(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形を予測するためのＦＥＭ解析で用いる固有変形データの計算システムであって、
同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを複数記録した固有変形データ記憶手段と、
互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、前記両部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力手段と、
該入力手段で入力された新規条件情報に基づいて、前記固有変形データ記憶手段から少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択するための参照レコード選択手段と、
該選択手段で選択された参照レコードに記録されている前記条件情報及び固有変形データと、前記入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１、第２部材の固有変形データを算出する固有変形データ算出手段とを有することを特徴とする固有変形データ計算システム。
【請求項２】
前記参照レコード選択手段は、前記固有変形データ記憶手段から、前記新規条件情報入力手段で入力された溶接タイプと、溶接条件に含まれる溶接方法と、材料物性に含まれる材料分類とが一致するレコードを抽出し、これらのレコードのいずれかを参照レコードとして選択することを特徴とする請求項１に記載の固有変形データ計算システム。
【請求項３】
前記参照レコード選択手段は、前記固有変形データ記憶手段から参照レコードを１つ選択し、
前記固有変形データ算出手段は、前記選択手段で選択された１つの参照レコードに記録されている条件情報及び固有変形データと、前記新規条件情報入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、第１、第２部材の固有変形データとして、縦収縮量Ｄｘ（ｍｍ）、横収縮量Ｄｙ（ｍｍ）、縦曲げ量Ｒｘ（ｒａｄ）、横曲げ量Ｒｙ（ｒａｄ）を、下記の関係式に従い、第１、第２部材について、それぞれ算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固有変形データ計算システム。
Ｄｘｉ＝（ξｉ／ξｉｒｅｆ）・Ｄｘｉｒｅｆ
Ｄｙｉ＝（ξｉ／ξｉｒｅｆ）・Ｄｙｉｒｅｆ
Ｒｘｉ＝（χｉ／χｉｒｅｆ）ｍ・ｅｘｐ［−（ｍ／χｃ）（χｉ−χｉｒｅｆ）］・Ｒｘｉｒｅｆ
Ｒｙｉ＝（χｉ／χｉｒｅｆ）ｍ・ｅｘｐ［−（ｍ／χｃ）（χｉ−χｉｒｅｆ）］・Ｒｙｉｒｅｆ
ここで、添え字ｉ（＝１、２）は第１、第２部材のいずれかを示し、ｉｒｅｆは参照レコードに記録されている値であることを示し、ξ、χは収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータであり、ｍ、χｃは溶接タイプに応じて値が決められる係数であり、前記収縮変形パラメータξ及び曲げ変形パラメータχは、αを熱膨張係数、ｃを比熱、ρを密度、ｔを板厚、Ｑを溶接熱量として、次のように定義されている。
ξｉｒｅｆ＝［αｉｒｅｆ／（ｃｉｒｅｆ・ρｉｒｅｆ・ｔｉｒｅｆ）］・Ｑｉｒｅｆ
χｉｒｅｆ＝［αｉｒｅｆ／（ｃｉｒｅｆ・ρｉｒｅｆ・ｔｉｒｅｆ２）］・Ｑｉｒｅｆ
ξｉ＝［αｉ／（ｃｉ・ρｉ・ｔｉ）］・Ｑｉ
χｉ＝［αｉ／（ｃｉ・ρｉ・ｔｉ２）］・Ｑｉ
【請求項４】
前記参照レコード選択手段が抽出したレコードを表示装置に選択可能に表示する抽出レコード表示手段を有し、
該表示手段は、レコードを表示装置に表示するときに、レコードごとに、そこに含まれる条件情報を用いて算出した参照パラメータの値を表示すると共に、前記新規条件情報入力手段で入力された新規条件情報を用いて算出した第１、第２部材についての平均的なパラメータである新規パラメータの値を表示し、
前記参照レコード選択手段は、前記表示装置上で選択されたレコードを参照レコードとして選択することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固有変形データ計算システム。
【請求項５】
前記抽出レコード表示手段は、レコードを表示装置に表示するときに、参照パラメータが新規パラメータに最も近いレコードに印をつけて表示することを特徴とする請求項４に記載の固有変形データ計算システム。
【請求項６】
前記参照レコード選択手段は、前記固有変形データ記憶手段から参照レコードを複数選択し、
前記固有変形データ算出手段は、前記選択手段で選択された複数の参照レコードにそれぞれ記録されている条件情報及び固有変形データに基づいて固有変形特性を求めると共に、この固有変形特性と、前記新規条件情報入力手段で入力された新規条件情報とに基づいて、第１、第２部材の固有変形データを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固有変形データ計算システム。
【請求項７】
複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測する溶接変形予測システムであって、
前記構造体における各溶接線について、その固有変形を取得する手段として、
同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを複数記録した固有変形データ記憶手段と、
互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、前記両部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力手段と、
該入力手段で入力された新規条件情報に基づいて、前記固有変形データ記憶手段から少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択するための参照レコード選択手段と、
該選択手段で選択された参照レコードに記録されている前記条件情報及び固有変形データと、前記入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１、第２部材の固有変形データを算出する固有変形データ算出手段とを有すると共に、
前記固有変形データ算出手段で算出された各溶接線についての固有変形データを記録する固有変形データ算出結果記録手段と、
前記構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに前記固有変形データ算出結果記録手段に記録されている各溶接線の固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって該構造体の溶接変形を算出するＦＥＭ解析手段とを有することを特徴とする溶接変形予測システム。
【請求項８】
複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形を予測するためのＦＥＭ解析で用いる固有変形データの計算プログラムであって、
コンピュータを、同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを複数記録した固有変形データ記憶手段、
互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、前記両部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力手段、
該入力手段で入力された新規条件情報に基づいて、前記固有変形データ記憶手段から少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択するための参照レコード選択手段、及び、
該選択手段で選択された参照レコードに記録されている前記条件情報及び固有変形データと、前記入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１、第２部材の固有変形データを算出する固有変形データ算出手段として機能させることを特徴とする固有変形データ計算プログラム。
【請求項９】
複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測する溶接変形予測プログラムであって、
コンピュータを、前記構造体における各溶接線について、その固有変形を取得する手段として、
同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを複数記録した固有変形データ記憶手段、
互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、前記両部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力手段、
該入力手段で入力された新規条件情報に基づいて、前記固有変形データ記憶手段から少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択するための参照レコード選択手段、及び、
該選択手段で選択された参照レコードに記録されている前記条件情報及び固有変形データと、前記入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１、第２部材の固有変形データを算出する固有変形データ算出手段として機能させると共に、
該コンピュータを、さらに、前記固有変形データ算出手段で算出された各溶接線についての固有変形データを記録する固有変形データ算出結果記録手段、及び、
前記構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに前記固有変形データ算出結果記録手段に記録されている各溶接線の固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって該構造体の溶接変形を算出するＦＥＭ解析手段として機能させることを特徴とする溶接変形予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の板状部材を溶接してなる構造体の各溶接線についての固有変形データの計算システム及び計算プログラム、並びに、その固有変形データを用いて前記構造体の溶接変形を有限要素法を用いた解析（以下「ＦＥＭ解析」という）によって予測する溶接変形予測システム及び溶接変形予測プログラムに関し、コンピュータを用いた計算、予測技術の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
複数の板状部材を溶接して構造体を製造する場合、溶接時の熱により該構造体が全体としてどのように変形するかを予め予測しておくことが重要であり、これをコンピュータを用いて行おうとする試みがなされている。例えば特許文献１には、溶接構造体を基本的な溶接継手の集合体とみなし、各継手における溶接線の固有変形を溶接順序に従って構造体に与えることにより、構造体全体としての溶接変形を予測する方法が開示されている。この方法では、予め各溶接線についての固有変形データを用意する必要があり、このデータは測定或いは計算により求めるとされている。
【０００３】
また、特許文献２には、溶接部近傍に仮想的に設けた基準図形について、所定溶接条件下で溶接前後の実測座標に基づいて固有変形の理論値を算出し、この理論値に基づいて算出した理論変形と前記実測座標を用いて算出した実測変形との差が所定範囲内のときに、前記固有変形の理論値を前記溶接条件での固有変形データとする方法が開示されている。
【０００４】
また、簡単な溶接継手に対して、被溶接部材の熱膨張係数や比熱、密度等の物性値と溶接熱量とを用いたパラメータと、実験で測定した継手の溶接変形との関係を近似して整理するものが提案されており、さらに、日本溶接協会から溶接継手タイプや被溶接部材の材料分類等に応じた固有変形データを収録したデータベースが公開されている。
【０００５】
そして、これらの方法によって得られた構造体の各溶接線についての各固有変形データを用い、既存のプログラムを用いてＦＥＭ解析を行えば、構造体全体としての溶接変形が予測されることになる。
