(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の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際に用いる拘束条件を考慮した拘束固有変形データの計算システムであって、
構造体の溶接線に対応する固有変形データを取得する固有変形データ取得手段と、
溶接時に前記部材を拘束する拘束位置を取得する拘束位置取得手段と、
前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、前記固有変形データ取得手段によって取得された固有変形データを変換して拘束固有変形データを算出する拘束固有変形データ算出手段と、
前記溶接線の溶接幅を取得する溶接幅取得手段とを有し、
前記拘束固有変形データ算出手段は、前記所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置を前記溶接幅取得手段によって取得された溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを算出する、
ことを特徴とする拘束固有変形データの計算システム。
【請求項２】
前記変換式を算出する変換式算出手段を有し、
前記変換式算出手段は、溶接時に前記部材を拘束することなく所定の溶接幅で溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと前記部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとを取得し、取得された前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合を複数の拘束位置について算出し、算出された前記複数の拘束位置についての前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数を算出し、前記近似式を、前記変換式として算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の拘束固有変形データの計算システム。
【請求項３】
前記変換式算出手段は、前記変換式を、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータをｂ´とし、溶接線に対応する固有変形データをＡ０とし、パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データをＡ（ｂ´）とし、複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合に基づいて決定された定数をα、βとして、下記の関係式による指数関数として算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の拘束固有変形データの計算システム。
Ａ（ｂ´）／Ａ０＝１＋α×ｅｘｐ（−β×ｂ´）
【請求項４】
複数の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、
前記構造体の各溶接線について拘束条件を考慮した拘束固有変形データを取得する手段として、
構造体の溶接線に対応する固有変形データを取得する固有変形データ取得手段と、
溶接時に前記部材を拘束する拘束位置を取得する拘束位置取得手段と、
前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、前記固有変形データ取得手段によって取得された固有変形データを変換して拘束固有変形データを算出する拘束固有変形データ算出手段とを有すると共に、
前記構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに、前記拘束固有変形データ算出手段によって算出された各溶接線の拘束固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって前記構造体の溶接変形を算出する溶接変形算出手段とを有し、
前記構造体の各溶接線について拘束条件を考慮した拘束固有変形データを取得する手段として、前記溶接線の溶接幅を取得する溶接幅取得手段をさらに有し、
前記拘束固有変形データ算出手段は、前記所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置を前記溶接幅取得手段によって取得された溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを算出する、
ことを特徴とする溶接変形予測システム。
【請求項５】
複数の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際に用いる拘束条件を考慮した拘束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、構造体の溶接線に対応する固有変形データを取得する固有変形データ取得手段、
溶接時に前記部材を拘束する拘束位置を取得する拘束位置取得手段、及び、
前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、前記固有変形データ取得手段によって取得された固有変形データを変換して拘束固有変形データを算出する拘束固有変形データ算出手段として機能させ、
コンピュータを、さらに、前記溶接線の溶接幅を取得する溶接幅取得手段として機能させ、
該コンピュータを、前記拘束固有変形データ算出手段として機能させるときは、前記所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置を前記溶接幅取得手段によって取得された溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを算出するように機能させる、
ことを特徴とする拘束固有変形データの計算プログラム。
【請求項６】
コンピュータを、さらに、前記変換式を算出する変換式算出手段として機能させ、
該コンピュータを、前記変換式算出手段として機能させるときは、溶接時に前記部材を拘束することなく所定の溶接幅で溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと前記部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとを取得し、取得された前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合を複数の拘束位置について算出し、算出された前記複数の拘束位置についての前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数を算出し、前記近似式を、前記変換式として算出するように機能させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の拘束固有変形データの計算プログラム。
【請求項７】
コンピュータを、前記変換式算出手段として機能させるときは、前記変換式を、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータをｂ´とし、溶接線に対応する固有変形データをＡ０とし、パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データをＡ（ｂ´）とし、複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合に基づいて決定された定数をα、βとして、下記の関係式による指数関数として算出するように機能させる、
ことを特徴とする請求項６に記載の拘束固有変形データの計算プログラム。
Ａ（ｂ´）／Ａ０＝１＋α×ｅｘｐ（−β×ｂ´）
【請求項８】
複数の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、前記構造体の各溶接線について拘束条件を考慮した拘束固有変形データを取得する手段として、
構造体の溶接線に対応する固有変形データを取得する固有変形データ取得手段、
溶接時に前記部材を拘束する拘束位置を取得する拘束位置取得手段、及び、
前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、前記固有変形データ取得手段によって取得された固有変形データを変換して拘束固有変形データを算出する拘束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、前記構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに、前記拘束固有変形データ算出手段によって算出された各溶接線の拘束固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって前記構造体の溶接変形を算出する溶接変形算出手段として機能させ、
該コンピュータを、前記構造体の各溶接線について拘束条件を考慮した拘束固有変形データを取得する手段として、前記溶接線の溶接幅を取得する溶接幅取得手段としてさらに機能させ、
該コンピュータを、前記拘束固有変形データ算出手段として機能させるときは、前記所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置を前記溶接幅取得手段によって取得された溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを算出するように機能させる、
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、複数の部材を溶接してなる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）によって予測する際に用いる固有変形データ、特に溶接時の拘束条件を考慮した拘束固有変形データの計算システム及び計算プログラム、並びに拘束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】
複数の部材を溶接して構造体を製造する場合、溶接時の熱によって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。コンピュータを用いて構造体の溶接変形を予測するものとして、構造体の各溶接線についての固有変形データを利用し、弾性ＦＥＭ解析によって構造体全体の溶接変形を予測するものが知られている。
【０００３】
構造体の溶接変形を弾性ＦＥＭ解析によって予測する際に用いる固有変形データについては、例えば日本溶接協会から溶接継手の溶接タイプや被溶接部材の材料物性等に応じた固有変形データを収録した固有変形データベースが公開されている。
【０００４】
ここで、固有変形について、溶接継手の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、この固有ひずみをその発生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。
【０００５】
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ｔ１１の第１部材Ｍ１１と板厚ｔ１２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。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。
