(57)【要約】【課題】スポット溶接部の評価に関し、解析精度の確保と解析モデルを簡素化しながらスポット溶接箇所を含むパネルの強度を精度良く評価する。【解決手段】パネルを複数の要素に分割し、分割された各要素を単位として有限要素法を用いた応力解析により前記パネルの前記溶接部分の応力値を算出し、溶接部分の応力値に基づいて該溶接部分の強度を評価する評価方法であって、スポット溶接の近傍については、スポット溶接の中心部を要素の節点に一致させ、該中心部を中心として中心側から中心要素４０及び第１，第２，第３のリング状要素４１〜４３を含む複数の同心リング状要素に要素分割し、同心リング状要素をいずれも周方向に複数に分割して要素を構成し、分割された最外リング状要素４４については、高次の座標関数を用いるＰ法有限要素法で前記応力値を算出する。【選択図】        図５
2004347526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接によって接合された複数のパネルの該溶接部分の強度を評価するスポット溶接部評価方法であって、
前記パネルを複数の要素に分割する第１ステップと、
前記第１ステップにより得られた要素を用いて有限要素法による応力解析により前記パネルの前記溶接部分の応力値を算出する第２ステップと、
前記第２ステップにより得られた前記溶接部分の応力値に基づいて該溶接部分の強度を評価する第３ステップとをそなえ、
前記第１ステップでは、前記スポット溶接の近傍については、前記スポット溶接の中心部を前記要素の節点に一致させ、該中心部を中心として複数の同心リング状に要素分割すると共に、前記複数の同心リング状の要素分割をさらに周方向に複数に分割して前記要素を構成し、
前記第２ステップでは、前記スポット溶接の近傍について構成された前記同心リング状の要素分割されたうちの最外側に位置する最外リング状要素については、高次の座標関数を用いるＰ法有限要素法で前記応力値を算出する
ことを特徴とする、スポット溶接部の評価方法。
【請求項２】
前記第２ステップでは、前記最外リング状要素以外の要素については、低次の座標関数を用いるＨ法有限要素法で前記応力値を算出することを特徴とする、請求項１記載のスポット溶接部の評価方法。
【請求項３】
前記要素は、前記スポット溶接の近傍を除いて矩形要素として構成されることを特徴とする、請求項１又は２記載のスポット溶接部の評価方法。
【請求項４】
前記の複数の同心リング状要素分割は、中心から放射方向に、前記スポット溶接に対応した最内層の第１層から前記最外層の第３又は４層まで３又は４分割されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載のスポット溶接部の評価方法。
【請求項５】
前記複数の同心リング状の要素分割に対する周方向分割は、４〜８分割であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載のスポット溶接部の評価方法。
【請求項６】
スポット溶接によって接合された複数のパネルの該溶接部分の応力状態を解析するスポット溶接部の応力解析装置であって、
前記パネルを複数の要素に自動分割する要素分割手段と、
前記要素分割手段により得られた要素を用いた有限要素法による応力解析により前記パネルの前記溶接部分の応力値を算出する応力解析演算手段とをそなえ、
前記要素分割手段では、前記スポット溶接の近傍については、前記スポット溶接の中心部を前記要素の節点に一致させ、該中心部を中心として複数の同心リング状に要素分割すると共に、前記複数の同心リング状の要素分割をさらに周方向に複数に分割して前記要素を構成し、
前記応力解析演算手段では、前記スポット溶接の近傍について構成された前記同心リング状の要素分割されたうちの最外側に位置する最外リング状要素については、高次の座標関数を用いるＰ法有限要素法を適用する
ことを特徴とする、スポット溶接部の応力解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のボディなどの、複数枚のパネルが複数箇所でスポット溶接されて形成されている構造体において、スポット溶接箇所における強度を数値解析によって推定し評価するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、構造体の開発期間の短縮化や開発費用の低減化といった要望に答えるべく、コンピュータを用いて構造体の強度を数値解析する技術が開発され利用されている。このような構造体の強度解析の技術として、有限要素法が有用なことが知られている。
