(57)【要約】【課題】多層溶接時の被溶接体の物理量の数値解析に要する時間を短縮する。【解決手段】被溶接体１０１の溶接線１０５に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの、被溶接体１０１の残留応力などの物理量を、現象を支配する微分方程式などを数値解析によって解く被溶接体物理量の解析方法である。各溶接パスでの熱源１０２，２０２，３０２の移動速度１０４，２０４，３０４と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、溶接線２０５，３０５が前回の溶接パスでの溶接線１０５，２０５の移動座標系の下流側に連続するように、それぞれの溶接パスに対応して被溶接体１０１を投影した投影被溶接体２０１，３０１を並べた解析モデルについて数値解析を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析方法において、
前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルについて前記数値解析を行うこと、
を特徴とする被溶接体物理量の解析方法。
【請求項２】
前記物理量は、応力、ひずみおよび温度分布を含むことを特徴とする請求項１に記載の被溶接体物理量の解析方法。
【請求項３】
前記熱源は回転移動をするものであり、前記移動座標系は回転座標系であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の被溶接体物理量の解析方法。
【請求項４】
投影された前記被溶接体が他の前記溶接パスでの前記被溶接体と空間的に重なる場合には、その投影された前記被溶接体を数値的には異なる座標に位置するものとして取り扱うことを特徴とする請求項３に記載の被溶接体物理量の解析方法。
【請求項５】
被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析システムにおいて、
前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルを生成し記憶する解析モデル記憶装置と、
前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解くコンピュータプログラムを記憶するプログラム記憶装置と、
前記解析モデルに基づいて前記コンピュータプログラムを用いて前記被溶接体の物理量を求める演算装置と、
を有することを特徴とする被溶接体物理量の解析システム。
【請求項６】
被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析プログラムにおいて、コンピュータに、
前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルを生成させる機能と、
前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く機能と、
を実現させることを特徴とする被溶接体物理量の解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層溶接したときの被溶接体の物理量を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析方法、解析システムおよび解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接は、熱源となる溶接棒ないし溶接トーチを、被溶接体の溶接線上を移動させ、高温の溶接金属を被溶接体に付着させていく接合方法である。溶接線上を溶接棒が通過して形成される溶接部を溶接パスといい、溶接を繰り返し実施し、開先内での同一高さの数パスにより層を形成し、複数の層を開先内に積層することにより溶接を完了する。一般に溶接部は多パス、多層となっている。
【０００３】
溶接により配管などの溶接構造物に発生する残留応力は、溶接時の熱による局所的かつ急激な温度変化に伴って発生し、応力腐食割れを引き起こす主要な原因の一つである。そのため、従来から残留応力を低減する溶接方法の研究・開発が行われている（たとえば特許文献１ないし特許文献５参照）。また、残留応力を測定する方法も検討されている（たとえば特許文献６および特許文献７参照）。
【０００４】
一方、残留応力を予測・評価する方法も検討されている（たとえば特許文献８および特許文献９参照）。この手法の一つである残留応力解析では、溶接による非定常の入熱を模擬した熱弾塑性解析が必要となる。これは溶接過程を緻密に模擬していく解析であり、多層の溶接を対象とした場合には、複数の溶接パスに亘る解析が必要となるため、大型計算機による計算でも多くの計算時間を要する。このため、計算時間を短縮するための方法も検討されている（たとえば特許文献１０および特許文献１１参照）。残留応力解析は、伝熱現象を解く伝熱解析および、熱履歴による物性の変化を解く弾塑性解析から構成されるが、伝熱解析と弾塑性解析は必ずしも同時に行う必要はなく、伝熱解析結果の温度履歴を用いて熱弾塑性応力解析を行うことが可能である。
