(57)【要約】【課題】弾性解析法において、簡易性および高厳密性を両立させた解析技術を提供する。【解決手段】解析装置２０Ａは、溶接諸条件毎に対応付けられた固有ひずみ値の情報が保存される固有ひずみデータベースから、入力される溶接諸条件に対応する固有ひずみ値の情報を抽出することで、溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出する固有ひずみ導出部２４と、溶接構造物の初期残留応力を取得する残留応力取得部２８と、有限要素法に基づく弾性計算を行う弾性解析部２６と、固有ひずみ導出部が導出する固有ひずみ値を記憶部３０に保持される演算式に基づいて演算処理し、弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を得る固有ひずみ変換部２５と、記憶部３０に演算式を登録する変換式登録部２７を具備し、前記演算式は、固有ひずみ導出部が導出する固有ひずみ値の項と残留応力取得部が取得する初期残留応力の項とを含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接方法、溶接時の溶接速度、電流、電圧、トーチ角度、およびシールドガス条件の少なくとも何れかを含む溶接条件、溶接金属の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚などのパラメータの組み合わせである溶接諸条件毎に対応付けられた固有ひずみ値の情報が保存される固有ひずみデータベースから、入力される前記溶接諸条件に対応する固有ひずみ値の情報を抽出することで、前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出する固有ひずみ導出手段と、
前記溶接構造物の初期残留応力を取得する残留応力取得手段と、
有限要素法に基づく弾性計算を実行する弾性解析手段と、
前記固有ひずみ導出手段が導出する前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を記憶手段に保持される演算式に基づいて演算処理し、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出する固有ひずみ変換手段と、
前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出する演算式を前記記憶手段に登録する変換式登録手段と、を具備し、
前記固有ひずみ値の演算式は、前記固有ひずみ導出手段が導出する前記固有ひずみ値の項と、前記残留応力取得手段によって取得される前記初期残留応力の項とを含む式であることを特徴とする解析装置。
【請求項２】
前記固有ひずみ値の演算式は、前記構造物の初期残留応力値が昇温時の固有ひずみ発生に及ぼす影響評価指数、および前記構造物の初期残留応力値が冷却時の固有ひずみ発生に及ぼす影響評価指数の少なくとも一方を含む式であることを特徴とする請求項１に記載の解析装置。
【請求項３】
前記弾性解析手段が前記弾性計算を行って得る溶接変形および残留応力について設定される許容値と、前記弾性解析手段が前記弾性計算を行って得られる溶接変形および残留応力の解析結果とを比較し、比較した結果に基づいて、前記弾性解析手段が前記弾性計算を行って得られる溶接変形および残留応力の解析結果が許容範囲内にあるか否かを判定する許容可否判定手段と、
前記許容可否判定手段によって、前記弾性解析手段が前記弾性計算を行って得られる結果が許容範囲内にないと判断される場合に、前記溶接条件および前記初期残留応力の少なくとも一方を予め定められる設定に基づいて変更し再設定する条件変更手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の解析装置。
【請求項４】
前記許容可否判定手段は、前記弾性解析手段が前記弾性計算を行って得られる結果が許容範囲内にあると判断される場合、前記弾性解析手段に前記弾性計算を行って得られる結果を最終結果として表示手段に表示出力する許可を与えるように構成されることを特徴とする請求項３に記載の解析装置。
【請求項５】
溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出する固有ひずみ導出手段、前記溶接構造物の初期残留応力を取得する残留応力取得手段、有限要素法に基づく弾性計算を行う弾性解析手段、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出し、導出結果を前記弾性解析手段に与える固有ひずみ変換手段、および前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出する演算式を記憶手段に登録する変換式登録手段として機能するコンピュータを用いて、溶接構造物の溶接変形および残留応力を解析する方法であり、
前記固有ひずみ導出手段が、溶接方法、溶接時の溶接速度、電流、電圧、トーチ角度、およびシールドガス条件の少なくとも何れかを含む溶接条件、溶接金属の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚などのパラメータの組み合わせである溶接諸条件毎に対応付けられた固有ひずみ値の情報が保存される固有ひずみデータベースから、入力される前記溶接諸条件に対応する固有ひずみ値の情報を抽出することで、前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出するステップと、
前記残留応力取得手段が、前記溶接構造物の初期残留応力を取得するステップと、
前記弾性解析手段が、前記溶接構造物に対して有限要素法に基づく弾性計算を実行するステップと、
前記固有ひずみ変換手段が、前記固有ひずみ導出手段によって導出される前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を予め記憶手段に保持される演算式に基づいて演算処理し、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出するステップと、を具備し、
前記固有ひずみ値の演算式は、前記固有ひずみ導出手段が導出する前記固有ひずみ値の項と、前記残留応力取得手段によって取得される前記初期残留応力の項とを含む式であることを特徴とする解析方法。