【０００３】
構造体のなかには、例えば自動車のボディのように、複数枚のパネルが複数箇所でスポット溶接されて形成されているものがある。この種の構造体の強度に関しコンピュータを用いて解析する場合には、スポット溶接部をモデル化し、そのモデルに対して有限要素法を適用することになる。有限要素法で計算可能なようにスポット溶接部をモデル化する方法がいくつか開発されており、例えば梁結合モデル，共有節点モデル，クモの巣モデル，ＲＢＥ３モデル，ソリッドモデル，共有辺モデル等が知られている。
【０００４】
図１１は梁結合モデルの一例であり、複数のパネル１１，１２をスポット溶接箇所で梁要素１３により結合したものとしてモデル化している。梁要素１３により結合された各パネル１１，１２は、それぞれ適当に要素分割され、分割された要素単位で有限要素法を用いて強度に関する解析が行なわれる。このとき、梁要素１３及び各パネル１１，１２のこの梁要素と結合する部分は一般に剛体要素として扱う。
【０００５】
ところで、これらのモデル化の方法では、溶接によって複数のパネルに亘って形成される凝固部がパネルからパネルに曲げモーメントを伝達する事象を正確には記述するには、モデルの構成を複雑にしなくてはならず、モデル作成に時間がかかってしまう。逆に、モデルの構成をシンプルにして短時間にモデルを作成できるようにすれば、スポット溶接部周りの事象を正確に解析できない。
【０００６】
そこで、解析精度を要求される箇所についてはモデルを細かく構成し、他の部分についてはモデルを粗く構成することで、スポット溶接部周りの事象を正確に解析できるようにしながら、モデル化に要する時間を短縮させる技術が開発されている。
例えば特許文献１には、共有節点モデルを用いてスポット溶接部の簡易モデルを作成して、このモデルを用いて有限要素法を実行し、実行後に面直方向の剥離距離に対応する値を算出して、算出された値を所定値と比較して剥離距離が大きい箇所を選別し、この箇所についてのみ詳細モデルを作成する技術が提案されている。つまり、解析精度が低い簡易モデルを用いても、危険性が高いスポット溶接箇所では大きな剥離距離が計算され、危険性が低い箇所では小さな剥離距離が計算されるので、剥離距離によって詳細モデルが必要か否かを正確に判別できるのである。
【０００７】
ところで、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、梁結合モデルの各パネルを要素分割する場合、様々な分割形態があり、図１１（ａ）に示すように、梁要素１３と結合する部分を節点１４として各パネル１１，１２で同様な要素（一般には矩形要素）に分割したり、図１１（ｂ）に示すように、梁要素１３と結合する部分を節点１４として各パネル１１，１２で異なる大きさの要素に分割したり、スポット溶接部周りの形状によっては、図１１（ｃ）に示すように、同一パネル１１内で部分的に要素の形状を異なるように設定することも考えられる。
【０００８】
このような要素分割に着目すると、上述のように、スポット溶接部周りの事象を正確に解析できるようにしながらモデル化に要する時間を短縮させるには、スポット溶接箇所の周辺が強度的に危険性が高いことは明らかなので、スポット溶接箇所の近傍は要素分割を細かくし、その他の部分は要素分割を粗くすることが一般に考えられる。
【０００９】
また、スポット溶接箇所を含むパネルの強度を評価する場合、例えば、スポット溶接部を環状亀裂と見なして、破壊力学の応力拡大係数ΔＫθｍａｘ（Ｋ値）を用いる方法や、スポット要素の６分力から平板の弾性理論を用いて求められる、溶接のナゲット部分の公称構造応力σＭを用いる方法等がある。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−３５９８６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コンピュータを用いた演算によってスポット溶接箇所を含むパネルの強度を評価する場合、解析精度の確保とモデルの簡素化とを両立させるためには、どのような解析手法を採用するか、溶接箇所の近傍に具体的にどのような要素分割を採用するかが課題となる。