【０００６】
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及びその近傍の所定の領域に固有ひずみが生じ、この固有ひずみは、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とが支配的である。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
この固有ひずみをその発生領域（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Ｄｘ１１、固有横収縮量Ｄｙ１１、固有縦曲げ量Ｒｘ１１、固有横曲げ量Ｒｙ１１はそれぞれ下記の数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Ｄｘ１２、固有横収縮量Ｄｙ１２、固有縦曲げ量Ｒｘ１２、固有横曲げ量Ｒｙ１２はそれぞれ下記の数５から数８で示す式で定義される。
【００１０】
【数１】
0006437244.tif 000002
【００１１】
【数２】
0006437244.tif 000003
【００１２】
【数３】
0006437244.tif 000004
【００１３】
【数４】
0006437244.tif 000005
【００１４】
【数５】
0006437244.tif 000006
【００１５】
【数６】
0006437244.tif 000007
【００１６】
【数７】
0006437244.tif 000008
【００１７】
【数８】
0006437244.tif 000009
【００１８】
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ｂ１１の大きさを有するとともに第２部材Ｍ１２側にｂ１２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εｘ１１（ｙ，ｚ）、εｙ１１（ｙ，ｚ）とし、第２部材Ｍ１２の固有ひずみ成分の分布をεｘ１２（ｙ，ｚ）、εｙ１２（ｙ，ｚ）として表している。
【００１９】
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Ｄｘ１１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Ｄｘ１２は前記数５で示す式によって定義される。
【００２０】
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Ｄｙ１１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Ｄｙ１２は前記数６で示す式によって定義される。
【００２１】
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Ｒｘ１１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Ｒｘ１２は前記数７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（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Ｒｙ１１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Ｒｙ１２は前記数８で示す式によって定義される。
【００２３】
なお、片側隅肉溶接、両側隅肉溶接及び重ね隅肉溶接などの他の溶接タイプにおける固有変形についても、突合せ溶接と同様に、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。
【００２４】
また、前記固有変形データベースに収録された既存の固有変形データは、特定の条件についてのものであることから、例えば特許文献１には、既存の固有変形データベースを利用して既存の固有変形データに収録された溶接線とは異なる材料からなる溶接線の固有変形データを算出するようにしたものが開示されている。また、例えば特許文献２には、互いに溶接される被溶接部材の固有変形を、実際に被溶接部材を溶接した溶接変形前後の形状に基づいて計算するようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２０１２−１１７９２７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８２４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
ところで、複数の部材を実際に溶接して構造体を製造する場合、拘束治具によって拘束した状態で溶接することが一般に行われている。固有変形データについて溶接時の拘束条件を考慮していない場合、拘束治具によって拘束した状態で実際に溶接した溶接変形と固有変形データを用いて予測した溶接変形との誤差が大きくなる。
【００２７】
これに対し、溶接時の拘束条件を考慮して溶接時の拘束条件ごとに熱弾塑性ＦＥＭ解析によって溶接変形を計算することで、固有変形データを用いて予測した溶接変形に比べて溶接変形を精度良く予測することが可能であるが、溶接時の拘束条件ごとに熱弾塑性ＦＥＭ解析によって溶接変形を計算することは計算量が非常に多く計算時間が長くなるという問題がある。また、拘束位置は設計変数であるので、拘束位置が変化する場合の熱弾塑性ＦＥＭ解析による拘束固有変形を数多く計算するのは、現実的ではない。
【００２８】
拘束がない場合の溶接線に対応する固有変形データから、溶接時の拘束条件を考慮した拘束固有変形データを計算することができれば、この拘束固有変形データを用いて弾性ＦＥＭ解析によって溶接変形を予測することで、比較的簡素な計算で溶接変形を精度良く予測することができるものと考えられる。
【００２９】
そこで、本発明は、溶接時の拘束条件に応じた拘束固有変形データを計算する拘束固有変形データの計算システム及び計算プログラム、並びに拘束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】
【００３０】
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。
【００３３】
まず、本願の請求項１に係る発明は、複数の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際に用いる拘束条件を考慮した拘束固有変形データの計算システムであって、構造体の溶接線に対応する固有変形データを取得する固有変形データ取得手段と、溶接時に前記部材を拘束する拘束位置を取得する拘束位置取得手段と、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、前記固有変形データ取得手段によって取得された固有変形データを変換して拘束固有変形データを算出する拘束固有変形データ算出手段と、前記溶接線の溶接幅を取得する溶接幅取得手段とを有し、前記拘束固有変形データ算出手段は、前記所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置を前記溶接幅取得手段によって取得された溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを算出することを特徴とする。
ここで、固有変形データとは、拘束がない状態における固有変形のデータをいい、拘束固有変形データとは、拘束がある状態における固有変形のデータをいうものとする。
【００３４】
また、請求項２に係る発明は、前記請求項１に係る発明において、前記変換式を算出する変換式算出手段を有し、前記変換式算出手段は、溶接時に前記部材を拘束することなく所定の溶接幅で溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと前記部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとを取得し、取得された前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合を複数の拘束位置について算出し、算出された前記複数の拘束位置についての前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数を算出し、前記近似式を、前記変換式として算出することを特徴とする。
【００３５】
また、請求項３に係る発明は、前記請求項２に係る発明において、前記変換式算出手段は、前記変換式を、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータをｂ´とし、溶接線に対応する固有変形データをＡ０とし、パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データをＡ（ｂ´）とし、複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合に基づいて決定された定数をα、βとして、下記の関係式による指数関数として算出することを特徴とする。
Ａ（ｂ´）／Ａ０＝１＋α×ｅｘｐ（−β×ｂ´）
【００３６】
さらに、請求項４に係る発明は、複数の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、前記構造体の各溶接線について拘束条件を考慮した拘束固有変形データを取得する手段として、構造体の溶接線に対応する固有変形データを取得する固有変形データ取得手段と、溶接時に前記部材を拘束する拘束位置を取得する拘束位置取得手段と、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、前記固有変形データ取得手段によって取得された固有変形データを変換して拘束固有変形データを算出する拘束固有変形データ算出手段とを有すると共に、前記構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに、前記拘束固有変形データ算出手段によって算出された各溶接線の拘束固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって前記構造体の溶接変形を算出する溶接変形算出手段とを有し、前記構造体の各溶接線について拘束条件を考慮した拘束固有変形データを取得する手段として、前記溶接線の溶接幅を取得する溶接幅取得手段をさらに有し、前記拘束固有変形データ算出手段は、前記所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置を前記溶接幅取得手段によって取得された溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを算出することを特徴とする。
【００３８】
また、請求項５に係る発明は、複数の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際に用いる拘束条件を考慮した拘束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、構造体の溶接線に対応する固有変形データを取得する固有変形データ取得手段、溶接時に前記部材を拘束する拘束位置を取得する拘束位置取得手段、及び、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、前記固有変形データ取得手段によって取得された固有変形データを変換して拘束固有変形データを算出する拘束固有変形データ算出手段として機能させ、コンピュータを、さらに、前記溶接線の溶接幅を取得する溶接幅取得手段として機能させ、該コンピュータを、前記拘束固有変形データ算出手段として機能させるときは、前記所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置を前記溶接幅取得手段によって取得された溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを算出するように機能させることを特徴とする。
