(57)【要約】  スポット溶接で接合された部材の変形シミュレーションにおいて、部材（１０）のスポット溶接部（１４）が設けられた平坦面（１３ａ）において、スポット溶接部（１４）を中心とした荷重の方向に直交する方向の幅であって、荷重の変化に対応して変化する有効幅を所定の時間間隔毎に算出し、算出された有効幅を用いてスポット溶接部（１４）の破断を予測する。この構成により、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測を正確に行うことができる。
2017135432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測方法であって、
前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含み前記荷重の方向に直交する方向の有効幅を取得し、
前記荷重の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出し、
算出された前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測することを特徴とする破断予測方法。
【請求項２】
前記有効幅を、隣り合う前記スポット溶接部間のスポット距離と、前記平坦面の前記スポット距離の方向に直交する方向の幅との関数を用いて算出することを特徴とする請求項１に記載の破断予測方法。
【請求項３】
前記有効幅を、最初に作成された前記関数に、所定の時間間隔毎の前記荷重を適用して算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の破断予測方法。
【請求項４】
前記荷重を前記平坦面に投影させ、投影された前記荷重の方向に直交する方向の前記有効幅を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の破断予測方法。
【請求項５】
前記部材は、スポット溶接により接合された第１母材及び第２母材を有しており、
前記第１母材及び前記第２母材のそれぞれについて、
隣接するシェル要素の法線方向の角度差を取得し、
前記角度差に基づいて構成面ごとに分類し、
前記構成面ごとに当該構成面に属する前記スポット溶接部を分類し、
前記構成面ごとに、隣り合う前記スポット溶接部間の距離を第１幅として取得することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の破断予測方法。
【請求項６】
前記第１幅と直交する方向の前記構成面の幅を第２幅として取得することを特徴とする請求項５に記載の破断予測方法。
【請求項７】
前記部材は、前記第１母材とスポット溶接により接合された第３母材を有しており、
前記第１母材において着目する前記スポット溶接部により前記第１母材と接合された前記第２母材又は前記第３母材と、着目する前記スポット溶接部と最近接の前記スポット溶接部により接合された前記第２母材又は前記第３母材とが同一である場合に、着目する前記スポット溶接部について前記第１幅を取得することを特徴とする請求項５又は６に記載の破断予測方法。
【請求項８】
スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測装置であって、
前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含む前記荷重の方向に直交する方向の有効幅であって、前記荷重の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出する算出手段と、
前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測する予測手段と
を含むことを特徴とする破断予測装置。
【請求項９】
前記算出手段は、前記有効幅を、隣り合う前記スポット溶接部間のスポット距離と、前記スポット距離の方向に直交する方向の平坦部幅との関数を用いて算出することを特徴とする請求項８に記載の破断予測装置。
【請求項１０】
前記有効幅を、最初に作成された前記関数に、所定の時間間隔毎の前記荷重を適用して算出することを特徴とする請求項８又は９に記載の破断予測装置。
【請求項１１】
前記算出手段は、前記荷重を前記平坦面に投影させ、投影された前記荷重の方向に直交する方向の前記有効幅を算出することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の破断予測装置。
【請求項１２】
前記部材は、スポット溶接により接合された第１母材及び第２母材を有しており、
前記第１母材及び前記第２母材のそれぞれについて、
隣接するシェル要素の法線方向の角度差を取得する角度差取得手段と、
前記角度差に基づいて構成面ごとに分類する構成面分類手段と、
前記構成面ごとに当該構成面に属する前記スポット溶接部を分類する溶接部分類手段と、
前記構成面ごとに、隣り合う前記スポット溶接部間の距離を第１幅として取得する幅取得手段と
を含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の破断予測装置。
【請求項１３】
前記幅取得手段は、前記第１幅と直交する方向の前記構成面の幅を第２幅として取得することを特徴とする請求項１２に記載の破断予測装置。
【請求項１４】
前記部材は、前記第１母材とスポット溶接により接合された第３母材を有しており、
前記幅取得手段は、前記第１母材において着目する前記スポット溶接部により前記第１母材と接合された前記第２母材又は前記第３母材と、着目する前記スポット溶接部と最近接の前記スポット溶接部により接合された前記第２母材又は前記第３母材とが同一である場合に、着目する前記スポット溶接部について前記第１幅を取得することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の破断予測装置。
【請求項１５】
スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断を予測するプログラムであって、
前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含む前記荷重の方向に直交する方向の有効幅であって、前記荷重の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出する第１手順と、
前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測する第２手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１６】
前記第１手順は、前記有効幅を、隣り合う前記スポット溶接部間のスポット距離と、前記平坦面の前記スポット距離の方向に直交する方向の幅との関数を用いて算出することを特徴とする請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１７】
前記第１手順は、前記有効幅を、最初に作成された前記関数に、所定の時間間隔毎の前記荷重を適用して算出することを特徴とする請求項１５又は１６に記載のプログラム。
【請求項１８】
前記第１手順は、前記荷重を前記平坦面に投影させ、投影された前記荷重の方向に直交する方向の前記有効幅を算出することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のプログラム。
【請求項１９】
前記部材は、スポット溶接により接合された第１母材及び第２母材を有しており、
前記第１母材及び前記第２母材のそれぞれについて、
隣接するシェル要素の法線方向の角度差を取得する手順と、
前記角度差に基づいて構成面ごとに分類する手順と、
前記構成面ごとに当該構成面に属する前記スポット溶接部を分類する手順と、
前記構成面ごとに、隣り合う前記スポット溶接部間の距離を第１幅として取得する手順と
をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のプログラム。
【請求項２０】