【請求項６】
溶接構造物の溶接変形および残留応力を解析する解析手順をコンピュータに実行させるプログラムであり、
前記解析手順は、前記固有ひずみ導出手段が、溶接方法、溶接時の溶接速度、電流、電圧、トーチ角度、およびシールドガス条件の少なくとも何れかを含む溶接条件、溶接金属の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚などのパラメータの組み合わせである溶接諸条件毎に対応付けられた固有ひずみ値の情報が保存される固有ひずみデータベースから、入力される前記溶接諸条件に対応する固有ひずみ値の情報を抽出することで、前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出するステップと、
前記残留応力取得手段が、前記溶接構造物の初期残留応力を取得するステップと、
前記弾性解析手段が、前記溶接構造物に対して有限要素法に基づく弾性計算を実行するステップと、
前記固有ひずみ変換手段が、前記固有ひずみ導出手段によって導出される前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を予め記憶手段に保持される演算式に基づいて演算処理し、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出するステップと、を具備し、
前記固有ひずみ値の演算式は、前記固有ひずみ導出手段が導出する前記固有ひずみ値の項と、前記残留応力取得手段によって取得される前記初期残留応力の項とを含む式であることを特徴とする解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解析装置、解析方法、および解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータシミュレーションを利用した解析は、種々の解析方法が提案されており、例えば、溶接変形および残留応力の解析では、有限要素法を用いた熱弾塑性解析法や弾性解析法（固有ひずみ法）等の解析手法が提案されている。
【０００３】
これらの提案されている解析手法のうち、溶接現象の非線形挙動を解析する熱弾塑性解析法では、溶接現象の経時変化を再現することが可能であるが、大型構造物に代表される大規模スケールの解析を行う場合には膨大な計算時間を要する。一方で、弾性解析法を用いる固有ひずみ法は、計算時間の短い線形解析が適用されることから、大規模スケール解析であっても比較的短時間で解析できる。そのため、溶接変形の解析手法として利用されている。
【０００４】
このような溶接変形や残留応力を解析する技術の一例としては、例えば、特開平０６−１８０２７１号公報（特許文献１）、および特開２００６−８７９号公報（特許文献２）等に記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１８０２７１号公報
【特許文献２】特開２００６−８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固有ひずみ法に基づく解析では、溶接条件、溶接金属（溶着金属）の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、板厚、および溶接構造物の初期残留応力値等の溶接諸条件（パラメータ）の組み合わせにおける固有ひずみ（塑性ひずみ）を、実験測定または熱弾塑性解析により求めて基礎的なデータベース（以下、データベースを「ＤＢ」とする。）として所有する。そして、このＤＢから導かれる固有ひずみ分布を用いて解析を行い、溶接終了後の構造物の溶接変形および残留応力を導いている。つまり、固有ひずみ法の解析精度はＤＢの精度に依存する。
【０００７】
しかしながら、上記溶接条件や上記材料物性値の組み合せは無数に存在するため、これらの組み合わせ（条件毎）に応じたＤＢを実験測定または詳細な熱弾塑性解析により構築することは現実的な方法とはなり得ない。
【０００８】
一方、幾つかの代表的な条件に応じたＤＢを構築しておき、これらの中から最も条件が近いＤＢを選択して固有ひずみ法解析を行うことも考えられるが、この場合には、条件が完全に一致する訳ではないため、ＤＢの精度低下は否めず、解析精度も低下してしまう。
【０００９】
このように、上述した従来の弾性解析（固有ひずみ法解析）では、解析を厳密性高く行うためには、ＤＢの構築に時間を費やす必要があり、簡易には行えない。逆に、ＤＢの構築の手間（時間）を減らせば、ＤＢの精度は低下し、解析精度も低下してしまうので、厳密性高く行えない。すなわち、上述した従来の固有ひずみ法解析では、解析を簡易かつ厳密性高く行えないという課題があった。
【００１０】
本発明は、上述した課題を考慮してなされたものであり、弾性解析法において、簡易性および高厳密性を両立させた解析装置、解析方法、および解析プログラム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】
【００１１】
本発明の実施形態に係る解析装置は、上述した課題を解決するため、溶接方法、溶接時の溶接速度、電流、電圧、トーチ角度、およびシールドガス条件の少なくとも何れかを含む溶接条件、溶接金属の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚などのパラメータの組み合わせである溶接諸条件毎に対応付けられた固有ひずみ値の情報が保存される固有ひずみデータベースから、入力される前記溶接諸条件に対応する固有ひずみ値の情報を抽出することで、前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出する固有ひずみ導出手段と、前記溶接構造物の初期残留応力を取得する残留応力取得手段と、有限要素法に基づく弾性計算を実行する弾性解析手段と、前記固有ひずみ導出手段が導出する前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を記憶手段に保持される演算式に基づいて演算処理し、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出する固有ひずみ変換手段と、