(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主要部材とそれに交差して溶接された補助部材とからなる溶接構造体の該補助部材に発生した疲労き裂の伝播を予測して、前記溶接構造体の健全性を検証する方法であって、
前記溶接構造体にき裂を設けた解析モデルを用いて前記き裂先端の開口モード及び面内せん断モードの応力拡大係数を求める第一工程と、
前記開口モード及び面内せん断モードの応力拡大係数に基づいて前記き裂の進展速度を求める第二工程と、
前記き裂速度が所定速度以下であるか判定する第三工程と、
を有することを特徴とする溶接構造体の健全性検証方法。
【請求項２】
前記所定速度が繰り返し加重１回当たり０．０００３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造体の健全性検証方法。
【請求項３】
前記開口モード及び面内せん断モードの応力拡大係数に基づいて前記主要部材の補助部材溶接面に対する前記き裂先端のなす角を求める第四工程と、
前記なす角が所定角度以下であるか判定する第五工程と、
を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶接構造体の健全性検証方法。
【請求項４】
前記所定角度が７０度であることを特徴とする請求項３に記載の溶接構造体の健全性検証方法。
【請求項５】
前記第一工程から前記第三工程を複数回繰り返した後に、前記第四工程及び前記第五工程を行うことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の溶接構造体の健全性検証方法。
【請求項６】
前記第二工程は、前記開口モード及び面内せん断モードの応力拡大係数と、前記溶接構造体に前記き裂が存在しない解析モデルを用いて求めた溶接接合部近傍に発生する残留応力と、に基づいて前記き裂の進展速度を求めることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の溶接構造体の健全性検証方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主要部材とそれに交差して溶接された補助部材とからなる溶接構造体の健全性検証方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶、クレーン、橋梁等の大型溶接構造体は、その供用期間が短いものでは１０年程度、長いものでは５０年から１００年に及ぶものもある。
これらの大型溶接構造体では、共用期間中に繰返し荷重を受けて、溶接部等を起点とする疲労き裂が発生・伝播することがある。大型構造物の構造健全性を確保するために、定期的な検査によりき裂を発見することが重要である。き裂の発見が遅れると構造物の崩壊や貨油流出等の災害を引き起こす場合もある。
【０００３】
溶接部を基点とした疲労き裂の進展を予想できれば、構造健全性を高めることができる。このような要請に対応して、溶接構造体のＦＥＭ（finite element method：有限要素法）解析により、き裂の伝播経路および伝播寿命を予測する計算手法が開発されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
この方法では、き裂の進展する領域のみき裂進展に応じて自動的に要素分割を行い、繰返し計算によりき裂の伝播挙動を予測することができる。
また、溶接構造体への適用を考慮して、計測もしくは残留応力解析により求めた溶接残留応力分布を、き裂進展領域に付与することで溶接残留応力に伴うき裂の加速遅延を予測できる。
【非特許文献１】毛利ら、「疲労き裂伝播経路予測のシステム化と疲労試験による検証」、日本造船学会論文集、第１９４号、平成１５年９月２５日、ｐ．１８５−１９２