【０００６】
ここで、固有変形について溶接タイプが突合せ溶接である場合を例に説明する。
複数の板状部材を溶接する際には溶接時の熱で溶接線近傍の所定の領域に固有ひずみが生じることとなるが、固有変形とは、この固有ひずみを固有ひずみが生じる領域で積分したものであり、縦収縮、横収縮、縦曲げ、横曲げの４つの基本変形によって規定することができる。
【０００７】
図１は、突合せ溶接時の固有変形を説明するための説明図であり、図１では、板厚ｔ１の第１部材Ｍ１１と板厚ｔ２の第２部材Ｍ１２とを突合せ溶接によって接合した状態を示している。なお、図１では、溶接線方向をＸ方向とし、溶接線方向と直交する幅方向をＹ方向とし、板厚方向をＺ方向として表している。
【０００８】
図１に示すように、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の端面どうしを突き合わせて接合する突合せ溶接では、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の間に溶接線Ｌ１１が形成されるとともに溶接線Ｌ１１及び溶接線Ｌ１１近傍の所定の領域（固有ひずみ領域）に固有ひずみが生じ、この固有ひずみにおいては、溶接線方向の固有ひずみ成分εｘと溶接線方向と直交する幅方向の固有ひずみ成分εｙとが支配的である。
【０００９】
固有ひずみ成分εｘの溶接線方向と直交する断面（ｙｚ断面）における分布をεｘ（ｙ，ｚ）と表し、固有ひずみ成分εｙの溶接線方向と直交する断面（ｙｚ断面）における分布をεｙ（ｙ，ｚ）と表すと、固有ひずみ領域では、εｘ（ｙ，ｚ）とεｙ（ｙ，ｚ）はそれぞれ、図１に示すような幅方向及び板厚方向のひずみ分布を有している。
【００１０】
一般には、固有ひずみ成分の分布εｘ（ｙ，ｚ）とεｙ（ｙ，ｚ）は、幅方向において第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の溶接線Ｌ１１で大きく溶接線Ｌ１１から離れるにつれて小さくなるような分布を示すとともに、板厚方向において溶接時の熱が入力される側（図１では上側）で大きく反対側（図１では下側）に向かうにつれて小さくなるような分布を示す。
【００１１】
固有ひずみを固有ひずみ領域で積分した固有変形は、縦収縮、横収縮、縦曲げ、横曲げの４つの基本変形によって規定することができ、第１部材Ｍ１１の固有縦収縮量Ｄｘ１、固有横収縮量Ｄｙ１、固有縦曲げ量Ｒｘ１、固有横曲げ量Ｒｙ１はそれぞれ以下の数１から数４で示す式で定義され、第２部材Ｍ１２の固有縦収縮量Ｄｘ２、固有横収縮量Ｄｙ２、固有縦曲げ量Ｒｘ２、固有横曲げ量Ｒｙ２はそれぞれ以下の数５から数８で示す式で定義される。
【００１２】
【数１】
0005756623.tif 000002
【００１３】
【数２】
0005756623.tif 000003
【００１４】
【数３】
0005756623.tif 000004
【００１５】
【数４】
0005756623.tif 000005
【００１６】
【数５】
0005756623.tif 000006
【００１７】
【数６】
0005756623.tif 000007
【００１８】
【数７】
0005756623.tif 000008
【００１９】
【数８】
0005756623.tif 000009
【００２０】
なお、固有ひずみ領域は、溶接線Ｌ１１の中心をゼロとして第１部材Ｍ１１側にｂ１の大きさを有するとともに第２部材Ｍ１２側にｂ２の大きさを有するものとし、第１部材Ｍ１１の固有ひずみ成分の分布をεｘ１（ｙ，ｚ）、εｙ１（ｙ，ｚ）とし、第２部材Ｍ１２の固有ひずみ成分の分布をεｘ２（ｙ，ｚ）、εｙ２（ｙ，ｚ）として表している。
【００２１】
図２は、突合せ溶接時の固有変形を模式的に示した図であり、図２では、固有変形ひずみ領域の溶接線方向に単位長さを有する部分を部分的に取り出して示している。第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２を溶接線Ｌ１１で突合せ溶接によって接合する場合、図２（ａ）に定性的に示すように、固有ひずみ領域において溶接線方向に収縮されることとなるが、縦収縮とは、この溶接線方向の収縮を表すものであり、第１部材Ｍ１１の固有縦収縮量Ｄｘ１は前記数１で示す式によって定義され、第２部材Ｍ１２の固有縦収縮量Ｄｘ２は前記数５で示す式によって定義される。
【００２２】
また、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の突合せ溶接時には、図２（ｂ）に示すように、固有ひずみ領域において溶接線方向と直交する幅方向に収縮されることとなるが、横収縮とは、この溶接線方向と直交する幅方向の収縮をいうものであり、第１部材Ｍ１１の固有横収縮量Ｄｙ１は前記数２で示す式によって定義され、第２部材Ｍ１２の固有横収縮量Ｄｙ２は前記数６で示す式によって定義される。
【００２３】
さらに、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の突合せ溶接時には、図２（ｃ）に定性的に示すように、固有ひずみ領域において溶接線方向に湾曲して変形されることとなるが、縦曲げとは、この溶接線方向の曲げを表すものであり、第１部材Ｍ１１の固有縦曲げ量Ｒｘ１は前記数３で示す式によって定義され、第２部材Ｍ１２の固有縦曲げ量Ｒｘ２は前記数７で示す式によって定義される。
【００２４】
また、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の突合せ溶接時には、図２（ｄ）に示すように、固有ひずみ領域において溶接線方向と直交する方向に湾曲して変形されることとなるが、横曲げとは、この溶接線方向と直交する方向の曲げをいうものであり、第１部材Ｍ１１の固有横曲げ量Ｒｙ１は前記数４で示す式によって定義され、第２部材Ｍ１２の固有横曲げ量Ｒｙ２は前記数８で示す式によって定義される。なお、片側隅肉溶接、両側隅肉溶接及び重ね隅肉溶接の他の溶接タイプにおける固有変形の詳細については後に説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平０６−１８０２７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかし、前記データベースに収録された既存の固有変形データは、特定の条件におけるもので、今回、溶接変形を予測しようとする構造体の各溶接線についてそのまま適用できる場合は少ない。また、同種材料の部材を溶接するものに限られており、異種材料の部材が溶接される溶接線には適用することができない。
【００２７】
また、前記特許文献２に記載された方法のように、実測に基づいて溶接線ごとに固有変形データを求めるのは、設備と多大の工数とを必要とし、採算上の問題がある。さらに、固有変形をコンピュータを用いた熱弾塑性ＦＥＭ解析によって計算することも可能であるが、この解析に必要な被溶接部材の物性値には熱依存性を考慮する必要があるものも存在するので計算量が膨大となり、長時間を要するという問題がある。
【００２８】
そこで、本発明は、既存の固有変形データを利用しながら異種材料の部材を溶接する場合にも適用でき、しかも、実験を要することなく、比較的簡素な計算で固有変形データを算出することができる計算システム及び計算プログラム、並びに、その固有変形データを用いて構造体全体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測する溶接変形予測システム及び溶接変形予測プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
前記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【００３０】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形を予測するためのＦＥＭ解析で用いる固有変形データの計算システムであって、同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを複数記録した固有変形データ記憶手段と、互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、前記両部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力手段と、該入力手段で入力された新規条件情報に基づいて、前記固有変形データ記憶手段から少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択するための参照レコード選択手段と、該選択手段で選択された参照レコードに記録されている前記条件情報及び固有変形データと、前記入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１、第２部材の固有変形データを算出する固有変形データ算出手段とを有することを特徴とする。ここで、前記板状部材には、平面状のものの他、曲面状、球面状等のものも含まれる。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１の発明において、前記参照レコード選択手段は、前記固有変形データ記憶手段から、前記新規条件情報入力手段で入力された溶接タイプと、溶接条件に含まれる溶接方法と、材料物性に含まれる材料分類とが一致するレコードを抽出し、これらのレコードのいずれかを参照レコードとして選択することを特徴とする。
【００３２】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記参照レコード選択手段は、前記固有変形データ記憶手段から参照レコードを１つ選択し、前記固有変形データ算出手段は、前記選択手段で選択された１つの参照レコードに記録されている条件情報及び固有変形データと、前記新規条件情報入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、第１、第２部材の固有変形データとして、縦収縮量Ｄｘ（ｍｍ）、横収縮量Ｄｙ（ｍｍ）、縦曲げ量Ｒｘ（ｒａｄ）、横曲げ量Ｒｙ（ｒａｄ）を、下記の関係式に従い、第１、第２部材について、それぞれ算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固有変形データ計算システム。
Ｄｘｉ＝（ξｉ／ξｉｒｅｆ）・Ｄｘｉｒｅｆ
Ｄｙｉ＝（ξｉ／ξｉｒｅｆ）・Ｄｙｉｒｅｆ
Ｒｘｉ＝（χｉ／χｉｒｅｆ）ｍ・ｅｘｐ［−（ｍ／χｃ）（χｉ−χｉｒｅｆ）］・Ｒｘｉｒｅｆ
Ｒｙｉ＝（χｉ／χｉｒｅｆ）ｍ・ｅｘｐ［−（ｍ／χｃ）（χｉ−χｉｒｅｆ）］・Ｒｙｉｒｅｆ
ここで、添え字ｉ（＝１、２）は第１、第２部材のいずれかを示し、ｉｒｅｆは参照レコードに記録されている値であることを示し、ξ、χは収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータであり、ｍ、χｃは溶接タイプに応じて値が決められる係数であり、前記収縮変形パラメータξ及び曲げ変形パラメータχは、αを熱膨張係数、ｃを比熱、ρを密度、ｔを板厚、Ｑを溶接熱量として、次のように定義されている。
ξｉｒｅｆ＝［αｉｒｅｆ／（ｃｉｒｅｆ・ρｉｒｅｆ・ｔｉｒｅｆ）］・Ｑｉｒｅｆ
χｉｒｅｆ＝［αｉｒｅｆ／（ｃｉｒｅｆ・ρｉｒｅｆ・ｔｉｒｅｆ２）］・Ｑｉｒｅｆ
ξｉ＝［αｉ／（ｃｉ・ρｉ・ｔｉ）］・Ｑｉ
χｉ＝［αｉ／（ｃｉ・ρｉ・ｔｉ２）］・Ｑｉ
【００３３】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記参照レコード選択手段が抽出したレコードを表示装置に選択可能に表示する抽出レコード表示手段を有し、該表示手段は、レコードを表示装置に表示するときに、レコードごとに、そこに含まれる条件情報を用いて算出した参照パラメータの値を表示すると共に、前記新規条件情報入力手段で入力された新規条件情報を用いて算出した第１、第２部材についての平均的なパラメータである新規パラメータの値を表示し、前記参照レコード選択手段は、前記表示装置上で選択されたレコードを参照レコードとして選択することを特徴とする。