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出する演算式を前記記憶手段に登録する変換式登録手段と、を具備し、前記固有ひずみ値の演算式は、前記固有ひずみ導出手段が導出する前記固有ひずみ値の項と、前記残留応力取得手段によって取得される前記初期残留応力の項とを含む式であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の実施形態に係る解析方法は、上述した課題を解決するため、溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出する固有ひずみ導出手段、前記溶接構造物の初期残留応力を取得する残留応力取得手段、有限要素法に基づく弾性計算を行う弾性解析手段、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出し、導出結果を前記弾性解析手段に与える固有ひずみ変換手段、および前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出する演算式を記憶手段に登録する変換式登録手段として機能するコンピュータを用いて、溶接構造物の溶接変形および残留応力を解析する方法であり、前記固有ひずみ導出手段が、溶接方法、溶接時の溶接速度、電流、電圧、トーチ角度、およびシールドガス条件の少なくとも何れかを含む溶接条件、溶接金属の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚などのパラメータの組み合わせである溶接諸条件毎に対応付けられた固有ひずみ値の情報が保存される固有ひずみデータベースから、入力される前記溶接諸条件に対応する固有ひずみ値の情報を抽出することで、前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出するステップと、前記残留応力取得手段が、前記溶接構造物の初期残留応力を取得するステップと、前記弾性解析手段が、前記溶接構造物に対して有限要素法に基づく弾性計算を実行するステップと、前記固有ひずみ変換手段が、前記固有ひずみ導出手段によって導出される前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を予め記憶手段に保持される演算式に基づいて演算処理し、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出するステップと、を具備し、前記固有ひずみ値の演算式は、前記固有ひずみ導出手段が導出する前記固有ひずみ値の項と、前記残留応力取得手段によって取得される前記初期残留応力の項とを含む式であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の実施形態に係る解析プログラムは、上述した課題を解決するため、溶接構造物の溶接変形および残留応力を解析する解析手順をコンピュータに実行させるプログラムであり、前記解析手順は、前記固有ひずみ導出手段が、溶接方法、溶接時の溶接速度、電流、電圧、トーチ角度、およびシールドガス条件の少なくとも何れかを含む溶接条件、溶接金属の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚などのパラメータの組み合わせである溶接諸条件毎に対応付けられた固有ひずみ値の情報が保存される固有ひずみデータベースから、入力される前記溶接諸条件に対応する固有ひずみ値の情報を抽出することで、前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出するステップと、前記残留応力取得手段が、前記溶接構造物の初期残留応力を取得するステップと、前記弾性解析手段が、前記溶接構造物に対して有限要素法に基づく弾性計算を実行するステップと、前記固有ひずみ変換手段が、前記固有ひずみ導出手段によって導出される前記溶接構造物に発生する固有ひずみ値を予め記憶手段に保持される演算式に基づいて演算処理し、前記弾性計算を行う際に使用する固有ひずみ値を導出するステップと、を具備し、前記固有ひずみ値の演算式は、前記固有ひずみ導出手段が導出する前記固有ひずみ値の項と、前記残留応力取得手段によって取得される前記初期残留応力の項とを含む式であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、弾性解析法において、簡易性および高厳密性を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係解析装置のハードウェア構成の一例を示した概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る解析装置の機能的な構成例を示した概略図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る解析装置が行う第１の溶接変形等解析手順の処理の流れを示す処理フロー図。
【図４】溶接構造物の３次元有限要素モデルを示す説明図であり、（Ａ）が斜視図、（Ｂ）が断面図。
【図５】溶接構造物の溶接後における固有ひずみ値について説明する説明図（グラフ）であり、（Ａ）が第１の評価線に沿う方向であって溶接部の溶接線中央からの距離に対する固有ひずみ値を示すグラフ、（Ｂ）が第２の評価線に沿う方向であって溶接部の溶接線中央からの距離に対する固有ひずみ値を示すグラフ。
【図６】溶接構造物の溶接後における角変形量について説明する説明図（グラフ）。
【図７】溶接構造物の溶接後における残留応力について説明する説明図であり、（Ａ）が第１の評価線上かつ溶接部の溶融線境界からの距離に対する残留応力を示すグラフ、（Ｂ）が第２の評価線上かつ溶接部の溶融線境界からの距離に対する残留応力を示すグラフ。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る溶接変形および残留応力の解析装置の機能的な構成例を示した概略図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る解析装置が行う第２の溶接変形等解析手順の処理の流れを示す処理フロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る解析装置、解析方法、および解析プログラムについて、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明は、本発明の実施形態に係る解析装置、解析方法、および解析プログラムを溶接変形および残留応力の解析に用いる場合の例である。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る溶接変形および残留応力の解析装置の一例である解析装置２０（２０Ａ，２０Ｂ）のハードウェア構成の一例を示した概略図である。