前記第１幅と直交する方向の前記構成面の幅を第２幅として取得する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１９に記載のプログラム。
【請求項２１】
前記部材は、前記第１母材とスポット溶接により接合された第３母材を有しており、
前記第１母材において着目する前記スポット溶接部により前記第１母材と接合された前記第２母材又は前記第３母材と、着目する前記スポット溶接部と最近接の前記スポット溶接部により接合された前記第２母材又は前記第３母材とが同一である場合に、着目する前記スポット溶接部について前記第１幅を取得することを特徴とする請求項１９又は２０に記載のプログラム。
【請求項２２】
請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破断予測方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車業界では、衝突時の衝撃を低減し得る車体構造の開発が急務の課題となっている。この場合、自動車の構造部材により衝撃エネルギーを吸収させることが重要である。自動車の衝突時の衝撃エネルギーを吸収させる主要構成は、プレス形成等で部材を成形した後、スポット溶接により部材を閉断面化した構造とされている。スポット溶接部は、衝突時の複雑な変形状態、負荷条件においても容易に破断することなく部材の閉断面を維持できるような強度を確保する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１５０３８３号公報
【特許文献２】特許第４１３３９５６号公報
【特許文献３】特許第４７００５５９号公報
【特許文献４】特許第４４１８３８４号公報
【特許文献５】特許第５３７０４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スポット溶接部の破断強度を測定する方法として、せん断継ぎ手型、十字継ぎ手型、Ｌ字継ぎ手型の試験片を用いた引張試験が適用されている。せん断継ぎ手型試験は、試験片にせん断力が主に加わり破断に至る場合の強度を、十字継ぎ手型試験は、試験片に軸力が主に加わり破断に至る場合の強度を、Ｌ字継ぎ手型試験は、試験片にモーメントが主に加わり破断に至る場合の強度を測定する試験である。特許文献１〜４では、それぞれの入力形態におけるスポット溶接部の破断を予測する方法が検討されている。具体的には、部材においてスポット溶接部が入力荷重を受け持つ平坦面の幅（以下、有効幅と呼ぶ）等の構造の影響を考慮したスポット溶接部の破断強度を予測する方法が提案されている。有効幅としては、例えば複数のスポット溶接部で形成されたハット部材では、入力荷重方向に直交する方向でスポット溶接部が入力荷重を受け持つ平坦面の幅、例えば、フランジ幅又は隣り合うスポット間隔が選択される。ハット部材の場合、有効幅、材料強度、板厚、ナゲット径等の固定値が予測条件値として破断強度予測に供される。【０００５】
しかしながら、例えば自動車のフルビークルモデルにおける衝突変形を考えた場合に、部材には様々な入力荷重が加わり、複雑な変形をする。部材の変形途中で入力荷重の方向が変化することが考えられる。図１は、部材のナゲット径ｄと有効幅Ｗとの比（ｄ／Ｗ）と、応力集中係数αとの関係を示す特性図である。応力集中係数αは、スポット溶接部の破断限界荷重（破断クライテリアに達する荷重）に反比例する値であり、破断限界荷重を評価する際の指標となるものである。先述したように、自動車の衝突変形を考えた場合、部材の変形途中で入力荷重の方向が変化することが考えられ、それに伴って有効幅の値も変化していると考えられる。ナゲット径ｄは略一定であるため、有効幅の値の変化に伴い、図示のように、応力集中係数αが変化する。つまり、破断限界荷重が変化している。そのため、変形途中で入力荷重の方向が変化するような部材に対して、有効幅を固定値として破断限界荷重を求め予測を行うと、入力荷重の方向が変化したタイミングで、予測した破断限界荷重にずれが生じ、正確な破断予測を行うことが困難となる。【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測を高精度で正確に行うことができる破断予測方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の破断予測方法は、スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測方法である。具体的には、前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含み前記荷重の方向に直交する方向の有効幅を取得し、前記荷重方向の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出し、算出された前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測する破断予測方法である。【０００８】
本発明の破断予測装置は、スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測装置である。具体的には、前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含み前記荷重の方向に直交する方向の有効幅を取得し、前記荷重方向の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出する算出手段と、前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測する予測手段とを含む破断予測装置である。【０００９】
本発明のプログラムは、スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断を予測するプログラムである。具体的には、前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含み前記荷重の方向に直交する方向の有効幅を取得し、前記荷重方向の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出する第１手順と、前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測する第２手順とをコンピュータに実行させるプログラムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、部材のナゲット径ｄと有効幅Ｗとの比（ｄ／Ｗ）と、応力集中係数αとの関係を示す特性図である。
【図２】図２は、第１の実施形態による破断予測装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、第１の実施形態による破断予測方法をステップ順に示すフロー図である。
【図４】図４は、本実施形態において、被測定対象物として用いるハット型部材を示す概略斜視図である。
【図５】図５は、第１の実施形態による破断予測方法のステップＳ２を詳細に示すフロー図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１の実施形態において、有効幅の算出に楕円則を適用する場合を説明するための概略斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第１の実施形態において、有効幅の算出に楕円則を適用する場合を説明するための概略平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１の実施形態において、有効幅の算出に菱形則を適用する場合を説明するための概略斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１の実施形態において、有効幅の算出に菱形則を適用する場合を説明するための概略平面図である。
