(57)【要約】【課題】形状のバリエーションが多い評価対象について効率的に残留応力の解析を行うことができる、薄肉部材同士の溶接を対象とした溶接構造物の残留応力解析方法を提供する。【解決手段】各有限要素の、溶接入熱に伴う時間経過と共に変化する温度分布の履歴を熱解析による演算で求め、溶接後、溶融池が凝固し、溶着部の温度が、当該溶着部の構造的剛性が有意になる温度値に到達した時点から開始して、前記演算した各有限要素の温度分布履歴に基づき、溶接入熱に伴う各有限要素の残留応力分布を応力解析により求める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接接合によって薄肉溶接構造物の各有限要素に発生する残留応力を有限要素法による数値解析で求める残留応力解析方法であって、
前記各有限要素の、溶接入熱に伴う時間経過と共に変化する温度分布の履歴を熱解析による演算で求めて記憶するステップと、
溶接後、溶融池が凝固し、溶着部の温度が、当該溶着部の構造的剛性が有意になる温度値に到達した時点から開始して、前記演算した各有限要素の温度分布履歴に基づき、溶接入熱に伴う各有限要素の残留応力分布を応力解析により求めるステップと
を含んでなることを特徴とする溶接構造物の残留応力解析方法。
【請求項２】
前記解析開始温度値は、前記溶着部の金属組織の相変化を生じさせる変態温度値に基づいて設定されることを特徴とする、請求項１記載の溶接構造物の残留応力解析方法。
【請求項３】
前記溶接構造物は、管部材同士が溶接接合される溶着部を有し、軸対称二次元モデルにより数値解析されることを特徴とする、請求項１又は２記載の溶接構造物の残留応力解析方法。
【請求項４】
前記溶接構造物は、部材同士が溶接接合される溶着部を有し、二次元モデルにより数値解析され、前記部材の肉厚が５．０ｍｍ以下であり、前記溶接接合により形成される二次元モデル溶着部におる温度が溶接時に前記解析開始温度値以上に加熱されることを特徴とする、請求項１又は２記載の溶接構造物の残留応力解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接構造物の残留応力解析方法に関し、特に、有限要素法による解析方法であって、プラント配管や一般構造物で使用される薄肉の管材や板材の２次元モデル解析に好適な残留応力解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接構造物、例えば火力発電設備のボイラ伝熱管において、溶接部に割れやクラックが発生することがある。このような割れやクラックは、伝熱管リデューサ部の手動溶接部に多く発生し、その発生の主要な原因は、不適切な溶接によって発生した残留応力に起因して、疲労寿命や溶接割れによるものと考えられている。従って、残留応力の把握は、構造物の溶接部における形状や最適溶接条件を決定したり、構造物の寿命やクラックの発生を予測したりする上で、有用であり、且つ、必要である。
【０００３】
構造物の残留応力を予測するために、従来、有限要素法による熱弾塑性解析を行う試みがなされている。溶接では溶接時の入熱が急激に行われ、その後に急冷されるために、このような急激な温度変化を考慮して溶接時の全過程に亘る構造物内の温度分布の履歴を熱伝導解析で求め、次いで、求めた温度分布の履歴をもとに溶接入熱に起因する残留応力を弾塑性解析により求めている。
【０００４】
このような残留応力の解析において、有限要素法による通常の熱弾塑性解析方法では、計算時間が掛かり過ぎ、複雑な形状の解析は事実上不可能になるため、解析時間を短縮する等、種々の方法が提案されている。
特許文献１では、溶接構造物の対象を円筒胴の周方向溶接部に限定した有限要素法による残留応力解析方法を開示しており、解析モデル化する解析範囲を溶接部付近に限定し、溶接層を積み重ねていく方法を開示している。
【０００５】