【００１８】
解析装置２０は、例えば、ハードウェアであるコンピュータ１とコンピュータ１を溶接変形および残留応力を解析する解析装置として機能させるプログラム（以下、「解析ＰＧ」と称する。）１０と協働することによって当該機能が実現される。
【００１９】
コンピュータ１は、プロセッサの一例であるＣＰＵ（中央演算処理装置）２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の主記憶装置３と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）およびＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の補助記憶装置４と、キーボードやマウス等の入力装置５と、ディスプレイ、プリンタ等の出力装置６と、外部装置と通信を行う通信手段７とを備える。
【００２０】
コンピュータ１は、例えば、計算サーバー８等のネットワーク上にある外部装置と通信手段７を介して接続することができ、外部装置とデータを送受信することができる。例えば、コンピュータ１は、計算サーバー８に演算処理の少なくとも一部を実行させたり、実行結果を受け取ったりすることができる。なお、コンピュータ１は、計算サーバー８以外の外部装置ともネットワーク接続することができる。
【００２１】
ＲＯＭ等のＣＰＵ２がアクセス可能な補助記憶装置４には、解析ＰＧ１０（１０Ａ，１０Ｂ）および解析ＰＧ１０の実行に必要な情報としての固有ひずみデータベース（以下、「固有ひずみＤＢ」と省略する。）１１が記憶されており、解析ＰＧ１０および解析ＰＧ１０の実行に必要なデータをＲＡＭ等の主記憶装置３へロードし、このプログラムに従った処理を実行する。
【００２２】
ここで、解析ＰＧ１０は、コンピュータ１を本発明の実施形態に係る解析装置の各手段として機能させるプログラムであり、解析ＰＧ１０Ａはコンピュータ１を解析装置２０Ａとして、解析ＰＧ１０Ｂはコンピュータ１を解析装置２０Ｂとして機能させるプログラムである。
【００２３】
また、解析ＰＧ１０は、コンピュータに本発明の実施形態に係る解析方法の一例である溶接変形等解析手順（第１，２の溶接変形等解析手順）を実行させる観点からすれば、コンピュータに溶接変形等解析手順を実行させるプログラムである。
【００２４】
コンピュータ１が解析ＰＧ１０を実行するとき、ＣＰＵ２は、解析ＰＧ１０によって、少なくとも、溶接変形等解析手順を実行する手段として機能する。例えば、後述する図２に示される例（解析装置２０Ａ）では、ＣＰＵ２は、少なくとも、固有ひずみ導出手段、固有ひずみ変換手段、弾性解析手段、および変換式登録手段として機能する。
【００２５】
また、ＲＡＭ等の主記憶装置３は、ＣＰＵ２が実行するプログラムおよびデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。
【００２６】
固有ひずみＤＢ１１は、溶接条件、溶接金属（溶着金属）の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚等の溶接諸条件を構成する各パラメータを様々に変えながら実験測定または熱弾塑性解析を行って求められる固有ひずみ（塑性ひずみ）の情報を有する。
【００２７】
すなわち、固有ひずみＤＢ１１には、溶接条件、溶接金属の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚等の各パラメータによって決定される溶接諸条件と対応付けられた固有ひずみ値の情報が格納されており、各パラメータが一義に決定すると、溶接諸条件が一義的に決定し、当該溶接諸条件に対応する固有ひずみ値を一義的に決定することができる。
【００２８】
以下、本発明の各実施形態に係る溶接変形および残留応力の解析装置、解析方法、および解析プログラムについて説明する。
【００２９】
[第１の実施形態]
図２は、本発明の第１の実施形態に係る溶接変形および残留応力の解析装置の一例である解析装置２０Ａの機能的な構成例を示した概略図である。
【００３０】
解析装置２０Ａは、溶接変形および残留応力を解析する装置であり、より具体的には、溶接構造物の初期残留応力値の影響に着目し、溶接構造物の初期残留応力の影響を考慮できるデータベースの取扱手法を確立した固有ひずみ法を構築することによって、無数に存在する溶接条件や材料物性値の組み合せに応じたＤＢを用意することなく、溶接構造物の初期残留応力の影響を考慮でき、大型構造物の溶接変形および残留応力を簡易かつ厳密性高く解析する装置である。
【００３１】
解析装置２０Ａは、溶接変形等解析手順を実行する手段として、例えば、入力部２１と、出力部２２と、通信部２３と、固有ひずみ導出手段としての固有ひずみ導出部２４と、固有ひずみ変換手段としての固有ひずみ変換部２５と、弾性解析手段としての弾性解析部２６と、変換式登録手段としての変換式登録部２７と、残留応力取得手段としての残留応力取得部２８と、表示処理部２９と、記憶部３０と、制御部３１とを具備する。
【００３２】
入力部２１は、例えば、コンピュータとインターフェイスを介して接続される入力装置またはコンピュータ自身が備えるキーボードやマウス等の入力手段によって実現される。入力部２１は、情報の入力を受け付け、受け付けた情報を制御部３１に与える。
【００３３】
入力部２１に入力される情報の例としては、固有ひずみの導出に必要な溶接諸条件がある。溶接諸条件には、例えば、溶接条件、溶接金属の材料物性、並びに溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚等がある。また、溶接条件には、例えば、溶接時の溶接速度、電流、電圧、トーチ角度、シールドガス条件等がある。なお、上記溶接諸条件および溶接条件は、一例であり、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【００３４】