【非特許文献２】毛利ら、「溶接構造体の疲労き裂伝播シミュレーション解析」、日本機械学会、２００６年度年次大会  講演論文集１巻、２００６年、ｐ．６８１−６８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した技術では、溶接構造体に発生したき裂の進展を予想するに過ぎない。このため、溶接構造体に発生したき裂が進展した場合であっても、少なくとも次の定期検査までの期間中、溶接構造体の健全性が維持できるか否かについは、経験に基づいて判断せざるを得ないという問題がある。つまり、上述した技術を利用しつつ溶接構造体の設計を行う際には、例えば、き裂の進展が急激に進展しないような最適な板厚・形状等を思考錯誤により決定して、健全性の維持を図っている。
このような事情から、溶接構造体の設計においては、健全性判断の確実性向上と設計作業の効率化が要請されている。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、溶接構造体の補助部材に発生した疲労き裂の伝播を予測しつつ、溶接構造体の健全性を検証する方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る溶接構造体の健全性検証方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、主要部材とそれに交差して溶接された補助部材とからなる溶接構造体の該補助部材に発生した疲労き裂の伝播を予測して、前記溶接構造体の健全性を検証する方法であって、前記溶接構造体にき裂を設けた解析モデルを用いて前記き裂先端の開口モード及び面内せん断モードの応力拡大係数を求める第一工程と、前記開口モード及び前記面内せん断モードの応力拡大係数に基づいて前記き裂の進展速度を求める第二工程と、前記き裂速度が所定速度以下であるか判定する第三工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、前記所定速度が繰り返し加重１回当たり０．０００３ｍｍであることを特徴とする。
【０００９】
また、前記開口モード及び前記面内せん断モードの応力拡大係数に基づいて前記主要部材の補助部材溶接面に対する前記き裂先端のなす角を求める第四工程と、前記なす角が所定角度以下であるか判定する第五工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記所定角度が７０度であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記第一工程から前記第三工程を複数回繰り返した後に、前記第四工程及び前記第五工程を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、前記第一工程は、前記溶接構造体に前記き裂が存在しない解析モデルを用いて溶接接合部近傍に発生する残留応力を求め、該残留応力、前記き裂先端の開口モード及び面内せん断モードの応力拡大係数に基づいて前記き裂速度を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
主要部材とそれに交差して溶接された補助部材とからなる溶接構造体の解析モデルを用いて、補助部材に発生した疲労き裂の進展速度を求め、その進展速度が所定速度以下であるか否かを判定するので、溶接構造体の健全性を長期間に亘って維持することができる。
したがって、疲労き裂の発見が遅れることがなく、適切な時期に適切な措置を講ずることが可能となり、甚大な被害の発生を未然にかつ確実に回避することができる。
更に、主要部材の補助部材溶接面に対するき裂先端のなす角を求め、そのなす角が所定角度以下であるか否かを判定するので、更に確実に溶接構造体の健全性を長期間に亘って維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る溶接構造体の健全性検証方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る溶接構造体の健全性検証方法を示すフロー図である。
図２は、溶接構造体の解析モデルＡを示す斜視図である。
図３は、き裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３を示す図である。
【００１５】
例えば、船舶、クレーン、橋梁等の大型の溶接構造体の一部に、き裂が発生した場合には、このき裂の伝播（進展経路等）を予想して、溶接構造体の損傷拡大（船舶の場合には、例えば、船舶内への海水の浸入等）が生じないように、き裂の伝播を予想して最適な対策を講ずる必要がある。
