(57)【要約】【課題】有限要素法を用いてレーザ重ね溶接継手の応力分布を精度良く求め、該応力分布に基づいて疲労寿命を予測する方法を提供する。【解決手段】本発明に係るレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法は、レーザ重ね溶接継手４の解析モデル５を作成する解析モデル作成工程と、解析モデル５について弾性構造解析を行って応力を算出する弾性構造解析工程と、該算出された応力からレーザ溶接部７の端部を除いた評価応力分布を取得する評価応力分布取得工程と、該取得した評価応力分布からレーザ溶接部７の端部の評価応力を外挿により求めて、溶接部全長の評価応力分布を作成して評価応力の最大値を取得する最大評価応力取得工程と、評価応力最大値を解析荷重で割って単位荷重あたりの評価応力最大値と疲労試験における荷重振幅とに基づいて評価応力振幅を取得する評価応力振幅取得工程と、評価応力振幅と疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測する疲労寿命予測工程とを有することを特徴とするものである。【選択図】  図１
2015090673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限要素法によるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法であって、
レーザ重ね溶接継手を構成する上下の金属板とレーザ溶接部の解析モデルを作成する解析モデル作成工程と、
前記解析モデルに解析荷重を与えて弾性構造解析を行い、前記金属板をモデル化した要素と前記レーザ溶接部をモデル化した要素の共有節点の位置で、前記金属板の要素とレーザ溶接部との表面の応力を算出する弾性構造解析工程と、
算出された前記応力から評価応力を求め、レーザ溶接部の端部を除いた評価応力分布を取得する評価応力分布取得工程と、
該取得した評価応力分布からレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めて、溶接部全長の評価応力分布を作成し、該溶接部全長の評価応力分布に基づいて評価応力の最大値を取得する最大評価応力取得工程と、
前記最大評価応力取得工程で取得した前記評価応力の最大値を前記解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値と、前記解析モデルに対応する試験片に繰返し荷重を与えて疲労試験を行ったときにおける荷重振幅を乗算して、評価応力振幅として取得する評価応力振幅取得工程と、
前記評価応力振幅とあらかじめ準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測する疲労寿命予測工程とを有することを特徴とするレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法。
【請求項２】
前記各共有節点の評価応力は、前記共有節点につながる前記要素毎に得られる主応力のうち、絶対値が最大のものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有限要素法を用いたレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接は主に生産コスト上のメリットから自動車車体の一部に組立て溶接法として適用されている。
一般に溶接箇所の強度評価を行う有力な手段として有限要素法を用いることが挙げられる。
例えば、特許文献１には自動車車体のスポット溶接部の疲労寿命予測法が述べられている。特許文献１においては、スポット溶接部の有限要素法解析用シェルモデルを形成し、荷重データを与えることで有限要素法弾性解析を行い、スポット溶接部の６分力と節点変位を求めている。
【０００３】
また、特許文献２においては、建設機械のフロント構造物等における疲労寿命を推定する方法に関し、有限要素法で求めた応力値を部材S-N線図に代入して求める際、溶接形状によって変化する切欠き係数で前記応力値を補正することが述べられている。
そして、特許文献２では、構造物の応力集中部における局所形状に応じて設定された応力集中率と構造物の疲労寿命評価線図をあらかじめ記憶し、この溶接集中率と疲労寿命評価線図、および有限要素法による応力解析値に基づいて各局所形状に対応した疲労寿命を評価するとしている。有限要素法による応力解析値は隅肉溶接、突合せ溶接の溶接止端部に相当する位置のシェル要素の応力としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１３５９４６号公報
【特許文献２】特許第３８４２６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２に記載の方法は、疲労き裂の発生位置をＴ字、十字、突合せ継手の溶接止端部としたものであり、本発明が対象とする上下の板が重ね合わさって接触しているところの板表面から亀裂が生じるレーザ重ね溶接継手にそのまま適用することはできない。