【００３４】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載の発明において、前記抽出レコード表示手段は、レコードを表示装置に表示するときに、参照パラメータが新規パラメータに最も近いレコードに印をつけて表示することを特徴とする。
【００３５】
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記参照レコード選択手段は、前記固有変形データ記憶手段から参照レコードを複数選択し、前記固有変形データ算出手段は、前記選択手段で選択された複数の参照レコードにそれぞれ記録されている条件情報及び固有変形データに基づいて固有変形特性を求めると共に、この固有変形特性と、前記新規条件情報入力手段で入力された新規条件情報とに基づいて、第１、第２部材の固有変形データを算出することを特徴とする。
【００３６】
さらに、請求項７に記載の発明は、複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測する溶接変形予測システムであって、前記構造体における各溶接線について、その固有変形を取得する手段として、同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを複数記録した固有変形データ記憶手段と、互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、前記両部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力手段と、該入力手段で入力された新規条件情報に基づいて、前記固有変形データ記憶手段から少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択するための参照レコード選択手段と、該選択手段で選択された参照レコードに記録されている前記条件情報及び固有変形データと、前記入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１、第２部材の固有変形データを算出する固有変形データ算出手段とを有すると共に、前記固有変形データ算出手段で算出された各溶接線についての固有変形データを記録する固有変形データ算出結果記録手段と、前記構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに前記固有変形データ算出結果記録手段に記録されている各溶接線の固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって該構造体の溶接変形を算出するＦＥＭ解析手段とを有することを特徴とする。
【００３７】
また、請求項８に記載の発明は、複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形を予測するためのＦＥＭ解析で用いる固有変形データの計算プログラムであって、コンピュータを、同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを複数記録した固有変形データ記憶手段、互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、前記両部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力手段、該入力手段で入力された新規条件情報に基づいて、前記固有変形データ記憶手段から少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択するための参照レコード選択手段、及び、該選択手段で選択された参照レコードに記録されている前記条件情報及び固有変形データと、前記入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１、第２部材の固有変形データを算出する固有変形データ算出手段として機能させることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項９に記載の発明は、複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測する溶接変形予測プログラムであって、コンピュータを、前記構造体における各溶接線について、その固有変形を取得する手段として、同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを複数記録した固有変形データ記憶手段、互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、前記両部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力手段、該入力手段で入力された新規条件情報に基づいて、前記固有変形データ記憶手段から少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択するための参照レコード選択手段、及び、該選択手段で選択された参照レコードに記録されている前記条件情報及び固有変形データと、前記入力手段で入力された新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１、第２部材の固有変形データを算出する固有変形データ算出手段として機能させると共に、該コンピュータを、さらに、前記固有変形データ算出手段で算出された各溶接線についての固有変形データを記録する固有変形データ算出結果記録手段、及び、前記構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに前記固有変形データ算出結果記録手段に記録されている各溶接線の固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって該構造体の溶接変形を算出するＦＥＭ解析手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
以上の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。
【００４０】
まず、本願の請求項１に記載の発明によれば、構造体の溶接変形をＦＥＭ解析で予測する際に用いられる固有変形データが、固有変形データ記憶手段から選択された参照レコードに記録されている既存の固有変形データを用い、そのデータを基礎として算出されることになる。したがって、固有変形データを一から算出するＦＥＭ解析による場合に比べて計算量が著しく少なく、短時間で計算結果が得られることになる。
【００４１】
そして、固有変形データを算出する際に、その算出対象の溶接線を構成する第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接条件が新規条件情報として入力され、これらの情報を用いて両部材の固有変形データが算出されるので、既存の固有変形データと条件が異なる場合や、両部材が異種の材料である場合にも、それぞれの部材についての固有変形データを求めることができ、したがって、溶接条件が異なり或いは被溶接部材の材料が異なる種々の溶接線を含む構造体に対しても、そのＦＥＭ解析に必要な溶接線ごとの固有変形データを取り揃えることができ、構造体の溶接変形の予測が効率よく行われることになる。
【００４２】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記固有変形データ記憶手段から参照レコードを選択するときに、今回算出しようとする溶接線と溶接タイプ、溶接方法、及び材料分類が一致するレコードを抽出し、これらのレコードのいずれかを参照レコードとして選択するので、前記溶接タイプ等が異なるレコードのデータを用いた場合に比べて、固有変形データの計算結果が実際の固有変形に精度よく対応することになる。
【００４３】
また、請求項３に記載の発明によれば、固有変形データの算出に用いる参照レコードは
１つだけなので、既存のデータの数が少ない場合にも、所定の式に基づき、種々の条件の溶接線について固有変形を算出することが可能となる。
【００４４】
また、請求項４に記載の発明によれば、前記固有変形データ記憶手段から抽出されたレコードから参照レコードを選択するときに、抽出されたレコードが表示装置に選択可能に表示されるので、当該システムのユーザーが参照レコードを選択することが可能となる。
その場合に、表示されるレコードには、それぞれの条件情報を用いて算出された参照パラメータが表示されると共に、今回の固有変形データ算出対象の溶接線を構成する第１、第２部材についての平均的なパラメータが新規パラメータとして表示されるので、ユーザーがこれらのパラメータの値を参考にして参照レコードを選択することができ、これにより精度のよい算出が可能となる。
【００４５】
そして、請求項５に記載の発明によれば、抽出されたレコードが表示装置に表示されるときに、前記参照パラメータが新規パラメータに最も近いレコードに印が付されて表示されるので、ユーザーによる参照レコードの選択がより適切に行われることになる。
【００４６】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、前記固有変形データ記憶手段から参照レコードを選択するときに複数のレコードが選択され、これらのレコードにそれぞれ記録されている条件情報及び固有変形データに基づいて固有変形特性が求められ、この特性に基づいて第１、第２部材の固有変形データが算出されるので、固有変形データ記憶手段に記憶されている既存の固有変形データが比較的多数存在する場合に、これらのデータが有効に利用されて、一層精度よく固有変形データが算出されることになる。
【００４７】
一方、請求項７に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の固有変形データ記憶手段、新規条件情報入力手段、参照レコード選択手段及び固有変形データ算出手段と同様の手段によって算出された構造体における複数の溶接線についての固有変形データを用いて、その構造体全体の溶接変形がＦＥＭ解析によって算出されることになり、構造体の溶接変形を、短時間で精度よく予測することが可能となる。
【００４８】
そして、請求項８、９に記載のプログラムに関する発明によれば、これをコンピュータで実行することにより、システムに関する前記請求項１、７に記載の発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】突合せ溶接時の固有変形を説明するための説明図である。
【図２】固有ひずみ領域のみを切出した突合せ溶接時の固有変形を模式的に示した図である。
【図３】複数の板状部材が溶接されてなる構造体モデルを示す図である。
【図４】溶接タイプを説明するための説明図である。
【図５】片側隅肉溶接時の固有変形を説明するための説明図である。
【図６】固有ひずみ領域のみを切出した片側隅肉溶接時の固有変形を模式的に示した図である。
【図７】突合せ溶接時の固有変形の算出について説明するための説明図である。
【図８】片側隅肉溶接時の第１部材の固有変形の算出について説明するための説明図である。
【図９】片側隅肉溶接時の第２部材の固有変形の算出について説明するための説明図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るシステムの全体構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す記憶装置の構成を示す図である。
【図１２】固有変形データベースに記録されたデータを示す図である。
【図１３】溶接条件・物性値ファイルに記録されたデータを示す図である。
【図１４】固有変形計算結果ファイルに記録されたデータを示す図である。
【図１５】構造体の溶接変形を予測する動作を示すフローチャートである。
【図１６】固有変形データ登録画面を示す図である。
【図１７】固有変形データ登録画面の別の画面を示す図である。
【図１８】固有変形計算のためのデータ入力画面を示す図である。
【図１９】固有変形計算のための参照データ選択画面を示す図である。