そこで、溶接構造体におけるき裂の進展を有限要素法(ＦＥＭ：Finite Element Method)を用いて解析して、き裂の伝播（経路・速度）を予想する。なお、有限要素解析コードとしては、例えば、ＭＳＣ／Ｎａｓｔｒａｎ（登録商標）等を用いることができる。
【００１６】
図１に示すように、溶接構造体の健全性検証方法では、まず、ステップＳ１において、解析対象である溶接構造体の三次元解析モデルＡを作成する。
解析モデルＡ（溶接構造体）は、図２に示すように、複数の鉄鋼部材（ａ１〜ａ４等）を接合して形成されたものである。
例えば、ウェブａ１（補助部材）に対してフェースａ２が略直角するように組み合わされて、Ｔ字形（Ｔ継手）に溶接されている。更に、シェルａ３（主要部材）がウェブａ１に略直角するように組み合わされて、Ｔ字形に溶接されている。つまり、ウェブａ１，フェースａ２、シェルａ３が、断面Ｈ字形となるように溶接されている。
また、フェースａ２には、ウェブａ１とは反対側の面でウェブａ１に対応する位置に、リブａ４が略直角するように溶接されている。
なお、ウェブａ１，フェースａ２，シェルａ３及びリブａ４の各溶接は、例えば、すみ肉溶接となっている。
【００１７】
そして、解析モデルＡのうち、ウェブａ１及びフェースａ２には、仮想き裂Ｃ（Ｃ１〜Ｃ３が設けられる（図３参照）。き裂Ｃ１〜Ｃ３は、フェースａ２とリブａ４の溶接接合部Ｓの先端部に設けられる。溶接接合部Ｓの先端部は、特に応力が集中して疲労によるき裂が発生しやすい部位である。
き裂Ｃ１は、ウェブａ１に発生したき裂であって、溶接接合部Ｓからシェルａ３に向かって伸びるように形成されている。また、き裂Ｃ２，Ｃ３は、フェースａ２に発生したき裂であって、溶接接合部Ｓからフェースａ２の両側外縁に向かって伸びるように形成されている。き裂Ｃ２，Ｃ３は、リブａ４を挟んで対称に形成されている。
つまり、き裂Ｃ１〜Ｃ３は、溶接接合部ＳからＴ字形になるように形成されている。
【００１８】
次に、ステップＳ２において、解析モデルＡのうち、き裂Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれが伝播すると想定される領域をき裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３として設定する。
き裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３を設定するのは、この領域Ｂ１〜Ｂ３の要素分割（メッシュ処理）を、他の領域の要素分割とは異ならせるためである。すなわち、き裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３のメッシュ処理を、他の領域のメッシュ処理よりも微細化することで、き裂Ｃ１〜Ｃ３の伝播を高精度かつ効率的に解析する。
具体的には、図３に示すように、ウェブａ１及びフェースａ２のうち、き裂Ｃ１〜Ｃ３を含む領域を、き裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３に設定する。
【００１９】
そして、ステップＳ３において、解析モデルＡのメッシュ（要素分割）処理を行う（図２，図５参照）。上述したように、き裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３は、他の領域に比べて、メッシュ処理が微細化される。
なお、メッシュ処理は、き裂進展量に応じて要素自動分割プログラムによって自動的に行われる。
【００２０】
ステップＳ４では、き裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３の自動メッシュ処理が実行できたか不能であったかを判断する。
き裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３のメッシュを細分化すると、隣接する領域のメッシュとの連結が困難となって、自動メッシュ処理が不能となってしまう場合がある。具体的には、後述する解析を進めていくと、ウェブａ１のき裂進展領域Ｂ１に設けたき裂Ｃ１が進展してき裂Ｃ１の先端がシェルａ３に近接する。すると、き裂Ｃ１の近傍（き裂進展領域Ｂ１）のメッシュとシェルａ３のメッシュとのサイズが大きく異なって連結不可能となってしまう。
そこで、ステップＳ４において、き裂Ｃ１の進展の解析を続行することができるか否かを判断し、自動メッシュ処理が実行できた場合にはステップＳ５に進み、一方、自動メッシュ処理が不能であった場合にはステップＳ１１に進む。
【００２１】
自動メッシュ処理が実行できた場合には、ステップＳ５〜Ｓ７において、解析モデルＡを用いて、き裂Ｃの先端における応力拡大係数ＫＩ，ＫIIを求める。ここで、ＫＩ、ＫIIは、それぞれ開口モード，面内せん断モードに対応している。
ところで、き裂Ｃ先端の応力拡大係数Ｋ（ＫＩ，ＫII）を正確に求めるには、き裂Ｃ先端のメッシュ処理をできるだけ小さく設定する必要がある。しかし、徒に演算時間が長くなってしまう等の問題がある。
そこで、重ね合わせ法を用いてき裂Ｃ先端の応力拡大係数Ｋ（ＫＩ，ＫII）を求める。
すなわち、ステップＳ５の基本応力場解析により求められる解析解及びステップＳ６の実荷重条件解析により求められる有限要素解に基づいて、ステップＳ７において重ね合わせ法によりき裂Ｃ先端の応力拡大係数Ｋを算出する。重ね合わせ法を用いることにより、効率的、かつ、高精度に応力拡大係数Ｋを算出することができる。
【００２２】
図４は、解析モデルＡに加えられる実荷重条件を説明するための図である。
解析モデルＡに加えられる実荷重条件としては、溶接構造体が船舶の場合は、波浪外力となる。波浪外力は、図４に示すように、船舶が長期間（例えば２０〜３０年間）に受ける波浪の頻度分布として表される。
船舶は、約７秒に１回のサイクルで波浪を受ける。図４に示すように、波浪による外力（応力）は、波浪が高い程大きくなるが、その頻度は逆に少なくなる。
そこで、図４に示す波浪の頻度分布から、解析モデルＡに加えられる実荷重の大きさ・頻度（周波数）を求めて、その条件を実荷重条件として用いる。
【００２３】
ステップＳ５〜Ｓ７と並列して、ステップＳ８において溶接構造体（解析モデルＡ）に発生した残留熱応力（部材ａ１〜ａ４を溶接接合することにより生じる熱応力）を固有応力法によって求める。
なお、ステップＳ８は、ステップＳ５〜Ｓ７と同時に、或いはステップＳ５〜Ｓ７の各ステップの合間に行っても良い。
【００２４】
溶接に起因する残留応力は熱収縮によって生じる固有応力σＩとすると、固有応力σＩによって構造に生じる応力とつりあうため、式（１）を満たす。σＩの分布は、式（２）によって表すことが出来る。
そこで、ＦＥＭモデルに、式（３）で示すような温度Ｔ(℃)の形でσＩを外力条件とした解析を実施することで、溶接残留応力分布σ(Ｎ)を求めることが出来る。
なお、式（２）におけるＢ（ｍｍ）は入熱に応じた大きさであり、式（４）および式（５）によって求めることが出来る。また、ｌ（ｍｍ）は溶接脚長であり、熱膨張係数ρ（１／℃）、ヤング率（縦弾性係数）Ｅ（Ｎ／ｍｍ２）、降伏応力σｙ（Ｎ／ｍｍ２)は既知である。
【００２５】
【数１】
0004979546.tif 000002
【００２６】
【数２】
0004979546.tif 000003
【００２７】
【数３】
0004979546.tif 000004
【００２８】
【数４】
0004979546.tif 000005
【００２９】
【数５】
0004979546.tif 000006
【００３０】
このような固有応力σＩの算出を、溶接ラインに沿って行う。
具体的には、溶接ラインと脚長を指定することで、自動的に溶接接合部に該当する全ての分割要素（メッシュ）に対して個々に、或いは一括に、加熱温度Ｔ(℃)を指定する。溶接により加熱される部位に該当する全ての要素（メッシュ）に対して固有応力σＩに相当する温度Ｔ(℃)をプログラムにて計算し、これを境界条件として指定する。
【００３１】
図５は、解析モデルＡに温度Ｔの分布を与えた解析結果（応力分布）を示す図である。
なお、図５において、解析モデルＡの各分割要素の濃淡は、長手方向応力の高低を表す。
【００３２】