【００１２】
解析手法については、上述の破壊力学のＫ値を用いる方法の場合、Ｋ値を推定できれば計算モデルの簡略化が可能になるが、Ｋ値を推定するためには、剪断，剥離，平面曲げの各モードに対するＫ値のデータベース化が必要となり、これに膨大な時間と労力を要してしまう。
また、公称構造応力σＭを用いる方法の場合、要素数が少なく、改修構造を検討しやすい反面、入力形態の違いに影響されやすく、解析結果に大きなばらつきが生じやすい。
【００１３】
要素の分割については、上記の特許文献１にも開示されているように、梁要素と、その梁要素の周囲に細かな密度で配置される隣接板要素と、梁要素と隣接板要素との間にあって両者を接続する剛体要素とでスポット溶接を記述する、クモの巣モデルが適しているものと考えられるが、例えば応力値を用いて解析を行なう場合、クモの巣モデルを適用するスポット溶接部分とこれに隣接する一般の要素とが連続するように解析を行なう必要がある。この場合、解析精度を確保したいが、要素分割はできるだけシンプルなものにしたい。
【００１４】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、解析精度の確保と解析モデルを簡素化しながらスポット溶接箇所を含むパネルの強度を精度良く評価することができるようにした、スポット溶接部の評価方法及び応力解析装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のスポット溶接部の評価方法は、スポット溶接によって接合された複数のパネルの該溶接部分の強度を評価するスポット溶接部評価方法であって、前記パネルを複数の要素に分割する第１ステップと、前記第１ステップにより得られた要素を用いた有限要素法による応力解析により前記パネルの前記溶接部分の応力値を算出する第２ステップと、前記第２ステップにより得られた前記溶接部分の応力値に基づいて該溶接部分の強度を評価する第３ステップとをそなえ、前記第１ステップでは、前記スポット溶接の近傍については、前記スポット溶接の中心部を前記要素の節点に一致させ、該中心部を中心として複数の同心リング状に要素分割すると共に、前記複数の同心リング状の要素分割をさらに周方向に複数に分割して前記要素を構成し、前記第２ステップでは、前記スポット溶接の近傍について構成された前記同心リング状の要素分割されたうちの最外側に位置する最外リング状要素については、高次の座標関数を用いるＰ法有限要素法で前記応力値を算出することを特徴としている。
【００１６】
これにより、スポット溶接の近傍について構成された同心リング状に要素分割されたうちの最外側に位置する最外リング状要素については、高次の座標関数を用いるＰ法有限要素法が適用され、要素分割を比較的細かくすることなく、スポット溶接周りの要素の外側の一般の要素との連続性を確保することができる。
前記第２ステップでは、前記最外リング状要素以外の要素については、線形の応力解析を用いるＨ法有限要素法で前記応力値を算出することが好ましい。
【００１７】
前記要素は、前記スポット溶接の近傍を除いて矩形要素として構成されることが好ましい。
前記の複数の同心リング状要素分割は、中心から放射方向に、前記スポット溶接に対応した最内層の第１層から前記最外層の第３又は４層まで３又は４分割されることが好ましい。
【００１８】
前記複数の同心リング状の要素分割に対する周方向分割は、４〜８分割であることが好ましい。
本発明のスポット溶接部の応力解析装置は、スポット溶接によって接合された複数のパネルの該溶接部分の応力状態を解析するスポット溶接部の応力解析装置であって、前記パネルを複数の要素に自動分割する要素分割手段と、前記要素分割手段により分割された各要素を単位として有限要素法を用いた応力解析により前記パネルの前記溶接部分の応力値を算出する応力解析演算手段とをそなえ、前記要素分割手段では、前記スポット溶接の近傍については、前記スポット溶接の中心部を前記要素の節点に一致させ、該中心部を中心として複数の同心リング状に要素分割すると共に、前記複数の同心リング状の要素分割をさらに周方向に複数に分割して前記要素を構成し、前記応力解析演算手段では、前記スポット溶接の近傍について構成された前記同心リング状の要素分割されたうちの最外側に位置する最外リング状要素については、高次の座標関数を用いるＰ法有限要素法を適用することを特徴としている。