【００３９】
また、請求項６に係る発明において、前記請求項５に係る発明において、コンピュータを、さらに、前記変換式を算出する変換式算出手段として機能させ、該コンピュータを、前記変換式算出手段として機能させるときは、溶接時に前記部材を拘束することなく所定の溶接幅で溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと前記部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとを取得し、取得された前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合を複数の拘束位置について算出し、算出された前記複数の拘束位置についての前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数を算出し、前記近似式を、前記変換式として算出するように機能させることを特徴とする。
【００４０】
また、請求項７に係る発明は、前記請求項６に係る発明において、コンピュータを、前記変換式算出手段として機能させるときは、前記変換式を、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータをｂ´とし、溶接線に対応する固有変形データをＡ０とし、パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データをＡ（ｂ´）とし、複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合に基づいて決定された定数をα、βとして、下記の関係式による指数関数として算出するように機能させることを特徴とする。
Ａ（ｂ´）／Ａ０＝１＋α×ｅｘｐ（−β×ｂ´）
【００４１】
さらに、請求項８に係る発明は、複数の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、前記構造体の各溶接線について拘束条件を考慮した拘束固有変形データを取得する手段として、構造体の溶接線に対応する固有変形データを取得する固有変形データ取得手段、溶接時に前記部材を拘束する拘束位置を取得する拘束位置取得手段、及び、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、前記固有変形データ取得手段によって取得された固有変形データを変換して拘束固有変形データを算出する拘束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、前記構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに、前記拘束固有変形データ算出手段によって算出された各溶接線の拘束固有変形データを適用し、弾性ＦＥＭ解析によって前記構造体の溶接変形を算出する溶接変形算出手段として機能させ、該コンピュータを、前記構造体の各溶接線について拘束条件を考慮した拘束固有変形データを取得する手段として、前記溶接線の溶接幅を取得する溶接幅取得手段としてさらに機能させ、該コンピュータを、前記拘束固有変形データ算出手段として機能させるときは、前記所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、前記拘束位置取得手段によって取得された拘束位置を前記溶接幅取得手段によって取得された溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを算出するように機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
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。
【００４３】
まず、本願の請求項１に係る発明によれば、構造体の溶接線に対応する固有変形データが、溶接時に部材を拘束する拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って変換されて拘束固有変形データが算出されることとなる。これにより、溶接線に対応する固有変形データから、拘束条件を考慮した拘束固有変形データを計算することができる。したがって、構造体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測する際に、拘束条件を考慮した拘束固有変形データを用いることで、比較的簡素な計算で溶接変形を精度良く予測することができる。
【００４４】
また、所定の変換式に従って、拘束固有変形データが算出されるときに、拘束位置を溶接線の溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データが算出される。これにより、溶接線の溶接幅を考慮しない場合に比して、拘束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際に溶接変形を精度良く予測することができる。
【００４５】
また、請求項２に係る発明によれば、拘束することなく所定の溶接幅で溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとが取得され、固有変形データに対する拘束固有変形データの割合が複数の拘束位置について算出される。そして、複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データとの関係を表した近似式の定数が算出され、前記近似式が、前記変換式として算出される。これにより、前記変換式を算出するために用いた拘束位置と異なる拘束位置について比較的簡素な計算で拘束固有変形データを算出することができ、前記効果を有効に奏することができる。
【００４６】
また、請求項３に係る発明によれば、前記変換式が、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータをｂ´とし、溶接線に対応する固有変形データをＡ０とし、パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データをＡ（ｂ´）とし、定数をα、βとして、Ａ（ｂ´）／Ａ０＝１＋α×ｅｘｐ（−β×ｂ´）の関係式による指数関数として計算されることにより、いずれの拘束位置についても適用することができ、前記効果を有効に奏することができる。
【００４７】
また、請求項４に係る発明によれば、前記請求項１に記載の固有変形データ取得手段、拘束位置取得手段、拘束固有変形データ算出手段、溶接幅取得手段と同様の手段によって算出された構造体の各溶接線についての拘束固有変形データを用いて、その構造体全体の溶接変形が弾性ＦＥＭ解析によって計算されることになり、構造体の溶接変形を溶接時の拘束条件を考慮して比較的簡素な計算で精度良く予測することができる。
【００４８】
そして、請求項５〜８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１〜４に記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【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】非拘束状態及び拘束状態における溶接時の変形を説明するための説明図である。
【図５】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６】図５に示す記憶装置の構成を示す図である。
【図７】溶接継手の図形データを示す図である。
【図８】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９】溶接線条件データテーブルに記録されたデータを示す図である。
【図１０】変換式計算用データテーブルに記録されたデータを示す図である。
【図１１】変換式計算用データテーブルに記録された別のデータを示す図である。
【図１２】変換式データファイルに記録されたデータを示す図である。
【図１３】拘束固有変形結果データファイルに記録されたデータを示す図である。
【図１４】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１５】拘束固有変形を算出する動作を示すフローチャートである。
【図１６】固有変形変換式を算出する動作を示すフローチャートである。
【図１７】拘束パラメータと正規化縦収縮との関係と固有変形変換式とを示すグラフである。
【図１８】拘束パラメータと正規化横収縮との関係と固有変形変換式とを示すグラフである。
【図１９】拘束パラメータと正規化横曲げとの関係と固有変形変換式とを示すグラフである。
【図２０】拘束パラメータと正規化縦収縮との関係と別の固有変形変換式とを示すグラフである。
【図２１】拘束パラメータと正規化横収縮との関係と別の固有変形変換式とを示すグラフである。
【図２２】拘束パラメータと正規化横曲げとの関係と別の固有変形変換式とを示すグラフである。
【図２３】拘束パラメータと正規化縦収縮との関係とまた別の固有変形変換式とを示すグラフである。
【図２４】拘束パラメータと正規化横収縮との関係とまた別の固有変形変換式とを示すグラフである。
【図２５】拘束パラメータと正規化横曲げとの関係とまた別の固有変形変換式とを示すグラフである。
【図２６】別の溶接継手の図形データを示す図である。
【図２７】別の溶接継手について溶接線条件データテーブルに記録されたデータを示す図である。
【図２８】別の溶接継手について変換式計算用データテーブルに記録されたデータを示す図である。
【図２９】別の溶接継手について変換式計算用データテーブルに記録された別のデータを示す図である。
【図３０】別の溶接継手について第１部材の拘束パラメータと正規化縦収縮との関係と固有変形変換式とを示すグラフである。
【図３１】別の溶接継手について第１部材の拘束パラメータと正規化横収縮との関係と固有変形変換式とを示すグラフである。
【図３２】別の溶接継手について第１部材の拘束パラメータと正規化横曲げとの関係と固有変形変換式とを示すグラフである。
【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】
本実施形態では、図３に示すような複数の板状部材が溶接されてなる構造体の溶接変形を予測する際に用いる各溶接線についての固有変形データから、拘束条件を考慮した拘束固有変形データを計算し、また、その拘束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。なお、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む。
【００５２】
ここで、固有変形データとは、拘束がない状態における固有変形のデータをいい、拘束固有変形データとは、拘束がある状態における固有変形のデータをいうものとする。
【００５３】