出力部２２は、例えば、コンピュータとインターフェイスを介して接続される表示装置またはコンピュータ自身が備えるディスプレイ等の表示手段、コンピュータとインターフェイスを介して接続されるプリンタ等の印字手段等によって実現される。出力部２２は、表示要求を受け取ると、当該表示要求に応じた内容を画面表示する。また、出力部２２は、印字要求を受け取ると、当該印字要求に応じた内容を印字出力する。
【００３５】
通信部２３は、例えば、図１に示される計算サーバー８等の外部機器とデータを送受信する機能を有する。通信部２３は、制御部３１から受け取ったデータを外部機器に送信する一方、外部機器から送られてきたデータを制御部３１へ与える。
【００３６】
固有ひずみ導出部２４は、入力される溶接諸条件をキーとして、当該溶接諸条件に対応する固有ひずみ値を固有ひずみＤＢ１１から抽出することで、解析対象となる溶接構造物に発生する固有ひずみ値を導出する。
【００３７】
固有ひずみ変換部２５は、固有ひずみ導出部２４、変換式登録部２７、および残留応力取得部２８に基づいて、弾性解析時に使用される固有ひずみ値を変換する。固有ひずみ値を変換するのは、基本的な概念として、構造物の初期残留応力分布は、溶接時の昇温過程および冷却過程において固有ひずみ発生に影響を及ぼすという考えに基づいている。
【００３８】
弾性解析部２６は、固有ひずみ変換部２５の処理結果として得られる固有ひずみ値を用いて、有限要素法に基づく弾性計算（弾性解析）を実行し、溶接構造物における固有ひずみ値、溶接変形、および残留応力の解析結果を得る。これらの計算結果は、表示処理部２９に与えられる。
【００３９】
変換式登録部２７は、弾性解析部２６が弾性計算する際に使用する固有ひずみ値を得るための変換式を登録する機能と、登録した変換式を読み出し、固有ひずみ変換部２５へ与える機能とを有する。
【００４０】
変換式の情報は、例えば、記憶部３０などの予め割り当てられている記憶領域に保持される。変換式登録部２７は、要求があると、当該記憶領域にアクセスし、保持される変換式の情報を読み出し、読み出した式の情報を固有ひずみ変換部２５へ与える。登録される変換式は、例えば、下記式（１）で表される。
【００４１】
［数１］
ε１*＝ε０*×α×β  …（１）
ε１*：固有ひずみ変換部２５によって変換された後の固有ひずみ値
ε０*：固有ひずみ導出部２４によって導出される固有ひずみ値
α：構造物の初期残留分布が昇温時の固有ひずみ発生に及ぼす影響の評価指数
β：構造物の初期残留分布が冷却時の固有ひずみ発生に及ぼす影響の評価指数
【００４２】
また、前記式（１）に含まれる評価指数α，βは、例えば、下記式（２），（３）で表される。
［数２］
α＝ａ×ｆ１（ε０）／ε０’  …（２）
β＝ｂ×ｇ１（Δσ）／ε０”  …（３）
ａ，ｂ：定数
ｆ０（ｘ），ｆ１（ｘ），ｇ０（ｘ），ｇ１（ｘ）：ひずみ応力曲線
ｆ１（ｘ）＝ｆ０（ｘ）−εｙ
ｇ１（ｘ）＝ｇ０（ｘ）−εｙ
ε０’：固有ひずみ導出部２４によって導出される昇温時のひずみ値
ε０”：固有ひずみ導出部２４によって導出される冷却時のひずみ値
ε０＝ε０’−σ０／Ｅ
εｙ：固有ひずみ導出部２４によって導出される耐力ひずみ値
Ｅ：ヤング率
Δσ＝ｆ０（Δε０”）
【００４３】
なお、前記式（２），（３）は、後述する図４に示される３次元有限要素モデル３０として模擬されるような単純な材料および構造物に対する評価指標（評価指数）の一例である。従って、前記式（２），（３）で与えられる評価指数に限らず、種々の材料や構造物に応じて前記式（２），（３）以外の式で与えられる評価指標（評価指数）を設定することもできる。
【００４４】
また、構造物によっては、α、βを考慮しなくとも、固有ひずみ変換を行うことができる。さらに、上述した式（２），（３）中の応力値は、テンソルにて計算することができる。さらにまた、ヤング率等の各物性は室温物性値を用いることが一般的となるが、当該室温と異なる温度における物性値を使用することもできる。
【００４５】
残留応力取得部２８は、解析対象となる溶接構造物の初期残留応力を取得する。残留応力取得部２８が取得する初期残留応力は、例えば、Ｘ線や中性子線などの電磁波を用いた非破壊的残留応力測定、ひずみゲージなどによる切断法を用いた破壊的残留応力測定、熱弾塑性解析法による計算機シミュレーションなどを行うことによって取得することができる。
【００４６】
表示処理部２９は、情報をディスプレイ等の表示手段に表示するための表示情報を生成する機能を有する。
表示処理部２９は、例えば、固有ひずみ導出部２４が導出した溶接構造物に発生する固有ひずみ値、固有ひずみ変換部２５が変換した固有ひずみ値の変換結果、弾性解析部２６が弾性計算を行って導出した溶接構造物の固有ひずみ値、溶接変形、および残留応力の解析結果、変換式登録部２７が固有ひずみ値変換用の固有ひずみ変換式、並びに残留応力取得部２８が算出する溶接構造物の初期残留応力等の情報を受け取ると、受け取った内容を表示するための表示情報を生成し、生成した表示情報を制御部３１へ与える。どの情報をどのように表示するかは、初期設定しておいても良いし、その都度、入力部２１から設定しても良い。
【００４７】
記憶部３０は、データの読み出し（リード）および書き込み（ライト）が可能な記憶領域を備え、当該記憶領域にデータを保持する機能を有する。記憶部３０は、固有ひずみ導出部２４、固有ひずみ変換部２５、弾性解析部２６、変換式登録部２７、残留応力取得部２８、および制御部３１がアクセスしてデータの読み出しおよび書き込みを行う。記憶部３０には、解析装置２０Ａがアクセスするデータとして、少なくとも、固有ひずみＤＢ１１が保持される。
【００４８】
制御部３１は、解析装置２０Ａの装置全体の処理を制御する手段であり、入力部２１、出力部２２、通信部２３、固有ひずみ導出部２４、固有ひずみ変換部２５、弾性解析部２６、変換式登録部２７、残留応力取得部２８、表示処理部２９、および記憶部３０と相互にデータを授受し、これらを制御する機能を有する。
【００４９】