【００１９】
これにより、スポット溶接の近傍について構成された同心リング状の要素分割されたうちの最外側に位置する最外リング状要素については、高次の座標関数を用いるＰ法有限要素法が適用され、要素分割を比較的細かくすることなく、スポット溶接周りの要素の外側の一般の要素との連続性を確保することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図９は本発明の一実施形態としてのスポット溶接部の評価方法及び評価装置（応力解析装置を含む）を示すもので、これらの図に基づいて説明する。
図２は本実施形態に関する評価装置のハードウエア構成を示すブロック図である。図２に示すように、共通バス１を介して、ＣＰＵ２，ＲＡＭ３，ディスプレイ４，キーボード５、ディスク装置６が設けられている。ＣＰＵ２は、ディスク装置６内に保管されている動作プログラムファイル６１をＲＡＭ３上で実行させる場合の中央演算処理装置である。また、ディスク装置６には、解析対象となる構造物（ここでは、自動車のボディ）のＣＡＤデータファイル６２，この構造物に関するＦＥＭによる解析結果ファイル６３，本装置に係る動作により作成されるパネル構造ファイル６４，応力データファイル６５等も適宜保管される。
【００２１】
本評価装置は、このようなハードウエア構成を用いて、図３に示すように、評価対象の構造物のパネルを複数の要素（メッシュ又はメッシュ要素ともいう）に自動分割する機能（要素分割手段）２１と、有限要素法（以下、ＦＥＭともいう）を用いた応力解析によりパネルの溶接部分の応力値を算出する機能（応力解析演算手段）２２と、算出された溶接部分の応力値に基づいて溶接部分の強度を評価する機能（強度評価手段）２３とが設けられている。これらの各手段２１〜２３は、既存のプログラムソフトを利用して構成することができる。
【００２２】
ここで、本実施形態にかかるスポット溶接部の評価方法を説明しながら、本評価装置についても説明する。
図１に示すように、本評価方法では、まず、ＣＡＤデータを取り込んで（ステップＳ１０）、このＣＡＤデータに基づいて、解析用の面データの作成を行なう（ステップＳ２０）。ここでは、面データは、構造物（自動車のボディ）を構成する部品単位の面データ［自動車のボディパネル単位の面データ３１，図４（ａ）参照］として作成する。この際、必要に応じて、板厚分のオフセット等を行なう。
【００２３】
次に、要素分割手段２１によりステップＳ３０，Ｓ４０に示すように要素分割を行なう。
つまり、各部品単位の面データを要素分割して第１のＦＥＭデータ３２を作成する（ステップＳ３０）。この要素分割では、各要素が主に矩形をなすように要素分割が行なわれる［図４（ｂ）参照］。このようなシンプルな矩形要素分割は分割ロジックを比較的簡素にできるが、自動車パネルのように、比較的平面に近くまた部品パネル自体も矩形に近いものの場合、分割ロジックが簡素なだけでなく、要素とパネル形状との相性も良い。
【００２４】
一方、ＣＡＤデータの取り込みと平行して、スポット溶接の位置が指示（入力）される（ステップＳ３２）と、これに基づいて、スポット溶接位置データが作成され（ステップＳ３４）、このポット溶接位置データに基づいて、ステップＳ３０で作成された第１のＦＥＭデータのうち、スポット溶接点周りについて特殊処理（スポット点処理）を行なう（ステップＳ４０）。
【００２５】
つまり、図４（ｃ）に示すように、第１のＦＥＭデータ、即ち、自動要素分割されたパネルデータに対して、スポット溶接位置（スポット溶接点，又は、単にスポット点ともいう）に応じて節点３３を作成し、図４（ｄ）に示すように、この節点３３周り（スポット溶接点周り）を再分割することにより第２のＦＥＭデータ３４を作成する。この再分割に関して、本方法及び装置では特有の処理を行なうが、これについては後述する。
【００２６】