【０００５】
溶接残留応力解析において、伝熱解析では非定常伝熱方程式、弾塑性解析ではつり合い方程式で現される支配方程式を時間進行させていく中で、一般的には実際の溶接における溶接棒の進行速度にあわせて入熱部を移動させていく。実際に入熱部を動かす時間進行の解析を行うことで、被溶接体の温度履歴、残留応力、ひずみ、などに代表される解析結果を求めていた。このように溶接線を入熱部を移動させる場合には、温度やひずみ、応力などの変化を高い精度で解析を行うには、溶接棒の移動範囲全体に亘って密な解析格子を準備する必要があり、多大な計算量が必要であった。
【特許文献１】特開平１０−１２８５３４号公報
【特許文献２】特開平９−２２９２４８号公報
【特許文献３】特開平９−１３７６号公報
【特許文献４】特開平５−１５４６８３号公報
【特許文献５】特開２００４−１２２２２２号公報
【特許文献６】特開２００１−２２１６９７号公報
【特許文献７】特開２０００−１４６７１６号公報
【特許文献８】特開２００４−１８１４６２号公報
【特許文献９】特開２００４−３３０２１２号公報
【特許文献１０】特開２００４−５３３６６号公報
【特許文献１１】特開平６−１８０２７１号公報
【特許文献１２】特開２００５−８３８１０号公報
【非特許文献１】M.Gu and J.A.Goldak、"Steady State Formulation for Stress and Distortion of Welds"、ASME PED-Vol.64、Manufacturing Science and Engineering、１９９３年、ｐ．843-854
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
残留応力解析において３次元の対象を２次元モデルに置き換えることで計算時間を削減することができるが、事象をより緻密に再現することが可能な３次元モデルを必要とする解析では、その計算時間が膨大である。
【０００７】
弾塑性解析においては、溶接開始部や終端部ではなく、溶接線の大部分を占める部分にのみ注目する場合が多い。また、残留応力やひずみの変化が大きくなる箇所は主として温度変化の大きい高温部近傍であり、溶接開始部と終端部を除く溶接棒周りの高温部は溶接棒位置に対して固定と考えられる。加えて、溶接開始部と終端部に近い部分以外では、溶接線からの距離と方向が同じである任意の注目点における温度変化は温度ピークの発生時刻がずれるだけである。
【０００８】
この点に着目し、移動座標系を適用することによりこの伝熱解析に要する計算時間を削減することが試みられており（たとえば特許文献１２参照）、弾塑性解析についても移動座標系を適用した手法が開示されている（たとえば非特許文献１参照）。しかし、これらの移動座標系を採用した方法は、多パスないし多層溶接などの連続して行われる溶接を想定していない。このため、弾塑性解析におけるひずみや残留応力など、ある溶接パスの溶接による影響が、それ以降の溶接パスの解析に引き継がれないため、多パスないし多層溶接などの連続して行われる溶接の解析が困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、多層溶接時の被溶接体の残留応力などの物理量の数値的な解析に要する計算時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するため、被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析方法において、前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルについて前記数値解析を行うこと、を特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析システムにおいて、前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルを生成し記憶する解析モデル記憶装置と、前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解くコンピュータプログラムを記憶するプログラム記憶装置と、前記解析モデルに基づいて前記コンピュータプログラムを用いて前記被溶接体の物理量を求める演算装置と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、被溶接体の溶接線上に沿って熱源を複数回移動させて複数の溶接パスで多層溶接したときの前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く被溶接体物理量の解析プログラムにおいて、コンピュータに、前記溶接パスでの前記熱源の