【図２０】固有変形計算のための参照データを選択する動作を示すフローチャートである。
【図２１】固有変形の計算結果画面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図３は、複数の板状部材が溶接されてなる構造体モデルを示す図である。図３に示す構造体モデル１は、第１部材Ｍ１と第２部材Ｍ２を溶接線Ｌ１で溶接し、第１部材Ｍ１と第３部材Ｍ３を溶接線Ｌ２で溶接し、第１部材Ｍ１と第４部材Ｍ４を溶接線Ｌ３で溶接するなど、複数の板状部材を溶接して製造するように設計されている。
【００５１】
本発明は、図３に示すような複数の板状部材を溶接してなる構造体の各溶接線についての固有変形データを計算するようにしたものであり、また、その固有変形データを用いて構造体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測するようにしたものである。特に、同種材料の部材を溶接する場合に限定されるものでなく、異種材料の部材を溶接する場合にも適用できるようにするものである。ここで、前記板状部材には、平面状のものの他、曲面状、球面状等のものも含まれる。
【００５２】
図４は、溶接タイプを説明するための説明図である。本実施形態では、同種材料または異種材料の２つの部材を溶接する溶接タイプとして、前述した突合せ溶接に加えて、片側隅肉溶接、両側隅肉溶接及び重ね隅肉溶接の４つのタイプについて計算できるように構成されている。なお、図４では、板厚ｔ１の第１部材Ｍ１１と板厚ｔ２の第２部材Ｍ１２を４つの溶接タイプで接合した状態が示されている。
【００５３】
前述したように、突合せ溶接は、図４（ａ）に示すように、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の端面どうしを突き合わせて、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２とが略同一面内で溶接されるものであり、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２との間に溶接線Ｌ１１が形成されるものである。
【００５４】
また、片側隅肉溶接は、図４（ｂ）に示すように、第１部材Ｍ１１の表面に第２部材Ｍ１２の端面を略垂直に配置して第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２とによって形成される三角形部分の片側が溶接されるものであり、第１部材Ｍ１１の表面と第２部材Ｍ１２の表面との間に溶接線Ｌ１２が形成されるものである。
【００５５】
一方、両側隅肉溶接は、図４（ｃ）に示すように、第１部材Ｍ１１の表面に第２部材Ｍ１２の端面を略垂直に配置して第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２とによって形成される三角形部分の両側が同時に溶接されるものであり、第１部材Ｍ１１の表面と第２部材Ｍ１２の両側の表面との間にそれぞれ溶接線Ｌ１３が形成されるものである。
【００５６】
また、重ね隅肉溶接は、図４（ｄ）に示すように、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２とを重ね合わせ、第１部材Ｍ１１の表面と第２部材Ｍ１２の端面とによって形成される三角形部分が溶接されるものであり、第１部材Ｍ１１の表面と第２部材Ｍ１２の端面との間に溶接線Ｌ１４が形成されるものである。
【００５７】
このようにして２つの部材Ｍ１１、Ｍ１２を溶接する場合、溶接時の熱で溶接線及び溶接線近傍の所定の領域（固有ひずみ領域）に固有ひずみが生じ、この固有ひずみを固有ひずみ領域で積分した固有変形は、縦収縮、横収縮、縦曲げ、横曲げの４つの変形によって規定することができる。以下に、溶接継手タイプごとに、固有変形としての縦収縮、横収縮、縦曲げ、横曲げについて説明する。
【００５８】
第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２を溶接線Ｌ１１で突合せ溶接によって接合する場合は、前述したように、第１部材Ｍ１１及び第２部材Ｍ１２には固有変形としての縦収縮、横収縮、縦曲げ、横曲げが生じ、第１部材Ｍ１１の縦収縮量Ｄｘ１、横収縮量Ｄｙ１、縦曲げ量Ｒｘ１及び横曲げ量Ｒｙ１はそれぞれ前記数１から数４で示す式で定義され、第２部材Ｍ１２の縦収縮量Ｄｘ２、横収縮量Ｄｙ２、縦曲げ量Ｒｘ２及び横曲げ量Ｒｙ２はそれぞれ前記数５から数８で示す式で定義される。
【００５９】
片側隅肉溶接時の固有変形についても同様に、縦収縮、横収縮、縦曲げ、横曲げの４つの変形によって規定することができる。
図５は、片側隅肉溶接時の固有変形を説明するための説明図であり、図５では、板厚ｔ１の第１部材Ｍ１１と板厚ｔ２の第２部材Ｍ１２とを片側隅肉溶接によって接合した状態を示している。なお、図５（ａ）に第１部材Ｍ１１の固有ひずみ領域を示し、図５（ｂ）に第２部材Ｍ１２の固有ひずみ領域を示し、図５（ａ）、図５（ｂ）では、溶接線方向をＸ方向とし、溶接線方向と直交する第１部材、第２部材の幅方向をＹ方向とし、第１部材、第２部材の板厚方向をＺ方向として表している。
【００６０】
図５に示すように、第１部材Ｍ１１の表面に第２部材Ｍ１２の端面を略垂直に配置して接合する片側隅肉溶接では、第１部材Ｍ１１及び第２部材Ｍ１２にそれぞれ、溶接線Ｌ１２近傍の所定の領域に固有ひずみが生じ、固有ひずみは、溶接線方向の固有ひずみ成分εｘと溶接線方向と直交する幅方向の固有ひずみ成分εｙとを有している。
【００６１】
第１部材Ｍ１１の固有ひずみ成分εｘの溶接線方向と直交する断面（ｙｚ断面）における分布をεｘ１（ｙ，ｚ）と表し、第１部材Ｍ１１の固有ひずみ成分εｙの溶接線方向と直交する断面（ｙｚ断面）における分布をεｙ１（ｙ，ｚ）と表すと、第１部材Ｍ１１の固有縦収縮量Ｄｘ１、固有横収縮量Ｄｙ１、固有縦曲げ量Ｒｘ１、固有横曲げ量Ｒｙ１はそれぞれ以下の数９から数１２で示す式で定義される。なお、第１部材Ｍ１１の固有ひずみ領域は、図５（ａ）に示すように、第２部材Ｍ１２の板厚の中心をゼロとして溶接線Ｌ１２側にｂ１１の大きさを有するとともに溶接線Ｌ１２の反対側にｂ１２の大きさを有するものとして表している。
【００６２】
【数９】
0005756623.tif 000010
【００６３】
【数１０】
0005756623.tif 000011
【００６４】
【数１１】
0005756623.tif 000012
【００６５】
【数１２】
0005756623.tif 000013
【００６６】
また、第２部材Ｍ１２の固有ひずみ成分εｘの溶接線方向と直交する断面（ｙｚ断面）における分布をεｘ２（ｙ，ｚ）と表し、第２部材Ｍ１２の固有ひずみ成分εｙの溶接線方向と直交する断面（ｙｚ断面）における分布をεｙ２（ｙ，ｚ）と表すと、第２部材Ｍ１２の固有縦収縮量Ｄｘ２、固有横収縮量Ｄｙ２、固有縦曲げ量Ｒｘ２、固有横曲げ量Ｒｙ２はそれぞれ以下の数１３から数１６で示す式で定義される。なお、第２部材Ｍ１２の固有ひずみ領域は、図５（ｂ）に示すように、第１部材Ｍ１１側の端面をゼロとして幅方向にｂ２の大きさを有するものとして表している。
【００６７】
【数１３】
0005756623.tif 000014
【００６８】
【数１４】
0005756623.tif 000015
【００６９】
【数１５】
0005756623.tif 000016
【００７０】
【数１６】
0005756623.tif 000017
【００７１】
図６は、片側隅肉溶接時の固有変形を模式的に示した図であり、図６では、固有変形ひずみ領域の溶接線方向に単位長さを有する部分を部分的に取り出して示している。第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２を溶接線Ｌ１２で片側隅肉溶接によって接合する場合においても、図６（ａ）に示すように、固有ひずみ領域において第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２が溶接線方向に収縮されることとなるが、縦収縮とは、この第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の溶接線方向の収縮をいうものであり、第１部材Ｍ１１の固有縦収縮量Ｄｘ１は前記数９で示す式によって定義され、第２部材Ｍ１２の固有縦収縮量Ｄｘ２は前記数１３で示す式によって定義される。
【００７２】
また、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の片側隅肉溶接時には、図６（ｂ）に示すように、固有ひずみ領域において第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２がそれぞれ溶接線方向と直交する幅方向に収縮されることとなるが、横収縮とは、この第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の溶接線方向と直交する幅方向の収縮をいうものであり、第１部材Ｍ１１の固有横収縮量Ｄｙ１は前記数１０で示す式によって定義され、第２部材Ｍ１２の固有横収縮量Ｄｙ２は前記数１４で示す式によって定義される。
【００７３】
さらに、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の片側隅肉溶接時には、図６（ｃ）に示すように、固有ひずみ領域において第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２がそれぞれ溶接線方向に湾曲して変形されることとなるが、縦曲げとは、この第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の溶接線方向の曲げをいうものであり、第１部材Ｍ１１の固有縦曲げ量Ｒｘ１は前記数１１で示す式によって定義され、第２部材Ｍ１２の固有縦曲げ量Ｒｘ２は前記数１５で示す式によって定義される。
【００７４】
また、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の片側隅肉溶接時には、図６（ｄ）に示すように、固有ひずみ領域において第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２が溶接線方向と直交する方向に湾曲して変形されることとなるが、横曲げとは、この第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の溶接線方向と直交する方向の曲げをいうものであり、第１部材Ｍ１１の固有横曲げ量Ｒｙ１は前記数１２で示す式によって定義され、第２部材Ｍ１２の固有横曲げ量Ｒｙ２は前記数１６で示す式によって定義される。
【００７５】
なお、両側隅肉溶接時の固有変形については、図６に示す片側隅肉溶接時の固有変形と同様に、縦収縮、横収縮、縦曲げ、横曲げが規定され、重ね隅肉溶接時の固有変形については、図２に示す突合せ溶接時の固有変形と同様に、縦収縮、横収縮、縦曲げ、横曲げが規定される。
【００７６】
また、２つの部材Ｍ１１、Ｍ１２を溶接する場合、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２に溶接熱量Ｑが入力されることとなるが、本実施形態では、互いに溶接される第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の固有変形データを作成するために、溶接タイプごとに、溶接熱量Ｑが第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２の板厚に応じて第１部材Ｍ１１に入力される溶接熱量Ｑ１と第２部材Ｍ１２に入力される溶接熱量Ｑ２に分配されるものとして計算を行う。
【００７７】
具体的には、突合せ溶接では、図４（ａ）に示すように板厚ｔ１の第１部材Ｍ１１と板厚ｔ２の第２部材Ｍ１２を接合する際に入力される溶接熱量Ｑは、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２に分配されるものし、第１部材Ｍ１１に入力される溶接熱量Ｑ１と第２部材Ｍ１２に入力される溶接熱量Ｑ２はそれぞれ以下の数１７、数１８で示す式を用いて計算される。