このように、各部品単位で第２のＦＥＭデータ３４が作成されたら、各部品を各スポット溶接箇所において梁要素で結合したものとして組み立て［図４（ｅ）参照］、解析用ＦＥＭデータ３５を作成する（ステップＳ５０）。
次に、解析用ＦＥＭデータ３５を応力解析演算手段２２に入力して各要素を単位として有限要素法を用いた応力解析によりパネルの各部（特に、溶接部分）の応力値を算出する（ステップＳ６０）。この際、再分割された節点３３領域（スポット溶接点領域）については剛体要素として演算を行なう。また、節点３３周りの各要素のうち最外リング状要素についてはこれをＰ法要素としＰ法ＦＥＭを用いて解析を行ない、その他の各要素については、一般的なＨ法ＦＥＭを用いて解析を行なう。  なお、ここで算出する応力値は、例えば引張りせん断，純せん断，十字引張り，面内曲げ，面内ねじり等に対する応力値であり、実際の構造物に加わる力を模した場合の応力を算出するように設定する。
【００２７】
このようにして各部の応力値が算出されたら、スポット溶接点周りについては、強度評価手段２３により、剛体要素に直接隣接しないで第１のリング状要素を介して隣接する第２のリング状要素要素の応力値に基づいて溶接部分の強度を評価する（ステップＳ７０）。
ここで、スポット溶接点中心を節点３３としてこの節点３３周り（スポット溶接点周り）を再分割する手法について説明する。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、スポット溶接点の近傍では、パネルをスポット溶接点中心と同心状に、中心から径方向に、中心要素４０，第１のリング状要素（第１層）４１，第２のリング状要素４２（第２層），第３のリング状要素４３（第３層），最外リング状要素（第４層）４４とに分割すると共に、第１のリング状要素４１，第２のリング状要素４２，第３のリング状要素４３，第４のリング状要素（最外リング状要素）４４については、周方向に８分割している。
【００２９】
この結果、スポット溶接点周りでは、中心要素４０に直接隣接した８つの第１のリング状要素４１と、各第１のリング状要素４１の外側に直接隣接した８つの第２のリング状要素４２と、各第２のリング状要素４２の外側に直接隣接した８つの第３のリング状要素４３と、各第３のリング状要素４３の外側に直接隣接した８つの最外リング状要素４４とが形成されることになる。このような要素分割は、図５（ｂ）に示すように、スポット溶接部分を梁要素として互いに結合する複数のパネル３６ａ，３６ｂ（各パネルを区別しない場合は符号３６）についてそれぞれ行なわれる。
【００３０】
ところで、図６（ａ）はスポット溶接点周りの四分の一要素を示す模式図であり、図６（ｂ）は各要素４１〜４４に関する応力値特性を模式的に示すものである。
中心要素４０を剛体要素として応力値解析を行なうと、図６（ｂ）に示すように、中心要素４０から離れるほど応力値σは低くなり、中心要素４０に近づくほど応力値σは高くなる。したがって、中心要素４０に直接隣接した第１のリング状要素４１の一端では応力値σは他の部位に比べて非常に大きくなり、複雑な近似計算を行なわなければ、算出することができないし、応力に基づく評価も近似法によっては適正でなくなるおそれがある。
【００３１】
そこで、本技術では、第１のリング状要素４１の応力値は強度評価の対象から除外し、第１のリング状要素４１に連続する第２のリング状要素４２の応力値に基づいて強度評価を行なうようにしているのである。
ところで、図６（ａ）に示すように、中心要素４０は径方向長さ（半径）ｒ、第１のリング状要素４１は径方向長さ（外径−内径）ｄ１、第２のリング状要素４２は径方向長さ（外径−内径）ｄ２、第３のリング状要素４３は径方向長さ（外径−内径）ｄ３、最外リング状要素４４は径方向長さ（外径−内径）ｄ４に設定される。
【００３２】
また、中心要素４０，第１のリング状要素４１の径方向の大きさの設定は、スポット溶接のナゲットの外径Ｄに対応させたものである。つまり、スポット溶接では、図９に示すように、溶接ガン７１ａ，７１ｂの外径と対応するように各パネル３６ａ，３６ｂ，３６ｃにナゲットが形成される。本来は、剛体要素として扱う中心要素４０の外径ｒをナゲットの外径Ｄに一致させるべきではあるが、本技術では、強度評価を第２のリング状要素４２に着目して行なっており、この第２のリング状要素４２を実際のナゲット周りと対応させるために、中心要素４０と第１のリング状要素４１との径方向の大きさの和ｒ＋ｄ１がナゲットの外径Ｄと略一致するように設定されているのである。