【図８】図８は、第１の実施形態において、楕円則や菱形則等を用いることなく有効幅を決定する場合を説明するための概略平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第１の実施形態の実施例で用いたハット型部材及び３点曲げ試験の状況を示す概略側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第１の実施形態の実施例で用いたハット型部材及び３点曲げ試験の状況を示す概略平面図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態の実施例において、３点曲げ試験後の各スポット溶接部の破断発生の有無をまとめた結果を示す表である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、従来技術の問題点を説明するためのハット型部材の概略斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、従来技術の問題点を説明するためのハット型部材の概略断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第２の実施形態の基本構成を説明するためのハット型部材の概略断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第２の実施形態の基本構成を説明するためのハット型部材の概略斜視図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、第２の実施形態の基本構成を説明するためのハット型部材の概略斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、第２の実施形態の基本構成を説明するためのハット型部材の概略断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第２の実施形態の基本構成を説明するためのハット型部材の概略斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第２の実施形態の基本構成を説明するためのハット型部材の概略断面図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態による条件取得装置の概略構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態による条件取得方法をステップ順に示すフロー図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、第２の実施形態の実施例で用いたハット型部材を示す概略側面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、第２の実施形態の実施例で用いたハット型部材を示す概略断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、第２の実施形態の実施例で用いたハット型部材及び３点曲げ試験の状況を示す概略側面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、第２の実施形態の実施例で用いたハット型部材及び３点曲げ試験の状況を示す概略平面図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態の実施例において、３点曲げ試験後の各スポット溶接部の破断発生の有無をまとめた結果を示す表である。
【図２０】図２０は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、破断予測方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体の諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
本実施形態では、スポット溶接で接合された部材を被測定対象物として、有限要素法（ＦＥＭ）による変形シミュレーションを行い、当該部材のスポット溶接部の破断を予測する。
図２は、第１の実施形態による破断予測装置の概略構成を示す模式図である。図３は、第１の実施形態による破断予測方法をステップ順に示すフロー図である。
【００１４】
本実施形態では、図４に示すように、被測定対象物としてハット型部材１０を用いる。ハット型部材１０は、ハット型に成形されたハット型断面状鋼板である母材１１と、平面状鋼板である母材１２とをフランジ部１３の平坦なフランジ面１３ａで重ね合わせ、フランジ部１３をスポット溶接で接合したハット型閉断面構造を有する構造部材である。フランジ面１３ａには、長手方向に沿ってスポット溶接部１４が等間隔で形成されている。隣り合うスポット溶接部１４間の距離をスポット間距離、フランジ部１３の短手方向の幅をフランジ幅と定義する。
【００１５】
本実施形態による破断予測装置は、図２のように、スポット溶接部の破断予測式を作成する第１の算出部１と、作成された破断予測式を用いてスポット溶接部の破断を予測する第２の算出部２とを備えて構成されている。
【００１６】
ハット型部材１０について、スポット溶接部１４の破断予測を行うには、図３のように、先ずユーザは破断予測装置に、ハット型部材１０についての各種条件を入力する（ステップＳ１）。各種条件としては、ハット型部材１０の材料の引張強度、全伸び、炭素当量、ヤング率、板厚、スポット溶接部のナゲット径、要素サイズ、第１幅、及び第２幅がある。
【００１７】
第１幅及び第２幅は、後述するステップＳ２において有効幅を算出するために用いられる値である。第１幅は、部材の平坦面（フランジ面１３ａ）において、着目するスポット溶接部とこれと隣り合うスポット溶接部との距離（スポット間距離）である。第２幅は、フランジ面１３ａにおいて、着目するスポット溶接部を通って第１幅と直交し、当該平坦面のエッジ又は稜線と接する点を両端とする仮想線分の長さである。本実施形態では、スポット溶接部１４のスポット間距離が第１幅、フランジ面１３ａのフランジ幅が第２幅となる。
【００１８】
続いて、第１の算出部１は、入力されたスポット間距離及びフランジ幅を用いて有効幅を算出する（ステップＳ２）。有効幅は、破断予測の指標となる予測条件値の一つであり、本実施形態では、スポット溶接部が設けられた部材の平坦面において、当該スポット溶接部を含む入力荷重の方向に直交する方向の幅である。
【００１９】
ステップＳ２は、図５のステップＳ１１〜Ｓ１３からなる。
ステップＳ１１では、第１の算出部１は、スポット溶接部１４に時々刻々に加わる荷重のせん断力成分や軸力を取得し、合力及びその方向を算出する。
ステップＳ１２では、第１の算出部１は、スポット溶接部１４に加わる荷重の方向をフランジ面１３ａ上に投影させる。ステップＳ１１にて算出された合力は、任意の３次元方向を取り得るため、スポット溶接部が設けられた面に荷重方向を投影する。
【００２０】
ステップＳ１３では、第１の算出部１は、フランジ面１３ａに投影された荷重の方向に対して直交する方向の有効幅を算出する。
本実施形態では、有効幅の算出に、スポット距離及びフランジ幅の一方を長軸、他方を短軸とする楕円則を適用する。図６Ａ、図６Ｂに示すように、スポット溶接部１４を中心とし、第１幅であるスポット間距離を長軸、第２幅であるフランジ幅を短軸として楕円式を作成する。第１の算出部１は、スポット溶接部１４においてフランジ面１３ａ上に投影された荷重の方向と直交する方向の楕円の直径を、有効幅として算出する。
【００２１】
他の有効幅の算出方法として、楕円則の代わりにスポット間距離及びフランジ幅の一方を長軸、他方を短軸とする菱形則を適用しても良い。図７Ａ、図７Ｂに示すように、スポット溶接部１４を中心とし、スポット距離を長軸、フランジ幅を短軸として菱形式を作成する。第１の算出部１は、スポット溶接部１４においてフランジ面１３ａ上に投影された荷重の方向と直交して菱形の辺と交わる線分の長さを、有効幅として算出する。
【００２２】
