｆ１ｃとして単位引張荷重を設定し、曲げ荷重Ｆ１ｂ，Ｆ１ｄとして単位曲げ荷重を設定した条件で、各割合Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄとして求めてもよい。この場合には、評価点６３Ｈに生ずる各応力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ２ｃ，Ｆ２ｄの値が、各割合Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄに相当する。このため、各応力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ２ｃ，Ｆ２ｄの値を各荷重Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ１ｃ，Ｆ１ｄの値で割る処理を行わずに、各応力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ２ｃ，Ｆ２ｄの値を、各割合Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄとして求めることができる。
【０１０４】
そして、本実施形態では、上記の割合Ｋを用いて、第１実施形態の場合と同様に、構造物５０（図８参照）の評価点５３Ｈに生ずる応力Ｓの算出について行う（図３参照）。
【０１０５】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、予め得た複数の割合Ｋから係数Ｓ２を求める。そして、その係数Ｓ２を用いて、構造物５０の評価点５３Ｈに生ずる応力Ｓを算出する。
【０１０６】
したがって、本実施形態は、応力を正確かつ簡便に求めることができる。
【０１０７】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０８】
１１…割合算出部、１２…割合記憶部、２１…境界力算出部、２２…係数算出部、２３…評価点応力算出部、３０…部分要素モデル、３１…母管、３１…ソケット母管、３１Ｔ…境界、３２…接続管、３２Ｔ…境界、３３…溶接部、３３Ｈ…評価点、３３Ｓ…止端部、４０…構造物、４１…母管、４２…接続管、４３…溶接部、４３Ｈ…評価点、５０…構造物、５１…ウェブ、５２…リブ、５３…溶接部、５３Ｈ…評価点、６０…部分要素モデル、６１…ウェブ、６１Ｔ…境界、６２…リブ、６２Ｔ…境界、６３…溶接部、６３Ｈ…評価点、Ｆ１…外力、Ｆ２…応力、Ｋ…割合、Ｓ…応力、Ｓ１…境界力、Ｓ２…係数
【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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