(57)【要約】  作業機械に使用する荷重支持部材の設計において、次には作業機械のペイロードの増加やサイクルタイムの減少を可能にさせる、このような構造体の重量を最小限に抑えることは有利となることが多い。プラットフォーム（１０）を有するタイプの作業機械（１００）で使用する荷重支持構造が提供される。荷重支持構造は、プラットフォーム（１０１）に回動自在に取り付けられるように構築され、配置された部材（１０５）を形成するように接続可能な複数のピース（９０１）を備える。溶接部（９００）は少なくとも２つのピース（９０１）を接続し、そこでは、少なくとも１つの溶接部（９００）が、溶接部（９００）の対象になるピース（９０１）の少なくとも１つへの熱の影響に対しシミュレートされる。
2005513310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォーム（１０１）を有するタイプの作業機械（１００）で使用する荷重支持構造であって、
プラットフォーム（１０１）に連結するように構築され、配置された少なくとも１つの部材（１０５）と、
前記部材（１０５）が、第１の降伏強度を有する素材を含む端部（１１１、１１５、２０５、２１０）を有し、
前記端部（１１１、１１５、２０５、２１０）に形成され、開口壁（８０３）を有する開口部（６０６、６０７、２０９、２１４）と、
前記開口壁の少なくとも一部に近接した前記開口部内に収容された少なくとも１つの支持部材（８０１）と、を備え、
前記支持部材（８０１）が、前記第１の降伏強度よりも大きい第２の降伏強度を有する、荷重支持構造。
【請求項２】
少なくとも１つの上部プレート（２０１、６０１）と、
少なくとも１つの底部プレート（２０２、６０２）と、
それぞれが前記上部プレート（２０１、６０１）と前記底部プレート（２０２、６０２）とに取り付けられた少なくとも一対の間隔をもって配置された側面プレート（２００、６００）と、
少なくとも１つの前記側面プレート（２００、６００）に取り付けられた少なくとも１つの補強構造体（２２１、６１０）とをさらに備える請求項１に記載の荷重支持構造。
【請求項３】
プラットフォーム（１０１）を有するタイプの作業機械（１００）で使用する荷重支持構造であって、
プラットフォーム（１０１）に回動自在に取り付けられるように構築され、配置された部材（１０５）を形成するように接続可能な複数のピース（９０１）と、
前記ピース（９０１）の少なくとも２つを接続する溶接部（９００）と、を備え、
少なくとも１つの前記溶接部（９００）が前記溶接部（９００）の対象となる前記ピース（９０１）の少なくとも１つへの熱の影響に対しシミュレートされる荷重支持構造。
【請求項４】
前記影響が応力および歪みのうち少なくとも一方である請求項３に記載の荷重支持構造。
【請求項５】
プラットフォーム（１０１）を有する作業機械（１００）と、
長手方向軸を有し、前記プラットフォーム（１０１）に連結される第１の部材（１０６）と、
前記プラットフォーム（１０１）に対し前記第１の部材（１０６）を移動させる第１の移動手段（１１０）と、
長手方向軸を有し、前記第１の部材（１０６）に回動自在に結合されている第２の部材（１０７）と、
前記第１の部材（１０６）に対し前記第２の部材（１０７）を移動させる第２の移動（１１４）手段と、
前記第１の部材（１０６）および前記第２の部材（１０７）のうち少なくとも一方を形成するように接続可能な複数のピース（９０１）と、
前記ピース（９０１）の少なくとも２つを接続する溶接部（９００）と、を備え、
少なくとも１つの前記溶接部（９００）が、前記溶接部（９００）の対象となる前記ピース（９０１）の少なくとも１つへの熱の影響に対しシミュレートされる荷重支持装置。
【請求項６】
前記影響は応力および歪みのうち少なくとも一方である請求項５に記載の荷重支持構造。
【請求項７】
作業機械（１０１）で使用する、複数のピース（９０１）を備える、荷重支持部材（１０５）を製造する方法であって、
ピース（９０１）を形成するステップと、
溶接部（９００）によってピース（９０１）の少なくとも２つを接続するステップと、
前記溶接部（９００）の対象となる前記ピース（９０１）の少なくとも１つへの溶接部（９００）に起因する熱の影響を決定するステップとを含む方法。
【請求項８】