更に、楕円則や菱形則等を用いることなく、スポット間距離及びフランジ幅のうち、入力荷重に直交する方向により近い方を有効幅として選択することもできる。具体的には、図８に示すように、スポット溶接部１４を原点として直交するスポット間距離方向及びフランジ幅方向を二分する（スポット間距離方向及びフランジ幅方向の双方と４５°をなす）仮想の境界線１５を想定する。フランジ面１３ａ上に投影された荷重の方向が境界線１５を基準としてスポット間距離方向に近い場合には、第１の算出部は、フランジ幅を有効幅と規定する。一方、フランジ面１３ａ上に投影された荷重の方向が境界線１５を基準としてフランジ幅方向に近い場合には、第１の算出部は、スポット間距離を有効幅と規定する。フランジ面１３ａ上に投影された荷重の方向が境界線１５と一致する場合には、予め決められたスポット間距離又はフランジ幅を有効幅と規定する。或いは、当該一致の場合には、スポット間距離及びフランジ幅の平均値を有効幅と規定することも考えられる。図８の例では、荷重の方向が境界線１５を基準としてスポット間距離方向に近い場合を示す。
【００２３】
続いて、第１の算出部１は、ステップＳ１で入力された材料強度ＴＳ、板厚ｔ、スポット溶接のナゲット径Ｄ、及びステップＳ２で算出された有効幅Ｗを用いて、破断予測式を作成する（ステップＳ３）。
具体的に、スポット溶接部にせん断力が主に加わる場合の破断予測式は、
Ｆｓ＝ＴＳ・Ｗ・ｔ／α  ・・・（１）
α＝ａ／（Ｄ／Ｗ）ｂ＋ｃ
ここで、Ｆｓは破断予測荷重、ａ，ｂ，ｃは実験結果をフィッティングするためのパラメータである。
【００２４】
また、スポット溶接部に軸力が主に加わる場合の破断予測式は、
Ｆｎ＝（ｄ・Ｄ・ｔ＋ｅ）・（ｆ・ｔ＋ｇ）・（ｈ・ＴＳ＋ｉ）・（ｊ・Ｃｅｑ＋ｋ）  ・・・（２）
ここで、Ｆｎは破断予測荷重、Ｃｅｑは炭素当量、ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋは、実験結果をフィッティングするためのパラメータである。
【００２５】
また、スポット溶接部にモーメントが主に加わる場合の破断予測式は、
Ｍｆ＝（ｌ・ｅｌ・Ｅ・Ｄ・ｔ３＋ｍ）・（ｎ・ｔ＋ｏ）・（ｐ・Ｄ＋ｑ）・（ｒ・Ｗ＋ｓ）・（ｕ・Ｌ＋ｖ）・（ｙ・Ｍｅ＋ｚ）  ・・・（３）
ここで、Ｍｆは破断予測モーメント、ｅｌは材料の全伸び、Ｅは部材のヤング率、Ｌはアーム長、Ｍｅは要素サイズ、ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ，ｒ，ｓ，ｕ，ｖ，ｙ，ｚは、実験結果をフィッティングするためのパラメータである。アーム長とは、Ｌ字継ぎ手においてはスポット溶接中心と縦壁間の距離で定義されるが、本検討対象の部材においては、ステップＳ２で算出される有効幅と直交する方向の幅の１／２の値、即ち荷重の方向と平行な方向の幅の１／２の値をアーム長と定義する。
なお、必ずしも（１）式、（２）式、（３）式を用いなくとも、実験結果をフィッティングできる式であれば良い。
【００２６】
続いて、第２の算出部２を用いてスポット溶接部の破断を予測する。
具体的には、スポット溶接部に加わる入力が、せん断力Ｓ、軸力Ａ、モーメントＭとすると、これらの値と（１）式、（２）式、（３）式からなる関係式である、（４）式、（５）式、（６）式のいずれかが成立した時に破断が生じたものと判定する。
（Ｓ２＋Ａ２）０．５／Ｆｓ≧１  ・・・（４）
Ａ／Ｆｎ≧１  ・・・（５）
Ｍ／Ｍｆ≧１  ・・・（６）
【００２７】
ハット型部材１０の有限要素法による衝突変形シミュレーションは、所定の時間間隔毎に都度計算される。部材の変形に応じてスポット溶接部１４に加わる荷重成分も所定の時間間隔毎に都度計算される。第１の算出部１は、所定の時間間隔毎に都度算出した荷重の方向に対して直交する方向の有効幅を取得して破断予測式を作成し、第２の算出部２は破断予測を行う。
【００２８】
具体的には、所定の時間間隔毎に、上記したステップＳ２（ステップＳ１１〜Ｓ１３）を実行して有効幅を算出し、ステップＳ３を実行して、ステップＳ２で算出された有効幅Ｗを用い作成された破断予測式に基づいて破断予測を行う。ここで、ステップＳ１３における楕円式の作成は最初のステップＳ１３のみ行い、続く所定の時間間隔毎のステップＳ１３では、最初のステップＳ１３で作成された楕円式を用いて、所定の時間間隔毎に都度算出した荷重の方向に対応した有効幅を算出する。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測を高精度に行うことができる。そのため、実際の自動車部材での衝突試験を省略、又は衝突試験の回数を大幅に削減することができる。また、衝突時の破断を防止する部材設計をコンピュータ上で正確に行うことができるため、大幅なコスト削減、開発期間の短縮に寄与することが可能となる。
【００３０】
（実施例）
以下、上述した第１の実施形態について、従来技術との比較に基づいて、その奏する作用効果について説明する。
本実施例では、図９Ａ、図９Ｂに示すように、高さ６０ｍｍ、幅１２０ｍｍのハット型部材１００を用いて３点曲げ試験を行った。ハット型部材１００において、ハット型断面状鋼板である母材１１１と平面状鋼板である母材１１２とが６６点のスポット溶接部で接合されており、スポット間距離は３０ｍｍ、フランジ幅は１５ｍｍである。図９Ｂに示すように、ハット型部材１００において、各スポット溶接部の位置をＡ列（Ａ１〜Ａ３３）、Ｂ列（Ｂ１〜Ｂ３３）と定義している。
【００３１】
ハット型部材１００の材料は、引張強度１５００ＭＰａ級鋼板であって、母材１１１，１１２共に板厚１．６ｍｍに作製した。このとき、スポット溶接部のナゲット径は６．３ｍｍである。固定治具１１３，１１４でハット型部材１００を支持し、固定治具１１３，１１４の支点間距離を７００ｍｍとし、Ｒ１５０ｍｍのインパクタ１１５を母材１１２側から６０ｍｍのストロークで押しつけて３点曲げ試験を行った。
【００３２】
また、当該実験条件を再現したＦＥＭモデルを作成し、本発明によるプログラムを組み込んだ。スポット溶接部に加わる荷重方向を所定の時間間隔毎に逐次計算し、当該荷重方向に直交する方向の有効幅を楕円則で計算し、当該有効幅を用いて破断クライテリアを算出し、各スポット溶接部の破断予測を行った。なお、比較のため、従来技術１として有効幅をスポット間隔に固定した場合、従来技術２として有効幅をフランジ幅に固定した場合の破断予測も行った。
【００３３】
図１０は、各スポット溶接部の位置であるＡ列（Ａ１〜Ａ３３）、Ｂ列（Ｂ１〜Ｂ３３）について、３点曲げ試験後の各スポット溶接部の破断発生の有無をまとめた結果を示す表である。各スポット溶接部の破断の発生有無を実験結果と比較し、全６６打点について、破断発生有無を正しく予測できている打点数の比率を求めた。
【００３４】
第１の実施形態の方法により破断を予測した場合の的中率は１００％であった。従来技術である、有効幅をスポット間隔で固定とした場合の的中率は８０．３％、有効幅をフランジ間隔で固定した場合の的中率は９０．９％であった。
【００３５】
これらの結果から、従来技術においては、有効幅をスポット間隔とした場合と、フランジ幅とした場合とで破断予測精度にばらつきが生じることが判る。これに対して、第１の実施形態の方法を用いることにより、大幅に破断予測精度が向上することに加え、部材の変形による、スポット溶接部に加わる荷重方向の変化に応じて安定した破断予測精度が得られることを確認することができた。
【００３６】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、スポット溶接で接合された部材を被測定対象物として、有限要素法（ＦＥＭ）による変形シミュレーションを行い、当該部材のスポット溶接部の破断を予測する。本実施形態では、有効幅を算出するための第１幅及びこれと直交する第２幅をより高精度に取得できる。第１の実施形態と組み合わせることで、破断予測の精度がより向上する。
【００３７】
−本実施形態の基本構成−
初めに、本実施形態による条件取得方法の基本構成について説明する。