移動速度と同じ速度で反対向きに移動する移動座標系を用いて、前記溶接線が前回の溶接パスでの前記溶接線の前記移動座標系の下流側に連続するようにそれぞれの前記溶接パスに対応して前記被溶接体を投影して並べた解析モデルを生成させる機能と、前記被溶接体の物理量を現象を支配する微分方程式および積分方程式のいずれかによって記述された方程式を数値解析によって解く機能と、を実現させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多層溶接時の被溶接体の残留応力などの物理量の数値的な解析に要する計算時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図２は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第１の実施の形態における解析対象の多層溶接を示す斜視図である。
【００１６】
溶接では、熱源となる溶接棒２２ないし溶接トーチを、被溶接体２１の溶接線２５に沿って移動させ、高温の溶接金属２４を被溶接体２１に付着させていく。溶接線２５上を溶接棒２２が通過して形成される溶接部を溶接パスという。多層溶接では、溶接を繰り返し施し、開先内での同一高さの数パスにより層を形成し、複数の層を開先内に積層することにより溶接を完了する。本実施の形態では、このように平板状の被溶接体の溶接部が多パス・多層となった多層直線状溶接を解析対象とし、この解析対象を移動座標系によって取り扱い、弾塑性解析および伝熱解析を行う。
【００１７】
次に、移動座標系による解析方法について説明する。
【００１８】
図３は、固定座標系における解析モデルを模式的に示す斜視図である。図４は、移動座標系における解析モデルを模式的に示す斜視図である。図３および図４は、いずれも平板状の被溶接体１に、溶接線５に沿った直線状の溶接を施す状態を示すものである。
【００１９】
図３に示すような固定座標系における解析モデルでは、たとえば、被溶接体１と同じ形状を解析領域とし、溶接棒２はモデル化を行わず、入熱部７を境界条件としてモデル化する。解析において入熱は、入熱部７に境界条件として与える方法や、被溶接体中の領域を発熱体とみなす方法などによりモデル化される。
【００２０】
固定座標系における解析モデルを用いる溶接残留応力解析において、伝熱解析では非定常伝熱方程式、弾塑性解析ではつり合い方程式で現される支配方程式を時間進行させていく中で、実際の溶接における溶接棒２の進行速度８にあわせて入熱部７を移動させていく。このため、ある時間が経過すると、溶接棒２および入熱部７は、それぞれ符号９、符号１０の位置となる。このように、実際に入熱部７を動かす時間進行の解析を行うことで、被溶接体１の温度履歴、残留応力、ひずみなどに代表される解析結果を求める。
【００２１】
つまり、熱源となる溶接棒２と溶接線５との関係は、溶接線上の溶接始点−終点間における溶接棒２の一定方向の進行運動である。溶接が多層ないし多パスで行われる場合であってもこの関係は同様であり、上記の進行運動を溶接パスの回数繰り返すこととなる。
【００２２】
一方、図４に示すような移動座標系における解析モデルでは、熱源となる溶接棒２の進行運動を熱源と共に移動する移動座標系で扱う。熱源と共に移動する移動座標系を考えると、入熱部７は見かけ上止まった状態となり、被溶接体１が溶接方向に沿って、溶接方向と反対方向３に移動することとなる。
【００２３】
図１は、本実施の形態における解析モデルの斜視図である。図５は、本実施の形態における解析手順を示すフローチャートである。
【００２４】
本実施の形態の残留応力解析は、被溶接体１０１の溶接線１０５に沿って複数の溶接パスの溶接を施す場合について解析を行う。
【００２５】
残留応力解析では、まず、被解析体の離散化、解析条件、被解析体および溶接金属の物性値を設定し入力、もしくは予めこれらを記述したファイルを読み込む（ステップＳ１）。
【００２６】
被解析体の離散化において、被溶接体１を１回のパスにおける溶接の終点と次の溶接パスの始点とが数値的に連続となるようにモデル化する。すなわち、被溶接体１および溶接パスが一回以上終了した被溶接体１を投影したものを並べて結合し、数値的に連続として扱うようモデル化する。また、各溶接パスに対応した熱源となる溶接棒１０２およびこの溶接棒１０２を投影した投影溶接棒２０２，３０２も同様に並べて配置されていると想定する。このモデル化により、熱源と共に移動する移動座標系を用いた解析において、溶接金属が徐々に積層されていく手順が再現されるため、最初の溶接パスから溶接終了に至る溶接の影響を全て反映した解析を行うことができる。
【００２７】