また、特許文献２では、所謂固有ひずみ法により溶接残留応力の解析が提案されている。固有ひずみ法は、溶接部に分布する非弾性ひずみを荷重条件として与え、非弾性ひずみと平衡するための応力が発生するような解を弾性解析によって求める方法であり、溶接残留応力を求める対象が複雑な形状であっても、弾性解析を一度行うだけで応力分布を求めることができる。
【０００６】
上述の固有ひずみ法による残留応力の解析には、従来、固有ひずみ解析に特化した構造解析プログラムを準備する必要があったが、特許文献２が開示する発明では、節点に対応する位置の固有ひずみ値を仮想温度差データおよび仮想熱物性データで置き換えた入力データを用いることにより、特化した構造解析プログラムを必要とせず、汎用解析コードによって数値解析を行うことができるとされており、仮想温度差データおよび仮想熱物性データで与えられる熱ひずみ分布と平衡する残留応力分布を求めることができ、これらは、固有ひずみ分布とこれを与えた際に発生する残留応力分布にそれぞれ対応するとされている。
【特許文献１】特開２００３−１９４６３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１２１２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される解析方法は、溶着層を積み重ねて最終形状に至った溶接部の残留応力を解析するに際し、上記積重手順を詳細に、且つ適正に検討する必要があり、解析の手順構成が複雑になる。そして、溶接された溶接部形状をパラメータとして多くのモデル形状の溶接良否を検討する際には、上記した積重手順の解析などに時間とコストが掛かり過ぎるという問題がある。
【０００８】
一方、固有ひずみ法による残留応力の解析には、過去の実績によるデータベースの構築が必要であり、溶接部形状や溶接時の入熱に対してひずみ量分布のデータをデータベースに集積しておく必要があり、また、特許文献２に開示される解析方法においても、仮想温度差データおよび仮想熱物性データの蓄積が必要になる。従って、新規材料を使用する場合には、熱解析や応力解析に必要な材料物性データすら不足することがあり、まして、上記のような過去のデータの蓄積に欠く、或いは乏しい新規材料への適用は容易ではない。
【０００９】
本発明は、固有ひずみ分布等の既知のデータがない新規材料にも適用ができることによって汎用性を高め、溶接途中にビード（溶着層）の積み重ねによって変化するモデル形状の変更を考慮する必要がなく、従って、溶着層の積層手順を検討する手間を省いてモデル化の簡素化を図り、その結果、形状のバリエーションが多い評価対象について効率的に残留応力の解析を行うことができる、薄肉部材同士の溶接を対象とした溶接構造物の残留応力解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、薄肉部材同士を突合せ溶接する場合、接合（溶着）部位の溶接が終わり、溶融池が凝固の過程にある状態では、薄肉部材同士の溶接を対象にするが故に、溶着部を全体的に見て、構造的剛性が有意でない部位（要素）が存在しない状態にあると見なすことができ、後に形成させた溶着層のみならず、先に形成させた溶着層の、残留応力の解析結果に対する影響を無視することができる、との知見に基づくものである。そして、溶接入熱による各要素の温度履歴を求め、溶着部の温度が、当該溶着部の構造的剛性が有意になる解析開始温度値に到達した時点から応力解析を開始して残留応力を求めるものである。従って、本発明においては、溶接によって溶着層が順次積み重ねられる過程を考慮する必要がなく、固有ひずみ法のように、溶接部形状や溶接時の入熱に対するひずみ量分布のデータを入力する必要もなく、過去の実績によるデータベースの構築が不要である。
【００１１】