ハット型部材２０Ａでは、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、例えば母材１０１の裏面側に母材１０３が配置され、母材１０１，１０３がスポット溶接部２２で接合される場合がある。この場合に、例えば特許文献５の技術を用いて、着目するスポット溶接部とこれに最近接するスポット溶接部との間の距離を有効幅として取得する場合について考察する。スポット溶接部２１ａに着目する場合、スポット溶接部２１が母材１０１，１０２を接合するものであることから、スポット溶接部２１ａに最近接するスポット溶接部を２１ｂとし、スポット溶接部２１ａ，２１ｂ間の距離ｄ１を、有効幅を算出するための第１幅とするべきである。ところが、母材１０１の表面でスポット溶接部１０１ａに最近接するスポット溶接部は２２ａであることから、スポット溶接部２１ａ，２２ａ間の距離ｄ２を第１幅として取得してしまう。スポット溶接部２２ａは母材１０１，１０３を接合するものであることから、誤った第１幅が取得されることになり、正確なシミュレーションを行うことができない。つまり、スポット溶接間の距離のみに着目する場合、異なる部材または平面においてスポット溶接間の距離を採用し、正しい破断予測が実施されない可能性がある。
【００３８】
（１）本実施形態では、スポット溶接により接合される部材について、母材のシェル要素の法線方向の角度差を取得する。取得された角度差に基づいて、母材部を構成面ごとに分類する。構成面ごとに、当該構成面に属するスポット溶接部を分類する。そして、構成面ごとにスポット溶接部に関する第１幅及び第２幅を取得し、第１の実施形態で説明した方法により有効幅を取得する。
【００３９】
第１幅として、着目するスポット溶接部と同一構成面に属する最近接のスポット溶接部との距離を採用する。第２幅として、着目するスポット溶接部と最近接のスポット溶接部との距離と直交する方向の当該構成面の幅（構成面は、シェル要素の法線方向の角度差で分類されており、所定の角度差内に対応した平坦面とされている。）を採用する。
【００４０】
母材はシェル要素で、スポット溶接部は、ビーム要素(バー要素)、シェル要素、ソリッド要素等でモデル化される。ビーム要素とは２点の節点を持つ線分要素、シェル要素とは例えば４点の節点を持つ平面要素、ソリッド要素とは例えば８点の節点を持つ立体要素である。例えば、母材Ａ，Ｂをスポット溶接で接続しているモデルにおいて、スポット溶接部を端点ａ，ｂを持つビーム要素（ａ側は母材Ａと接続、ｂ側は母材Ｂと接続）でモデル化、母材Ａ，Ｂはシェル要素でモデル化する。そして、ビーム要素の両端である端点ａ，ｂのそれぞれについて、接続する母材における、最近接のスポット溶接部間距離及びスポット溶接部間距離に直交する方向の平坦面幅を取得し、第１幅及び第２幅とする。
【００４１】
（１）の具体例を図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。ここでは、ハット型部材２０Ｂを構成する母材１０１〜１０３のうち、母材１０１を例に採って説明する。
母材１０１の表面を構成する各平坦面（以下、構成面と言う。）について考える。同一の構成面に形成されたスポット溶接部について取得した有効幅が、スポット破断予測に供される正確な有効幅である。そこで本実施形態では、図１２Ａに示すように、母材１０１を各構成面に分離して扱うべく、母材１０１について、隣接するシェル要素の法線方向の角度差を順次計算し、母材１０１の表面を構成面ごとに分類する。当該角度差が所定値以内、０°〜４５°程度の範囲内で規定された所定値以下、例えば１５°以下であるときには、対応するシェル要素間における母材１０１の表面は平坦面であるとみなす。即ち、当該角度差が所定値以内にある複数のシェル要素は、同一の構成面に属するものとする。このようにして例えば、図１２Ｂに示すように、母材１０１の表面を、天板面である構成面Ａ、各連結面である構成面Ｂ１，Ｂ２、各縦壁面である構成面Ｃ１，Ｃ２、各連結面である構成面Ｄ１，Ｄ２、フランジ面である構成面Ｅ１，Ｅ２に分類する。
【００４２】
そして、構成面Ａ〜Ｅ２について、同一の構成面に属するスポット溶接部を分類する。図１２Ｂの例では、構成面Ａについて２つのスポット溶接部２２、構成面Ｃ１，Ｃ２についてそれぞれ２つのスポット溶接部２２、構成面Ｅ１，Ｅ２についてそれぞれ４つのスポット溶接部２１が分類される。そして、同一の構成面に形成されたものとして分類されたスポット溶接部について、第１幅及び第２幅を取得する。以上により、スポット破断予測に供される正確な有効幅を取得することができる。構成面Ｅ１を例に採ってスポット溶接部２１ａに着目すれば、図１１Ａ、図１１Ｂのように誤った距離ｄ２を第１幅とすることなく、図１２Ｂのように正しい距離ｄ１を第１幅として取得することになる。
【００４３】
（２）本実施形態では、当該母材と対向して配置されてスポット溶接部により接合される裏面側の母材についても、上記と同様に第１幅及び第２幅を取得する。
【００４４】
（２）の具体例を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す。ハット型部材２０Ｂにおいて、母材１０１は、その裏面の母材１０２，１０３とスポット溶接部２１，２２により接合されている。母材１０２，１０３についても、母材１０１と同様にして第１幅及び第２幅を取得し、有効幅を算出する。ここでは、ハット型部材２０Ｂを構成する複数の母材のうち、母材１０１，１０２を例に採って説明する。
【００４５】
図１３Ａ、図１３Ｂのように、スポット溶接部２１ａに着目すれば、先述したように母材１０１では、距離ｄ１が第一幅として取得され、距離ｄ１と直交する方向の構成面の幅である距離ｄ４が第２幅として取得される。母材１０２では、そのシェル要素の法線方向の角度差から、その構成面は１つである。母材１０２の第１幅については、母材１０１の距離ｄ１と同様に距離ｄ３が第１幅として取得され、図１３Ｂのように、距離ｄ３と直交する方向の構成面の幅である距離ｄ５が第２幅として取得される。但し、実際のシミュレーションでは、第１幅及び第２幅の上限値が設定されており、距離ｄ５よりも小さい所定値を第２幅としている。
【００４６】
（３）本実施形態では、着目するスポット溶接部により接合された裏面側の母材と、着目するスポット溶接部と最近接のスポット溶接部により接合された裏面側の母材とが同一である場合に、着目するスポット溶接部について第１幅及び第２幅を取得する。
【００４７】
（３）の具体例を図１４Ａ及び図１４Ｂに示す。ハット型部材２０Ｃにおいて、母材１０１は、その裏面の母材１０２，１０３，１０４とスポット溶接部２１，２２により接合されている。母材１０４は、母材１０１の構成面Ａとスポット溶接部２３により接合されている。
【００４８】
図１４Ａ、図１４Ｂのように、母材１０１の構成面Ａには２つのスポット溶接部２２と２つのスポット溶接部２３とが含まれている。母材１０１について第１幅及び第２幅を取得する際に裏面側の母材１０３，１０４の情報を考慮しないとすると、着目するスポット溶接部２２ａに最近接のスポット溶接部は、スポット溶接部２２ｂではなくスポット溶接部２３ａであると誤って判定してしまう。そうすると、母材１０１の構成面Ａにおける第１幅は、距離ｄ６ではなく距離ｄ７が誤って取得される。着目するスポット溶接部２２ａは母材１０１と１０３を接合するものであり、同様に母材１０１と１０３を接合する最近接のスポット溶接部は２２ｂであるため、正しい第１幅は距離ｄ６である。スポット溶接部２３ａは母材１０１，１０４を接合するものであり、距離ｄ７は誤った第１幅である。
【００４９】
そこで本実施形態では、着目するスポット溶接部２２ａと最近接のスポット溶接部２３ａについては、接合するものが母材１０４であってスポット溶接部２２ａが接合する母材１０３とは異なることから、距離ｄ７は第１幅として採用しない。そして、着目するスポット溶接部２２ａと次に近接する最近接のスポット溶接部２３ａについて、これが接合するものが母材１０３であってスポット溶接部２２ａが接合する母材１０３と同一であることから、距離ｄ６を第１幅として採用する。このように本実施形態では、同一の構成面に属するスポット溶接部でも、当該構成面の母材と接合される母材が異なる場合があることを考慮して、そのような場合でも正確な第１幅及び第２幅を取得することができる。
【００５０】
−条件取得装置及び方法の具体的構成−