【０００６】
また、発明者の知る限り、レーザ重ね溶接継手の有限要素法を用いた疲労寿命予測方法について開示した文献はない。
そこで、本発明は、有限要素法を用いてレーザ重ね溶接継手の応力分布を精度良く求め、該応力分布に基づいて疲労寿命を予測する方法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】
発明者は、有限要素法を用いたレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法について鋭意検討した結果、以下の点を見出した。
有限要素法を用いた疲労寿命予測は、評価対象について弾性構造解析を行って応力分布を求め、該応力分布に基づいて応力の最大値を求め、該応力の最大値を弾性構造解析で与えた解析荷重で割って、単位荷重あたりの評価応力最大値を求め、当該単位荷重あたりの評価応力最大値に、疲労試験における荷重振幅を乗算して、当該疲労試験における評価応力振幅を求めて予測するものである。
このような疲労寿命予測をレーザ溶接について行う場合、レーザ溶接部の端部において応力が最大値となる場合があり、このような端部の応力も正確に求めることが、正確な疲労寿命予測をする上で肝要である。
しかしながら、レーザ重ね溶接継手について有限要素法解析によって得られるレーザ溶接部の端部の応力は、メッシュ寸法に依存しており、そのため疲労寿命予測もメッシュ寸法によって予測値が異なってしまうという問題があった。
この点について発明者は、メッシュ寸法に依存することなく、溶接部の端部の応力を正確に求める方法として、後述するとおり、レーザ溶接部の端部を除いた評価応力分布を取得して、該取得した評価応力分布からレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めればよいことを知見した。
【０００８】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
【０００９】
（１）本発明に係るレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法は、有限要素法によるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法であって、
レーザ重ね溶接継手を構成する上下の金属板とレーザ溶接部の解析モデルを作成する解析モデル作成工程と、
前記解析モデルに解析荷重を与えて弾性構造解析を行い、前記金属板をモデル化した要素と前記レーザ溶接部をモデル化した要素の共有節点の位置で、前記金属板の要素とレーザ溶接部との表面の応力を算出する弾性構造解析工程と、
算出された前記応力から評価応力を求め、レーザ溶接部の端部を除いた評価応力分布を取得する評価応力分布取得工程と、
該取得した評価応力分布からレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めて、溶接部全長の評価応力分布を作成し、該溶接部全長の評価応力分布に基づいて評価応力の最大値を取得する最大評価応力取得工程と、
前記最大評価応力取得工程で取得した前記評価応力の最大値を前記解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値と、前記解析モデルに対応する試験片に繰返し荷重を与えて疲労試験を行ったときにおける荷重振幅を乗算して、評価応力振幅として取得する評価応力振幅取得工程と、
前記評価応力振幅とあらかじめ準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測する疲労寿命予測工程とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記各共有節点の評価応力は、前記共有節点につながる前記要素毎に得られる主応力のうち、絶対値が最大のものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、有限要素法を用いたレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測を可能にするとともに、解析荷重を与えた場合におけるレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めることで、解析モデルの要素のメッシュ寸法によらず精度良くレーザ重ね溶接継手の溶接部全長の評価応力分布を取得することができ、該取得した評価応力分布に基づくことで、高精度の疲労寿命予測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法の最大評価応力取得工程の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法の予測対象となる溶接継手の斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態にかかるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法の解析モデル作成工程を説明するための図であって、図１の溶接継手について作成された解析モデルの斜視図である。