そこで、請求項１の本発明は、溶接接合によって薄肉溶接構造物の各有限要素に発生する残留応力を有限要素法による数値解析で求める残留応力解析方法であって、前記各有限要素の、溶接入熱に伴う時間経過と共に変化する温度分布の履歴を熱解析による演算で求めて記憶するステップと、溶接後、溶融池が凝固し、溶着部の温度が、当該溶着部の構造的剛性が有意になる温度値に到達した時点から開始して、前記演算した各有限要素の温度分布履歴に基づき、溶接入熱に伴う各有限要素の残留応力分布を応力解析により求めるステップとを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
前記解析開始温度値は、溶接する部材や溶接材によって異なるが、前記溶着部の金属組織の相変化を生じさせる変態温度値に基づいて設定される（請求項２）、このような温度範囲から応力解析を開始すれば、実用上有用な残留応力の解析を行うことができる。
前記溶接構造物が管部材同士を溶接して接合される場合には、軸対称二次元モデルにより数値解析され（請求項３）、広く板材を含めた部材同士の溶接接合であっても、二次元モデルにより数値解析され、前記部材の肉厚が５．０ｍｍ以下であり、前記溶接接合により形成される二次元モデル溶着部におる温度が溶接時に前記解析開始温度値以上に加熱されることを特徴とする（請求項４）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、薄肉部材同士の突合せ溶接を対象にするものに限られるが、従来の固有ひずみ法のように、溶接入熱量や溶接部形状に対するひずみ量データを蓄積したり、準備したりする必要がなく、従って新規開発の材料部材に対しても適用が可能であり、また、溶着部位に溶着層を積み重ねて溶着部を形成させる場合のように溶接過程の各形状モデルに対して逐次温度分布履歴や応力解析を行う必要がなく、容易に残留応力分布の解析結果が得られる。また、このようにして得た残留応力分布の解析結果は、再加熱応力分布やクリープ疲労、溶接割れ等を、溶着部形状をパラメータに検討する際の判断データとして、これを簡便に提供することができる。
【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物の残留応力解析方法を、火力発電設備のボイラ伝熱管を例に、図面を参照して説明する。
図１は、残留応力の解析対象となる伝熱管１の解析モデル（ケースＡ）を示す。この伝熱管１は、大径の伝熱管２を、リデュース管４を介して小径の伝熱管（細管）３に溶接接合させたものであり、リデュース管４の接続端４ａと小径伝熱管３の接続端３ａ間に、溶接により溶接ビードとして形成される溶着部（溶接金属）５が介在している。
【００１５】
この溶着部５の形状は、溶着部設計の差異により、或いは、溶接を自動溶接機で溶接する場合や、作業者の手作業により溶接する場合、それも溶接電流値、溶接速度等の溶接条件の違い、溶接技術の巧拙等により、様々に仕上がり、溶接による残留応力に与える影響は大である。そこで、本発明に係る溶接構造物の残留応力解析方法は、このような溶着部形状によって得られる残留応力分布を簡便に予測する方法として好適に用いられる。
【００１６】
次に、本発明に係る溶接構造物の残留応力解析方法の概略手順を、図２乃至図４に示すフローチャートを参照して説明する。
（解析モデルの作成）
伝熱管１の残留応力分布を解析する場合には、先ず、解析対象となる伝熱管１の解析モデルを作成する（図２のＳ１）。
【００１７】
本発明による解析方法では、溶接接合がなされ、伝熱管１の溶着部５が既に形成されているものを解析モデルとするところに特徴がある。実際に溶接接合した伝熱管１をサンプルに、これを切断して切断面形状から解析モデルを作成する方法が好適であり、軸対称２次元ソリッドモデルを作成し、汎用非線形解析コードを用いて解析する。
拘束条件としては、軸対称モデルなので、管の中心線で自動的に（幾何学的に）拘束条件を設けたことになる。また、遠方の温度、内外力の影響を考慮して、リデュース管４、溶着部５を含めた直管部分、すなわち伝熱管２，３の範囲（図１には示さないが、伝熱管２，３の遠方端にはエルボが接続され、このエルボを介して折り返し複数の伝熱管が配管されており、伝熱管２，３の直管部分が両エルボに接続されるまでの範囲）をモデル化すればよい。そして、小径伝熱管３の遠方端は、軸方向に拘束条件を設け、モデルの剛体移動を防止する。