図４は、非拘束状態及び拘束状態における溶接時の変形を説明するための説明図である。第１部材Ｍ１と第２部材Ｍ２とを溶接線Ｌ１で突合せ溶接によって接合する場合、図４（ａ）に示すように、拘束治具によって拘束されていない非拘束状態で溶接されるときは溶接後に大きく溶接変形するが、図４（ｂ）に示すように、拘束治具２によって拘束された状態で溶接されるときは、非拘束状態で溶接されるときに比して小さく溶接変形することとなる。
【００５４】
このように拘束条件に応じて溶接変形が異なることから、溶接変形の予測を精度良く行うため、本実施形態では、被溶接部材について溶接線に対応する固有変形データから、拘束条件を考慮した拘束固有変形データを計算して、この拘束固有変形データを溶接変形の予測に用いる。
【００５５】
以下、本発明の実施形態に係る拘束固有変形データの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。
【００５６】
図５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５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、中央処理装置１１と、拘束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、拘束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、拘束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とを有し、溶接線についての固有変形データが保存された固有変形データベース２０に接続されている。
【００５７】
中央処理装置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及び固有変形データベース２０にアクセス可能に構成されている。中央処理装置１１は、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及びデータと、固有変形データベース２０に保存されている固有変形データとを用いて、拘束固有変形データの計算や溶接変形の計算をすると共に、溶接変形の計算結果を記憶装置１４に保存するように構成されている。
【００５８】
図６は、図５に示す記憶装置の構成を示す図である。図６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とを有しており、プログラム記憶部には、構造体の図形データを有限要素分割して解析モデルを作成するための解析モデル作成プログラムと、固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式を計算するための変換式計算プログラムと、固有変形データから拘束固有変形データを計算するための拘束固有変形計算プログラムと、構造体の溶接変形を弾性ＦＥＭ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、入力画面や解析結果などを表示するための表示プログラムなどが記憶されている。
【００５９】
変換式計算プログラムは、溶接時に部材を拘束することなく所定の溶接幅で溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとを取得し、取得した固有変形データに対する拘束固有変形データの割合を複数の拘束位置について算出し、算出した複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数を算出し、前記近似式を、固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式として計算するようになっている。
【００６０】
拘束固有変形計算プログラムは、溶接時に部材を拘束する拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って、溶接線に対応する固有変形データを変換して拘束固有変形データを計算するようになっており、具体的には、所定の変換式に従って、拘束固有変形データを算出するときに、溶接時に部材を拘束する拘束位置を溶接線の溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データを計算するようになっている。
【００６１】
溶接変形計算プログラムは、構造体を有限要素分割して作成した解析モデルに、各溶接線の拘束固有変形データを適用し、既知の弾性ＦＥＭ解析によって構造体の溶接変形を計算するようになっている。
【００６２】
一方、データ記憶部には、複数の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、構造体の各溶接線について溶接方法、溶接タイプ、溶接条件及び被溶接部材等が記録される溶接線条件データテーブルと、固有変形データを、拘束条件を考慮した拘束固有変形データに変換する変換式を計算するために、各溶接線について溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとが記録される変換式計算用データテーブルとが設けられている。
【００６３】
データ記憶部にはまた、各溶接線について固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式の計算結果が記録される変換式データファイルと、各溶接線に対応する固有変形データから計算された拘束固有変形データの計算結果が記録される拘束固有変形結果データファイルと、構造体の溶接変形の計算結果が記録される溶接変形結果データファイルとが設けられている。
【００６４】
図７は、溶接継手の図形データを示す図であり、図７（ａ）は、溶接継手の斜視図、図７（ｂ）は、溶接継手の正面図である。本実施形態では、構造体モデル１の溶接線Ｌ１について、溶接線に対応する固有変形データから拘束条件を考慮した拘束固有変形データを算出する場合について説明する。
【００６５】
構造体の図形データが入力装置１２を介して入力され、構造体形状データファイルに記録され、溶接線に対応する溶接継手の図形データが記録される。同一形状及び同一物性を有する板状の第１部材Ｍ１と第２部材Ｍ２とが突合せ溶接された突合せ継手の溶接線Ｌ１については、第１部材Ｍ１と第２部材Ｍ２とはそれぞれ、溶接線Ｌ１の中心から距離ｂ１となるように配置された拘束治具によって拘束された状態で溶接される（図４（ｂ）参照）。
【００６６】
本実施形態では、拘束条件として、溶接線Ｌ１の中心から距離ｂ１となる位置で拘束治具によって拘束されることを模擬して、図７に示すように、溶接線Ｌ１の中心からの距離ｂ１となる上下の拘束位置ｂ１の節点を固定して溶接変形を計算する。具体的には拘束位置ｂ１の各節点についてＸ、Ｙ、Ｚ方向を拘束して固定し、溶接後に拘束を解放した場合について溶接変形を計算する。なお、溶接線Ｌ１について、溶接幅を２ｂｗ１とし、第１及び第２部材Ｍ１、Ｍ２の長さ、幅及び板厚をそれぞれｌ１、ｗ１及びｔ１として示している。なお、本実施形態では、ｌ１、ｗ１及びｔ１はそれぞれ４００ｍｍ、２００ｍｍ、１０ｍｍに設定し、ｂｗ１は１０ｍｍに設定した。
【００６７】
図８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８に示すように、固有変形データベースには、溶接線に対応する固有変形データが、溶接方法、溶接タイプ、被溶接部材及び溶接条件などの条件情報とともに予め登録されている。具体的には、アーク又はレーザなどの溶接方法、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、被溶接部材として鋼板又はアルミニウム板などの材料、板厚、密度、比熱及び熱膨張係数、溶接条件として電流、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ている。
【００６８】
番号１に登録された溶接タイプが突合せ溶接であるデータでは、互いに溶接される第１部材と第２部材とが同一の板厚を有して同一の固有変形データを有することから板厚及び固有変形データの欄は二段に分けられることなく記録されているが、番号４に登録された溶接タイプが両側隅肉溶接であるデータでは、互いに溶接される第１部材と第２部材とが異なる板厚及び固有変形データを有することから板厚と固有変形データ、すなわち縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量の欄と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。
【００６９】
このように、固有変形データベースには、第１部材と第２部材の固有変形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、固有変形データベースに、構造体の溶接線と同一の溶接方法、溶接タイプ、被溶接部材及び溶接条件の固有変形データが存在しない場合、例えば特許文献１や特許文献２に記載の方法などを用いて、構造体の溶接線に対応する固有変形データが予め登録される。固有変形データとして、拘束なしの実験による溶接変形に基づく固有変形データや熱弾塑性ＦＥＭ解析による溶接変形に基づく固有変形データなどを用いることができる。
【００７０】
図８の番号１に登録されたデータでは、ｔ１、ρ１、ｃ１、α１はそれぞれ第１及び第２部材の板厚、密度、比熱、熱膨張係数を示し、Ｉ１、Ｖ１、ｖ１、η１はそれぞれ溶接条件の電流、電圧、速度、熱効率を示し、Ｄｘ１、Ｄｙ１、Ｒｘ１、Ｒｙ１はそれぞれ第１及び第２部材について固有変形の縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量を示し、図８の番号４に登録されたデータでは、ｔ４ａ、ｔ４ｂはそれぞれ第１、第２部材の板厚を示し、ρ４、ｃ４、α４はそれぞれ第１及び第２部材の密度、比熱、熱膨張係数を示し、Ｉ４、Ｖ４、ｖ４、η４はそれぞれ溶接条件の電流、電圧、速度、熱効率を示し、Ｄｘ４ａ、Ｄｙ４ａ、Ｒｘ４ａ、Ｒｙ４ａはそれぞれ第１部材について固有変形の縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量を示し、Ｄｘ４ｂ、Ｄｙ４ｂ、Ｒｘ４ｂ、Ｒｙ４ｂはそれぞれ第２部材について固有変形の縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量を示している。
【００７１】
図９は、溶接線条件データテーブルに記録されたデータを示す図である。溶接線について、溶接線番号、溶接方法、溶接タイプ、溶接条件及び被溶接部材が入力装置１２を介して入力され、図９に示すように、溶接線条件データテーブルに、溶接線番号、溶接方法、溶接タイプ、溶接条件として溶接幅、溶接時の拘束位置、電流、電圧、速度及び熱効率、並びに被溶接部材である第１及び第２部材の材料、長さ、幅、板厚、ヤング率及びポアソン比が記録される。なお、溶接幅は、被溶接部材ごとの溶接幅ｂｗ１が記録される。
【００７２】
図９の溶接線Ｌ１に記録されたデータでは、ｂｗ１、ｂ１、Ｉ１、Ｖ１、ｖ１、η１はそれぞれ溶接条件としての溶接幅、溶接時の拘束位置、電流、電圧、速度、熱効率を示し、ｌ１、Ｗ１、ｔ１、Ｅ１、ν１はそれぞれ第１及び第２部材の長さ、幅、板厚、ヤング率、ポアソン比を示している。図９では、第１及び第２部材は同一形状及び同一物性を有することから１つの被溶接部材について記録されているが、第１及び第２部材の形状及び物性が異なるときはそれぞれの被溶接部材について記録される。