【００７８】
【数１７】
0005756623.tif 000018
【００７９】
【数１８】
0005756623.tif 000019
【００８０】
また、片側隅肉溶接においても、図４（ｂ）に示すように板厚ｔ１の第１部材Ｍ１１と板厚ｔ２の第２部材Ｍ１２を接合する際に入力される溶接熱量Ｑは、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２に分配されるものとし、片側隅肉溶接では、第１部材Ｍ１１に入力される溶接熱量Ｑ１と第２部材Ｍ１２に入力される溶接熱量Ｑ２はそれぞれ以下の数１９、数２０で示す式を用いて計算される。
【００８１】
【数１９】
0005756623.tif 000020
【００８２】
【数２０】
0005756623.tif 000021
【００８３】
両側隅肉溶接においても、図４（ｃ）に示すように板厚ｔ１の第１部材Ｍ１１と板厚ｔ２の第２部材Ｍ１２を溶接する際に入力される溶接熱量Ｑは、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２に分配されるものとし、両側隅肉溶接では、第１部材Ｍ１１に入力される溶接熱量Ｑ１と第２部材Ｍ１２に入力される溶接熱量Ｑ２はそれぞれ以下の数２１、数２２で示す式を用いて計算される。
【００８４】
【数２１】
0005756623.tif 000022
【００８５】
【数２２】
0005756623.tif 000023
【００８６】
また、重ね隅肉溶接においても、図４（ｄ）に示すように板厚ｔ１の第１部材Ｍ１１と板厚ｔ２の第２部材Ｍ１２を溶接する際の溶接熱量Ｑは、第１部材Ｍ１１と第２部材Ｍ１２に分配されるものとし、重ね隅肉溶接では、第１部材Ｍ１１の溶接熱量Ｑ１と第２部材Ｍ１２の溶接熱量Ｑ２はそれぞれ以下の数２３、数２４で示す式を用いて計算される。
【００８７】
【数２３】
0005756623.tif 000024
【００８８】
【数２４】
0005756623.tif 000025
【００８９】
本実施形態では、このように互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを計算するために、同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを用いる。このレコードは、実験や測定、あるいは既存の固有変形データベース等から得ることができる。
【００９０】
本願発明者等は、種々の研究を重ねた結果、突合せ溶接、片側隅肉溶接、両側隅肉溶接及び重ね隅肉溶接の何れの溶接タイプにおいても、互いに溶接される第１部材と第２部材の固有変形データ、具体的には縦収縮量Ｄｘｉ（ｍｍ）、横収縮量Ｄｙｉ（ｍｍ）、縦曲げ量Ｒｘｉ（ｒａｄ）、横曲げ量Ｒｙｉ（ｒａｄ）がそれぞれ、以下の数２５、数２６、数２７、数２８で示す式で近似できることを見出した。なお、添え字ｉ（＝１、２）は第１、第２部材のいずれかを示している。
【００９１】
【数２５】
0005756623.tif 000026
【００９２】
【数２６】
0005756623.tif 000027
【００９３】
【数２７】
0005756623.tif 000028
【００９４】
【数２８】
0005756623.tif 000029
【００９５】
ここで、Ａｉ及びＢｉは比例係数、Ｒｘｉｍａｘは縦曲げ量の最大値、Ｒｙｉｍａｘは横曲げ量の最大値であり、これらは、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いる場合に値が決められる係数である。また、ξｉ、χｉは収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータであり、熱膨張係数αｉ、比熱ｃｉ、密度ρｉ、板厚ｔｉ、溶接熱量Ｑｉを用いて、以下の数２９、数３０で示す式で定義される。なお、溶接熱量Ｑｉとしては、第１部材と第２部材とを溶接する際の溶接熱量を、第１部材及び第２部材の板厚と溶接タイプとに応じて計算された第１部材及び第２部材のそれぞれに入力される溶接熱量を用いる。
【００９６】
【数２９】
0005756623.tif 000030
【００９７】
【数３０】
0005756623.tif 000031
【００９８】
また、ｍ及びχｃは、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いる場合に、溶接タイプに応じて値が決められる係数であり、実験等から得られる値を用いることができる。本実施形態では、突合せ溶接ではｍ＝２、χｃ＝０．０３３を用い、片側隅肉溶接、両側隅肉溶接及び重ね隅肉溶接ではｍ＝１、χｃ＝０．０４２を用いる。
【００９９】
既存の一つのレコードを参照レコードとして用いる場合、参照レコードに記録されている固有変形データとしての第１部材と第２部材の縦収縮量Ｄｘｉｒｅｆ、横収縮量Ｄｙｉｒｅｆ、縦曲げ量Ｒｘｉｒｅｆ及び横曲げ量Ｒｙｉｒｅｆ、並びに、溶接の条件情報から算出される収縮変形パラメータξｉｒｅｆ及び曲げ変形パラメータχｉｒｅｆを用いて、前記数２５、数２６、数２７、数２８で示す式はそれぞれ、以下の数３１、数３２、数３３、数３４で示す式で表される。
【０１００】
【数３１】
0005756623.tif 000032
【０１０１】
【数３２】
0005756623.tif 000033
【０１０２】
【数３３】
0005756623.tif 000034
【０１０３】
【数３４】
0005756623.tif 000035
【０１０４】
なお、収縮変形パラメータξｉｒｅｆ及び曲げ変形パラメータχｉｒｅｆは、参照レコードに記録されている溶接の条件情報としての第１部材と第２部材の熱膨張係数αｉｒｅｆ、比熱ｃｉｒｅｆ、密度ρｉｒｅｆ、板厚ｔｉｒｅｆ及び溶接熱量から算出される溶接熱量Ｑｉｒｅｆを用いて、以下の数３５、数３６で示す式に従って算出される。
【０１０５】
【数３５】
0005756623.tif 000036
【０１０６】
【数３６】
0005756623.tif 000037
【０１０７】
既存の一つのレコードを参照レコードとして用いる場合、収縮変形パラメータξｉｒｅｆ及び曲げ変形パラメータχｉｒｅｆの計算では、溶接熱量Ｑｉｒｅｆとしては、第１部材と第２部材とを溶接する際の溶接熱量を、第１部材及び第２部材の板厚と溶接タイプとに応じて計算された第１部材及び第２部材のそれぞれに入力される溶接熱量を用いる。
【０１０８】
突合せ溶接では、第１部材と第２部材の溶接熱量Ｑｉｒｅｆはそれぞれ、第１部材と第２部材とを溶接したときの溶接熱量を前記数１７、数１８で示す式で分配した溶接熱量が用いられ、片側隅肉溶接では、第１部材と第２部材の溶接熱量Ｑｉｒｅｆはそれぞれ、前記数１９、数２０で示す式で分配された溶接熱量が用いられる。
【０１０９】
また、両側隅肉溶接では、第１部材と第２部材の溶接熱量Ｑｉｒｅｆはそれぞれ、第１部材と第２部材とを溶接したときの前記数２１、数２２で示す式で分配された溶接熱量が用いられ、重ね隅肉溶接では、第１部材と第２部材の溶接熱量Ｑｉｒｅｆはそれぞれ、前記数２３、数２４で示す式で分配された溶接熱量が用いられる。
【０１１０】
また、既存の一つのレコードは、同種材料からなる２つの部材を接合したものであるので、第１部材と第２部材の熱膨張係数αｉｒｅｆ、比熱ｃｉｒｅｆ及び密度ρｉｒｅｆは同一であるが、第１部材及び第２部材の板厚ｔｉｒｅｆ並びに第１部材と第２部材に分配される溶接熱量Ｑｉｒｅｆの少なくとも何れかが異なる場合には、第１部材と第２部材とで収縮変形パラメータξｉｒｅｆ及び曲げ変形パラメータχｉｒｅｆが異なることとなる。
【０１１１】
既存のレコードにおいて、第１部材及び第２部材の板厚ｔｉｒｅｆ並びに第１部材と第２部材に分配される溶接熱量Ｑｉｒｅｆの少なくとも何れかが異なる場合、第１部材と第２部材の固有変形データも異なることから、第１部材と第２部材のそれぞれの固有変形データが登録され、第１部材と第２部材の収縮変形パラメータξｉｒｅｆ及び曲げ変形パラメータχｉｒｅｆはそれぞれ、前記数３５、数３６で示す式に従って算出される。
【０１１２】
このように、本実施形態では、既存の一つのレコードを参照レコードとして用い、前記数３１、数３２、数３３、数３４で示す式に基づいて、第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接タイプ、溶接条件から両部材の固有変形データをそれぞれ算出する。
【０１１３】
図７は、突合せ溶接時の固有変形の算出について説明するための説明図であり、図７（ａ）及び図７（ｂ）はそれぞれ、既存の一つのレコードとして用いる参照レコードに基づく第１部材と第２部材の収縮変形パラメータと縦収縮量及び横収縮量との関係を示し、図７（ｃ）及び図７（ｄ）はそれぞれ、既存の一つのレコードとして用いる参照レコードに基づく第１部材と第２部材の曲げ変形パラメータと縦曲げ量及び横曲げ量との関係を示している。
【０１１４】
図７に示す既存の一つのレコードとして用いる参照レコードは、板厚が同一である同種材料からなる第１部材と第２部材とを突合せ溶接によって接合したものであるので、参照レコードに記録されている第１部材と第２部材の固有変形、すなわち縦収縮量Ｄｘｉｒｅｆ、横収縮量Ｄｙｉｒｅｆ、縦曲げ量Ｒｘｉｒｅｆ及び横曲げ量Ｒｙｉｒｅｆが同一であるとともに、第１部材と第２部材の収縮変形パラメータξｉｒｅｆ及び曲げ変形パラメータχｉｒｅｆが同一である。
【０１１５】
このように、板厚が同一である同種材料からなる第１部材と第２部材とを突合せ溶接によって接合したものを参照レコードとして用いる場合に、溶接タイプが同一である算出対象の溶接線を構成する第１部材叉は第２部材についての前記数３１、数３２、数３３、数３４で示す関係式がそれぞれ図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）において実線で示されている。なお、図７では、第１部材と第２部材の縦収縮量Ｄｘｉｒｅｆ、横収縮量Ｄｙｉｒｅｆ、縦曲げ量Ｒｘｉｒｅｆ、横曲げ量Ｒｙｉｒｅｆ、収縮変形パラメータξｉｒｅｆ、曲げ変形パラメータχｉｒｅｆをそれぞれＤｘｒｅｆ、Ｄｙｒｅｆ、Ｒｘｒｅｆ、Ｒｙｒｅｆ、ξｒｅｆ及びχｒｅｆとして表している。
【０１１６】
前述したように、突合せ溶接時には、第１部材及び第２部材の縦収縮量Ｄｘｉはそれぞれ、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いた場合に前記数３１で示す関係式で表され、収縮変形パラメータξについては、互いに溶接される第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接タイプ、溶接条件から、第１部材の収縮変形パラメータξ１と第２部材の収縮変形パラメータξ２が、前記数２９で示す式で算出される。第１部材の収縮変形パラメータξ１と第２部材の収縮変形パラメータξ２が算出されると、前記数３１で示す関係式に従って、図７（ａ）に示すように、第１部材の縦収縮量Ｄｘ１と第２部材の縦収縮量Ｄｘ２が算出される。
【０１１７】
横収縮量についても同様に、第１部材及び第２部材の横収縮量Ｄｙｉはそれぞれ、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いた場合に前記数３２で示す関係式で表され、算出された第１部材の収縮変形パラメータξ１と第２部材の収縮変形パラメータξ２を用いて、前記数３２で示す関係式に従って、図７（ｂ）に示すように、第１部材の横収縮量Ｄｙ１と第２部材の横収縮量Ｄｙ２が算出される。
【０１１８】
また、突合せ溶接時には、第１部材及び第２部材の縦曲げ量Ｒｘｉはそれぞれ、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いた場合に前記数３３で示す関係式で表され、曲げ変形パラメータχについては、互いに溶接される第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接タイプ、溶接条件から、第１部材の曲げ変形パラメータχ１と第２部材の曲げ変形パラメータχ２が、前記数３０で示す式で算出される。第１部材の曲げ変形パラメータχ１と第２部材の曲げ変形パラメータχ２が算出されると、前記数３３で示す関係式に従って、図７（ｃ）に示すように、第１部材の縦曲げ量Ｒｘ１と第２部材の縦曲げ量Ｒｘ２が算出される。