図６は、き裂Ｃ（Ｃ１〜Ｃ３）近傍における残留熱応力の分布を示す図である。
こうして、図６に示すように、溶接構造体（解析モデルＡ）の溶接接合部の近傍に発生した残留熱応力（応力分布）が固有応力法により求められる。
なお、溶接接合部の近傍に発生した残留熱応力を求める際には、解析モデルとしてはき裂（き裂Ｃ１〜Ｃ３）が存在しない解析モデルＡ´を用いる。き裂Ｃ１〜Ｃ３の影響を受けることなく、残留熱応力を求めるためである。
【００３３】
そして、ステップＳ９において、き裂Ｃの進展（進展速度，進展長さ）を算出する。
まず、ステップＳ５〜Ｓ７において求めた応力拡大係数Ｋと実荷重条件の解析に基づいて疲労き裂Ｃ１〜Ｃ３の進展速度を算出する。疲労き裂Ｃ１〜Ｃ３の進展速度の算出手法は、非特許文献２に開示された手法と同一の手法を用いる。
すなわち、応力比（最小応力／最大応力）Ｒの関数として式（６）により有効応力拡大係数ΔＫeffを算定し、式（７）にて疲労き裂Ｃの進展速度を算出する。
【００３４】
【数６】
0004979546.tif 000007
【００３５】
【数７】
0004979546.tif 000008
なお、式（７）は、パリス則と呼ばれている。
【００３６】
そして、ステップＳ８において求めた残留熱応力の分だけ、疲労き裂Ｃの進展速度が上乗せされる。こうして、き裂Ｃの進展速度が算出される。更に、求めた進展速度と、実荷重条件の繰り返し数（例えば、１万回）から、き裂Ｃの進展長さ（伝播）が算出（予想）される。
【００３７】
次に、求められたき裂Ｃ１の進展速度Ｖ１が閾値（所定速度）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。き裂Ｃ１の進展速度Ｖ１が閾値以下であるか否かを判定するのは、以下の理由からである。
船舶、クレーン、橋梁等の大型溶接構造体では、共用期間中に繰返し荷重を受けて、溶接部等を起点とする疲労き裂が発生・伝播することがある。これらの大型構造物の構造健全性を確保するために、定期的に目視検査によりき裂の有無を確認するように運用されている。例えば、船舶の場合には、３〜６年毎に定期点検が行われる。この際、約３０ｍｍ程度の長さのき裂であれば、目視検査により確実に発見することが経験的に分かっている。
このため、溶接構造体に発生したき裂のうち約３０ｍｍ未満の長さのき裂は見逃されてしまうが、このようなき裂であっても、次の定期点検までの期間（例えば３年）中にそのき裂が急激に進展して溶接構造体の主要部材まで達しないことが溶接構造体の健全性維持のため重要である。
つまり、き裂Ｃ１が急激に進展しなければ、次回以降の定期点検の際にき裂Ｃ１が発見されるので、溶接構造体Ａの主要部材であるウェブａ１まで達することなく、溶接構造体Ａの健全性維持が可能となる。
【００３８】
そこで、き裂Ｃ１が急激に進展するか否かの指標として進展速度Ｖ１を用い、進展速度Ｖ１が閾値以下であるか否かを判定する。
閾値（所定速度）の具体的数値としては、繰り返し加重１回当たりのき裂Ｃ１の進展距離が０．０００３ｍｍ（ｄａ／ｄＮ＝３×１０−４ｍｍ／ｃｙｃｌｅ）とする。
【００３９】
図７は、有効応力拡大係とき裂速度との関係を示す図である。
図７に示すように、試験片に形成されたき裂は、応力比Ｒが異なる場合（Ｒ＝０．１，０．５，０．７）であっても、き裂が進展して有効応力拡大係△Ｋが大きくなるに従ってき裂速度（ｄａ／ｄＮ）が急激に速くなる（加速する）傾向にある。具体的には、△Ｋが大きくなり、き裂速度（ｄａ／ｄＮ）が３×１０−４（ｍｍ／ｃｙｃｌｅ）を超えると、急激に加速して一気に進展していることが分かる。言い換えれば、き裂速度が３×１０−４（ｍｍ／ｃｙｃｌｅ）以下であれば、き裂の進展は一定の加速で推移している。
【００４０】
このため、き裂Ｃ１のき裂速度Ｖ１が３×１０−４（ｍｍ／ｃｙｃｌｅ）以下であれば、き裂Ｃ１が急激に進展せず、したがって、次回以降の定期点検の際にき裂Ｃ１が発見される可能性が高く、溶接構造体Ａの主要部材であるシェルａ３まで達することなく溶接構造体Ａの健全性維持が可能となる。
このような観点から、ステップＳ１０において、き裂Ｃ１の進展速度Ｖ１が閾値（ｄａ／ｄＮ＝３×１０−４（ｍｍ／ｃｙｃｌｅ））以下であるか否かを判定する。