【００７３】
図１０は、変換式計算用データテーブルに記録されたデータを示す図である。本実施形態では、固有変形データから拘束固有変形データに変換する変換式を計算するために、溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された固有変形データが入力装置１２を介して入力され、図１０に示すように、変換式計算用データ１に、溶接線番号、溶接幅、被溶接部材である第１及び第２部材について固有変形データの縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量が記録される。
【００７４】
溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された固有変形データは、第１及び第２部材を拘束することなく溶接したときの溶接変形を熱弾塑性ＦＥＭ解析を用いて解析し、熱弾塑性ＦＥＭ解析で得られたデータから、具体的には固有ひずみ分布データから固有ひずみをその発生領域で積分して前述した数１〜８で示す式を用いて算出される。
【００７５】
図１１は、変換式計算用データテーブルに記録された別のデータを示す図である。本実施形態ではまた、固有変形データから拘束固有変形データに変換する変換式を計算するために、溶接時に部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された拘束固有変形データが入力装置１２を介して入力され、図１１に示すように、変換式計算用データ２に、溶接線番号、溶接幅、溶接時の拘束位置、溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した値である拘束パラメータ、被溶接部材である第１及び第２部材について拘束条件を考慮した固有変形データである拘束固有変形データの縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量が記録される。
【００７６】
溶接時に部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された拘束固有変形データは、第１及び第２部材を所定の拘束位置で拘束したときの溶接変形を熱弾塑性ＦＥＭ解析を用いて解析し、熱弾塑性ＦＥＭ解析で得られたデータから、具体的には固有ひずみ分布データから固有ひずみをその発生領域で積分して前述した数１〜８で示す式を用いて算出される。
【００７７】
前記変換式を計算するための拘束固有変形データは、前記変換式を計算するための固有変形データを算出するときと第１及び第２部材を所定の拘束位置で拘束することを除いて同一条件で熱弾塑性ＦＥＭ解析を行い、前記変換式を計算するための固有変形データを算出するときと同様にして熱弾塑性ＦＥＭ解析で得られた固有ひずみをその発生領域で積分して算出される。
【００７８】
なお、固有変形の縦曲げについては、弾性ＦＥＭ解析によって構造体の溶接変形を解析する際に溶接変形への影響が少ないことから、本実施形態では、変換式計算用データ１、２に記録される固有変形データ、拘束固有変形データの縦曲げについてはゼロとして記録される。
【００７９】
また、固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式を計算するために用いる溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとは、熱弾塑性ＦＥＭ解析を用いた溶接変形前後の形状に基づいて逆解析法を用いて算出するなどその他の方法によって算出することも可能である。
【００８０】
本実施形態では、溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとから、前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合が複数の拘束位置について算出される。
【００８１】
そして、算出された複数の拘束位置についての前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数が算出され、前記近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式として算出される。
【００８２】
前記変換式は、下記の数９で示す式による指数関数として算出される。ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化したパラメータ、Ａ０は溶接線に対応する固有変形データ、Ａ（ｂ´）はパラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データ、α、βは複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合に基づいて決定された定数である。
【００８３】
【数９】
0006437244.tif 000010
【００８４】
前記変換式は、固有変形の縦収縮、横収縮、横曲げのそれぞれについて算出される。固有変形の縦曲げについては、弾性ＦＥＭ解析によって構造体の溶接変形を解析する際に溶接変形への影響が少ないことから、本実施形態では、前記変換式を算出することなく拘束固有変形データの縦曲げをゼロに設定して弾性ＦＥＭ解析によって構造体の溶接変形が解析される。
【００８５】
図１２は、変換式データファイルに記録されたデータを示す図である。図１２に示すように、変換式データファイルには、溶接線番号とともに、算出された固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式、具体的には縦収縮、横収縮、横曲げのそれぞれの変換式が記録される。
【００８６】
図１３は、拘束固有変形結果データファイルに記録されたデータを示す図である。本実施形態では、溶接線に対応する固有変形データが、溶接時の拘束位置に基づいて前記変換式に従って変換されて拘束固有変形データが算出される。図１３に示すように、拘束固有変形結果データファイルには、溶接線番号、溶接幅、拘束位置が記録されるとともに、拘束固有変形データ、具体的には被溶接部材である第１及び第２部材の拘束固有変形データの縦収縮量、横収縮量、横曲げ量が記録される。拘束固有変形データの縦曲げについてはゼロに設定される。
【００８７】
図１３に示す溶接線Ｌ１についての拘束固有変形データは、図１０から図１２に示すデータを用いて算出した溶接時の拘束位置が４０ｍｍであるときの第１及び第２部材の拘束固有変形データの縦収縮量、横収縮量、横曲げ量を示し、縦曲げ量についてはゼロに設定される。
【００８８】
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弾性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１４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、構造体の図形データ、構造体の各溶接線についての溶接方法、溶接タイプ、溶接条件及び被溶接部材である第１及び第２部材等がユーザーによって予め登録される。コンピュータ１０にはまた、各溶接線について、固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式を計算するための固有変形データ及び拘束固有変形データがユーザーによって予め登録される。
【００８９】
各種データが登録された状態で、図１４に示すようにして、構造体の溶接変形の予測が行われる。構造体の溶接変形を計算する際には、コンピュータ１０では、構造体の図形データが取得され（ステップＳ１）、構造体の各溶接線についての条件が取得され（ステップＳ２）、溶接線条件データテーブルに記録された溶接線についての各種データが取得される。
【００９０】
また、構造体の各溶接線についての固有変形データが取得され（ステップＳ３）、固有変形データベースに登録された各溶接線と同一条件の溶接線についての固有変形データ、具体的には縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量が取得される。
【００９１】
次に、構造体の溶接変形を予測するための弾性ＦＥＭ解析で用いる構造体の各溶接線における拘束条件を考慮した拘束固有変形データが算出される（ステップＳ４）。各溶接線における拘束固有変形データの算出については後に詳細に説明する。構造体の各溶接線における拘束固有変形データが算出されると、算出された拘束固有変形データが拘束固有変形結果データファイルに記録される。
【００９２】
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、拘束固有変形結果データファイルに記録されている構造体の各溶接線における拘束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Ｓ５）。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結果データ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Ｓ６）。
【００９３】
次に、構造体の各溶接線における拘束固有変形データの算出について説明する。
図１５は、拘束固有変形を算出する動作を示すフローチャートである。図１５に示すように、拘束固有変形データを算出する際、コンピュータ１０では、構造体の各溶接線について固有変形データを溶接時の拘束条件を考慮した拘束固有変形データに変換する固有変形変換式が算出される（ステップＳ１１）。
【００９４】
図１６は、固有変形変換式を算出する動作を示すフローチャートである。図１６に示すように、固有変形変換式を算出する際には、コンピュータ１０では、構造体の各溶接線について溶接変形前後の形状に基づく非拘束条件下の固有変形データが取得され（ステップＳ２１）、変換式計算用データ１に記録されている溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された固有変形データが取得される。
【００９５】
また、構造体の各溶接線について溶接変形前後の形状に基づく拘束条件下の拘束固有変形データが取得され（ステップＳ２２）、変換式計算用データ２に記録されている溶接時に部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された拘束固有変形データが取得される。
【００９６】
次に、ステップＳ２１において取得した固有変形データとステップＳ２２において取得した拘束固有変形データとから、各溶接線について、固有変形データに対する拘束固有変形データの割合が複数の拘束位置についてそれぞれ算出され（ステップＳ２３）、固有変形データの縦収縮、横収縮、横曲げについてそれぞれ固有変形データを拘束固有変形データで除して正規化縦収縮、正規化横収縮、正規化横曲げとして算出される。
【００９７】
そして、ステップ２３において算出した複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、拘束位置と溶接幅とに基づく拘束パラメータと固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数が算出され（ステップＳ２４）、この近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として算出される（ステップＳ２５）。