【００１８】
温度境界条件としては、外気温、伝熱管初期温度、遠方温度などは全て常温（この事例では２５℃）に設定する。外気接触の熱伝達係数は、経験値を参考に適宜値に設定する。
要素分割（メッシュ分割）は、図１（B)に例示され、その分割方法については通常の方法により分割すればよく、特に限定しないが、残留応力分布を得るという目的を考慮し、過去のこの種の解析実績や特異点等を参考に、演算時間が過大にならず、適宜時間で解析結果が得られるように割り付けるようにすればよい。なお、本解析は、特にリデュース管４と小径伝熱管３間の接合部における残留応力分布に注目することにし、溶着部５の、リデュース管４及び小径伝熱管３との各境界４ａ，３ａは、これらの境界（図１（Ｂ）において、太線で示す）が明確になるような要素分割を行う必要がある。
【００１９】
上記の要素分割が終われば、コンピュータに節点番号とその座標、各有限要素名と要素を構成する節点番号等を入力して構造物の形状の定義を行う。
なお、小径伝熱管３は、その外径が５０ｍｍ（リデュース管４の接続端４ａの外径も同じ）、内径が４０．４ｍｍ、肉厚が４．８ｍｍであり、薄肉部材で構成されている。溶着部5に形成される溶着金属（デポ）は、手動溶接であることもあって、比較的大であり（後述するケースＢ乃至Ｄ、図６乃至８と比較参照）、管内側への突出量（図1に示す断面で見て）は、３．５ｍｍ、外側には１．３ｍｍ、突き合わせ位置での軸線のずれ（目違い）は、０．７ｍｍに設定してある（表１参照）。そして、伝熱管２及び溶接材（溶接金属）としては、いずれもオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）である。
（物性値の入力）
解析モデルの作成が終わると、次に、伝熱管１を構成する各部材、すなわち伝熱管２，３、リデュース管４及び溶着部５を形成させる溶接材（溶接金属）の挙動を示すための材料物性値等の入力を行う（図２のＳ２）。
【００２０】
熱伝達解析には、材料の熱伝導率、比熱、密度、熱伝達率等の物性値、弾塑性構造解析には、ヤング率、ポアソン比、降伏応力、弾性係数、線膨張係数等の物性値が必要であり、いずれも温度の関数として与える必要がある。
また、本発明の熱応力解析には、溶接後、溶融池が凝固し、溶着部の温度が、当該溶着部の構造的剛性が有意になる温度値（解析開始温度値）の入力が必要である。代表的な使用鋼種としては、一般構造用鋼材（ＳＳ）、オーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０、フェライト系高温鋼（STBA）等を挙げることができるが、これらの鋼種に対して、解析開始温度値を、以下のようにして設定すればよい。なお、「構造的剛性が有意」とは、残留応力の解析において、溶着部に発生する内部応力や歪み量が常温残留応力分布に及ぼす影響が誤差として無視できなくなる温度である。このような解析開始温度値の設定事例として、一般鋼においては、Ａ３変態点温度が考えられる。一般鋼において、加熱に伴って鋼の変形抵抗がＡ３変態点に向かって下がっていき、γ相では構造材としてほとんど応力を担保することはない。低炭素鋼やフェライト系ステンレスなどのＡ３変態点はＣｒ含有量などにより大きく変動し、８５０〜９２０℃程度の範囲にある。ＳＵＳ３４７、ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレスでは、α相が出現しないので、上述のようなＡ３変態点が存在しないが、「構造的剛性が有意になる温度」として、各鋼材の実際の高温材料特性のデータで見て、常温よりも強度（降伏点など）が十分に低下している温度として決めることができる。