【００３３】
これにより、第１のリング状要素４１の径方向の大きさｄ１を抑えることで、解析精度を確保することができる。
また、第２のリング状要素４２の径方向長さｄ２は、既存の歪ゲージの歪検出幅と対応させたものとして設定している。つまり、図７に示すように、実機（実車）のパネル３６の第２のリング状要素４２と対応する箇所にちょうど歪ゲージ７０を装着できれば、実機試験を行なって、応力解析結果を適切に精度良く検証することができる。このため、歪ゲージ７０のセンサ部７０ａの歪検出幅と対応するように、第２のリング状要素４２の径方向長さｄ２を設定しているのである。
【００３４】
また、本技術では、評価対象である第２のリング状要素４２の外側に、第３のリング状要素４３と最外リング状要素４４とを設けており、最外リング状要素４４についてはこれをＰ法要素としＰ法ＦＥＭを適用し、他の要素についてはＨ法ＦＥＭを適用している。
第３のリング状要素４３は、評価対象である第２のリング状要素４２と、Ｐ法ＦＥＭを適用する最外リング状要素４４とを滑らかに接続させるように設けられるもので、径方向長さ（外径−内径）はあまり大きくとる必要がない。そこで、第３のリング状要素４３の径方向長さは比較的小さい値として解析精度を高めているのである。
【００３５】
一方、スポット溶接周りの要素の外径（即ち、最外リング状要素４４の外径）は、溶接箇所として多いフランジ部分のフランジ幅によって規制される。つまり、スポット溶接されるパネル３６には、図８に示すようなフランジ部分３６Ａが多くあり、このようなフランジ部分３６Ａのフランジ幅（Ｒ部分を除く）は一般に１２〜１６ｍｍ程度である。
【００３６】
これに合わせて、本技術では、スポット溶接周りの要素の外径（中心から最外部間での距離）を１２〜１６ｍｍ程度としている。
この結果、最外リング状要素４４の径方向長さｄ４は、比較的大きくなるが、解析精度は十分に確保される。つまり、最外リング状要素４４の解析には、スポット溶接周りの再分割要素の外側の一般の要素４５ａ〜４５ｆ［図５（ｂ）参照］との連続性を確保するために、前述のようにＰ法ＦＥＭを適用している。Ｐ法ＦＥＭの場合、図１０（ａ）に示すように、高次関数（高次の座標関数）による高次数の応力解析を採用することによって、図１０（ｂ）に示すＨ法［低次関数（低次の座標関数）による低次数の応力解析を採用する手法］のように要素を細かくすることなく、要素が大きいままで高精度の解析を行なうことができるのである。
【００３７】
なお、ここで、Ｐ法ＦＥＭで採用する高次関数とは、Ｈ法で採用する関数よりも次数の高い関数であり、例えば、Ｈ法で最大次数が１次の関数（線形関係）を採用する場合には、Ｐ法ＦＥＭで採用する高次関数は２次以上の関数を示す。当然ながらＰ法ＦＥＭで解析精度を上げるには、より高次の関数を採用することになる。
【００３８】
本発明の一実施形態としてのスポット溶接部の評価方法及び評価装置（応力解析装置を含む）は、上述のように構成されているので、以下のような効果が得られる。
剛体要素としての中心要素４０に直接隣接した第１のリング状要素４１については応力値が他の部位に比べて非常に大きくなるので強度の評価が難しくなるが、本技術では、第２のリング状要素４２についての応力値に基づいて強度評価を行なうので、溶接部分の強度評価を容易にしかも精度良く行なうことができる。つまり、第２のリング状要素４２は、中心要素４０に直接隣接しないがこの中心要素４０に近く、溶接ナゲットの周りに対応した位置にあるため、その応力値はスポット溶接部分に対応したものとなるので、溶接部分の強度評価を容易にしかも精度良く行なうことができるのである。
【００３９】
さらに、中心要素４０の外径をスポット溶接のナゲット部の外径よりも僅かに小さく設定するとともに、第１のリング状要素４１の外径をスポット溶接のナゲット部の外径と略同一に設定することにより、評価対象となる第２のリング状要素４２を実際のナゲット部の周縁と対応させることができ、評価対象部の解析精度を向上させて、評価の精度を確保することができる。
【００４０】