【図４】図３の解析モデルのレーザ溶接部の拡大図である。
【図５】本発明の一実施の形態にかかるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法の評価応力分布取得工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例にかかるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法の最大評価応力取得工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例にかかる疲労試験結果の説明図である。
【図８】本発明の実施例にかかる疲労寿命線図である。
【図９】本発明の実施例にかかるレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法の、他の解析モデルについての最大評価応力取得工程の説明図である。
【図１０】本発明の実施例にかかる予測結果の精度を検証するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、弾性構造解析によりレーザ溶接部の表面の最大応力を求め、解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値が、弾性構造解析モデルに対応させた試験片に実際の繰返し荷重（荷重振幅）を与えて疲労試験を行ったときの実際に作用する応力と相関する（比例関係にある）との知見により、単位荷重あたりの表面応力最大値と前記疲労試験における荷重振幅とを乗算して得た評価応力振幅により、疲労限界を予測可能とするものである。
本発明の一実施の形態に係るレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法は、解析モデル作成工程と、弾性構造解析工程と、評価応力分布取得工程と、最大評価応力取得工程と、評価応力振幅取得工程と、疲労寿命予測工程と有している。
以下に、上記各工程について詳細に説明する。
なお、以下の説明では、図２に示すレーザ重ね溶接継手４を例に挙げる。レーザ重ね溶接継手４は、２枚の金属薄板（上板１と下板３）を重ね合わせてレーザ溶接したものである。
【００１４】
＜解析モデル作成工程＞
解析モデル作成工程は、レーザ重ね溶接継手４を構成する上板１と下板３とレーザ溶接部７の解析モデルを作成する工程である。図３に、作成した解析モデルの一例を示す。なお、図３において、図２と同様のものには同一の符号を付している。
図３に示す解析モデル５はシェル要素で作成されており、上板１と下板３の向かい合った外表面を繋ぐようにレーザ溶接部７（溶接ビード）が形成されている。レーザ溶接は貫通溶接である。
図４は、レーザ溶接部７近傍を拡大したものである。図４に示すように、レーザ溶接部７は上板１および下板３に対して直立した板状とし、レーザ溶接部７の上部は上板１と、下部は下板３と、それぞれ共有節点を有している。
なお、シェル要素に厚さを設定することで、上板１及び下板３の板厚やレーザ溶接部７の幅を設定することができる。
【００１５】
＜弾性構造解析工程＞
弾性構造解析工程は、解析モデル５に解析荷重を与えて弾性構造解析を行い、上板１および下板３のシェル要素とレーザ溶接部７のシェル要素の共有節点の位置で、上板１および下板３のシェル要素とレーザ溶接部７との表面の応力を取得する工程である。
解析荷重の方向は引張方向や圧縮方向、捩り方向等、様々なものが選択できる。
このように、任意の解析荷重について弾性解析を行うのは次の理由からである。一般的に構造物に実際に作用する荷重は弾性範囲内であり、解析荷重を付与したときに発生する応力と、実際に荷重を付与したときに発生する応力は比例関係にある。そのため、解析荷重を付与したときに発生する応力を求めておけば、実際に作用する荷重を付与したときに発生する応力は容易に求められる。
【００１６】
＜評価応力分布取得工程＞
評価応力分布取得工程は、弾性構造解析工程で取得された応力から評価応力を求め、レーザ溶接部７の端部を除いた評価応力分布を取得する工程である。
ここで評価応力とは、弾性構造解析を行って得られる様々な応力（ｘ方向応力等）、あるいは、これらの応力に基づいて算出される応力（主応力、せん断応力、ミーゼス応力等）のうち、評価の対象となる応力のことをいう。評価応力は、破断の様式等に応じて決定する。例えば、レーザ溶接の場合、主応力方向に対して垂直（レーザ溶接部７の長手方向に平行）に亀裂が発生することから、本例においては主応力を評価応力とした。