【０１１９】
横曲げ量についても同様に、第１部材及び第２部材の横曲げ量Ｒｙｉはそれぞれ、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いた場合に前記数３４で示す関係式で表され、算出された第１部材の曲げ変形パラメータχ１と第２部材の曲げ変形パラメータχ２を用いて、前記数３４で示す関係式に従って、図７（ｄ）に示すように、第１部材の横曲げ量Ｒｙ１と第２部材の横曲げ量Ｒｙ２が算出される。
【０１２０】
次に、片側隅肉溶接時の固有変形の算出について説明する。
図８は、片側隅肉溶接時の第１部材の固有変形の算出について説明するための説明図であり、図８（ａ）及び図８（ｂ）はそれぞれ、既存の一つのレコードとして用いる参照レコードに基づく第１部材の収縮変形パラメータと縦収縮量及び横収縮量との関係を示し、図８（ｃ）及び図８（ｄ）はそれぞれ、既存の一つのレコードとして用いる参照レコードに基づく第１部材の曲げ変形パラメータと縦曲げ量及び横曲げ量との関係を示している。なお、片側隅肉溶接時の第１部材は、該第１部材の表面に第２部材が接合される部材とし、片側隅肉溶接時の第２部材は、第１部材の表面に該第２部材の端面が接合される部材とする。
【０１２１】
また、図９は、片側隅肉溶接時の第２部材の固有変形の算出について説明するための説明図であり、図９（ａ）及び図９（ｂ）はそれぞれ、参照レコードに基づいて第２部材の収縮変形パラメータと縦収縮量及び横収縮量との関係を示し、図９（ｃ）及び図９（ｄ）はそれぞれ、参照レコードに基づいて第２部材の曲げ変形パラメータと縦曲げ量及び横曲げ量との関係を示している。
【０１２２】
図８及び図９に示す既存の一つのレコードとして用いる参照レコードは、板厚が異なる同種材料からなる第１部材と第２部材とを片側隅肉溶接によって接合したものであるので、参照レコードに記録されている第１部材と第２部材の固有変形、すなわち縦収縮量Ｄｘｉｒｅｆ、横収縮量Ｄｙｉｒｅｆ、縦曲げ量Ｒｘｉｒｅｆ、横曲げ量Ｒｙｉｒｅｆ、収縮変形パラメータξｉｒｅｆ及び曲げ変形パラメータχｉｒｅｆが異なることとなる。
【０１２３】
このように、板厚が異なる同種材料からなる第１部材と第２部材とを片側隅肉溶接によって接合したものを参照レコードとして用いる場合に、溶接タイプが同一である算出対象の溶接線を構成する第１部材の前記数３１、数３２、数３３、数３４で示す関係式がそれぞれ図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図８（ｄ）において実線で示され、溶接タイプが同一である算出対象の溶接線を構成する第２部材の前記数３１、数３２、数３３、数３４で示す関係式がそれぞれ図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）、図９（ｄ）において実線で示されている。
【０１２４】
前述したように、片側隅肉溶接時においても、第１部材及び第２部材の縦収縮量Ｄｘｉはそれぞれ、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いた場合に前記数３１で示す関係式で表され、収縮変形パラメータξについては、互いに溶接される第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接タイプ、溶接条件から、第１部材の収縮変形パラメータξ１と第２部材の収縮変形パラメータξ２が、前記数２９で示す式で算出される。
【０１２５】
第１部材の収縮変形パラメータξ１と第２部材の収縮変形パラメータξ２が算出されると、第１部材の収縮変形パラメータξ１から前記数３１で示す関係式に従って、図８（ａ）に示すように第１部材の縦収縮量Ｄｘ１が算出され、第２部材の収縮変形パラメータξ２から前記数３１で示す関係式に従って、図９（ａ）に示すように第２部材の縦収縮量Ｄｘ２が算出される。
【０１２６】
横収縮量についても同様に、第１部材及び第２部材の横収縮量Ｄｙｉはそれぞれ、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いた場合に前記数３２で示す関係式で表され、算出された第１部材の収縮変形パラメータξ１を用いて、前記数３２で示す関係式に従って、図８（ｂ）に示すように第１部材の横収縮量Ｄｙ１が算出され、算出された第２部材の収縮変形パラメータξ２を用いて、前記数３２で示す関係式に従って、図９（ｂ）に示すように第２部材の横収縮量Ｄｙ２が算出される。
【０１２７】
また、片側隅肉溶接時には、第１部材及び第２部材の縦曲げ量Ｒｘｉはそれぞれ、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いた場合に前記数３３で示す関係式で表され、曲げ変形パラメータχについては、互いに溶接される第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接タイプ、溶接条件から、第１部材の曲げ変形パラメータχ１と第２部材の曲げ変形パラメータχ２が、前記数３０で示す式で算出される。
【０１２８】
第１部材の曲げ変形パラメータχ１と第２部材の曲げ変形パラメータχ２が算出されると、第１部材の曲げ変形パラメータχ１から前記数３３で示す関係式に従って、図８（ｃ）に示すように第１部材の縦曲げ量Ｒｘ１が算出され、第２部材の曲げ変形パラメータχ２から前記数３３で示す関係式に従って、図９（ｃ）に示すように第２部材の縦曲げ量Ｒｘ２が算出される。
【０１２９】
横曲げ量についても同様に、第１部材及び第２部材の横曲げ量Ｒｙｉはそれぞれ、既存の一つのレコードを参照レコードとして用いた場合に前記数３４で示す関係式で表され、算出された第１部材の曲げ変形パラメータχ１を用いて、前記数３４で示す関係式に従って、図８（ｄ）に示すように第１部材の横曲げ量Ｒｙ１が算出され、算出された第２部材の曲げ変形パラメータχ２を用いて、前記数３４で示す関係式に従って、図９（ｄ）に示すように第２部材の横曲げ量Ｒｙ２が算出される。
【０１３０】
このように、既存の一つのレコードである参照レコードに記録されている第１部材と第２部材の固有変形データと条件情報から前記数３１、数３２、数３３、数３４に示す関係式に従って、算出対象の溶接線を構成する第１、第２部材の固有変形データが算出される。また、前記関係式の収縮パラメータξｉ及び曲げ変形パラメータχｉは、新規条件から前記数２９、数３０に示す関係式によって算出され、前記関係式の収縮パラメータξｉｒｅｆ及び曲げ変形パラメータχｉｒｅｆは、参照レコードに記録されている条件情報から前記数３５、数３６に示す関係式によって算出される。
【０１３１】
また、本実施形態では、参照レコードに記録されている第１部材と第２部材の固有変形データと条件情報から算出される第１部材と第２部材の収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータが同じである場合には、前述した突合せ溶接の場合と同様にして固有変形データを計算し、参照レコードに記録されている第１部材と第２部材の固有変形データと条件情報から算出される第１部材と第２部材の収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータの少なくとも何れかが異なる場合には、前述した片側隅肉溶接の場合と同様にして固有変形データを計算する。
【０１３２】
このようにして、本実施形態では、既存の参照レコードに記録されている溶接の条件情報や固有変形データと、互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接タイプ、溶接条件から、第１部材と第２部材の固有変形データを算出する。
【０１３３】
次に、本発明の実施形態に係る固有変形データ計算システム及び溶接変形予測システムについて説明する。
【０１３４】
図１０は、本発明の実施形態に係るシステムの全体構成を示す図である。図１０に示すように、本発明の実施形態に係るシステムは、コンピュータ１０を中心として構成され、コンピュータ１０は、中央演算装置１１と、固有変形データの計算や溶接変形の計算に必要なデータなどを入力するためのキーボートなどの入力装置１２と、固有変形データの計算結果や溶接変形の計算結果などを表示するためのディスプレイなどの表示装置１３と、固有変形データを計算するためのプログラムや溶接変形を計算するためのプログラムなどを記憶するメモリなどの記憶装置１４と、溶接変形の計算結果などを出力するプリンタなどの出力装置１５を有している。
【０１３５】
中央演算装置１１は、入力装置１２、表示装置１３及び出力装置１５を制御するとともに、記憶装置１４にアクセス可能に構成され、入力装置１２を介して入力された情報と記憶装置１４に記録されているプログラムやデータを用いて、固有変形データの計算や溶接変形の計算をすることができるように構成されている。
【０１３６】
図１１は、図１０に示す記憶装置の構成を示す図である。図１１に示すように、記憶装置１４は、プログラム記憶部とデータ記憶部を有しており、プログラム記憶部には、固有変形を計算するための固有変形計算プログラムと、複数の板状部材が溶接されてなる構造体の溶接変形を有限要素解析によって計算するための溶接変形計算プログラムとが記憶されている。
【０１３７】
固有変形計算プログラムは、同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードを登録するための固有変形データ登録プログラムと、構造体における各溶接線について、互いに溶接される同種材料または異種材料の第１部材と第２部材の固有変形データを作成するために、溶接タイプ、第１、第２部材の材料物性、及び溶接条件を新規条件情報として入力するための新規条件情報入力プログラムと、構造体における各溶接線について、互いに溶接される第１部材と第２部材の固有変形データを計算するための計算プログラムとを有している。
【０１３８】
また、溶接変形計算プログラムは、構造体の図形データから構造体を有限要素分割して解析モデルを作成する既知の解析モデル作成プログラムと、構造体の各溶接線における固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって該構造体の溶接変形を算出する既知の有限要素解析プログラムとを有している。
【０１３９】
一方、データ記憶部には、同種材料を対象とする溶接の条件情報としての溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件と、これらの条件情報に基づいて得られた固有変形データとを一組とするレコードが複数記録される固有変形データベースが備えられるとともに、複数の板状部材を溶接してなる構造体の図形データが記録される構造体形状データファイルと、構造体における各溶接線について、溶接タイプ、互いに溶接される第１、第２部材の材料物性、及び溶接条件が記録される溶接条件・物性値ファイルと、構造体の各溶接線について、互いに溶接される第１部材と第２部材の固有変形の計算結果が記録される固有変形計算結果ファイルと、構造体の溶接変形の計算結果が記録される溶接変形計算結果ファイルとが設けられている。
【０１４０】
図１２は、固有変形データベースに記録されたデータを示す図である。図１２に示すように、固有変形データベースには、既存の固有変形データが溶接タイプ、材料物性、及び溶接条件などの溶接の条件情報とともに予め登録される。具体的には、突合せ溶接、片側隅肉溶接、両側隅肉溶接又は重ね隅肉溶接などの溶接タイプ、材料物性として鉄、ステンレス又はアルミニウムなどの材料分類、板厚、密度、比熱及び熱膨張係数、溶接条件としてアーク溶接又はレーザ溶接などの溶接方法、電流、電圧、速度及び熱効率、並びに固有変形データとして縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量及び横曲げ量が記録される。
【０１４１】