【００４１】
き裂Ｃの進展長さが短い場合には、通常、ステップＳ１０にてき裂Ｃ１の進展速度Ｖ１が閾値以下と判断される。この場合には、ステップＳ９にて求めたき裂Ｃの進展長さだけ解析モデルＡのき裂Ｃを伸長して、再度、ステップＳ３以降の処理を繰り返す。つまり、ステップＳ４にてき裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３の自動メッシュ処理が実行可能と判断され、ステップＳ１０にてき裂Ｃ１の進展速度Ｖ１が閾値以下であると判定されている間は、ステップＳ３〜ステップＳ１０の処理が複数回繰り返し行われる。このようにして、き裂Ｃの進展が解析される。
【００４２】
き裂Ｃの進展は、ウェブａ１に発生したき裂Ｃ１がシェルａ３まで達すまで、或いは、き裂Ｃ１が例えば６０ｃｍ程度となるまで行う。
しかし、それ以前にステップＳ１０にてき裂Ｃ１の進展速度Ｖ１が閾値以上と判定された場合には、溶接構造体Ａの共用中にき裂Ｃ１が急激に進展してシェルａ３に達し、溶接構造体Ａの健全性維持が不可能であると判断する。定期点検の際に例えば２０ｃｍ程度に進展したき裂Ｃ１が見逃されると、次回の定期点検までの間にき裂Ｃ１が急激に進展して、シェルａ３に達してしまう可能性があるからである。
したがって、この場合には、溶接構造体Ａは共用に適さないので設計変更を要することとなる。例えば、ウェブａ１やシェルａ３の板厚・形状変更を検討し、新たな溶接構造体Ａ´にて再び上述したき裂Ｃの進展解析を行う。
【００４３】
ところで、上述したように、き裂Ｃの進展解析をき裂Ｃ１がシェルａ３まで達すまで進めていくと、ステップＳ３の自動メッシュ処理が不能となってしまう場合がある。ウェブａ１に設けたき裂Ｃ１が進展してき裂Ｃ１の先端がシェルａ３に近接すると、き裂Ｃ１の近傍のメッシュとシェルａ３のメッシュとのサイズが大きく異なって連結不可能となってしまうからである。
このような場合には、それ以上、き裂Ｃの進展解析を行うことができないので、進展速度Ｖ１以外の指標として、シェルａ３の溶接面ａ３ｓに対するき裂Ｃ１のなす角を用いる。
【００４４】
ステップＳ４において、自動メッシュ処理が不能であると判断された場合には、第一摂動法を用いてき裂Ｃ１の進展経路Ｌを予想する（ステップＳ１１）。すなわち、き裂進展経路の予測は、第一摂動法を利用し、き裂進展時におけるき裂先端の応力拡大係数の漸近表示を求め、局所対象条件（ΔＫII＝０）により経路Ｌを定める。
【００４５】
なお、第一摂動法の詳細については、以下の非特許文献３に記載されている。
非特許文献３：「Y.Sumi, Z.N.Wang, A finite-element simulation method for a system of growing cracks in a heterogeneous material, Mechanics of Materials 28(1998)197-206」
【００４６】
き裂進展経路の予測では、図８に示すように、自動メッシュ処理が不能となる直前のき裂Ｃ１の先端からき裂Ｃ１に沿った方向に距離ｈ１，ｈ２だけ進んだ位置でのき裂Ｃ１の変位λ１，λ２を式（８）により算出する（非特許文献３の式（２）参照）。
【００４７】
【数８】
0004979546.tif 000009
【００４８】
次に、ステップＳ１１において求めた変位λ１，λ２、距離ｈ１，ｈ２の関係から、き裂Ｃ１の進展経路がシェルａ３の溶接面ａ３ｓになす角θを幾何学的に算出する（ステップＳ１２）。
更に、この角度θが７０度以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ウェブａ１に発生したき裂Ｃ１がシェルａ３の溶接面ａ３ｓに対して７０度以上の角度である場合には、き裂Ｃ１が進展するとシェルａ３に到達するものと判断する。一方、き裂Ｃ１がシェルａ３の溶接面ａ３ｓに対して７０度以下となると、き裂Ｃ１が進展したとしてもシェルａ３に到達することなく、シェルａ３の溶接面ａ３ｓに略平行となるように進展すると判断する。
【００４９】
なお、なす角が７０度以下であればシェルａ３に到達しないと判断は、以下の非特許文献４に基づいている。