【００９８】
具体的には、算出した複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合は、複数の拘束位置をそれぞれ溶接幅で除して無次元化した値である拘束パラメータを横軸にとり、前記割合を縦軸にとったグラフにプロットされる。
【００９９】
そして、プロットされた複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数が既知の最小二乗法によって算出され、前記近似式が、固有変形変換式として算出される。前記変換式は、固有変形の縦収縮、横収縮、横曲げについてそれぞれ算出され、本実施形態では、前記の数９で示す式による指数関数として算出される。
【０１００】
図１７は、拘束パラメータと正規化縦収縮との関係と固有変形変換式とを示すグラフである。図１７に示すように、溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータを横軸にとり、縦収縮について固有変形データに対する拘束固有変形データの割合を正規化縦収縮として縦軸にとったグラフに、縦収縮について固有変形データに対する拘束固有変形データの割合がプロットされる。図１７及び後述する図１８、図１９では、図１０及び図１１に示すデータを用いて算出した固有変形データに対する拘束固有変形データの割合が示されている。
【０１０１】
そして、縦収縮について、プロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数１０に示す近似式が既知の最小二乗法によって算出され、この近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として算出される。
【０１０２】
【数１０】
0006437244.tif 000011
【０１０３】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｄｘ０は溶接線に対応する固有変形データの縦収縮量、Ｄｘ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの縦収縮量である。前記の数９で示す式による指数関数の定数α、βについてはそれぞれ、１．５、０．１８として算出される。
【０１０４】
また、図１８は、拘束パラメータと正規化横収縮との関係と固有変形変換式とを示すグラフである。図１８に示すように、溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータを横軸にとり、横収縮について固有変形データに対する拘束固有変形データの割合を正規化横収縮として縦軸にとったグラフに、横収縮について固有変形データに対する拘束固有変形データの割合がプロットされる。
【０１０５】
そして、横収縮について、プロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数１１に示す近似式が既知の最小二乗法によって算出され、この近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として算出される。
【０１０６】
【数１１】
0006437244.tif 000012
【０１０７】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｄｙ０は溶接線に対応する固有変形データの横収縮量、Ｄｙ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの横収縮量である。前記の数９で示す式による指数関数の定数α、βについてはそれぞれ、０．１３、０．１０として算出される。
【０１０８】
また、図１９は、拘束パラメータと正規化横曲げとの関係と固有変形変換式とを示すグラフである。図１９に示すように、溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータを横軸にとり、横曲げについて固有変形データに対する拘束固有変形データの割合を正規化横曲げとして縦軸にとったグラフに、横曲げについて固有変形データに対する拘束固有変形データの割合がプロットされる。
【０１０９】
そして、横曲げについて、プロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数１２に示す近似式が既知の最小二乗法によって算出され、この近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として算出される。
【０１１０】
【数１２】
0006437244.tif 000013
【０１１１】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｒｙ０は溶接線に対応する固有変形データの横曲げ量、Ｒｙ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの横曲げ量である。前記の数９で示す式による指数関数の定数α、βについてはそれぞれ、−１．０、０．０５として算出される。
【０１１２】
このようにして固有変形変換式が算出されると、算出した固有変形変換式が変換式データファイルに記録され、次いで、図１５に示すように、ステップＳ２において取得された溶接線についての条件、具体的には溶接時の拘束位置と溶接幅に基づいて拘束パラメータが算出され（ステップＳ１２）、溶接時の拘束位置を溶接幅で除した拘束パラメータが算出される。
【０１１３】
ステップＳ１２において溶接線について拘束パラメータが算出されると、ステップＳ３において取得した溶接線についての固有変形データとステップＳ１２において算出した溶接線についての拘束パラメータとから、ステップＳ１１において算出した固有変形変換式を用いて、拘束条件を考慮した拘束固有変形データが算出される（ステップＳ１３）。
【０１１４】
溶接線についての固有変形データの縦収縮量と溶接線についての拘束パラメータとから、前記数１０で示す式を用いて拘束条件を考慮した拘束固有変形データの縦収縮量が算出され、溶接線についての固有変形データの横収縮量と溶接線についての拘束パラメータとから、前記数１１で示す式を用いて拘束条件を考慮した拘束固有変形データの横収縮量が算出され、溶接線についての固有変形データの横曲げ量と溶接線についての拘束パラメータとから、前記数１２で示す式を用いて拘束条件を考慮した拘束固有変形データの横曲げ量が算出される。
【０１１５】
このようにして溶接線についての固有変形データから拘束条件を考慮した拘束固有変形データが算出されると、コンピュータ１０では、算出した拘束固有変形データが拘束固有変形結果データファイルに記録される。構造体の各溶接線について同様に、溶接線についての固有変形データから拘束条件を考慮した拘束固有変形データが算出され、算出した拘束固有変形データが拘束固有変形結果データファイルに記録される。
【０１１６】
構造体の各溶接線について拘束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作成され、該解析モデルに、拘束固有変形結果データファイルに記録されている構造体の各溶接線についての拘束固有変形データが適用され、既知の弾性ＦＥＭ解析によって構造体の溶接変形が算出される。
【０１１７】
このように、本実施形態によれば、構造体の溶接線に対応する固有変形データが、溶接時に部材を拘束する拘束位置に基づいて、所定の変換式に従って変換されて拘束固有変形データが算出されることとなる。これにより、溶接線に対応する固有変形データから、拘束条件を考慮した拘束固有変形データを計算することができる。したがって、構造体の溶接変形をＦＥＭ解析によって予測する際に、拘束条件を考慮した拘束固有変形データを用いることで、比較的簡素な計算で溶接変形を精度良く予測することができる。
【０１１８】
また、所定の変換式に従って、拘束固有変形データが算出されるときに、拘束位置を溶接線の溶接幅で無次元化した値をパラメータとして用いて拘束固有変形データが算出される。これにより、溶接線の溶接幅を考慮しない場合に比して、拘束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際に溶接変形を精度良く予測することができる。
【０１１９】
また、本実施形態によれば、拘束することなく所定の溶接幅で溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとが取得され、固有変形データに対する拘束固有変形データの割合が複数の拘束位置について算出される。そして、複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データとの関係を表した近似式の定数が算出され、前記近似式が、前記変換式として算出される。これにより、前記変換式を算出するために用いた拘束位置と異なる拘束位置について比較的簡素な計算で拘束固有変形データを算出することができる。
【０１２０】
さらに、前記変換式が、拘束位置を溶接幅で無次元化したパラメータをｂ´とし、溶接線に対応する固有変形データをＡ０とし、パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データをＡ（ｂ´）とし、定数をα、βとして、Ａ（ｂ´）／Ａ０＝１＋α×ｅｘｐ（−β×ｂ´）の関係式による指数関数として計算されることにより、いずれの拘束位置についても適用することができる。
【０１２１】
また、本実施形態によれば、算出された構造体の各溶接線についての拘束固有変形データを用いて、その構造体全体の溶接変形が弾性ＦＥＭ解析によって計算されることになり、構造体の溶接変形を溶接時の拘束条件を考慮して比較的簡素な計算で精度良く予測することができる。
【０１２２】
前述した実施形態では、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として、前記数９で示す式による指数関数を用いているが、下記の数１３で示す式による線形関数を用いることも可能である。ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化したパラメータ、Ａ０は溶接線に対応する固有変形データ、Ａ（ｂ´）はパラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データ、α、βは複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合に基づいて決定された定数である。
【０１２３】
【数１３】
0006437244.tif 000014
【０１２４】
図２０は、拘束パラメータと正規化縦収縮との関係と別の固有変形変換式とを示すグラフである。図２０に示すように、縦収縮について、図１７と同様にプロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数１４に示す近似式を最小二乗法によって算出し、この近似式を、固有変形変換式として算出することも可能である。
【０１２５】
【数１４】
0006437244.tif 000015
【０１２６】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｄｘ０は溶接線に対応する固有変形データの縦収縮量、Ｄｘ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの縦収縮量である。前記の数１３で示す式による線形関数の定数α、βについてはそれぞれ、１．９６０７、−０．００５２として算出される。