形成ステップは、前記熱切断方法に起因するピース（９０１）の歪みをシミュレートするシミュレーションステップを含む請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重支持部材構造および方法に、より詳しくは、荷重支持部材に対する溶接シミュレーション、素材準備、および構造的変更の全てが、そのような部材の強度を犠牲にすることなく、軽量化荷重支持部材の製造に寄与するそのような荷重支持部材およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブーム、アーム、クレーンブーム等の荷重支持部材は典型的に、荷重支持部材を横切る方向に作用する合成荷重となる負荷を支えなければならない。溶接方法のような製造方法を改良すると、そのような荷重に耐えることができる荷重支持部材の能力を改良することができるようになる。特に溶接位置における、疲労強度は、これらのタイプの構造体を設計するときの限定的構造要素であることが分かっている。溶接は局部的溶接部領域に高引張残留応力を誘発させ、顕微鏡レベルの微小尖鋭不連続箇所が溶接止端に沿って存在することになることは一般に知られている。これらの不連続部は、次には、特に荷重支持部材がサイクル荷重条件を受ける場合に、亀裂伝播因子として作用する。製造方法におけるこれらの改良は、次に、これらの部材の製造において、より薄い素材の使用が可能になり、このような構造体の軽量化のゆえに、ペイロードの増加、およびサイクル時間の改良となる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の実施形態によれば、プラットフォームを有するタイプの作業機械で使用する荷重支持構造が提供される。この荷重支持構造は、プラットフォームに連結させるように構築され、配置された少なくとも１つの部材と、部材が、第１の降伏強度を有する素材を備える端部を有し、端部に形成され、開口壁を有する開口部と、開口壁の少なくとも一部に近接した開口部内に収容された少なくとも１つの支持部材とを備え、支持部材が前記第１の降伏強度よりも大きい第２の降伏強度を有する。
【０００４】
本発明の他の態様によれば、プラットフォームを有するタイプの作業機械で使用する荷重支持構造が提供される。この荷重支持構造は、プラットフォームに回動自在に取り付けられるように構築され、配置された部材を形成するように接続可能な複数のピースと、これらのピースの少なくとも２つを接続する溶接部とを備え、少なくとも１つの溶接部が溶接部の対象になるピースのうち少なくとも１つへの熱の影響に対しシミュレートされる。
【０００５】
本発明の他の態様によれば、作業機械で使用する、複数のピースを備える、荷重支持部材を製造する方法が提供される。この方法は、ピースを形成するステップと、溶接部によってピースの少なくとも２つを接続するステップと、前記溶接部の対象になる前記ピースの少なくとも１つへの溶接部に起因する熱の影響を決定するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面を参照するに、図１に示されるのは、本発明の教示を取り入れた典型的な作業機械１００である。作業機械１００は、ここでは第１の部材またはブーム１０６と第２の部材またはアーム１０７とによって具化された複数の荷重支持部材１０５が搭載されるプラットフォーム１０１を備える。ブーム１０６は、プラットフォーム１０１に回動自在に接続され、伸長および収縮可能な油圧シリンダを備えても良い一対の第１の油圧アクチュエータ１１０によってここでは具化された第１の運動手段によってプラットフォーム１０１に対し移動可能である。同様に、アーム１０７の第１の端部１１１は、ピン１１２のような適当な接続具を介してブーム１０６に回動自在に結合され、伸長および収縮可能な油圧シリンダを備えても良い第２の油圧アクチュエータ１１４によってここでは具化された第２の運動手段によってブーム１０６に対し移動可能である。ここで示された作業機械１００は、バージアンローダによって具化されているが、このような提示は典型的なものでしかないことは理解されるべきであり、さらに本発明の教示が、例えば、バックホーローダ、エキスカベータ等負荷を支持するために使用される作業機械に対し幅広い用途があっても良いと考えられる。
【０００７】
これもまたピン１１８のような適当な接続具の使用によって、アーム１０７の第２の端部１１５に近接して取り付けられているのは、瓦礫、ごみ、岩石、物品または他の素材類から成る多量の素材を掴み、保持するのに使用するアタッチメント１１９である。ここで示されたアタッチメント１１９は、ここではクラムシェルバケットで具化されるが、このような提示が限定ではなく、例示が目的であり、他のアタッチメントのタイプが本発明の趣旨を逸脱することなく採用されても良いと考えられる。アタッチメント１１９は、アタッチメント１１９を作動させるのに使用する第３の油圧アクチュエータ（図示せず）をも包含しても良い。