非特許文献４：「財団法人日本船舶技術研究協会  研究成果報告書  部会番号ＳＲ１６９「船体構造の破壊管理制御設計に関する研究」
【００５０】
ステップＳ１２において、き裂Ｃ１がシェルａ３の溶接面ａ３ｓに対して７０度以上と判定された場合には、溶接構造体Ａは共用に適さないので設計変更を要することとなる。例えば、ウェブａ１やシェルａ３の板厚・形状変更を検討し、新たな溶接構造体Ａ´にて再び上述したき裂Ｃの進展解析を行う。
一方、き裂Ｃ１がシェルａ３の溶接面ａ３ｓに対して７０度以下と判定された場合には、溶接構造体Ａは共用に適しており、長時間に亘って健全性が維持可能であると認められる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態の溶接構造体の健全性検証方法によれば、シェルａ３とそれに交差して溶接されたウェブａ１とからなる溶接構造体の解析モデルＡを用いて、ウェブａ１に発生した疲労き裂Ｃ１の進展速度Ｖを求め、その進展速度Ｖが所定速度以下であるか否かを判定するので、溶接構造体の健全性を長期間に亘って維持することができる。
したがって、疲労き裂Ｃ１の発見が遅れることがなく、適切な時期に適切な措置を講ずることが可能となり、甚大な被害の発生を未然にかつ確実に回避することができる。
【００５２】
更に、シェルａ３の溶接面ａ３ｓに対するき裂Ｃ１先端のなす角θを求め、そのなす角θが所定角度以下であるか否かを判定するので、更に確実に溶接構造体の健全性を長期間に亘って維持することができる。
【００５３】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【００５４】
上述した実施形態では、ステップＳ８において溶接構造体（解析モデルＡ）に発生した残留熱応力を固有応力法によって求める場合について説明したが、ステップＳ８は必須の工程ではないので、省略することができる。もっとも、き裂Ｃの進展解析の精度を向上させるためには、ステップＳ８の工程を実施することが望ましい。
【００５５】
また、上述した実施形態では、ステップＳ４においてき裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３の自動メッシュ処理が実行可能であるか否かを判断したが、これに限らない。ステップＳ５〜Ｓ１０の繰り返し回数を予め規定しておき、その回数だけ解析を行ったら、自動的にステップＳ１１に移行するように設定してもよい。
【００５６】
また、き裂Ｃ１の進展速度Ｖ１とシェルａ３の溶接面ａ３ｓに対するなす角θの両方の指標を用いるようにしたが、これに限らない。少なくともき裂Ｃ１の進展速度Ｖ１を指標として用いればよい。また、進展速度Ｖ１を求めると略同時になす角θも合わせて求めるようにしてもよい。
【００５７】
また、溶接構造体（解析モデルＡ）の形状は一例であって、主要部材とそれに交差して溶接された補助部材とからなる溶接構造体であれば、本願発明を適用することができる。
また、溶接構造体の材質としては、鉄鋼に限らず、アルミニウム等の非鉄材料であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接構造体の健全性検証方法を示すフロー図である。
【図２】溶接構造物の解析モデルＡを示す斜視図である。
【図３】き裂進展領域Ｂ１〜Ｂ３を示す図である。
【図４】解析モデルＡに加えられる実荷重条件を説明するための図である。
【図５】加熱温度の指定後の解析モデルＡを示す図である。
【図６】き裂近傍における残留熱応力の分布を示す図である。
【図７】有効応力拡大係とき裂速度との関係を示す図である。
【図８】き裂進展経路の予測方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
Ａ，…三次元解析モデル（溶接構造体）
ａ１…ウェブ（補助部材）
ａ３…シェル（主要部材）
ａ３ｓ…溶接面（補助部材溶接面）
Ｃ１〜Ｃ３…疲労き裂（き裂）
【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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