【０１２７】
また、図２１は、拘束パラメータと正規化横収縮との関係と別の固有変形変換式とを示すグラフである。図２１に示すように、横収縮について、図１８と同様にプロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数１５に示す近似式を最小二乗法によって算出し、この近似式を、固有変形変換式として算出することも可能である。
【０１２８】
【数１５】
0006437244.tif 000016
【０１２９】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｄｙ０は溶接線に対応する固有変形データの横収縮量、Ｄｙ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの横収縮量である。前記の数１３で示す式による線形関数の定数α、βについてはそれぞれ、１．２５１３、０．０００９として算出される。
【０１３０】
また、図２２は、拘束パラメータと正規化横曲げとの関係と別の固有変形変換式とを示すグラフである。図２２に示すように、横曲げについて、図１９と同様にプロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数１６に示す近似式を最小二乗法によって算出し、この近似式を、固有変形変換式として算出することも可能である。
【０１３１】
【数１６】
0006437244.tif 000017
【０１３２】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｒｙ０は溶接線に対応する固有変形データの横曲げ量、Ｒｙ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの横曲げ量である。前記の数１３で示す式による線形関数の定数α、βについてはそれぞれ、０．００４１、０．００３４として算出される。
【０１３３】
このように固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として、前記数１３で示す式による線形関数を用いる場合においても、溶接線についての固有変形データと溶接線についての拘束パラメータとから、前記数１３、具体的には数１４、数１５、数１６で示す式を用いて拘束条件を考慮した拘束固有変形データが算出される。
【０１３４】
また、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として、下記の数１７で示す式による二次関数を用いることも可能である。ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化したパラメータ、Ａ０は溶接線に対応する固有変形データ、Ａ（ｂ´）はパラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データ、α、β、γは複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合に基づいて決定された定数である。
【０１３５】
【数１７】
0006437244.tif 000018
【０１３６】
図２３は、拘束パラメータと正規化縦収縮との関係とまた別の固有変形変換式とを示すグラフである。図２３に示すように、縦収縮について、図１７と同様にプロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数１８に示す近似式を最小二乗法によって算出し、この近似式を、固有変形変換式として算出することも可能である。
【０１３７】
【数１８】
0006437244.tif 000019
【０１３８】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｄｘ０は溶接線に対応する固有変形データの縦収縮量、Ｄｘ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの縦収縮量である。前記の数１７で示す式による二次関数の定数α、β、γについてはそれぞれ、２．３０９５、−０．００１４３、０．００００４として算出される。
【０１３９】
また、図２４は、拘束パラメータと正規化横収縮との関係とまた別の固有変形変換式とを示すグラフである。図２４に示すように、横収縮について、図１８と同様にプロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数１９に示す近似式を最小二乗法によって算出し、この近似式を、固有変形変換式として算出することも可能である。
【０１４０】
【数１９】
0006437244.tif 000020
【０１４１】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｄｙ０は溶接線に対応する固有変形データの横収縮量、Ｄｙ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの横収縮量である。前記の数１７で示す式による二次関数の定数α、β、γについてはそれぞれ、−０．２２２１、０．００９３、−０．００００２として算出される。
【０１４２】
また、図２５は、拘束パラメータと正規化横曲げとの関係とまた別の固有変形変換式とを示すグラフである。図２５に示すように、横曲げについて、図１９と同様にプロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数２０に示す近似式を最小二乗法によって算出し、この近似式を、固有変形変換式として算出することも可能である。
【０１４３】
【数２０】
0006437244.tif 000021
【０１４４】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｒｙ０は溶接線に対応する固有変形データの横曲げ量、Ｒｙ（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する拘束固有変形データの横曲げ量である。前記の数１７で示す式による二次関数の定数α、β、γについてはそれぞれ、０．７７６７、０．０１３３、−０．００００５として算出される。
【０１４５】
このように固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として、前記数１７で示す式による線形関数を用いる場合においても、溶接線についての固有変形データと溶接線についての拘束パラメータとから、前記数１７、具体的には数１８、数１９、数２０で示す式を用いて拘束条件を考慮した拘束固有変形データが算出される。
【０１４６】
前述した実施形態では、同一形状及び同一物性を有する第１及び第２部材Ｍ１、Ｍ２が突合せ溶接された突合せ継手の溶接線Ｌ１について、該溶接線Ｌ１に対応する固有変形データから拘束条件を考慮した拘束固有変形データを算出しているが、形状及び物性が異なる第１及び第２部材が突合せ溶接された突合せ継手についても同様にして拘束固有変形データを算出することができ、また片側隅肉溶接、両側隅肉溶接及び重ね隅肉溶接などの他の溶接継手についても同様にして拘束固有変形データを算出することができる。
【０１４７】
図２６は、別の溶接継手の図形データを示す図であり、図２６（ａ）は、別の溶接継手の斜視図、図２６（ｂ）は、別の溶接継手の正面図である。図２６では、別の溶接継手として、第１及び第２部材が両側隅肉溶接された両側隅肉継手について示している。両側隅肉継手についても、前述した突合せ継手の場合と同様にして、溶接線に対応する固有変形データから拘束条件を考慮した拘束固有変形データを算出することができる。
【０１４８】
図２６に示す溶接継手は、第１部材Ｍ２１の表面中央に第２部材Ｍ２２の端面を略垂直に配置して第１部材Ｍ２１の表面と第２部材Ｍ２２の両側の表面とがそれぞれ溶接線Ｌ２１で溶接され、第１部材Ｍ２１が溶接線Ｌ２１の中心から距離ｂ２１となるように配置された拘束治具によって拘束された状態で溶接されるものである。
【０１４９】
この場合、拘束条件として、第１部材Ｍ２１が溶接線Ｌ２１の中心から距離ｂ２１となる位置で拘束治具によって拘束されることを模擬して、溶接線Ｌ２１の中心からの距離ｂ２１となる上下の拘束位置ｂ２１の節点を固定して溶接変形を計算する。具体的には拘束位置ｂ２１の各節点についてＸ、Ｙ、Ｚ方向を拘束して固定し、溶接後に拘束を解放した場合について溶接変形を計算する。なお、溶接線Ｌ２１について、溶接幅をそれぞれ２ｂｗ２１とし、第１部材Ｍ２１の長さ、幅及び板厚をそれぞれｌ２１、Ｗ２１及びｔ２１とし、第２部材Ｍ２２の長さ、幅及び板厚をそれぞれｌ２２、Ｗ２２及びｔ２２として示している。なお、本実施形態では、ｌ２１、ｗ２１及びｔ２１はそれぞれ４００ｍｍ、４００ｍｍ、９ｍｍに設定し、ｌ２２、ｗ２２及びｔ２２はそれぞれ４００ｍｍ、２００ｍｍ、６ｍｍに設定し、ｂｗ２１は６ｍｍに設定した。
【０１５０】
図２７は、別の溶接継手について溶接線条件データテーブルに記録されたデータを示す図である。図２６に示す両側隅肉継手では、被溶接部材である第１及び第２部材が異なる形状を有することから、図２７に示すように、溶接線データテーブルに、溶接線番号、溶接方法、溶接タイプ、溶接条件として溶接幅、溶接時の拘束位置、電流、電圧、速度及び熱効率、並びに第１及び第２部材についてそれぞれの材料、長さ、幅、板厚、ヤング率及びポアソン比が記録される。なお、溶接幅は、被溶接部材ごとの溶接幅ｂｗ２１が記録される。
【０１５１】
図２７の溶接線Ｌ２１に記録されたデータでは、ｂｗ２１、ｂ２１、Ｉ２１、Ｖ２１、ｖ２１、η２１はそれぞれ溶接条件としての溶接幅、溶接時の拘束位置、電流、電圧、速度、熱効率を示し、ｌ２１、Ｗ２１、ｔ２１、Ｅ２１、ν２１はそれぞれ第１部材Ｍ２１の長さ、幅、板厚、ヤング率、ポアソン比を示し、ｌ２２、Ｗ２２、ｔ２２、Ｅ２２、ν２２はそれぞれ第２部材Ｍ２２の長さ、幅、板厚、ヤング率、ポアソン比を示している。
【０１５２】
また、図２８は、別の溶接継手について変換式計算用データテーブルに記録されたデータを示す図である。図２６に示す両側隅肉継手についても、固有変形データから拘束固有変形データに変換する変換式を計算するために、溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された固有変形データが入力され、図２８に示すように、変換式計算用データ１に、溶接線番号、溶接幅、被溶接部材である第１及び第２部材について固有変形データの縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量が記録される。
【０１５３】
溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された固有変形データは、第１及び第２部材を拘束することなく溶接したときの溶接変形を熱弾塑性ＦＥＭ解析を用いて解析し、熱弾塑性ＦＥＭ解析で得られたデータから、具体的には固有ひずみ分布データから固有ひずみをその発生領域で積分して前述した数１〜８で示す式を用いて算出される。
【０１５４】
また、図２９は、別の溶接継手について変換式計算用データテーブルに記録された別のデータを示す図である。図２６に示す両側隅肉継手についても、固有変形データから拘束固有変形データに変換する変換式を計算するために、溶接時に所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された拘束固有変形データが入力され、図２９に示すように、変換式計算用データ２に、溶接線番号、溶接幅、溶接時の拘束位置、溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、被溶接部材である第１及び第２部材について拘束固有変形データの縦収縮量、横収縮量、縦曲げ量、横曲げ量が記録される。