【０００８】
図２を参照するに、本発明の教示を取り入れるブーム１０６が示される。ブーム１０６は、それぞれが第１の側面２００ａおよび第２の側面２００ｂをそれぞれ形成し、それぞれが上部プレート２０１と底部プレート２０２とにロボット溶接方法によって取り付けられた、一対の間隔を空けて配置された側面プレート２００を備える。ブーム１０６は、各耳状部２０６がピン（図示せず）を収容する開口部２０９を含む一対の耳状部２０６を備える第１の端部２０５、またはブーム１０６をプラットフォーム１０１に回動自在に結合させる他の適当な装置を含む。ブーム１０６は、それぞれがピン１１８を収容する開口部２１４を有する一対の耳状部２１３をも有する第２の端部２１０も含む。取付構造体２１７は、各側面プレート２００から延び、第１の油圧アクチュエータ１１０をブーム１０６に連結させるために使用される。連結アセンブリ２１８は、底部プレート２０２から延び、公知の方法で第２の油圧アクチュエータ１１４を回動自在に支持するために使用される。
【０００９】
また、図２で細部が隠されて示されているのは、故障に対し側面プレート２００のそれぞれを補強するために使用される補強構造体２２１である。本発明の補強構造体２２１の使用については、ブーム１０６に加わる荷重が所定量に達するかまたはそれを超えたときの側面プレート２００の座掘を防ぎ、しかもより厚さの薄い側面プレート２００の使用を可能にさせると言えば十分で、補強構造体２２１の特定の細部については、この開示が進むにつれてより詳細に説明される。上部プレート２０１は、アタッチメント１１９だけでなく、第１および第２の油圧アクチュエータ１１０、１１４に作動油を供給する多様な油圧導管（図示せず）を固定するために使用される複数の取付構造体２２２を備えている。取付構造体２２２の細部を図５を参照してさらに説明する。
【００１０】
図３〜５を参照するに、ブーム１０６の多様な構造的特徴について述べる。図３の断面詳細図で示されるのは、各第１の油圧アクチュエータ１１０をブーム１０６に固定するために使用される取付構造体２１７である。共に同軸となるように連結される２本の実質的に中空の円筒状部材３０１および３０２を備える取付構造体２１７が示されているが、たった１本のこのような部材が本発明の趣旨を逸脱することなく採用されても良いことは理解されよう。示される通り、取付構造体２１７の結合長はブーム１０６の横方向の長さまで延びるのに十分であり、各部材３０１、３０２の各遠位端３０５はユーザー選択距離まで各側面プレート２００を越えて延びる。各遠位端３０５に近接した各部材３０１、３０２内に配置されるのは、レーザ溶接のような適当な方法で各部材３０１、３０２に取り付けられる実質的に円筒状の支持部材３０６である。支持部材３０６の細部については、この開示が進むと共に詳細に議論されるが、ここでは、各支持部材３０６は、それぞれが、次に第１の油圧アクチュエータ１１０をブーム１０６に固定するために使用されるピン（図示せず）を支持する各ベアリング３０７を収容するサイズにされると言えば十分である。
【００１１】
当業者には理解されるように、側面プレート２００のそれぞれは、図９〜１１に関しここで記載される教示に基づいて最適化される、好ましくはロボット溶接方法を含む溶接方法で各部材３０１、３０２に取り付けられても良い。このように準備されると、元々弱い溶接部を補正するためにより重厚な鋳造を含む従来の取付構造体を提供する必要が無くなる。各部材３０１、３０２をさらに固定するために、補強プレート３１０を、溶接方法または他の適当な取付方法で各部材３０１、３０２に取り付けても良い。
【００１２】
図４に関し、多様なピースが、様々な厚さのプレートを含むブーム１０６の多様なピースを連結する構造が示されている。例示を目的として、中心線４０１を有するプレート４００と中心線４０５を有するプレート４０４とで示された２枚の近接プレートを備える側面プレート２００が示される。示される通り、プレート４００および４０４は、中心線４０１、４０５が実質的に共直線性となるように溶接または同等の方法で取り付けられる。そのような方法で近接プレート４００および４０４を取り付けることによって、応力の流れのより均一な分布が得られ、これは、同様に、より厚さの薄いプレート４００および４０４を使用できるという効果がある。