具体的には、ほとんどの材料で８００℃程度までしか高温強度データを集めることができないので、入手できる強度データのプロットから、最高温側での曲線の傾きを適宜外挿して、妥当と見られる「剛性が有意な温度」として、９００℃に設定することができる。この解析開始温度については、鋼種によっては２０℃程度の差が想定されるが、解析結果（残留応力分布）には大きく影響することはない。残留応力の上限は、降伏応力となるために、全体の変形量の差は、ひずみが少し増えることで吸収されてしまう。従って、解析開始温度として９００℃に設定すれば、解析妥当温度として、他の鋼材でも共通で使えるものと考えられる。
（非定常伝熱解析）
次に、図２のステップＳ３に進み、非定常伝熱解析による各有限要素の温度分布履歴の演算を行う。この伝熱解析の方法も種々の方法が考えられ、特に限定しないが、その解析方法の一実施態様を図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
先ず、解析モデルである伝熱管１は、溶着部５を既に溶接接合を済ませ、全体が常温（ここでは、２５℃とする）で、内部歪みや外力が作用せず、残留応力も存在しない状態にあり、そのような状態で、溶着部５の各要素に所定期間に亘り溶接入熱が逐次行われると仮定して、以下のような温度分布解析が行われる。
溶着部5に、解析モデルとして、どの程度の入熱を行えばよいかは、実際の溶接施工時に溶接部近傍の温度計測から適宜の入熱量を予測することができ、このような計測データを参考に入力すればよい。何れにしても、実際に行われる溶着部５の溶着層の形成が一度に行うことができない場合であっても、後の溶着層の積み重ねにより、溶着部全体温度が上記解析開始温度（９００℃）以上の温度になるような入熱量が加えられる、と仮定している。換言すれば、本発明においては、最終溶着層の溶着によって、溶着部全体の温度が例えば上記解析開始温度以上の温度に上昇させることができる熱容量の部材厚さをもって、「薄肉部材」と定義している。解析モデルでは、溶接入熱によって、溶着部５全体温度が上記９００℃以上の温度になるような入熱量が加えられる。
【００２２】
具体的には、解析モデル例として、溶着部５の各要素に体積当たりの溶接発熱として、１．０Ｗ／ｍｍ３に相当する熱量が１５sec間に亘って入熱される。換言すると、１５sec間に各要素には全部で１５．０ジュール／ｍｍ３の入熱がなされる。
図３に示す演算プログラムでは、Δｔｍ毎の温度分布が演算されることになっており、従って、１５sec間には、１５／Δｔｍ回の温度分布が演算されることになり、その間、１回当たりの各要素への入熱量は、Δｔｍジュール／ｍｍ３となる。
【００２３】
そこで、ステップＳ３０において、上記のような演算を行って、各要素への上記入熱量の演算と第１回目の演算開始時の時刻ｔ1（＝０）及びプログラム制御フラグＦＬの値（＝０）がそれぞれ設定され、ステップＳ３１に進む。
ステップＳ３１では、以後、Δｔｍ毎の温度分布が演算され、初回の当該ステップの実行では、時刻ｔ1（＝０）において、溶着部５の各要素にΔｔｍジュール／ｍｍ３の入熱を入力し、Δｔｍ後における伝熱管1の温度分布を有限要素法による熱伝達解析によって求める。求めた温度分布データは、時刻ｔ1（＝０）のタグと共に、記憶保存される。
【００２４】
次いで、ステップＳ３２では、詳細は後述するが、フラグＦＬが値１であるか否かが判別され、ステップＳ３３において、溶着部５の境界位置温度Ｔbnが上述した応力解析開始温度Ｔst（例えば、９００℃）に到達したか否かが判別される。上述したとおり、各要素に入熱される熱量は、場合によっては、各要素を溶融させて溶融池を形成させるに十分な値であるから、演算開示時のＴbn値は、解析開始温度Ｔstに対して十分に高い。従って、ステップＳ３３の判別結果は、否定(No)であり、ステップＳ３４において時刻タグｔ１値をΔｔｍだけ増加させて前記ステップＳ３１に戻り、再び温度分布の演算が実行される。なお、１５secの期間が経過するまでは、当該ステップを実行する毎に溶着部５の各要素にΔｔｍジュール／ｍｍ３の入熱がなされ、各入熱による、Δｔｍ経過時における伝熱管1の温度分布が有限要素法による熱伝達解析によって繰り返し求められる。