図１５は、第２の実施形態による条件取得装置の概略構成を示す模式図である。図１６は、第２の実施形態による条件取得方法をステップ順に示すフロー図である。
【００５１】
本実施形態による条件取得装置は、図１５のように、角度差取得部３１、構成面分類部３２、溶接部分類部３３、及び幅取得部３４を備えて構成されている。
【００５２】
角度差取得部３１は、スポット溶接により接合される各母材について、それぞれ母材のシェル要素の法線方向の角度差を取得する。
【００５３】
構成面分類部３２は、取得された角度差に基づいて、各母材の表面を構成面ごとに分類する。
【００５４】
溶接部分類部３３は、各母材について、分類された構成面ごとに当該構成面に属するスポット溶接部を分類する。
【００５５】
幅取得部３４は、各母材について、分類された構成面ごとにスポット溶接部に関する第１幅及び第２幅を取得する。ここで、着目するスポット溶接部により接合された裏面側の母材と、着目するスポット溶接部と最近接のスポット溶接部により接合された裏面側の母材とが同一である場合に、着目するスポット溶接部について第１幅及び第２幅を取得する。
【００５６】
例えばハット型部材を被測定対象物として、ＦＥＭによるシミュレーションを行うための解析モデルを作成し、当該解析モデルの有効幅を取得するには、図１６に示すように、先ず角度差取得部３１は、スポット溶接により接合されるシェル要素で構成された各母材について、それぞれ母材の隣接するシェル要素の法線方向の角度差を取得する（ステップＳ２１）。図１４Ａ、図１４Ｂを例に採れば、母材１０１〜１０４の各々について、隣接するシェル要素の法線方向の角度差を取得することになる。
【００５７】
続いて、構成面分類部３２は、取得された角度差に基づいて、各母材の表面を構成面ごとに分類する（ステップＳ２２）。当該角度差が０°〜４５°程度の範囲内で規定された所定値以下、例えば１５°以下であれば、同一構成面として分類する。図１２Ａ、図１２Ｂの母材１０１を例に採れば、天板面である構成面Ａ、各連結面である構成面Ｂ１，Ｂ２、各縦壁面である構成面Ｃ１，Ｃ２、各連結面である構成面Ｄ１，Ｄ２、フランジ面である構成面Ｅ１，Ｅ２に分類する。
【００５８】
続いて、溶接部分類部３３は、各母材について、分類された構成面ごとに当該構成面に属するスポット溶接部を分類する（ステップＳ２３）。図１２Ａ、図１２Ｂの母材１０１を例に採れば、構成面Ａには２つのスポット溶接部２２と２つのスポット溶接部２３、構成面Ｃ１，Ｃ２にはそれぞれ２つのスポット溶接部２２、構成面Ｅ１，Ｅ２にはそれぞれ４つのスポット溶接部２１が分類される。
【００５９】
続いて、幅取得部３４は、各母材について、分類された構成面ごとにスポット溶接部に関する第１幅及び第２幅を取得する（ステップＳ２４）。ここで、着目するスポット溶接部により接合された裏面側の母材と、着目するスポット溶接部と最近接のスポット溶接部により接合された裏面側の母材とが同一である場合に、着目するスポット溶接部について第１幅及び第２幅を取得する。図１４Ａ、図１４Ｂの母材１０１を例に採り、スポット溶接部２２ａに着目する。この場合には、スポット溶接部２２ａが母材１０１，１０３を接合することから、幅取得部３４は、構成面Ａ内でスポット溶接部２２ａに近接するスポット溶接部のうち、同様に母材１０１，１０３を接合するスポット溶接部２２ｂとの距離ｄ６を第１幅として取得する。また、幅取得部３４は、構成面Ａと対向する母材１０３の構成面における第１幅と直交する幅を第２幅として取得する。
【００６０】
本実施形態では、上記のようにして各母材の構成面のスポット溶接部ごとに第１幅及び第２幅を取得した後、第１幅及び第２幅を用いて第１の実施形態で説明したステップＳ１，Ｓ２（ステップＳ１１〜Ｓ１３），Ｓ３を実行する。第１の算出部１は、第１幅及び第２幅を用いて所定時間間隔毎に都度算出した荷重の方向に対して直交する方向の有効幅を取得して破断予測式を作成し、第２の算出部２は破断予測を行う。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、試験対象の部材が例えば３つ以上の母材がスポット溶接で接合されてなる場合でも、第１の実施形態により取得される有効幅を算出するために必要な部材の所定幅（第１幅及び第２幅）を正確に得ることが可能となり、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測をより正確に行うことができる。
【００６２】
（実施例）
以下、上述した第２の実施形態について、従来技術との比較に基づいて、その奏する作用効果について説明する。
本実施例で被測定対象として用いるハット型部材２００を図１７Ａ、図１７Ｂに示す。ハット型部材２００は、ハット型断面状鋼板である母材２１１と平面状鋼板である母材２１２とがフランジ面でスポット溶接により接合されており、更に母材２１１の裏面側に補強用鋼板である母材２１３，２１４が配置され、母材２１１と母材２１３及び母材２１１と母材２１４がスポット溶接で接合されている。母材２１１，２１２を接合するスポット溶接部を２２１とする。母材２１１，２１３を接合するスポット溶接部を２２２とする。母材２１１，２１４を接合するスポット溶接部を２２３とする。ハット部材２００では、母材２１１，２１２を接合するスポット溶接部２２１のスポット溶接間距離（例えば、隣り合うスポット溶接部２２１ａ，２２１ｂ間の距離ｄ１）よりも、母材２１１，２１３を接合するスポット溶接部２２２のスポット溶接間距離（例えば、スポット溶接部２２１ａ，２２２ａ間の距離ｄ２）の方が短くなっている。
【００６３】
本実施例では、図１８Ａ、図１８Ｂに示すように、高さ６０ｍｍ、幅１２０ｍｍのハット型部材２００を用いて３点曲げ試験を行った。ハット型部材２００において、ハット型断面状鋼板である母材２１１と裏側の平面状鋼板である母材２１２とが６６点のスポット溶接部で接合され、母材２１１の裏側に補強板として母材２１３，２１４が母材２１１とそれぞれ６６点のスポット溶接部で接合されており、スポット間距離は３０ｍｍ、フランジ幅は１５ｍｍである。図１８Ｂに示すように、ハット型部材２００において、母材２１１，２１２を接合するスポット溶接部について、各スポット溶接部の位置をＡ列（Ａ１〜Ａ３３）、Ｂ列（Ｂ１〜Ｂ３３）と定義している。
【００６４】
ハット型部材２００の材料は、引張強度１５００ＭＰａ級鋼板であって、母材２１１〜２１４の全てについて板厚１．６ｍｍに作製した。このとき、スポット溶接部のナゲット径は６．３ｍｍである。固定治具２１５，２１６でハット型部材１００を支持し、固定治具２１５，２１６の支点間距離を７００ｍｍとし、Ｒ１５０ｍｍのインパクタ２１７を母材２１２側から６０ｍｍのストロークで押しつけて３点曲げ試験を行った。
【００６５】
また、当該実験条件を再現したＦＥＭモデルを作成し、本発明によるプログラムを組み込んだ。スポット溶接部に加わる荷重方向を所定の時間間隔毎に逐次計算し、当該荷重方向に直交する方向の有効幅を楕円則で計算し、当該有効幅を用いて破断クライテリアを算出し、スポット溶接部の破断予測を行った。
【００６６】
本実施例では、図１９に示すように、「第２の実施形態」、「第１の実施形態」、「従来技術」について、ＦＥＭ解析による破断予測結果を調べた。「第１の実施形態」では、前述の第１の実施形態の方法により、ハット型部材２００について、荷重方向の変化に応じて所定の時間間隔毎に有効幅を取得した。「第２の実施形態」では、「第１の実施形態」の手法に加え、前述の第２の実施形態の方法により、ハット型部材２００の構成面及び母材を考慮した上で適切な第１幅及び第２幅を設定し、有効幅を取得した。「従来技術」では、第１及び第２の実施形態のいずれの方法も実施することなく、有効幅をスポット間隔に固定した。
【００６７】
図１９の表では、母材２１１〜２１４のうち、母材２１１，２１２を接合する各スポット溶接部の位置であるＡ列（Ａ１〜Ａ３３）、Ｂ列（Ｂ１〜Ｂ３３）について、３点曲げ試験後の各スポット溶接部の破断発生の有無をまとめた結果を示している。各スポット溶接部の破断の発生有無を実験結果と比較し、全６６打点について、破断発生有無を正しく予測できている打点数の比率を求めた。