具体的には、第１溶接パスにおける被溶接体１０１に連続するように、投影被溶接体２０１がモデル化される。投影被溶接体２０１とは、溶接パスが一回終了した状態である第２溶接パスにおける被溶接体１を投影したものである。同様に、溶接パスが一回以上終了した被溶接体１０１を投影したものを並べて結合していき、最終溶接パスにおける被溶接体１を投影した投影被溶接体３０１まで連続となるようにモデル化する。このモデル化により、被溶接体１０１の溶接線１０５は、第２溶接パスにおける溶接線２０５、および、最終溶接パスにおける溶接線３０５に連続した直線として現される。
【００２８】
弾塑性解析では、拘束条件、溶接開始時温度、雰囲気温度などを解析条件として挙げられる。また、弾塑性解析では、被溶接体および溶接金属の密度、弾性定数、応力−ひずみ関係などが物性値として挙げられる。
【００２９】
伝熱解析では、各溶接パスの入熱量、入熱位置、入熱分布、およびこれらの時間変化、入熱部の移動速度もしくは移動角速度、溶接開始時温度、雰囲気温度、大気への放熱に関する熱伝達率などが解析条件として挙げられる。また、伝熱解析では、被溶接体および溶接金属の密度、熱伝導率、比熱などが物性値として挙げられる。
【００３０】
次に、ステップＳ１にてモデル化を行った全ての溶接パス入熱部をモデル化する（ステップＳ２）。
【００３１】
各溶接パスに対応した熱源すなわち各入熱部は、溶接の順序に従って以下のように配置される。各溶接パスに対応した熱源は、溶接線１０５，２０５，３０５に沿って、第１溶接パスの入熱部１０７、第２溶接パスの入熱部２０７と、最終溶接パスの入熱部３０７まで配置される。なお、第１溶接パス、第２溶接パスおよび最終溶接パスにおける溶接棒１０２および投影溶接棒２０２，３０２に関してはモデル化を行わない。
【００３２】
図１において、符号１０６、符号２０６、符号３０６は、それぞれ第１溶接パス、第２溶接パスおよび第３溶接パスにおける溶接済みの溶接線を表す。また、符号１０４、符号２０４、符号３０４は、それぞれ、第１溶接パスにおける被溶接体１０１、および、第２溶接パスならびに最終溶接パスの投影被溶接体２０１，３０１に対する、溶接棒１０２，２０２，３０２の相対速度を表す。この解析モデルでは、溶接棒を基準とした移動座標系を用いることで、被溶接体１の各位置において実際の溶接棒２の移動と逆方向の移動となる。
【００３３】
次に、溶接開始時の条件を初期条件に設定する（ステップＳ３）。溶接開始時温度などが初期条件にあたる。
【００３４】
その後、各溶接パスの溶接条件で弾塑性解析および伝熱解析を行う（ステップＳ４）。計算は各パスそれぞれの溶接条件で順次行われていく。
【００３５】
被溶接体１０１では第１溶接パスによる溶接の計算が行われ、その下流部では第１溶接パスによる残留応力が計算されている。この状態が投影被溶接体２０１の解析の入力となっており、投影被溶接体２０１の入熱部２０７によって、第１溶接パスの溶接終了状態に加えて第２溶接パスの溶接解析が行われる。したがって、被溶接体２０１の下流部では第１溶接パスの履歴に加えて第２溶接パスの解析が終了した状態の残留応力が計算されている。同様に繰り返すことにより、最終溶接パスをモデル化している投影被溶接体３０１の下流側では、全溶接パスによる入熱が加わった後、すなわち全溶接終了状態の残留応力が得られることとなる。
【００３６】
上述のモデル化により、最終溶接パスの被解析体が溶接を終了すると同時に、被解析体１が全ての溶接パスによる計算を経て、弾塑性解析および伝熱解析を終える。全ての溶接パスを数値的に連続として扱うことで、溶接による計算履歴が以後の溶接パスの弾塑性解析条件および伝熱解析条件としてもれなく引き継がれる。
【００３７】
最後に、計算結果を出力して（ステップＳ５）、解析を終了する。
【００３８】
なお、弾塑性解析および伝熱解析は同時に行ってもよいが、まず伝熱解析を行い、その後、伝熱解析によって得られる温度履歴を用いて弾塑性解析を行ってもよい。
【００３９】
図６は、本実施の形態における解析システムのブロック図である。
【００４０】
この解析システムは、解析プログラム記憶装置１３、計算結果記憶装置１４、解析条件・物性・解析モデル記憶装置１５、ＣＰＵ（演算装置）１６、メモリ１７、入力装置１８および表示装置１９を備えている。解析プログラム記憶装置１３には、上述の解析方法を実現するためのコンピュータプログラムが記憶されている。たとえば入力装置１８から入力された解析条件、物性値および解析モデルは解析条件・物性・解析モデル記憶装置１５に記憶される。解析モデルは、解析条件・物性・解析モデル記憶装置１５に、被溶接体１の形状、各溶接パスでの溶接棒２の移動などを入力して、自動的に生成させてもよい。
【００４１】
解析者が、入力装置１８を介して演算装置１６に対する解析実行の命令を入力すると、演算装置１６は、弾塑性解析プログラムを弾塑性解析記録装置１３から、解析条件・物性・解析モデルを解析条件・物性・解析モデル記録装置１５から読み込み、弾塑性解析および伝熱解析の計算を開始する。解析終了後、解析結果を計算結果記録装置１４に記録して終了する。解析が終了した旨を、表示装置１９により解析者に通知しても良い。
【００４２】