【００２５】
１５secの期間が経過すると、溶接入熱がなくなるので、ステップＳ３１で演算される温度分布は、各部材内の熱伝導、溶着部５から外部（小径伝熱管３やリデューサ部４、或いは周囲雰囲気（２５℃））への熱伝達によって放熱されていき、境界域での温度Ｔbn値は、徐々に低下し、遂には、当該溶着部５の構造的剛性が有意になる温度値（解析開始温度）Ｔstに到達することになる。
【００２６】
境界域での温度Ｔbn値が解析開始温度Ｔstに到達するとステップＳ３３での判別結果が肯定（Yes）となり、求めた温度分布による応力解析の開始を判別する。溶着部５の境界域での各要素の温度は、通常外部への放熱により外表面での温度の低下が最も早い。図５は、伝熱管１の外表面に沿う各要素の温度変化を示し、時刻ｔ１（＜ｔst）における、溶着部の温度分布（境界域ｘ１、ｘ２間の温度分布。なお、ｘ１、ｘ２は図１（Ａ）参照）は、解析開始温度Ｔstより十分に高い。一方、時刻ｔstの温度分布は、溶着部５の境界域（ｘ１、ｘ２）間の温度が降下する一方、周囲の温度が上昇し、境界位置（ｘ１、ｘ２）での温度が、解析開始温度Ｔstに到達したことが判る。
【００２７】
ステップＳ３３において、境界域での温度Ｔbn値が解析開始温度Ｔstに到達したことが判別されると、ステップＳ３５において、応力解析開始温度Ｔstに到達した時刻ｔ1が記憶され（ｔst＝ｔ1）、応力解析開始フラグＦＬを値1に設定しておく。そして、後述するステップＳ３６の判別を行った後、ステップＳ３４，Ｓ３１を繰り返し実行してΔｔｍ毎の温度分布の演算が継続して行われ、それらが記憶される。なお、プログラム制御フラグＦＬに値1が設定されたので、ステップＳ３２での判別により、以後、ステップＳ３３での解析開始温度判別やステップＳ３５のフラグ値の設定等の実行は行われない。代わって、ステップＳ３６が実行され、ステップＳ３１において求めた温度分布から最高温度Ｔmaxと最低温度Ｔminとの温度差ΔＴ（＝Ｔmax−Ｔmin）が所定値ΔＴmin以下（例えば、１０℃以下）であるか否か判別される。
【００２８】
溶接入熱によって加熱された伝熱管１が冷却され全体の温度が十分に低下したと判断されると（ステップＳ３６の判別結果が肯定(Yes)の場合）、熱伝達解析を実行することなく、ステップＳ３７を実行し、伝熱管１全体の温度を強制的にＴam（例えば、２５℃）に設定した温度分布を記憶し、当該温度分布を記憶した時刻を、前回時刻ｔ1よりΔｔｍだけ経過した時刻ｔsp（＝ｔ1＋Δｔｍ）として記憶し、当該プログラムを終了する。この時刻ｔspは、応力解析を終了させるタイミングを判別する演算終了値として用いられる。
【００２９】
上述のようにしてΔｔｍ毎の伝熱管１の各要素の温度分布履歴が求まり、それぞれの時刻タグを付して記憶される。
（残留応力、歪み量分布の演算）
図２に戻り、次いでステップＳ４に進み、非定常伝熱解析で求めた温度分布履歴に基づいて、弾塑性熱応力解析を実施する。
【００３０】
図４は、弾塑性応力解析の詳細実行手順を示し、先ず、時刻タグ変数であるｔ1に応力解析開始時刻ｔstを入力する（Ｓ４０）。そして、時刻ｔ1（＝ｔst）のタグを付して記憶した各要素の温度分布を読み出し（Ｓ４１）、読み出した温度分布と前回読み出し演算した温度分布、応力分布、歪み量分布から有限要素法による弾塑性応力解析（熱応力解析）が行われる（Ｓ４２）。なお、ステップＳ４２の初回実行時には、溶着部５の構造的剛性が有意になる温度値に到達したばかりであり、各要素には未だ内部応力（残留応力）が発生していない状態にある。従って、初回の各要素の内部応力が０である応力分布データが使用される。
【００３１】