【０１５５】
溶接時に部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づいて算出された拘束固有変形データは、第１及び第２部材を所定の拘束位置で拘束したときの溶接変形を熱弾塑性ＦＥＭ解析を用いて解析し、熱弾塑性ＦＥＭ解析で得られたデータから、具体的には固有ひずみ分布データから固有ひずみをその発生領域で積分して前述した数１〜８で示す式を用いて算出される。前述したように、本実施形態では、変換式計算用データ１、２に記録される固有変形データ、拘束固有変形データの縦曲げについてはゼロとして記録される。
【０１５６】
固有変形データベースには、両側隅肉継手についても、図８の番号４で示すように、溶接線に対応する固有変形データが、溶接方法、溶接タイプ、被溶接部材及び溶接条件などの条件情報とともに予め登録されている。
【０１５７】
両側隅肉継手の場合についても、溶接時に部材を拘束することなく溶接する溶接変形前後の形状に基づく固有変形データと部材を所定の拘束位置で拘束して溶接する溶接変形前後の形状に基づく拘束固有変形データとから、前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合が複数の拘束位置について算出される。
【０１５８】
そして、算出した複数の拘束位置についての前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で除して無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数が算出され、前記近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式として算出される。
【０１５９】
具体的には、算出した複数の拘束位置についての前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合は、複数の拘束位置をそれぞれ溶接幅で除して無次元化した値である拘束パラメータを横軸にとり、前記割合を縦軸にとったグラフにプロットされる。
【０１６０】
そして、プロットされた複数の拘束位置についての固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数が既知の最小二乗法によって算出され、前記近似式が、固有変形変換式として算出される。前記変換式は、固有変形の縦収縮、横収縮、横曲げについてそれぞれ算出され、前記数９で示す式による指数関数として算出される。
【０１６１】
図３０は、別の溶接継手について第１部材の拘束パラメータと正規化縦収縮との関係と固有変形変換式とを示すグラフであり、図２６に示す両側隅肉継手の第１部材について示している。図３０に示すように、溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータを横軸にとり、第１部材の縦収縮について固有変形データに対する拘束固有変形データの割合を正規化縦収縮として縦軸にとったグラフに、第１部材の縦収縮について固有変形データに対する拘束固有変形データの割合がプロットされる。図３０及び後述する図３１、図３２では、図２８及び図２９に示すデータを用いて算出した固有変形データに対する拘束固有変形データの割合が示されている。
【０１６２】
そして、第１部材の縦収縮について、プロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数２１に示す近似式が既知の最小二乗法によって算出され、この近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として算出される。
【０１６３】
【数２１】
0006437244.tif 000022
【０１６４】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｄｘ１０は溶接線に対応する第１部材の固有変形データの縦収縮量、Ｄｘ１（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する第１部材の拘束固有変形データの縦収縮量である。前記の数９で示す式による指数関数の定数α、βについてはそれぞれ、１．５、０．１５として算出される。
【０１６５】
また、図３１は、別の溶接継手について第１部材の拘束パラメータと正規化横収縮との関係と固有変形変換式とを示すグラフであり、図２６に示す両側隅肉継手の第１部材について示している。図３１に示すように、溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータを横軸にとり、第１部材の縦収縮について固有変形データに対する拘束固有変形データの割合を正規化横収縮として縦軸にとったグラフに、第１部材の横収縮について固有変形データに対する拘束固有変形データの割合がプロットされる。
【０１６６】
そして、第１部材の横収縮について、プロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数２２に示す近似式が既知の最小二乗法によって算出され、この近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として算出される。
【０１６７】
【数２２】
0006437244.tif 000023
【０１６８】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｄｙ１０は溶接線に対応する第１部材の固有変形データの横収縮量、Ｄｙ１（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する第１部材の拘束固有変形データの横収縮量である。前記の数９で示す式による指数関数の定数α、βについてはそれぞれ、０．１３、０．０５として算出される。
【０１６９】
また、図３２は、別の溶接継手について第１部材の拘束パラメータと正規化横曲げとの関係と固有変形変換式とを示すグラフであり、図２６に示す両側隅肉継手の第１部材について示している。図３２に示すように、溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータを横軸にとり、第１部材の横曲げについて固有変形データに対する拘束固有変形データの割合を正規化横曲げとして縦軸にとったグラフに、第１部材の横曲げについて固有変形データに対する拘束固有変形データの割合がプロットされる。
【０１７０】
そして、第１部材の横曲げについて、プロットした固有変形データに対する拘束固有変形データの割合から、溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータと該拘束パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表す下記の数２３に示す近似式が既知の最小二乗法によって算出され、この近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する固有変形変換式として算出される。
【０１７１】
【数２３】
0006437244.tif 000024
【０１７２】
ここで、ｂ´は溶接時の拘束位置を溶接幅で除して無次元化した拘束パラメータ、Ｒｙ１０は溶接線に対応する第１部材の固有変形データの横曲げ量、Ｒｙ１（ｂ´）は拘束パラメータｂ´における溶接線に対応する第１部材の拘束固有変形データの横曲げ量である。前記の数９で示す式による指数関数の定数α、βについてはそれぞれ、−１．０、０．０２５として算出される。
【０１７３】
両側隅肉継手の第２部材についても、第１部材と同様にして、算出した複数の拘束位置についての前記固有変形データに対する前記拘束固有変形データの割合から、拘束位置を溶接幅で除して無次元化したパラメータと該パラメータにおける固有変形データに対する拘束固有変形データの割合との関係を表した近似式の定数が既知の最小二乗法によって算出され、前記近似式が、固有変形データを拘束固有変形データに変換する変換式として算出される。
【０１７４】
そして、第１及び第２部材について固有変形変換式が算出されると、溶接線Ｌ２１についての固有変形データと溶接線Ｌ２１について溶接時の拘束位置を溶接幅で無次元化した拘束パラメータとから、固有変形変換式を用いて、拘束条件を考慮した拘束固有変形データが算出される。
【０１７５】
このように、第１及び第２部材が両側隅肉溶接された両側隅肉継手においても、突合せ継手と同様にして、溶接線に対応する固有変形データから拘束条件を考慮した拘束固有変形データを算出することができる。
【０１７６】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
以上のように、本発明によれば、溶接線に対応する固有変形データから、溶接時の拘束条件を考慮した拘束固有変形データを計算することができ、複数の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】
【０１７８】
１０  コンピュータ
１１  中央処理装置
１２  入力装置
１３  表示装置
１４  記憶装置
１５  出力装置
２０  固有変形データベース
【図１】
0006437244.tif 000025
【図２】
0006437244.tif 000026
【図３】
0006437244.tif 000027
【図４】
0006437244.tif 000028
【図５】
0006437244.tif 000029
【図６】
0006437244.tif 000030
【図７】
0006437244.tif 000031
【図８】
0006437244.tif 000032
【図９】
0006437244.tif 000033
【図１０】
0006437244.tif 000034
【図１１】
0006437244.tif 000035
【図１２】
0006437244.tif 000036
【図１３】
0006437244.tif 000037
【図１４】
0006437244.tif 000038
【図１５】
0006437244.tif 000039
【図１６】
0006437244.tif 000040
【図１７】
0006437244.tif 000041
【図１８】
0006437244.tif 000042
【図１９】
0006437244.tif 000043
【図２０】
0006437244.tif 000044
【図２１】
0006437244.tif 000045
【図２２】
0006437244.tif 000046
【図２３】
0006437244.tif 000047
【図２４】
0006437244.tif 000048
【図２５】
0006437244.tif 000049
【図２６】
0006437244.tif 000050
【図２７】
0006437244.tif 000051
【図２８】
0006437244.tif 000052
【図２９】
0006437244.tif 000053
【図３０】
0006437244.tif 000054
【図３１】
0006437244.tif 000055
【図３２】
0006437244.tif 000056