なお、解析対象となる被溶接体１０１および投影被溶接体２０１，３０１の領域全体を分割し、それぞれ別のＣＰＵで同時かつ独立に計算を行う並列計算方法を用いてもよい。この場合、ＣＰＵ１６を複数個とした共有メモリ型並列計算機や、複数の上述の解析システムをネットワークで互いに結合したＰＣクラスタ並列計算機のような分散メモリ型並列計算機を用いることができる。
【００４３】
固定座標系によって溶接線を入熱部が移動するようにモデル化した場合には、温度やひずみ、応力などの変化を高い精度で解析を行うためには、溶接棒の移動範囲全体に渡って密な解析格子を準備する必要があり、多大な計算量が必要となる。一方、本実施の形態のように移動座標系の解析モデルを用いると、入熱部の近傍では溶接途中の高温の状態を表しているが、入熱部の十分下流側では溶接棒が通り過ぎ十分時間が経過して低温となった状態を表しており、溶接後の残留応力やひずみを得ることができる。したがって、入熱部の下流側の溶接棒が通り過ぎ十分時間が経過して低温となった部分のみを密な解析格子として解析を行うことにより、精度の高い解析結果が短時間で得られる。
【００４４】
このように、本実施の形態の解析方法を用いることにより、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
【００４５】
［第２の実施の形態］
図７は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第２の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【００４６】
本実施の形態では、円筒の側面の一部が被溶接体１０１であり、この被溶接体１０１の外面に、多層の周方向溶接を施す場合の解析を行う。被溶接体１０１は回転対称体の一部であるから、被溶接体１０１を固定した固定座標系では、溶接棒１０２は回転運動する。そこで、本実施の形態では、座標系として入熱部とともに移動する回転座標系を用いる。被溶接体１０１の移動は、実際の溶接棒１０２の回転と逆方向の回転となる。
【００４７】
このような被溶接体１０１であっても、回転座標系を用いることにより第１の実施の形態と同様に残留応力解析を行うことができ、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
【００４８】
［第３の実施の形態］
図８は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第３の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【００４９】
本実施の形態では、被溶接体１０１は扇形であり、この被溶接体１０１の上面の周方向に、多層の周方向溶接を施す場合の解析を行う。周方向溶接であるから、被溶接体１０１を固定した固定座標系では、溶接棒１０２は回転運動する。そこで、本実施の形態では、座標系として入熱部とともに移動する回転座標系を用いる。被溶接体１０１の移動は、実際の溶接棒１０２の回転と逆方向の回転となる。
【００５０】
このような被溶接体１０１であっても、回転座標系を用いることにより第１の実施の形態と同様に残留応力解析を行うことができ、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
【００５１】
［第４の実施の形態］
図９は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第４の実施の形態における被溶接体の斜視図である。
【００５２】
本実施の形態の被溶接体１は、円筒状の回転対称体である。この被溶接体１の外面の円周方向の溶接線５に沿って溶接棒２を移動させて、多層の周方向溶接を施す場合の残留応力解析を行う。図９において、符号６は溶接済みの溶接線、符号１１は、被溶接体１の溶接棒に対する相対回転方向、符号１２は溶接棒２に対する被溶接体１の相対回転速度を示す。
【００５３】
図１０は、本実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【００５４】
本実施の形態でも、第２の実施の形態と同様に、各溶接パスにおける被溶接体１を１回のパスにおける溶接の終点と次の溶接パスの始点とが数値的に連続となるように投影する。この際、２回目以降の溶接パスでは、投影された被溶接体１００１は、前回までの溶接パスと空間的に重なる場合があるが、これを許容する。つまり、各溶接パスにおける被溶接体１００１は、数値的に連続となる投影であるが、各溶接パスは計算上数値的に異なる座標として取り扱う。
【００５５】
図１０において、符号１０２は１回目の溶接パスにおける溶接棒、符号２０２は２回目の溶接パスにおける溶接棒を示す。また、符号１０７は１回目の溶接パスにおける入熱部、符号２０２は２回目の溶接パスにおける入熱部を示す。符号１００５は、投影された未溶接の溶接線、符号１００６は、投影された溶接済みの溶接線を示す。被溶接体１の円周方向長さは、溶接棒１０２が溶接部を通過し、次の溶接棒２０２が現れるまでの時間と溶接速度から決まる。