また、図１２では、番号４に登録された溶接タイプが片側隅肉溶接であるデータにおいて、板厚の欄と固有変形、すなわち縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量の欄が上下二段に分けられ、上段に第１部材のデータが記録され、下段に第２部材のデータが記録されている。このように、固有変形データベースには、第１部材と第２部材のデータが異なる場合、上段に第１部材のデータが記録され、下段に第２部材のデータが記録される。なお、第１部材と第２部材は、図４に示す第１部材と第２部材に対応するものとする。
【０１４２】
図１３は、溶接条件・物性値ファイルに記録されたデータを示す図である。構造体の各溶接線について、溶接タイプ、第１、第２部材の材料物性、及び溶接条件の新規条件情報が入力装置１２を介して入力され、図１３に示すように、溶接条件・物性値ファイルに、構造体の各溶接線について新規条件情報が記録される。具体的には、データ名、溶接線番号、溶接方法、溶接タイプ、溶接条件として電流、電圧、速度及び熱効率、並びに第１部材及び第２部材の材料物性として材料分類、板厚、密度、比熱及び熱膨張係数が記録される。
【０１４３】
また、図１４は、固有変形計算結果ファイルに記録されたデータを示す図である。前述したように、本実施形態では、既存の参照レコードに記録されている溶接の条件情報や固有変形データと、互いに溶接される第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接タイプ、溶接条件から第１部材と第２部材の固有変形が計算され、図１４に示すように、固有変形計算結果ファイルに、固有変形の計算結果が記録される。具体的には、構造体の各溶接線について、データ名、溶接線番号、第１部材及び第２部材の固有変形として縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量及び横曲げ量が記録される。
【０１４４】
また、コンピュータ１０は、後述するように、互いに溶接される第１部材と第２部材の新規条件情報に基づいて、固有変形データベースから少なくとも一つのレコードを参照レコードとして選択することができるようになっているとともに、参照レコードの選択が、新規条件情報の溶接タイプ、溶接条件に含まれる溶接方法、及び材料物性に含まれる材料分類が一致するレコードを抽出し、これらのレコードを参照レコードとして選択することができるようになっている。さらにまた、コンピュータ１０は、抽出したレコードを表示装置１３に選択可能に表示することができるようになっている。
【０１４５】
次に、複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測する動作について具体的に説明する。
図１５は、構造体の溶接変形を予測する動作を示すフローチャートである。構造体の溶接変形を予測する前に、コンピュータ１０には、先ず、入力装置１２を介して同種材料を対象とする溶接の条件情報と固有変形データとを一組とする既存のレコードがユーザーによって予め登録される。
【０１４６】
図１６は、固有変形データ登録画面を示す図である。図１６に示すように、既存のレコードを登録する際には、表示装置１３に固有変形データ登録画面２０が表示され、該登録画面２０には、番号入力部２１、溶接条件入力部２２、材料物性入力部２３、固有変形入力部２４が設けられるとともに、登録ボタン２５が設けられている。
【０１４７】
番号入力部２１には、データ番号をテキストボックスに入力することができ、溶接方法をアーク溶接及びレーザ溶接からなるプルダウンリストから選択することができ、溶接タイプを突合せ溶接、片側隅肉溶接、両側隅肉溶接及び重ね隅肉溶接からなるプルダウンリストから選択することができるようになっている。
【０１４８】
また、溶接条件入力部２２には、電流、電圧、速度及び熱効率をテキストボックスに入力することができ、材料物性入力部２３には、材料分類を鉄、ステンレスまたはアルミニウムからなるプルダウンリストから選択することができるとともに板厚、密度、比熱、熱膨張係数をテキストボックスに入力することができ、固有変形入力部２４には縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量をテキストボックスに入力することができるようになっている。
【０１４９】
そして、これらの既存のレコードを入力した後にユーザーによって登録ボタン２５が押されると、固有変形データベースに一組の既存のレコードが記録される。同様にして、予め既存のレコードが複数記録される。なお、既存のレコードは、既存の固有変形データベース等から得ることができる。
【０１５０】
図１７は、固有変形データ登録画面の別の画面を示す図である。固有変形データ登録画面２０において、溶接タイプとしてプルダウンリストから片側隅肉溶接を選択した場合には、図１７に示すように、材料物性入力部２３において第１部材と第２部材の板厚をテキストボックスに入力することができるとともに、固有変形入力部２４において第１部材と第２部材の縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量をテキストボックスに入力することができる画面が表示されるようになっている。図１７に示す画面においても、これらの既存のレコードを入力した後にユーザーによって登録ボタン２５が押されると、固有変形データベースに一組の既存のレコードが記録される。なお、両側隅肉溶接、重ね隅肉溶接が選択される場合にも同様の画面が表示される。
【０１５１】
このようにして既存のレコードが登録された状態で、図１５に示すようにして、構造体の溶接変形の予測が行われる。先ず、コンピュータ１０に、構造体の図形データが取り込まれ（ステップＳ１）、構造体の溶接線がユーザーによって抽出される（ステップＳ２）。なお、構造体の図形データに溶接線を予め記録しておくことで、自動的に溶接線を抽出することも可能である。
【０１５２】
次に、構造体の溶接変形を予測するためのＦＥＭ解析で用いる構造体の各溶接線についての固有変形データが計算される（ステップＳ３）。構造体の各溶接線についての固有変形データの計算については後に詳細に説明する。構造体の各溶接線について固有変形データが算出されると、各溶接線についての固有変形データが固有変形計算結果ファイルに記録される。
【０１５３】
そして、構造体の図形データから構造体が有限要素分割されて解析モデルが作成され、該解析モデルに、固有変形計算結果ファイルに記録されている構造体の各溶接線における固有変形データが適用され、弾性ＦＥＭ解析によって構造体の溶接変形が算出される（ステップＳ４）。構造体の溶接変形が算出されると、解析結果である構造体の溶接変形が溶接変形計算結果ファイルに記録されるとともに出力装置１５に出力される（ステップＳ５）。
【０１５４】
次に、構造体の各溶接線についての固有変形データの計算について説明する。
固有変形データを計算する際には、先ず、構造体の各溶接線について、溶接タイプと、互いに溶接される２つの部材の材料物性と、溶接条件とが新規条件情報としてユーザーによって入力される。
【０１５５】
図１８は、固有変形計算のためのデータ入力画面を示す図である。図１８に示すように、構造体の各溶接線について新規条件情報を入力する際には、表示装置１３に固有変形計算のためのデータ入力画面３０が表示され、該入力画面３０には、データ名入力部３１、溶接条件入力部３２、互いに溶接される第１部材及び第２部材の材料物性入力部３３、３４が設けられるとともに、参照データ選択ボタン３５が設けられている。
【０１５６】
データ名入力部３１には、データ名及び溶接線番号をテキストボックスに入力することができ、溶接方法をアーク溶接及びレーザ溶接からなるプルダウンリストから選択することができ、溶接タイプを突合せ溶接、片側隅肉溶接、両側隅肉溶接及び重ね隅肉溶接からなるプルダウンリストから選択することができるようになっている。
【０１５７】
また、溶接条件入力部３２には、電流、電圧、速度及び熱効率をテキストボックスに入力することができ、第１部材及び第２部材の材料物性入力部３３、３４にはそれぞれ、材料分類を鉄、ステンレスまたはアルミニウムからなるプルダウンリストから選択することができるとともに板厚、密度、比熱、熱膨張係数をテキストボックスに入力することができるようになっている。
【０１５８】
そして、構造体の溶接線について新規条件情報を入力した後にユーザーによって参照データ選択ボタン３５が押されると、コンピュータ１０では、構造体の溶接線についての新規条件情報に基づいて、固有変形データベースに記録されている複数のレコードから、溶接タイプと、溶接方法と、材料分類とが一致するレコードを抽出し、これらのレコードのいずれかを参照レコードとして選択することができるように、表示装置１３に固有変形計算のための参照データ選択画面が表示される。
【０１５９】
図１９は、固有変形計算のための参照データ選択画面を示す図である。図１９に示すように、参照データ選択画面４０には、抽出条件表示部４１、新規パラメータ表示部４２、抽出レコード表示部４３が設けられるとともに、ＯＫボタン４４が設けられている。
【０１６０】
抽出条件表示部４１には、新規条件情報の溶接方法、溶接タイプが表示されるようになっている。また、新規パラメータ表示部４２には、新規条件情報を用いて算出された新規パラメータ、具体的には収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータの値が表示されるようになっている。
【０１６１】
レコード抽出時の新規パラメータ、具体的には収縮変形パラメータξ及び曲げ変形パラメータχは、新規条件として入力した第１部材と第２部材についての平均的なパラメータであり、第１部材と第２部材の平均の熱膨張係数αＡＶＥ、比熱ｃＡＶＥ、密度ρＡＶＥ、板厚ｔＡＶＥと溶接条件から以下の数３７で示す式で算出される溶接熱量Ｑを用いて、以下の数３８、数３９で示す式から算出される。なお、Ｉは電流、Ｖは電圧、ηは熱効率、ｖは速度を示している。
【０１６２】
【数３７】
0005756623.tif 000038
【０１６３】
【数３８】
0005756623.tif 000039
【０１６４】
【数３９】
0005756623.tif 000040
【０１６５】
そして、抽出レコード表示部４３には、新規条件情報に基づいて、固有変形データベースに記録されている複数のレコードから、溶接タイプと、溶接方法と、材料分類とが一致するレコードが抽出されて表示され、抽出したレコードごとに、レコードの番号と、材料分類と、そこに含まれる条件情報を用いて算出された参照パラメータ、具体的には収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータの値が表示されるようになっている。
【０１６６】
参照パラメータについても、レコードに記録されている条件情報から算出される第１部材と第２部材についての平均的なパラメータであり、第１部材と第２部材の平均の熱膨張係数αＡＶＥ、比熱ｃＡＶＥ、密度ρＡＶＥ、板厚ｔＡＶＥと溶接条件から前記数３７で示す式で算出した溶接熱量を用いて、前記数３８、数３９で示す式から算出される。なお、レコードには、同一材料を対象とする溶接の条件情報が記録されているので、第１部材と第２部材の平均の熱膨張係数αＡＶＥ、比熱ｃＡＶＥ、密度ρＡＶＥは、第１部材及び第２部材の熱膨張係数、比熱、密度である。
【０１６７】
また、レコード抽出時には、材料分類について、新規条件情報の材料分類が第１部材と第２部材とで同一である場合は、その材料分類と一致するレコードが抽出されて表示され、新規条件情報の材料分類が第１部材と第２部材とで異なる場合は、第１部材の材料分類と一致するレコードと第２部材の材料分類と一致するレコードとがともに抽出されて表示される。
【０１６８】
抽出レコード表示部４３では、抽出したレコードは、参照パラメータが新規パラメータに近い順に上方から表示され、コンピュータ１０が推奨するものとして参照パラメータが新規パラメータに最も近いレコードに印（黒丸）をつけて表示されるようになっている。具体的には、抽出したレコードは、参照パラメータの曲げ変形パラメータが新規パラメータの曲げ変形パラメータに近い順に上方から表示され、参照パラメータの曲げ変形パラメータが新規パラメータの曲げ変形パラメータに最も近いレコードに印をつけて表示されるようになっている。
【０１６９】