なお、上述したとおり、一つの共有節点は上板１または下板３の複数の要素と共有されており、該共有節点につながる要素毎に共有節点位置（上板１または下板３の表面）での主応力が得られるが、そのうち絶対値が最大のものをその共有節点の評価応力とする。
【００１７】
図５は、図３のレーザ溶接部７の拡大図上に、レーザ溶接部７の節点毎の評価応力分布を図示したものである。図５においては、節点毎に下板３から上方に延びる線分を図示して該線分上に節点毎の評価応力の値をプロットしており、プロットの位置が高ければ（下板３から離れていれば）それだけ評価応力の値が大きいことを意味している。なお、図５の評価応力分布には端部の節点の応力値もプロットしている。
図５に示すように、端部の節点のひとつ内側の節点の評価応力が最大値となっている。
【００１８】
＜最大評価応力取得工程＞
最大評価応力取得工程は、評価応力分布取得工程で取得した評価応力分布からレーザ溶接部７の端部の評価応力を外挿により求めて、溶接部全長の評価応力分布を作成し、該溶接部全長の評価応力分布に基づいて評価応力の最大値を取得する工程である。
【００１９】
評価応力の最大値を取得するのは、疲労破壊は応力集中する箇所から発生するため、疲労寿命の予測は評価応力の最大値に基づいて行うとよいためである。従って、疲労寿命の予測の精度を高めるためには、評価応力の最大値をより正確に求めることが必要である。
この点、以下において詳細に説明する。
【００２０】
図５の応力分布は、中央の節点の応力が最も小さく、中央から端部に行くほど節点の応力が徐々に増加して端部のひとつ内側の節点において最大値を示し、最端の節点は最大値よりも小さくなっている。
このように、最端の節点の応力値が低下する原因としては、最端以外の節点は両側に隣接する節点が存在し、これによって拘束されているのに対して、最端の節点は片側しか拘束されないためであると考えられる。
【００２１】
このように、最端の節点の一つ内側の節点の応力が最大となる場合、解析モデルのメッシュの大きさ（メッシュ寸法）によって応力の最大値の位置が変わり、それ故に応力分布が変わることになる。
一般にメッシュ寸法は解析を行う技術者によって最適のものに決定されるため、技術者ごと、あるいは解析モデルごとにメッシュ寸法が変わることが考えられ、画一的な寿命予測を行うことができない。
【００２２】
なお、メッシュ寸法を統一することが考えられるが、メッシュ寸法は溶接継手部のみならず溶接継手部を含む構造体全体を考慮して決定されるため、溶接継手部に最適となるメッシュ寸法に統一して、例えばメッシュ寸法を小さく設定すると、解析に莫大な時間がかかってしまうため好ましくない。
【００２３】
そこで発明者は、メッシュ寸法に依存することなく、溶接端部近傍の節点の応力値を正確に取得する方法について検討をした。
メッシュ寸法を小さくすればするほどより現物に近い解析が可能となると考えられるところ、メッシュ寸法を小さくすると端部のひとつ内側の節点の位置が最端の節点に近づくとともに、その応力値は次第に増加する。従って、メッシュ寸法を極限まで小さくすれば、端部のひとつ内側の節点の位置はほぼ最端となり、その応力値は最大となる。
この点に着目したところ、最端近傍の応力値は、最端以外の節点の応力値に基づいて、最端の節点位置まで増加する曲線を描き、該曲線から推測する、すなわち外挿によって求めればよいという知見が得られた。
【００２４】
上述したとおり、評価応力分布取得工程で取得した評価応力分布における端部の評価応力値は正確なものではないため、本工程では、評価応力の最大値を求めるのに先立って、端部の評価応力を外挿により求め、溶接部全長に亘ってより正確な評価応力分布を作成する。
端部の評価応力を外挿により求めるとは、端部以外の評価応力に基づいて作成される近似曲線Ｌを作成し、近似曲線Ｌの端部の応力値を求めることである。こうすることで、メッシュ寸法の大きさに依らず、端部の評価応力を精度よく求めることができる。この点については、後述する実施例で実証している。
【００２５】
図１は、図５に示す評価応力分布図に基づいて作成した、レーザ溶接部７の全長に亘る評価応力分布図である。レーザ溶接部７端部の評価応力は外挿により求めている。
このようにして作成されたレーザ溶接部７全長に亘る評価応力分布から、評価応力の最大値を取得する。
図１より、レーザ溶接部７の端部の評価応力値が最大であった。なお、図１に示すように、通常はレーザ溶接部７の端部の評価応力値が最大となるが、レーザ溶接部７の形状や荷重の与え方等によっては端部以外において最大値となることもあり得る。
【００２６】
＜評価応力振幅取得工程＞
評価応力振幅取得工程は、最大評価応力取得工程で取得した評価応力の最大値を、弾性構造解析工程で解析モデル５に与えた解析荷重で割って得られる単位荷重あたりの評価応力最大値と、疲労試験において解析モデル５に対応する試験片に繰返し荷重を与えたときの荷重振幅との積を求め、評価応力振幅として取得する工程である。