【００１３】
図５で示されるのは、取付構造体２２２の平面図である。各取付構造体２２２は、上部プレート２０１と一体的に形成されるのが好ましい。取付構造体２２２を上部プレート２０１の一部として形成すると、このような取付構造体を上部プレート２０１に溶接する必要が無くなり、それはより厚さのあるプレート素材を採用しなければならなくなるような局部溶接領域内の引張残留応力もまた排除できることも同様に理解されよう。各取付構造体は、それぞれがブラケット（図示せず）または他の適当な取付装置の使用によって油圧導管を上部プレート２０１に固定するのに使用する適当な締結装置（図示せず）を収容するサイズにされた開口部５００を備えている。
【００１４】
図６を参照するに、本発明の教示をもまた取り入れるアーム１０７が示される。アーム１０７はまた、それぞれが、上部プレート６０１と底部プレート６０２とに、好ましくはロボット溶接方法によって、取り付けられた一対の間隔を空けて配置された側面プレート６００を備える。このアーム１０７は、ブーム１０６の第２の端部２１０の耳状部２１３間に収まるサイズにされた第１の端部１１１を含む。第１の端部１１１は、ピン１１２を収容する開口部６０６をさらに含み、それによってブーム１０６への前述の回動自在な取り付けを提供する。アーム１０７の第２の端部１１５は、ピン１１８を収容するサイズにされた開口部６０７をも含む。連結アセンブリ６０９は、底部プレート６０２から延び、公知の方法で第２の油圧アクチュエータ１１４を旋回支持するために使用される。
【００１５】
図６において細部が隠されて示されるのは、前もって判定された座屈し易い範囲における座屈に対し側面プレート６００のそれぞれを補強するために使用される参照番号６１０で示された複数の補強構造体である。補強構造体６１０の特定の細部も、この開示が進むとともにより詳細に説明されるが、本発明の補強構造体６１０を使用すると、アーム１０７に加えられた荷重が所定量に達するかまたはそれを超えたときに前もって決定された座屈し易い範囲における側面プレート６００の座屈を防止すると同時に、アーム１０７上へのより厚さの薄い側面プレート６００の使用を可能にするといえば十分である。使用される補強構造体２２１、６１０の数は、構造の選択の問題であり、必要な性能を達成するに足る以上のものは不要であり、さらに使用される補強構造体２２１、６１０の数を制限することで、ブーム１０６およびアーム１０７の重量が最小限に抑えられても良いことは当業者には理解されよう。上部プレート６０１は、アタッチメント１１９だけでなく第１および第２の油圧アクチュエータ１１０、１１４に作動油を供給する様々な油圧導管（図示せず）を固定するために使用される取付構造体６１１を備えても良い。取り付け構造体６１１の細部は、上述の取付構造体２２２のものと実質的に同じであるので、ここではさらに説明しない。
【００１６】
図７で示された断面図を参照するに、補強構造体２２１、６１０の位置および構造について議論する。簡潔にするために、以下の議論は、ブーム１０６の補強構造体２２１に限定するが、ここでの開示がアーム１０７に使用される補強構造体６１０にも同等に適用可能であることは理解されよう。示される通り、少なくとも１つの補強構造体２２１は、適当な取付方法、好ましくはレーザ溶接法で側面プレート２００の内面７００に取り付けられる。当業者には理解されるように、側面プレート２００に補強構造体２２１を取り付けるためにレーザ溶接を使用すると、溶接範囲を取り巻く熱的影響ゾーンを減少させ、それによって、従来ならば異なる溶接タイプの取付方法が必要であったようなより厚さの薄い側面プレート２００を使用できるようにすることが分かっている。各補強構造体２２１の取付位置は、例示を目的としただけのものであることは理解されるべきであり、さらに補強構造体２２１の他の取付位置が、例えば各側面プレート２００の外面などに設けられることも考えられる。
【００１７】
示されるとおり、各補強構造体２２１は、基礎部分７０４と、基礎部分７０４から延びるリブ部分７０５とを有する実質的に直線状部材を備える。補強構造体２２１は、金属または他の堅牢素材を備え、ナストラン（Ｎａｓｔｒａｎ）（商標）のような適当に選択された故障分析パッケージを使用することで実行される故障分析に基づいてユーザ選択される長さを有する。さらに、補強構造体２２１の他の形状が、例えば、円筒状または平面構造など本発明の趣旨から逸脱して使用されても良いとも考えられる。
【００１８】