【００６８】
「第２の実施形態」により破断を予測した場合の的中率は１００％であった。「第１の実施形態」により破断を予測した場合の的中率は９２．４％であった。「従来技術」により破断を予測した場合の的中率は７７．２％であった。
【００６９】
これらの結果から、母材２１１〜２１４を備えたハット型部材２００については、「従来技術」では破断予測精度は低いことが判る。これに対して、「第１の実施形態」では破断予測精度が向上する。但し、「第１の実施形態」では、構成面や母材２１３，２１４を考慮していないため、図１１Ａ、図１１Ｂで説明したように、誤ったスポット溶接間距離を第１幅及び第２幅として取得する可能性がある。具体例としては、例えば図１７Ａ、図１７Ｂのように、距離ｄ１を有効幅を算出するための第１幅とすべきところ、距離ｄ２を第１幅として取得してしまう。つまり、「第１の実施形態」では、ハット型部材２００の構成面ごとのスポット溶接部に関する第１幅及び第２幅を正しく取得できず、誤った破断予測を示すスポット溶接部もある。一方、「第２の実施形態」では、破断予測の精度が１００％であり、被測定対象である部材の構造に関わらず安定した破断予測精度が得られることを確認できた。
【００７０】
（第３の実施形態）
上述した第１の実施形態による破断予測装置の各構成要素（図２の第１の算出手段１０１及び第２の算出手段１０２等）の機能、及び第２の実施形態による条件取得装置の各構成要素（図１５の３１〜３４等）の機能は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭ等に記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。同様に、第１の実施形態による破断予測方法の各ステップ（図３のステップＳ２〜Ｓ３、図５のステップＳ１１〜Ｓ１３等）、第２の実施形態による条件取得方法の各ステップ（図１６のステップＳ２１〜Ｓ２４等）は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭ等に記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該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は、第３の実施形態に含まれる。
【００７１】
具体的に、上記のプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。上記のプログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、上記のプログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワークシステムにおける通信媒体を用いることができる。ここで、コンピュータネットワークとは、ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等であり、通信媒体とは、光ファイバ等の有線回線や無線回線等である。
【００７２】
また、本実施形態に含まれるプログラムとしては、供給されたプログラムをコンピュータが実行することにより第１又は第２の実施形態の機能が実現されるようなもののみではない。例えば、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して第１又は第２の実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本実施形態に含まれる。また、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて第１又は第２の実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本実施形態に含まれる。
【００７３】
本実施形態では、スポット溶接で接合されたハット型部材の衝突ＦＥＭ解析におけるスポット溶接部の破断を予測する場合、例えば汎用の衝突解析ソフトであるＬＳ−ＤＹＮＡのサブルーチンプログラムとして、本発明のプログラムを連動させることが可能である。即ち、衝突時の部材の変形解析にはＬＳ−ＤＹＮＡを用い、スポット溶接部の破断判定のみに本発明のプログラムを用いる。
【００７４】
例えば、図２０は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図１９において、１２００はＣＰＵ１２０１を備えたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。ＰＣ１２００は、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、又はフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）１２１２より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行する。このＰＣ１２００は、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。
【００７５】
ＰＣ１２００のＣＰＵ１２０１、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶されたプログラムにより、第１の実施形態の図３におけるステップＳ２〜Ｓ３（図５のステップＳ１１〜Ｓ１３）の手順、第２の実施形態の図１６におけるステップＳ２１〜Ｓ２４の手順等が実現される。
【００７６】
１２０３はＲＡＭであり、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や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。
【００７７】
１２０６はＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）であり、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１２１０の表示を制御する。１２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）である。ＤＫＣ１２０７は、ブートプログラム、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル、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。ここで、ブートプログラムとは、パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始する起動プログラムである。
【００７８】
１２０８はネットワーク・インターフェースカード（ＮＩＣ）であり、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。
なお、パーソナルユーザ端末装置を用いる代わりに、破断予測装置に特化された所定の計算機等を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明によれば、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、スポット溶接をモデル化したスポット溶接部の破断予測を高精度に行うことができるので、実際の自動車部材での衝突試験を省略、又は衝突試験の回数を大幅に削減することができる。また、衝突時の破断を防止する部材設計をコンピュータ上で正確に行うことができるため、大幅なコスト削減、開発期間の短縮に寄与することが可能となる。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月19日(2017.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測方法であって、
前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含み前記荷重の方向に直交する方向の有効幅を取得し、