制御部３１は、入力部２１から情報を受け取ると、入力部２１が受け付けた情報の種類に応じて、出力部２２、通信部２３、固有ひずみ導出部２４、固有ひずみ変換部２５、弾性解析部２６、変換式登録部２７、残留応力取得部２８、表示処理部２９、および記憶部３０の何れかに入力を受け付けた情報に基づいて要求を与える。
【００５０】
制御部３１は、通信部２３から情報を受け取ると、通信部２３から受け取る情報の種類に応じて、出力部２２、固有ひずみ導出部２４、固有ひずみ変換部２５、弾性解析部２６、変換式登録部２７、残留応力取得部２８、表示処理部２９、および記憶部３０の何れかに受け取った情報を与える。
【００５１】
制御部３１は、固有ひずみ導出部２４、固有ひずみ変換部２５、および弾性解析部２６の処理結果を表示させる要求を受け取った場合には、受け取った表示要求に対応する処理結果の情報を受け取り、受け取った処理結果の情報を表示処理部２９に与えて当該処理結果を表示する表示情報を生成させる。
【００５２】
例えば、固有ひずみ導出部２４の処理結果として得られた固有ひずみ値ε０*を表示させたい要求が与えられた場合には、制御部３１は、固有ひずみ導出部２４から得られた処理結果の情報である固有ひずみ値ε０*を受け取り、受け取った固有ひずみ値ε０*を表示処理部２９に与えて当該処理結果を表示する表示情報を表示処理部２９に生成させる。
【００５３】
固有ひずみ導出部２４の場合と同様に、固有ひずみ変換部２５および弾性解析部２６の処理結果を表示させる要求を受け取った場合には、制御部３１が固有ひずみ変換部２５および弾性解析部２６の処理結果の情報を受け取り、受け取った処理結果の情報を表示処理部２９に与えて当該処理結果を表示する表示情報を表示処理部２９に生成させる。
【００５４】
制御部３１は、表示処理部２９が生成した表示情報を受け取ると、受け取った表示情報を表示要求とともに表示手段としての出力部２２に与える。出力部２２では、与えられた表示情報に基づく表示内容が表示される。
【００５５】
続いて、本発明の第１の実施形態に係る解析方法として、解析装置２０Ａが行う第１の溶接変形等解析手順について説明する。
【００５６】
図３は、解析装置２０Ａが行う第１の溶接変形等解析手順（ステップＳ１〜Ｓ５）の処理の流れを示す処理フロー図である。
【００５７】
第１の溶接変形等解析手順は、例えば、ユーザが入力部２１（図２）から入力される処理実行の要求に基づいて、制御部３１（図２）から第１の溶接変形等解析手順の実行に必要な各処理部２２〜３０（図２）に処理ステップの実行要求が与えられ、第１の溶接変形等解析手順の処理ステップが開始される（ＳＴＡＲＴ）。
【００５８】
第１の溶接変形等解析手順の処理実行が開始されると、まず、解析装置２０Ａに入力された溶接時の溶接速度、電流、電圧、トーチ角度等の溶接条件、溶接（溶着）金属の材料物性、溶接構造物の材料物性、開先形状、および板厚等の溶接に関連する各種パラメータである溶接諸条件が解析計算用のパラメータとして設定される（ステップＳ１）。溶接諸条件（パラメータ）の設定は、例えば、入力部２１からのパラメータ入力操作により行われ、設定された溶接諸条件は、固有ひずみ導出部２４に与えられる。
【００５９】
続いて、固有ひずみ導出部２４が、ステップＳ１で設定された溶接諸条件をキーとして、当該溶接諸条件に対応する固有ひずみ値を固有ひずみＤＢ１１から抽出し、解析対象となる溶接構造物の溶接部の固有ひずみ値ε０*を導出する（ステップＳ２）。
【００６０】
続いて、固有ひずみ変換部２５が、ステップＳ２で得られる固有ひずみ値ε０*と、予め読み出し可能に登録されている固有ひずみの変換式と、残留応力取得部２８が取得する残留応力値とに基づいて、弾性解析部２６が弾性解析に使用する固有ひずみ値ε１*を得る（ステップＳ３）。
【００６１】
続いて、弾性解析部２６が、ステップＳ３において固有ひずみ変換部２５が得る固有ひずみ値ε１*を用いて、有限要素法に基づく弾性計算（弾性解析）を実行し、溶接構造物における固有ひずみ値、溶接変形、および残留応力を算出する（ステップＳ４）。これらの計算結果は、出力部２２に出力される（ステップＳ５）。計算結果の出力が完了すると、第１の溶接変形等解析手順は全処理ステップの実行を完了する（ＥＮＤ）。
【００６２】
このように、解析装置２０Ａおよび第１の溶接変形等解析手順によれば、新たに解析等を行うことなく単純な四則演算に基づいて、初期残留応力分布の影響を考慮することができる。
【００６３】
次に、解析装置２０Ａでの解析結果を例示して、本発明の実施形態に係る解析装置、解析方法、および解析プログラムの有用性を説明する。
【００６４】
図４は、溶接構造物の３次元有限要素モデルの一例である３次元有限要素モデル５０を示す説明図であり、図４（Ａ）が３次元有限要素モデル５０の斜視図、図４（Ｂ）が３次元有限要素モデル５０の断面図である。
【００６５】
３次元有限要素モデル５０は、溶接部５１と、母材部５２とを含む溶接構造物を有限要素モデルとしてモデル化したものである。このような３次元有限要素モデル５０における溶接後の固有ひずみ値、角変形量、および残留応力について、従来の解析手法（以下、「従来手法」と称する。）による解析、初期残留応力を考慮した熱弾塑性解析手法による解析（以下、「詳細解析」と称する。）、本発明の実施形態に係る解析装置等を用いて行う新たな解析手法（以下、「提案手法」と称する。）による解析を行い、それぞれ、解析結果（解析値）を得た。
【００６６】
なお、提案手法の結果は、上述した第１の溶接変形等解析手順に基づく溶接変形解析の結果であり、従来手法の結果は第１の溶接変形等解析手順において、ステップＳ３の処理ステップを除いて溶接変形解析した結果である。また、図４（Ｂ）に示される符号５３および５４は、後述する解析結果（図５〜７）における評価位置を示す線分（評価点の集合）である（以下、線分５３を「第１の評価線」と称し、線分５４を「第２の評価線」と称する。）。
【００６７】
図５（図５（Ａ）および図５（Ｂ））は、溶接構造物の溶接後における固有ひずみ値について説明する説明図（グラフ）であり、より詳細には、図５（Ａ）が第１の評価線５３に沿う方向であって溶接部５１の溶接線中央からの距離に対する固有ひずみ値を示すグラフ、図５（Ｂ）が第２の評価線５４に沿う方向であって溶接部５１の溶接線中央からの距離に対する固有ひずみ値を示すグラフである。
【００６８】