図８で断面図で示されるのは、アーム１０７の第１の端部１１１の細部である。開口部６０６内で収容される一対の実質的に円筒状の支持部材８０１は、対応する一対のベアリング８０２を収納するために使用され、これらのベアリング８０２は次にピン１１２を支持する。支持部材８０１のそれぞれは、開口壁８０３に近接して収まるようなサイズにされ、それぞれが８０５で示された周囲アーム材にレーザ溶接されるのが好ましい。さらに、各支持部材８０１を備える素材は、周囲アーム材８０５の降伏強度を超えるものを有するように選択されるのが好ましい。周囲アーム材８０５よりも高い降伏強度を有する支持部材８０１の素材を選択することで、支持部材８０１は、ベアリング８０２をそれぞれの支持部材８０１に圧入することで生成された半径方向応力を吸収でき、そうでなければ必要になった開口部６０６を取り巻くアーム材８０５を少なくできる。第１の端部１１１におけるアーム材８０５を少なくすることによって、アーム１０７とブーム１０６の間の有効モーメントアームが低減され、同じ相対的荷重条件に対しアーム１０７内で生成される応力レベルが減少することとなる。当業者には明白であるように、同様の特性を示す支持部材は、取付構造体２１７と共に使用される支持部材３０６だけでなく、他のアーム開口部６０７、ブーム開口部２０９および２１４内でも提供される。
【００１９】
図９に示されるのは、両方とも９０１として示される２枚のプレートを共に固定するために造られた溶接部９００の図表示である。溶接部９００の溶接形状は、溶接止端９０４、溶接輪郭９０５および侵入部９０８を含む。ここに記載された荷重支持部材１０５の製造者において、溶接部の位置における結果的に生じる残留応力を制御できると有利である。例えば、９１０で示された応力線図は、溶接止端９０４の下に位置する結果として生じる残留応力を例示し、「＋」は圧縮残留応力を示し、「−」は引張残留応力を示す。溶接止端９０４において、溶接部９００のいかなる溶接後処理の必要もなく圧縮残留応力を達成することが望ましい。溶接部９００の位置における結果として生じる残留応力を制御するために、この直後に議論される溶接シミュレーションツールが利用されても良い。シミュレーションの結果が次に、好ましくはロボット溶接方法を含む溶接方法を制御するために使用される。侵入部９０８だけでなくプレート９０１の据付を制御するために、プレートがレーザ切断のような精密切断法によって形成されることが好ましい。
【００２０】
図１０を参照するに、溶接方法のシミュレーション分析を実行する一組の統合化モデル１０００の好ましい実施形態を例示するブロック線図が示される。統合化モデル１０００は、共に働いて、溶接方法において溶接される素材の応力および歪みを決定する。応力や歪みは、素材の強度や特性に悪影響を及ぼす。ゆえに、応力や歪みをモデル化し、モデルからの情報を使用して、溶接の悪影響を最小限に抑える方法を決定することが望ましい。
【００２１】
好ましい実施形態において、グラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）のような相互接続ツール１０１４は、モデルを作業モデルの統合化ネットワークと相互接続して、素材の応力および歪みを決定する。この相互接続ツール１０１４は、好ましくはコンピュータをベースにしたものであり、さらに手動割り込み、または２つのモードのある組合せを介して、独立して動作するように構成されても良い。例えば、相互接続ツール１０１４は、必要なときにシステムを無効にするかまたは追加情報を入力する人に状態および結果を表示すると同時にモデル化機能を調整する。
【００２２】
形状モデラ１００２は、溶接される素材の形状モデルを決定する。好ましくは、形状モデラ１００２は、モデルから素材の不要な特徴を除去することによって形状を単純化する。このような特徴の例は、これらに限定されるものではないが、小さな溝、穴、僅かな凸凹などを含む。
【００２３】
形状モデルデータは、次にメッシュツール１００４に送られる。このメッシュツール１００４は、好ましくはメッシュを構成する要素とノードとの座標を定義することによって、有限要素分析メッシュを発生させるために使用される。メッシュ座標を使用する有限要素分析技術は公知技術であり、ここではさらなる説明は省略する。
【００２４】
熱分析モデル１００６は、溶接方法中の素材の熱分析を実行するために使用される。好ましい実施形態において、熱分析モデル１００６は少なくとも２つのモデルを含む。分析ソリューションモデル１００８は溶接方法に起因する歪みの全体的ソリューションの、熱的方法、すなわち溶接方法の高速分析ソリューションとなる。有限要素分析モデル１０１０は、溶接方法からの残留応力の局部詳細分析を提供する。