前記荷重の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出し、
算出された前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測することを特徴とする破断予測方法。
【請求項２】
前記有効幅を、隣り合う前記スポット溶接部間のスポット距離と、前記平坦面の前記スポット距離の方向に直交する方向の幅との関数を用いて算出することを特徴とする請求項１に記載の破断予測方法。
【請求項３】
前記有効幅を、最初に作成された前記関数に、所定の時間間隔毎の前記荷重を適用して算出することを特徴とする請求項２に記載の破断予測方法。
【請求項４】
前記荷重を前記平坦面に投影させ、投影された前記荷重の方向に直交する方向の前記有効幅を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の破断予測方法。
【請求項５】
前記部材は、スポット溶接により接合された第１母材及び第２母材を有しており、
前記第１母材及び前記第２母材のそれぞれについて、
隣接するシェル要素の法線方向の角度差を取得し、
前記角度差に基づいて構成面ごとに分類し、
前記構成面ごとに当該構成面に属する前記スポット溶接部を分類し、
前記構成面ごとに、隣り合う前記スポット溶接部間の距離を第１幅として取得することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の破断予測方法。
【請求項６】
前記第１幅と直交する方向の前記構成面の幅を第２幅として取得することを特徴とする請求項５に記載の破断予測方法。
【請求項７】
前記部材は、前記第１母材とスポット溶接により接合された第３母材を有しており、
前記第１母材において着目する前記スポット溶接部により前記第１母材と接合された前記第２母材又は前記第３母材と、着目する前記スポット溶接部と最近接の前記スポット溶接部により接合された前記第２母材又は前記第３母材とが同一である場合に、着目する前記スポット溶接部について前記第１幅を取得することを特徴とする請求項５又は６に記載の破断予測方法。
【請求項８】
スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断予測装置であって、
前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含む前記荷重の方向に直交する方向の有効幅であって、前記荷重の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出する算出手段と、
前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測する予測手段と
を含むことを特徴とする破断予測装置。
【請求項９】
前記算出手段は、前記有効幅を、隣り合う前記スポット溶接部間のスポット距離と、前記スポット距離の方向に直交する方向の平坦部幅との関数を用いて算出することを特徴とする請求項８に記載の破断予測装置。
【請求項１０】
前記有効幅を、最初に作成された前記関数に、所定の時間間隔毎の前記荷重を適用して算出することを特徴とする請求項９に記載の破断予測装置。
【請求項１１】
前記算出手段は、前記荷重を前記平坦面に投影させ、投影された前記荷重の方向に直交する方向の前記有効幅を算出することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の破断予測装置。
【請求項１２】
前記部材は、スポット溶接により接合された第１母材及び第２母材を有しており、
前記第１母材及び前記第２母材のそれぞれについて、
隣接するシェル要素の法線方向の角度差を取得する角度差取得手段と、
前記角度差に基づいて構成面ごとに分類する構成面分類手段と、
前記構成面ごとに当該構成面に属する前記スポット溶接部を分類する溶接部分類手段と、
前記構成面ごとに、隣り合う前記スポット溶接部間の距離を第１幅として取得する幅取得手段と
を含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の破断予測装置。
【請求項１３】
前記幅取得手段は、前記第１幅と直交する方向の前記構成面の幅を第２幅として取得することを特徴とする請求項１２に記載の破断予測装置。
【請求項１４】
前記部材は、前記第１母材とスポット溶接により接合された第３母材を有しており、
前記幅取得手段は、前記第１母材において着目する前記スポット溶接部により前記第１母材と接合された前記第２母材又は前記第３母材と、着目する前記スポット溶接部と最近接の前記スポット溶接部により接合された前記第２母材又は前記第３母材とが同一である場合に、着目する前記スポット溶接部について前記第１幅を取得することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の破断予測装置。
【請求項１５】
スポット溶接で接合された部材について、スポット溶接部に荷重が加わることで破断に至る場合の前記スポット溶接部の破断を予測するプログラムであって、
前記部材の前記スポット溶接部が設けられた平坦面において、前記スポット溶接部を含む前記荷重の方向に直交する方向の有効幅であって、前記荷重の変化に対応して変化する前記有効幅を所定の時間間隔毎に算出する第１手順と、
前記有効幅を用いて前記スポット溶接部の破断を予測する第２手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１６】
前記第１手順は、前記有効幅を、隣り合う前記スポット溶接部間のスポット距離と、前記平坦面の前記スポット距離の方向に直交する方向の幅との関数を用いて算出することを特徴とする請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１７】
前記第１手順は、前記有効幅を、最初に作成された前記関数に、所定の時間間隔毎の前記荷重を適用して算出することを特徴とする請求項１６に記載のプログラム。
【請求項１８】
前記第１手順は、前記荷重を前記平坦面に投影させ、投影された前記荷重の方向に直交する方向の前記有効幅を算出することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のプログラム。
【請求項１９】
前記部材は、スポット溶接により接合された第１母材及び第２母材を有しており、
前記第１母材及び前記第２母材のそれぞれについて、
隣接するシェル要素の法線方向の角度差を取得する手順と、
前記角度差に基づいて構成面ごとに分類する手順と、
前記構成面ごとに当該構成面に属する前記スポット溶接部を分類する手順と、
前記構成面ごとに、隣り合う前記スポット溶接部間の距離を第１幅として取得する手順と
をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のプログラム。
【請求項２０】
前記第１幅と直交する方向の前記構成面の幅を第２幅として取得する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１９に記載のプログラム。
【請求項２１】
前記部材は、前記第１母材とスポット溶接により接合された第３母材を有しており、
前記第１母材において着目する前記スポット溶接部により前記第１母材と接合された前記第２母材又は前記第３母材と、着目する前記スポット溶接部と最近接の前記スポット溶接部により接合された前記第２母材又は前記第３母材とが同一である場合に、着目する前記スポット溶接部について前記第１幅を取得することを特徴とする請求項１９又は２０に記載のプログラム。
【請求項２２】
請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の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。
【国際調査報告】
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