第２のリング状要素４２の径方向幅を、歪ゲージ７０の歪検出幅と略同一の大きさに設定することにより、実車の第２のリング状要素に相当する部位に歪ゲージを装着して実車試験を行なって、第２ステップによる応力解析結果を適切に精度良く検証することができ、スポット溶接部分の強度評価にかかる技術を向上させることができる。
【００４１】
また、一般に、Ｈ法ＦＥＭでは、通常要素分割を細かくして解析精度を向上させるが、第１〜第４のリング状要素４１〜４４に対する周方向分割を４〜８分割とすると、十分な解析精度を得られる。特に、周方向分割を８分割程度まで増やすと分割数の増大の応じて解析精度は向上するが、周方向分割を８分割よりも多くしても解析精度は僅かしか向上しない。そこで、かかる周方向分割を８分割とすることが好ましく、これにより、要素分割工数や演算数を抑えながら、スポット溶接部分の解析精度を向上させることができ、処理時間を短くしながらスポット溶接部分の強度評価を高精度に行なうことができるようになる。
【００４２】
また、複数の同心リング状要素分割は、中心から放射方向に、スポット溶接に対応した最内層の第１層から前記最外層の第４層まで４分割されることによっても、要素分割工数や演算数を抑えながら、スポット溶接部分の解析精度を向上させることができ、処理時間を短くしながらスポット溶接部分の強度評価を高精度に行なうことができるようになる。
【００４３】
さらに、最外リング状要素４４には、Ｐ法ＦＥＭを適用しているので、要素分割を細かくすることなく、スポット溶接周りの再分割メッシュの外側の一般の要素（主として矩形の要素）４５ａ〜４５ｆとの連続性を確保することができ、要素分割工数や演算数を抑えながら、スポット溶接部分の解析精度を向上させることができる。
【００４４】
また、最外リング状要素以外の要素については、低次の（例えば１次である線形の）応力解析を用いるＨ法有限要素法で前記応力値を算出することにより、一般的な解析ロジックを用いて平易に応力解析を実施できる。
また、要素を、前記スポット溶接の近傍を除いて主として矩形要素として構成することで、要素分割ロジックを簡素化でき、特に自動車のボディのように比較的矩形形状に近いパネルの強度評価にも対応しやすいくなり、処理時間を短くしながらスポット溶接部分の強度評価を高精度に行なうことができるようになる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、中心要素を剛体要素として応力値解析を行なうように構成しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも中心要素を他の要素よりも剛性の高い要素として応力値解析を行なうようにすれば、上記実施形態と略同様の作用，効果を得ることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、パネルをスポット溶接点中心と同心状に、中心から径方向に中心要素，第１のリング状要素，第２のリング状要素，第３のリング状要素，最外リング状要素に４分割しているが、これに限定されるものではなく、パネルをスポット溶接点中心と同心状に、中心から径方向に２層又は３層或いは５層以上に分割するように構成しても上記実施形態と略同様の作用，効果を得ることができる。
【００４７】
好ましくは、パネルをスポット溶接点中心と同心状に、中心から径方向に３層又は４層に分割する構成とすれば、要素分割工数や演算数を抑えながらスポット溶接部分の解析精度を向上させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のスポット溶接部の評価方法，応力解析装置によれば、要素分割を比較的細かくすることなく、スポット溶接周りの要素の外側の一般の要素との連続性を確保することができ、要素分割工数や演算数を抑えながら、スポット溶接部分の解析精度を向上させることができる。
【００４９】
また、第２ステップで、最外リング状要素以外の要素については、低次の座標関数を用いるＨ法有限要素法で前記応力値を算出することにより、一般的な解析ロジックを用いて平易に応力解析を実施できる。
また、要素は、スポット溶接の近傍を除いて矩形要素として構成されることにより、要素分割ロジックを簡素化でき、特に自動車のボディのように比較的矩形形状に近いパネルの強度評価にも対応しやすいくなり、処理時間を短くしながらスポット溶接部分の強度評価を高精度に行なうことができるようになる。