【００２５】
好ましい実施形態において、分析ソリューションモデル１００８は、ポイント熱源のソリューションを決定し、ポイント熱源は、溶接方法に基づく熱入力と、素材の断熱境界条件から決定された反射熱源とから得られる。総分析ソリューションは、全てのポイント熱源の重層から決定される。断熱境界条件から反射熱源を得る原理は公知であり、さらなる説明は省略する。分析ソリューションモデル１００８は、全溶接方法の高速ソリューションとなる。但し、このソリューションはあまり精密ではない。従って、この分析ソリューションモデル１００８は、典型的に、高速の全体的ソリューションが望まれ、高度の精密さが不要であるときに使用される。
【００２６】
有限要素モデル１０１０は、有限要素分析メッシュの所望ノードおよび要素の座標のそれぞれにおける条件の数値演算を採用する。有限要素分析モデルは、コンピュータ利用の長期化および集中化となる傾向がある。従って、有限要素分析モデル１０１０は、一般に、モデルの特定部分の精密分析が必要なときだけに使用される。
【００２７】
熱分析モデル１００６からの情報は、熱履歴にコンパイルされ、構造分析モデル１０１２に送られる。さらに、メッシュツール１００４によって提供された有限要素メッシュは構造分析モデル１０１２に送られる。相互接続は、相互接続ツール１０１４によって自動的に確立される。好ましい実施形態において、熱履歴は、インターフェイスモジュール１０１６によって熱分析モデル１００６から構造分析モデル１０１２に送られる。好ましくは、インターフェイスモジュール１０１６は、相互接続ツール１０１４から自動化され、分析ソリューションモデル１００８、有限要素分析１０１０、またはその両方から構造分析モデル１０１２に熱ソリューションを間断なく接続するように適応される。
【００２８】
構造分析モデル１０１２は、溶接方法中に素材のさらなる分析を提供する。典型的に、溶接中の素材の挙動が分析され、モデル化される。分析された特徴の例は、これらの限定されないが、素材の溶融および再溶融、素材の相変態、多数回パスの反復の影響などを含む。素材の応力および歪みは、構造的分析モデルによって判定される。判定された応力および歪みは、さらに分析され、次に溶接方法を修正し、溶接に関わる非常な熱さの悪影響を低減するのが好ましい。
【００２９】
図１１を参照するに、構成モデル２００２に基づく溶接方法のモデル２０００が示される。例えば、溶接方法シミュレーションの、構成モデルは、公知技術であり、長年使用されている。構成モデルは、モデル化したい現象に関わる物理法則の集積に基づくモデルである。
【００３０】
履歴消滅モデル２００４は、溶接方法中の素材の溶融／再溶融をモデル化する。さらに、多数回パス中の素材の反復的溶融／再溶融中の素材のアニールがモデル化される。素材が溶融すると、素材の歪み履歴、すなわち応力および歪みが除去され、素材が初期状態に戻される。従って、溶接方法の精密モデル化には、応力および歪みを溶融／再溶融条件の発生に応じてリセットしなければならない。
【００３１】
大変形モデル２００６は、溶接されている素材の熱および機械的歪み増分をモデル化するために使用される。より詳しくは、大変形モデル２００６は、溶接方法中の塑性アニール歪みと弾性アニール歪み間の顕著な特性をモデル化する。
【００３２】
仮想要素検出モデル２００８は、実際には起こらなかったパスの仮想要素を提供する。多数回パス方法において、モデルは、任意の溶接金属が実際に溶着される前の全てのパスを包含しなければならない。例えば、素材の剛性は、溶接が開始していなくても、全パスが完了したかのようにモデル化されなければならない。典型的な溶接モデルパッケージは、要素生没として知られる方法によってこれを補正する。溶接金属の有限要素は、モデル化方法の後期まで無効状態にされなければならない。この方法は、要素がファイルから除去され、後に戻されなければならないので、非常に単調であり、実行するのに多くの時間と計算力が必要となる。仮想要素検出モデル２００８は、溶接金属が最小限の剛性で溶着されたと仮定することによってこれを克服する。後のパスが実行されると、各パスからの金属剛性が修正されて溶接方法で造られる実際の剛性をより厳密に反映させる。好ましい実施形態において、仮想要素検出モデル２００８は、溶接されている素材の部分についてのモデル化を提供するだけでなく、溶接方法全体が行われるときに溶接されることになる素材の部分のモデル化をも提供する３次元モデルである。