この弾塑性応力解析は、各要素に与えられる温度分布、或いは各要素の温度変化から、各要素に生じる歪み量と内部応力が演算されるもので、汎用非線形解析コードを使用し、使用する解析コードは特に限定するものではない。そして、求めた各要素の歪み量と内部応力の分布データは、時刻ｔ1 のタグを付して記憶される。
次いで、ステップＳ４３に進み、時刻タグｔ1が演算終了時刻ｔspに到達するに相当する回数の演算が繰り返されたか否かを判別した後、時刻タグ値ｔ1 の値をΔｔｍだけ加算し（Ｓ４４）、前述のステップＳ４１に戻る。かくして、解析開始時刻ｔstから始めてΔｔｍ時間経過毎の時刻タグが付された温度分布が読み出され（Ｓ４１）、Δｔｍ経過毎の各要素の応力と歪み量が、その都度、有限要素法による弾塑性熱応力解析により逐次求められていく（Ｓ４２）。そして、時刻ｔ1が演算終了時刻ｔspに到達するに相当する回数の演算が終了すると（図４のステップＳ４３の判別結果が肯定(Yes)と判定される）、当該プログラムが終了するが、その時点で求められた応力分布は、伝熱管１の全体が強制的に常温（この事例では、２５℃）に設定した温度分布データを用いて熱応力解析されたもので、目的とする常温時の残留応力分布データ及び歪み量分布データが得られたことになる。
【００３２】
上述のように、溶着部が任意の形状を備えて接合された伝熱管の残留応力分布データ及び歪み量分布データが簡便に求めることができる。
図６乃至図８は、溶着部形状が異なるだけで、他の条件を同じにして解析した伝熱管モデルを示し、各モデルのモデル仕様を表１（解析ケース一覧）に示す。そして、各モデルの溶着部デポ（溶着金属量）の違い等により、演算結果として得られた最大主応力の発生位置や大きさ（図９参照）が判り、これらの演算結果と実際の溶接構造物の溶接割れやクラックの発生状態との相関が判り、最適溶接条件等を設定することができる。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
（変形例）
本発明は、上記伝熱管に限定されず、伸びや歪みが拘束される薄板溶接接合構造物の残留応力解析等にも広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る溶接構造物の残留応力解析方法により残留応力分布を求める解析モデル（ケースＡ）となる、火力発電設備のボイラ伝熱管を示し、図１（Ａ）は、伝熱管１の部分断面図、図１（Ｂ）は、特に溶着部５の有限要素モデルを示すメッシュ図。
【図２】本発明に係る溶接構造物の残留応力解析方法の概略手順を示すフローチャート。
【図３】図２のステップＳ３に示す伝熱解析の詳細実行手順を示すフローチャート。
【図４】図２のステップＳ４に示す弾塑性応力解析の詳細実行手順を示すフローチャート。
【図５】図１（Ａ）に示す伝熱管１の外表面に沿う、溶着部５付近の要素温度分布を模式的に示すグラフ。
【図６】本発明に係る溶接構造物の残留応力解析方法により残留応力分布を求める別の解析モデル（ケースＢ）の、図１（Ｂ）に類似する溶着部の有限要素モデルを示すメッシュ図。
【図７】本発明に係る溶接構造物の残留応力解析方法により残留応力分布を求める又別の解析モデル（ケースＣ）の、図１（Ｂ）に類似する溶着部の有限要素モデルを示すメッシュ図。
【図８】本発明に係る溶接構造物の残留応力解析方法により残留応力分布を求める別の解析モデル（ケースＤ）の、図１（Ｂ）に類似する溶着部の有限要素モデルを示すメッシュ図。
【図９】解析モデルＡ乃至Ｄの残留応力分布解析結果から最大主応力を比較して示すグラフ。
【符号の説明】
【００３６】
１      伝熱管
２      大径伝熱管
３      小径伝熱管
４      リデューサ部
５      溶着部（溶着金属デポ）
【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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