【００５０】
さらに、複数の同心リング状要素分割は、中心から放射方向に、スポット溶接に対応した最内層の第１層から前記最外層の第３又は４層まで３又は４分割されることにより、要素分割工数や演算数を抑えながら、スポット溶接部分の解析精度を向上させることができ、処理時間を短くしながらスポット溶接部分の強度評価を高精度に行なうことができるようになる。
【００５１】
また、複数の同心リング状の要素分割に対する周方向分割を４〜８分割とすることによっても、要素分割工数や演算数を抑えながら、スポット溶接部分の解析精度を向上させることができ、処理時間を短くしながらスポット溶接部分の強度評価を高精度に行なうことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接部の評価方法及び評価装置（応力解析装置を含む）を説明するフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接部の評価装置（応力解析装置を含む）のハード構成を説明するブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接部の評価装置（応力解析装置を含む）の機能構成を説明するブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるパネルのデータ処理を説明する図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ各工程でのパネルの処理データ例を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接部の要素分割を説明する模式図であり、（ａ）は模式的な平面図、（ｂ）は模式的な斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接部の分割された各要素の応力解析及びスポット溶接部の強度評価について説明する図であり、（ａ）は要素を示し、（ｂ）は各要素における応力値特性を模式的に示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態にかかる実車試験を説明する図であり、実車のスポット溶接部に歪ゲージを装着した状態を示す模式的な平面図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる実車試験を説明する図であり、実車のスポット溶接部に歪ゲージを装着した状態を示す実車パネルの模式的な断面図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接箇所を説明する実車パネルの模式的な断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかるＰ法有限要素法を説明する図であり、（ａ）はＰ法有限要素法を示す図、（ｂ）はその対比のために従来のＨ法有限要素法を示す図である。
【図１１】従来のスポット溶接部の評価のためのパネルの要素分割を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ異なる要素分割状態を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
２  ＣＰＵ
３  ＲＡＭ
４  ディスプレイ
５  キーボード
６  ディスク装置
２１  要素分割手段
２２  応力解析演算手段
２３  強度評価手段
３２，３４，３５  ＦＥＭデータ
３３  節点
４０  中心要素
４１  第１のリング状要素（第１層）
４２  第２のリング状要素（第２層）
４３  第３のリング状要素（第３層）
４４  最外リング状要素（第４層）
６１  動作プログラムファイル
６２  ＣＡＤデータファイル
６３  解析結果ファイル
６４  パネル構造ファイル
６５  応力データファイル
【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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