【００３３】
歪み硬化モデル２０１０は、多数回パスに関わる熱的反復の結果として増加する降伏強度をモデル化する。降伏強度は、溶接の応力および歪みがゼロ状態から降伏状態に、すなわち素材が加熱する前から素材が加熱に対し降伏する直前のポイントまで移動すると増加する。歪み硬化モデル２０１０は、素材の塑性歪みの増加を判定する一連の反復を実行するように適応される。
【００３４】
相変態モデル２０１２は、溶接方法中の素材の微細構造の変化をモデル化する。素材の微小構造の変化は、素材の化学組成、溶接方法の条件等のようなパラメータの関数である。素材の変化は、これらに限定されるものではないが、相変態中の体積変化、変態可塑性、加熱および冷却方法における相差による降伏履歴を含む。
【００３５】
温度履歴データベース２０１４は、溶接方法中の素材の温度履歴を格納し、提供する。好ましくは、温度履歴データベース２０１４は、温度履歴データを構成モデル２００２と履歴消滅モデル２００４とに提供する。
【００３６】
微細構造データベース２０１６は、溶接方法中の素材の微細構造のデータを格納し、提供する。好ましくは、微細構造データベース２０１６は、微細構造データベースを構成モデル２００２と相変態モデル２０１２とに提供する。さらに、微細構造データベース２０１６は、相変態モデル２０１２から素材の微細構造データを受けても良い。
【００３７】
素材データデータベース２０１８は、溶接方法中の、素材のデータ、例えば、素材の応力および歪みを格納し、提供する。好ましくは、素材データデータベースは、データを構成モデル２００２、歪み硬化モデル２０１０、および相変態モデル２０１２に提供する。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
使用時および動作時、本発明は、荷重支持部材１０５の軽量化を提供し、しかも作業機械１００のペイロード性能を同程度に維持する。当業者には理解されるように、溶接部９００における歪みや残留応力の量を制御すると、そうでない場合と比べてより長い耐用年数を有する溶接となる。本発明は、現在公知の典型的な溶接方法と比べて、溶接方法中に起こる応力や歪みの強調された、より精密なモデルをも利用する。溶接されている素材の特性は、温度が素材の特性の変化の原因となるレベルに接近するときモデル化される。モデル化される溶接関連素材挙動の例は、これらの限定されるものではないが、多数回パスに起因する溶融／再溶融、アニールに起因する素材履歴消滅、熱サイクル、すなわち、素材の交互の加熱および冷却、相変態等を含む。上記モデル化の結果は、構成溶接モデルに組み込まれて溶接方法の影響についての完全なモデルを提供する。この完全モデルは、次に溶接に起因する悪影響を最小限に抑えるために使用されても良い。
【００３９】
さらに、ここで例示され、説明された全ての支持部材３０６、８０１、一体取り付け構造体２２２、６１１、整列中心線４０１、４０５、補強構造体２２１、６１０、および取付構造体２１７の使用は、これらの構造体重量のさらなる軽量化に貢献することは当業者によって理解されよう。
【００４０】
本発明の他の形態、目的および利点は、図面、明細書および添付した請求の範囲の検討によって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の原理を具化する典型的な作業機械の側面図である。
【図２】本発明の原理を具化するブームを備える部材の等角図である。
【図３】図２の線３−３についての断面図である。
【図４】図２の線４−４についての断面図である。
【図５】図２で示されたブームの部分平面図である。
【図６】本発明の原理を具化するアームを備える部材の等角図である。
【図７】図２の線７−７についての断面図である。
【図８】図６の線８−８についての断面図である。
【図９】本発明の方法により形成された溶接部である。
【図１０】統合化溶接シミュレーションモデルの実施形態を例示するブロック線図である。
【図１１】構成的溶接シミュレーションモデルの実施形態を例示するブロック線図である。
【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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【国際調査報告】
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