なお、解析の際に与えられた溶接部５１の溶接条件は、溶接方法がＴＩＧ溶接、溶接速度が秒速１ｍｍ（１ｍｍ／ｓｅｃ）、電流値が２２０Ａ、電圧値が１２Ｖである。また、母材部５２を形成する母材の材料はＳＵＳ３０４である。
【００６９】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示される解析結果のグラフによれば、従来手法による解析の結果（図中○印）では、詳細解析の結果（図中◇印）に対して誤差を生じている。一方、提案手法による解析結果（図中◆印）では、詳細解析の結果（図中◇印）に対してほぼ一致する結果が得られている。
【００７０】
図６は、溶接構造物の溶接後における角変形量について説明する説明図（グラフ）である。
【００７１】
図６に示されるグラフにおいて、横軸はＱ／ｈ２（Ｑ：単位溶接長当たりの入熱量、ｈ：板厚）、縦軸は角変形量である。ここで、Ｑ／ｈ２は座屈変形が生じるまでの角変形量を一次関数的に整理できる指標として考えられている。図６に示される結果について確認すると、Ｑ／ｈ２が０〜１０程度までの範囲では、従来手法による解析の結果（図中○印）、詳細解析の結果（図中◇印）、および提案手法による解析結果（図中◆印）のいずれにおいてもおおよそ一次関数的な関係が認められている。
【００７２】
また、解析の際に与えられた溶接部５１の溶接条件は、溶接方法がＴＩＧ溶接、溶接速度が秒速１ｍｍ（１ｍｍ／ｓｅｃ）であり、母材部５２を形成する母材の材料はＳＵＳ３０４である。なお、Ｑ／ｈ２を変数とするため、電流値、電圧値、および板厚を適宜変更して解析を行っている。
【００７３】
図６に示される解析結果のグラフによれば、従来手法による解析の結果（図中○印）では、詳細解析の結果（図中◇印）に対して傾きが大きくなっている。一方、提案手法による解析結果（図中◆印）では、詳細解析の結果（図中◇印）に対してほぼ同じ傾きとなっており、ほぼ一致する結果が得られている。
【００７４】
図７（図７（Ａ）および図７（Ｂ））は、溶接構造物の溶接後における残留応力について説明する説明図（グラフ）である。より詳細には、図７（Ａ）が第１の評価線５３に沿う方向であって溶接部５１の溶融線境界（溶接部５１と母材部５２との境界）からの距離に対する残留応力を示すグラフ、図７（Ｂ）が第２の評価線５４に沿う方向であって溶接部５１の溶融線境界（溶接部５１と母材部５２との境界）からの距離に対する残留応力を示すグラフである。
【００７５】
なお、解析の際に与えられた溶接部５１の溶接条件は、溶接方法がＴＩＧ溶接、溶接速度が秒速１ｍｍ（１ｍｍ／ｓｅｃ）、電流値が２２０Ａ、電圧値が１２Ｖである。また、母材部５２を形成する母材の材料はＳＵＳ３０４である。
【００７６】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示される解析結果のグラフによれば、従来手法による解析の結果（図中○印）では、詳細解析の結果（図中◇印）に対して誤差を生じている。一方、提案手法による解析結果（図中◆印）では、詳細解析の結果（図中◇印）に対してほぼ一致する結果が得られている。
【００７７】
このように、解析装置２０Ａ、第１の解析処理手順、および当該解析処理手順をコンピュータに実行させる解析ＰＧ１０Ａによれば、溶接構造物の初期残留応力の影響を考慮できるデータベースの取扱手法を確立した固有ひずみ法を構築することで、初期残留応力を有する構造物の溶接変形および残留応力を簡易かつ厳密性高く解析することができる。
［第２の実施形態］
【００７８】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る解析装置の一例である解析装置２０Ｂの機能的な構成を示す機能ブロック図である。
【００７９】
解析装置２０Ｂは、解析装置２０Ａに対して、許容可否判定部３４と、条件変更部３５とをさらに具備する点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、解析装置２０Ａの構成要素と実質的に同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００８０】
解析装置２０Ｂは、例えば、入力部２１と、出力部２２と、通信部２３と、固有ひずみ導出部２４と、固有ひずみ変換部２５と、弾性解析部２６と、変換式登録部２７と、残留応力取得部２８と、表示処理部２９と、記憶部３０と、制御部３１と、許容可否判定部３４と、条件変更部３５とを具備する。
【００８１】
ここで、解析装置２０Ｂにおける制御部３１は、解析装置２０Ｂの装置全体の処理を制御する。すなわち、解析装置２０Ｂにおける制御部３１は、解析装置２０Ａにおける制御部３１に対して、許容可否判定部３４および条件変更部３５の制御機能が付加されており、入力部２１、出力部２２、通信部２３、固有ひずみ導出部２４、固有ひずみ変換部２５、弾性解析部２６、変換式登録部２７、残留応力取得部２８、表示処理部２９、記憶部３０、許容可否判定部３４、および条件変更部３５と相互にデータを授受し、これらを制御する機能を有する。
【００８２】
許容可否判定部３４は、溶接変形および残留応力の許容値と弾性解析部２６の解析結果とを比較することで、解析結果が許容範囲内にあるか否かを判定する機能を有する。判定に使用される許容値は、例えば、入力部２１から与えることができ、それぞれ、個別に所望の値を設定することができる。
【００８３】
許容可否判定部３４は、弾性解析部２６から解析結果を受け取ると、受け取った解析結果と溶接変形および残留応力の許容値とを比較する。許容可否判定部３４は、当該比較の結果、弾性解析部２６の解析結果が溶接変形および残留応力の許容値以下である場合には解析結果が許容範囲内にあると判断し、溶接変形および残留応力の何れか一方でも許容値を超えている場合には解析結果が許容範囲外にあると判断する。
【００８４】
許容可否判定部３４は、弾性解析部２６の解析結果が許容範囲内にあると判断した場合には、解析計算を終了する一方、許容範囲外にあると判断した場合には、条件変更部３５よって変更可能に設定される溶接諸条件（パラメータ）が更新されるのを待ち、溶接諸条件の更新後、更新後の溶接諸条件によって再計算を行う。
【００８５】