例えば、評価応力の最大値が50MPa、解析荷重が100N、荷重振幅が1kNである場合、評価応力振幅は、500MPa（＝50MPa／100N×1kN）である。
【００２７】
＜疲労寿命予測工程＞
疲労寿命予測工程は、評価応力振幅取得工程で取得した評価応力振幅と、あらかじめ準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測する工程である。
疲労寿命線図とは、評価応力振幅と繰返し回数の関係をグラフ化したものである。
疲労寿命線図は、例えば、実際に継手試験片で疲労試験を行って荷重振幅（応力振幅）と繰返し回数との関係のグラフを求め、該グラフの荷重振幅を表す軸を、評価応力振幅を表す軸に置き換えることによって得ることができる。
なお、疲労寿命線図を求める具体例および疲労寿命予測工程の具体例については後述する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては、解析荷重を与えたときのレーザ溶接部端部の評価応力を外挿により求めるようにしたので、解析モデルの要素のメッシュ寸法によらず精度良くレーザ重ね溶接継手の溶接部全長の評価応力分布を取得することができ、該取得した評価応力分布に基づくことで、高精度の疲労寿命予測を行うことができる。
【実施例】
【００２９】
本発明のレーザ重ね溶接継手の疲労寿命予測方法による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
【００３０】
まず、実験の内容について概説する。
レーザ溶接部長さを10mmとした場合において、解析モデル作成工程、弾性構造解析工程、評価応力分布取得工程、最大評価応力取得工程を行い、評価応力の最大値を取得した。
この際、メッシュ寸法を変更して解析を行い、レーザ溶接部７の端部の評価応力を外挿によって求めるときのメッシュ寸法による影響を調査した。
【００３１】
次に、上記解析モデル５と同様の試験片を作成し、実際に疲労試験を行ってS-N曲線を求め、該S-N曲線と上記取得した評価応力の最大値とに基づいて、疲労寿命線図（評価応力振幅と疲労寿命の関係図）を作成した。
【００３２】
さらに、レーザ溶接部長さを15mmした場合において、評価応力の最大値を求め、該求めた評価応力の最大値と上記作成した疲労寿命線図とに基づいて、レーザ溶接部７に振幅荷重1.3kNを与えた場合の疲労寿命を予測した（解析モデル作成工程、弾性構造解析工程、評価応力分布取得工程、最大評価応力取得工程、評価応力振幅取得工程、疲労寿命予測工程を実施した）。
【００３３】
以下、図６〜図１０に基づいて詳細に説明する。
まず、レーザ溶接部長さを10mmとした場合において、評価応力の最大値の取得について詳細に説明する。
上板１及び下板３は、板厚0.7mmの薄板（幅40mm、全長145mm）とした。レーザ溶接は溶接長さ10mmで引張り荷重方向と直角になるように貫通溶接を行った。
解析荷重は100Nの引張り荷重とし、解析モデル５は、メッシュ寸法として0.5mm、1mm、1.25mmおよび2.5mmの４種類を作成した。要素はシェル要素とし、評価応力は主応力とした。
【００３４】
図６に、評価応力分布取得工程の結果としての、４種類の解析モデル５毎の評価応力分布を示す。図６において、縦軸が評価応力(MPa)を表し、横軸が溶接開始端からの距離(mm)を表している。図６において、○印がメッシュ寸法0.5mmの解析モデル５、▲印がメッシュ寸法1mmの解析モデル５、◇印がメッシュ寸法1.25mmの解析モデル５、＊印がメッシュ寸法2.5mmの解析モデル５における評価応力分布のプロットである。なお、図６において、レーザ溶接部７の端部（溶接開始端からの距離0mm及び10mm）は節点の拘束状態がレーザ溶接部内部と異なり応力低下をきたすため、当該プロットを除外している。
【００３５】
図６に示す通り、各評価応力分布は良く一致しているが、評価応力分布（○印、▲印、◇印、＊印のプロット）毎に最大値が異っている。例えばメッシュ寸法0.5mmの解析モデル５（○印参照）における評価応力の最大値は、溶接開始端からの距離0.5mm及び9.5mmにおいて約60MPaであるのに対して、メッシュ寸法1mmの解析モデル５（▲印参照）における評価応力の最大値は、溶接開始端からの距離1mm及び9mmにおいて約53MPaである。このように、評価応力分布取得工程を行っただけでは、評価応力の最大値がメッシュ寸法に依存することになり、正確に疲労寿命を予測することができない。
【００３６】
そこで、主応力データ点数が少ないメッシュ寸法2.5mmを除く、メッシュ寸法0.5mm、1mm、および1.25mmの主応力分布データに対して最も近似度合が高い４次多項式の近似曲線L0.5、L1、L1.25を求め、該各近似曲線に基づいて、レーザ溶接部７の端部（溶接開始端からの距離0mm及び10mm）の評価応力を求めた（外挿）。その結果、いずれのメッシュ寸法においてもレーザ溶接部７の端部での評価応力は約70MPaであり、ほぼ一致した。なお、いずれのメッシュ寸法の解析モデル５においても、レーザ溶接部７の端部での評価応力が最大値であった。