図２０は、固有変形計算のための参照データを選択する動作を示すフローチャートである。参照データ選択ボタン３５がユーザーによって押されると、コンピュータ１０では、図２０に示すように、固有変形データベースから溶接タイプ、溶接方法及び材料分類が一致するレコードが抽出され（ステップＳ１１）、抽出したレコードの参照パラメータ、具体的には収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータが計算される（ステップＳ１２）。
【０１７０】
次に、新規条件情報の第１部材と第２部材の材料物性及び溶接条件から新規パラメータ、具体的には収縮変形パラメータ及び曲げ変形パラメータが計算される（ステップＳ１３）。なお、参照パラメータと新規パラメータはともに、前述したように、第１部材と第２部材についての平均的なパラメータである。
【０１７１】
そして、参照パラメータの曲げ変形パラメータが新規パラメータの曲げ変形パラメータに最も近いレコードが選択され（ステップＳ１４）、抽出したレコードの参照パラメータと新規パラメータがそれぞれ抽出レコード表示部４３と新規パラメータ表示部４２に表示され（ステップＳ１５）、ステップＳ１４において選択されたレコードに印が付されて表示される（ステップＳ１６）。
【０１７２】
なお、抽出したレコードについて、参照パラメータの収縮変形パラメータが新規パラメータの収縮変形パラメータに近い順に上方から表示し、収縮変形パラメータが最も近いレコードに印をつけて表示するようにしてもよい。
【０１７３】
また、抽出レコード表示部４３には、抽出したレコードのいずれかを参照レコードとして選択するためのチェックボックス４５が設けられており、ユーザーは抽出したレコードから１つのレコードを選択することができるようになっている。ユーザーは、推奨されるレコード、あるいはそれ以外のレコードを選択することができるようになっている。なお、コンピュータ１０において推奨されるレコードを自動的に選択するようにすることも可能である。
【０１７４】
このように、表示されるレコードには、それぞれの条件情報を用いて算出された参照パラメータが表示されると共に、今回の固有変形データ算出対象の溶接線を構成する第１、第２部材についての平均的なパラメータが新規パラメータとして表示されるので、ユーザーがこれらのパラメータの値を参考にして参照レコードを選択することができ、これにより精度のよい算出が可能となる。また、固有変形データの算出に用いる参照レコードは１つだけなので、既存のデータの数が少ない場合にも、所定の式に基づき、種々の条件の溶接線について固有変形を算出することが可能となる。
【０１７５】
さらに、参照レコードを選択するときに、今回算出しようとする溶接線と溶接タイプ、溶接方法、及び材料分類が一致するレコードを抽出し、これらのレコードのいずれかを参照レコードとして選択するので、溶接タイプ等が異なるレコードのデータを用いた場合に比べて、固有変形データの計算結果が実際の固有変形に精度よく対応することになる。また、抽出されたレコードが表示装置に表示されるときに、参照パラメータが新規パラメータに最も近いレコードに印が付されて表示されるので、ユーザーによる参照レコードの選択がより適切に行われることになる。
【０１７６】
そして、レコードを選択した後にＯＫボタン４４が押されると、コンピュータ１０では、選択された１つの参照レコードに記録されている条件情報及び固有変形データと、新規条件情報とに基づき、新規条件情報の下での第１部材と第２部材の固有変形データが算出される。
【０１７７】
前述したように、互いに溶接される第１部材と第２部材の固有変形データ、具体的には縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量は、前記数３１、数３２、数３３、数３４の関係式に従って算出される。なお、有限要素解析によって構造体の溶接変形を解析する際には、縦曲げ量のデータを使用することなく算出することができるので、本実施形態では、固有変形の計算結果をゼロとしている。
【０１７８】
構造体の溶接線について固有変形データが算出されると、コンピュータ１０では、算出された固有変形データが固有変形計算結果ファイルに記録されるとともに、ユーザーが固有変形計算の計算結果を確認することができるように表示装置１３に固有変形の計算結果画面が表示される。
【０１７９】
図２１は、固有変形の計算結果画面を示す図である。図２１に示すように、固有変形の計算結果画面５０には、データ名表示部５１、固有変形表示部５２が設けられ、データ名表示部５１には、データ名及び溶接線番号が表示されるようになっており、固有変形表示部５２には、互いに溶接される第１部材と第２部材の固有変形データとして縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量及び横曲げ量が表示されるようになっている。
【０１８０】
また、固有変形の計算結果画面５０には、次の溶接線ボタン５３及び終了ボタン５４が設けられ、次の溶接線ボタン５３が押されると、次の溶接線の固有変形の計算結果が表示されるようになっており、終了ボタン５４が押されると、固有変形の計算結果画面５０が閉じられるようになっている。
【０１８１】
なお、図２１では、図１２に示される固有変形データベースに記録されたデータの番号１を参照レコードとして選択し、図１３に示される溶接条件・物性値ファイルに記録された新規条件情報の下で計算された固有変形データが示されている。
【０１８２】
このようにして、構造体の各溶接線についても同様に、溶接線ごとに、同種材料あるいは異種材料の互いに溶接される第１部材と第２部材の固有変形データが算出され、算出された固有変形データが固有変形計算結果ファイルに記録されるようになっている。
【０１８３】
構造体の各溶接線について固有変形データが算出されると、前述したように、構造体の図形データから構造体が有限要素分割されて解析モデルが作成され、該解析モデルに、固有変形計算結果ファイルに記録されている構造体の各溶接線における固有変形データが適用され、弾性ＦＥＭ解析によって構造体の溶接変形が算出される。
【０１８４】
このように、本実施形態によれば、構造体の溶接変形をＦＥＭ解析で予測する際に用いられる固有変形データが、固有変形データベースから選択された参照レコードに記録されている既存の固有変形データを用い、そのデータを基礎として算出されることになる。したがって、固有変形データを一から算出するＦＥＭ解析による場合に比べて計算量が著しく少なく、短時間で計算結果が得られることになる。
【０１８５】
そして、固有変形データを算出する際に、その算出対象の溶接線を構成する第１部材と第２部材のそれぞれについての材料物性や溶接条件が新規条件情報として入力され、これらの情報を用いて両部材の固有変形データが算出されるので、既存の固有変形データと条件が異なる場合や、両部材が異種の材料である場合にも、それぞれの部材についての固有変形データを求めることができ、したがって、溶接条件が異なり或いは被溶接部材の材料が異なる種々の溶接線を含む構造体に対しても、そのＦＥＭ解析に必要な溶接線ごとの固有変形データを取り揃えることができ、構造体の溶接変形の予測が効率よく行われることになる。
【０１８６】
また、本実施形態によれば、算出された構造体における複数の溶接線についての固有変形データを用いて、その構造体全体の溶接変形がＦＥＭ解析によって算出されることになり、構造体の溶接変形を、短時間で精度よく予測することが可能となる。
【０１８７】
前述した実施形態では、固有変形データベースから溶接タイプ、溶接方法、材料分類が一致するレコードを抽出し、これらのレコードのいずれかを参照レコードとして選択しているが、これらのレコードから複数のレコードを参照レコードとして選択するようにすることも可能である。
【０１８８】
この場合、選択された複数の参照レコードに記録されている条件情報及び固有変形データに基づいて固有変形特性が求められると共に、この固有変形特性と、互いに溶接される第１部材と第２部材の新規条件情報とに基づいて、第１部材と第２部材の固有変形データが算出される。
【０１８９】
コンピュータ１０では、例えば、２つ以上のレコードを参照レコードとして選択するようにする場合、２つ以上の参照レコードの収縮変形パラメータと縦収縮量とから最小自乗法によって前記数２５で示す式の比例係数Ａｉが計算されるとともに、２つ以上の参照レコードの収縮変形パラメータと横収縮量とから最小自乗法によって前記数２６で示す式の比例係数Ｂｉが計算され、固有変形特性としての縦収縮量Ｄｘｉ及び横収縮量Ｄｙｉを示す式が求められる。そして、この縦収縮量Ｄｘｉ及び横収縮量Ｄｙｉの式と、第１部材と第２部材の新規条件情報とに基づいて、第１部材と第２部材の縦収縮量及び横収縮量が算出される。
【０１９０】
一方、固有変形の縦曲げ量及び横曲げ量については、例えば、２つのレコードを参照レコードとして選択するようにする場合、突合せ溶接ではｍ＝２、片側隅肉溶接、両側同時隅肉溶接及び重ね隅肉溶接ではｍ＝１を用いると共に、２つの参照レコードの曲げ変形パラメータと縦曲げ量とから前記数２７で示す式のＲｘｉｍａｘ及びχｃが計算されるとともに、２つの参照レコードの曲げ変形パラメータと横曲げ量とから前記数２８で示す式のＲｙｉｍａｘ及びχｃが計算され、固有変形特性としての縦曲げ量Ｒｘｉ及び横曲げ量Ｒｙｉを示す式が求められる。そして、この縦曲げ量Ｄｘｉ及び横曲げ量Ｒｙｉの式と、第１部材と第２部材の新規条件情報とに基づいて、第１部材と第２部材の縦曲げ量及び横曲げ量が算出される。
【０１９１】
また、例えば、３つのレコードを参照レコードとして選択するようにする場合は、３つの参照レコードの曲げ変形パラメータと縦曲げ量とから前記数２７で示す式のＲｘｉｍａｘ、ｍ及びχｃが計算されるとともに、３つの参照レコードの曲げ変形パラメータと横曲げ量とから前記数２８で示す式のＲｙｉｍａｘ、ｍ及びχｃが計算され、固有変形特性としての縦曲げ量Ｒｘｉ及び横曲げ量Ｒｙｉを示す式が求められる。
【０１９２】
一方、４つ以上のレコードを参照レコードとして選択するようにする場合は、４つ以上の参照レコードの曲げ変形パラメータと縦曲げ量とから最小自乗法によって前記数２７で示す式のＲｘｉｍａｘ、ｍ及びχｃが計算され、４つ以上の参照レコードの曲げ変形パラメータと横曲げ量とから最小自乗法によって前記数２８で示す式のＲｙｉｍａｘ、ｍ及びχｃが計算され、固有変形特性としての縦曲げ量Ｒｘｉ及び横曲げ量Ｒｙｉを示す式が求められる。
【０１９３】
なお、参照レコードとして複数のレコードを選択する場合に、参照レコードの収縮変形パラメータや曲げ変形パラメータが同じであるレコードが複数存在するときは、それら複数の参照レコードの固有変形データ、すなわち縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量の平均値を一つのレコードとして用いることが好ましい。
【０１９４】
このように、本実施形態によれば、参照レコードを選択するときに複数のレコードが選択され、これらのレコードにそれぞれ記録されている条件情報及び固有変形データに基づいて固有変形特性が求められ、この特性に基づいて第１、第２部材の固有変形データが算出されるので、固有変形データベースに記憶されている既存の固有変形データが比較的多数存在する場合に、これらのデータが有効に利用されて、一層精度よく固有変形データが算出されることになる。
【０１９５】
本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
以上のように、本発明によれば、既存の固有変形データを利用して、異種材料の部材を溶接する場合にも比較的簡素な計算で固有変形データを算出することができ、複数の板状部材を溶接してなる構造体の溶接変形を予測する場合に、好適に利用される可能性がある。
【符号の説明】
【０１９７】
１０  コンピュータ
１１  中央演算装置
１２  入力装置
１３  表示装置
１４  記憶装置
１５  出力装置
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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