【００５６】
被溶接体１を複数回の溶接パスに対応させて投影したものを連続して配置すると実構造物の円周長さ以上となる場合であっても、本実施の形態の解析方法によれば、１回の解析で残留応力が計算できるようにモデル化することができる。よって、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
【００５７】
［第５の実施の形態］
図１１は、本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第５の実施の形態における被溶接体の斜視図である。
【００５８】
本実施の形態の被溶接体１は、円板状の回転対称体である。この被溶接体１の上面の円周方向の溶接線５に沿って溶接棒２を移動させて、多層の周方向溶接を施す場合の残留応力解析を行う。
【００５９】
図１２は、本実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【００６０】
本実施の形態でも、第３の実施の形態と同様に、各溶接パスにおける被溶接体１を１回のパスにおける溶接の終点と次の溶接パスの始点とが数値的に連続となるように投影する。この際、２回目以降の溶接パスでは、第４の実施の形態と同様に、投影された被溶接体１００１は、前回までの溶接パスと空間的に重なる場合があるが、これを許容する。つまり、各溶接パスにおける被溶接体１００１は、数値的に連続となる投影であるが、各溶接パスは計算上数値的に異なる座標として取り扱う。
【００６１】
被溶接体１を複数回の溶接パスに対応させて投影したものを連続して配置すると実構造物の円周長さ以上となる場合であっても、本実施の形態の解析方法によれば、１回の解析で残留応力が計算できるようにモデル化することができる。よって、多層溶接時の残留応力解析に要する計算時間を短縮することができる。
【００６２】
［その他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第１の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【図２】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第１の実施の形態における解析対象の多層溶接を示す斜視図である。
【図３】固定座標系における解析モデルを模式的に示す斜視図である。
【図４】移動座標系における解析モデルを模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第１の実施の形態における解析手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第１の実施の形態における解析システムのブロック図である。
【図７】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第２の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【図８】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第３の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【図９】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第４の実施の形態における被溶接体の斜視図である。
【図１０】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第４の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【図１１】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第５の実施の形態における被溶接体の斜視図である。
【図１２】本発明に係る多層溶接時の残留応力解析の第５の実施の形態における解析モデルの斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１，２１，１０１，１００１…被溶接体、２，２２，１０２…溶接棒、５，２５，１０５，２０５，３０５…溶接線、６…溶接済みの溶接線、７，１０７，２０７，３０７…入熱部、８…進行速度、２４…溶接金属、２０１，３０１…投影被溶接体、２０２，３０２…投影被溶接棒、１３…解析プログラム記憶装置、１４…計算結果記憶装置、１５…解析条件・物性・解析モデル記憶装置、１６…ＣＰＵ、１７…メモリ、１８…入力装置、１９…表示装置
【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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