このように、外挿をすることによって、評価応力の最大値をメッシュ寸法に依らず、精度よく求めることができる。
【００３７】
次に、疲労寿命線図の作成方法の一例について説明する。
疲労試験は、解析モデル５と同様の試験片について、油圧サーボ試験機を用いて、荷重比（＝最小荷重／最大荷重）Rを0.1、繰返し速度を20Hzとして行った。
図７に荷重振幅（最大荷重−最小荷重）と疲労寿命の関係、すなわち荷重振幅と繰返し回数との関係を示す。図７において、縦軸が荷重振幅(kN)を表し、横軸が繰返し回数(Cycles)を表している。
【００３８】
疲労寿命線図は、荷重振幅を評価応力に換算して、横軸が繰り返し回数(Cycles)を表し、縦軸が評価応力振幅(MPa)を表わすグラフにプロットし直すことで作成される。
例えば、図７において、解析荷重が100Nに対して発生する最大の評価応力が図６より70MPaであるので、荷重振幅が1.5kNを示すプロットの場合、発生する評価応力の振幅（評価応力振幅）は1050MPa(＝70MPa／100N×1.5kN)となる。同様に、図７における他のプロットについても換算を行う。
図７の各プロットの換算値に基づいて作成された疲労寿命線図を図８に示す。
【００３９】
次に、上記作成した疲労寿命線図に基づいて、レーザ溶接部長さを15mmとし、荷重振幅を1.3kNとしたときの疲労寿命予測を行った結果について説明する。
図９はレーザ溶接部長さ15mmの溶接継手に対して100Nの引張り荷重を負荷したときの評価応力分布である。溶接端における評価応力は上記実施の形態で説明したように外挿によって求めた結果45MPaであった。
荷重振幅が1.3kNであるので、評価応力振幅は585MPa(＝45MPa／100N×1.3kN)である。
従って評価応力振幅585MPaの場合の疲労寿命は、図８から154900Cyclesと予測される。
【００４０】
図１０は上記予測値（本発明例）と、レーザ溶接部長さ15mmの溶接継手について作成した試験片の疲労試験結果を比較したものである。図１０において、縦軸が荷重振幅(kN)を表し、横軸が繰返し回数(Cycles)を表しており、■印は本発明の予測結果である荷重振幅1.3kNでの疲労寿命154900Cyclesの例を、△印は実際の疲労試験結果をそれぞれ表している。
図１０に示すように、本発明例は、疲労試験結果のばらつき範囲内となっており、良好な予測精度となっていることが確認された。
【００４１】
上記では、レーザ溶接部長さ10mmの場合においては、外挿によって求めたレーザ溶接部７の端部の評価応力に基づいて、疲労寿命線図を作成した。そして、レーザ溶接部長さ15mmの場合においては、外挿によって求めたレーザ溶接部７の端部の評価応力および前記疲労寿命線図に基づいて求めた疲労寿命の予測値が良好な精度であった。
以上のことから、疲労寿命を予測する上で、レーザ溶接部７の端部の評価応力を外挿によって求めることが有用であることが実証された。
【００４２】
なお、上記ではシェル要素によって解析モデル５を作成する例を示したが、本発明における要素の種類はこれに限らず、例えばソリッド要素であってもよい。
【００４３】
上記では、荷重振幅が一定であるものを例に挙げたが、荷重振幅は変動するものであってもよい。この場合、評価応力振幅は例えば、繰返し荷重のうちの複数のピーク荷重に基づいて算出する。
具体的には、次のようにして求める。解析荷重を与えたときに算出された評価応力の最大値を構造解析で用いた解析荷重で割って商を求め、継手に与えられる繰返し荷重でのピーク荷重それぞれに対する荷重に前記商を掛けてピーク荷重時それぞれにおける評価応力最大値を求める。ピーク荷重と次のピーク荷重に対する評価応力最大値の変動を評価応力振幅とする。
【符号の説明】
【００４４】
１  上板
３  下板
４  レーザ重ね溶接継手
５  解析モデル
７  レーザ溶接部
【図７】
2015090673.tif 000003
【図８】
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【図９】
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【図１】
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【図２】
2015090673.tif 000007
【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１０】
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