条件変更部３５は、許容可否判定部３４の判定結果に応じて、溶接諸条件を変更（更新）する機能を有する。条件変更部３５は、弾性解析部２６の解析結果が溶接変形および残留応力の少なくとも一方で許容範囲外である場合、弾性計算の前提条件である溶接諸条件を変更する。溶接諸条件の変更は、例えば、予め定められる設定（事前に設定される条件）に従って、溶接諸条件であるパラメータの選定、および当該パラメータ値を増減させることで行う。
【００８６】
続いて、本発明の第２の実施形態に係る解析方法として、解析装置２０Ｂが行う第２の溶接変形等解析手順について説明する。
【００８７】
図９は、解析装置２０Ｂが行う第２の溶接変形等解析手順（ステップＳ１〜ステップＳ８）の処理の流れを示す処理フロー図である。
【００８８】
第２の溶接変形等解析手順は、第１の溶接変形等解析手順に対して、許容可否判定ステップ（ステップＳ６）と、最終結果出力ステップ（ステップＳ７）と、溶接諸条件変更ステップ（ステップＳ８）と、をさらに具備する点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、第１の溶接変形等解析手順と同じ処理ステップには同じステップ番号を付して重複する説明を省略する。
【００８９】
第２の溶接変形等解析手順では、第１の溶接変形等解析手順と同様にして処理ステップが開始されると（ＳＴＡＲＴ）、ステップＳ１〜ステップＳ５までが実行される。そして、ステップＳ６に続いて、許容可否判定部３４が許容可否判定ステップ（ステップＳ６）を行う。
【００９０】
許容可否判定ステップ（ステップＳ６）では、許容可否判定部３４によって弾性解析部２６の解析結果として得られる溶接変形および残留応力が許容範囲内にあるか否かが判定される。当該判定の結果、溶接変形および残留応力が許容値以下の場合（ステップＳ６でＹＥＳの場合）、弾性解析部２６の解析結果として得られた溶接変形および残留応力は許容範囲内にあると判定され、第２の溶接変形等解析手順はステップＳ７の最終結果出力ステップに進む。
【００９１】
ステップＳ７では、出力部２２がステップＳ６で得られた計算結果を最終結果として出力する。最終結果が出力部２２によって出力され、ステップＳ７の処理ステップが完了すると、第２の溶接変形等解析手順を完了する（ＥＮＤ）。
【００９２】
一方、弾性解析部２６の解析結果である溶接変形および残留応力が、溶接変形の許容値および残留応力の許容値の少なくとも一方の許容値を超えている場合（ステップＳ６でＮＯの場合）、弾性解析部２６の解析結果として得られた溶接変形および残留応力の少なくとも一方は許容範囲外にあると判定され、第２の溶接変形等解析手順はステップＳ８の溶接諸条件変更ステップに進む。
【００９３】
ステップＳ８では、条件変更部３５が弾性計算の前提条件である溶接諸条件を変更する。溶接諸条件の変更（ステップＳ８）が完了すると、第２の溶接変形等解析手順はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理ステップが実行される。
【００９４】
なお、上述した第２の溶接変形等解析手順についての説明では、ステップＳ５が実施されることを前提に説明しているが、第２の溶接変形等解析手順においてステップＳ５は必ずしも実行される必要はない。例えば、許容可否判定ステップ（ステップＳ６）において許容範囲内にないと判定される溶接構造物（３次元有限要素モデル）の解析結果について出力の必要性がない場合には、ユーザによる設定等によって、計算結果の表示（ステップＳ５の実行）を省略して第２の溶接変形等解析手順を実行させることもできる。
【００９５】
このように、解析装置２０Ｂ、第２の解析処理手順、および当該解析処理手順をコンピュータに実行させる解析ＰＧ１０Ｂによれば、解析装置２０Ａ、第１の解析処理手順、および当該解析処理手順をコンピュータに実行させる解析ＰＧ１０Ａと同様の効果を奏するとともに、最適条件を探索するための繰り返し計算が可能となり、より短い時間で溶接プロセスの最適条件を得ることができる。
【００９６】
以上、解析装置２０Ａ，２０Ｂ、第１，２の解析処理手順、および当該解析処理手順をコンピュータに実行させる解析ＰＧ１０Ａ，１０Ｂによれば、溶接構造物の初期残留応力の影響を考慮できるデータベースの取扱手法を確立した固有ひずみ法を構築することで、初期残留応力を有する構造物の溶接変形および残留応力を簡易かつ厳密性高く解析することができる。
【００９７】
また、解析装置２０Ｂ、第２の解析処理手順、および当該解析処理手順をコンピュータに実行させる解析ＰＧ１０Ｂによれば、解析装置２０Ａ、第１の解析処理手順、および当該解析処理手順をコンピュータに実行させる解析ＰＧ１０Ａと同様の効果を奏するとともに、最適条件を探索するための繰り返し計算が可能となり、より短い時間で溶接プロセスの最適条件を得ることができる。
【００９８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施す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、追加、置き換え、変更を行うことができる。また、上述した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】
【００９９】
１…コンピュータ、２…ＣＰＵ、３…主記憶装置、４…補助記憶装置、５…入力装置、６…出力装置、７…通信手段、８…計算サーバー、１０（１０Ａ，１０Ｂ）…解析ＰＧ（プログラム）、１１…固有ひずみＤＢ（データベース）、２０Ａ，２０Ｂ…解析装置、２１…入力部、２２…出力部、２３…通信部、２４…固有ひずみ導出部、２５…固有ひずみ変換部、２６…弾性解析部、２７…変換式登録部、２８…残留応力取得部、２９…表示処理部、３０…記憶部、３１…制御部、３４…許容可否判定部、３５…条件変更部、５０…３次元有限要素モデル、５１…溶接部、５２…母材部、５３…第１の評価線、５４…第２の評価線。
【図１】
2015018500.tif 000003
【図２】
2015018500.tif 000004
【図３】
2015018500.tif 000005
【図４】
2015018500.tif 000006
【図５】
2015018500.tif 000007
【図６】
2015018500.tif 000008
【図７】
2015018500.tif 000009
【図８】
2015018500.tif 000010
【図９】
2015018500.tif 000011