(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面を複数の平板を曲げ加工し継ぎ合わせて構成するために、該平板の曲げ加工前の大きさを決める曲面の板割り方法において、平面を計画曲面形状に変形した時発生する計画歪を有限要素法により算出し、所定の歪を発生する線状加熱条件を歪の大きさに応じて定めておき、加熱条件を選択し、前記計画歪の分布範囲の内、選択した加熱条件で発生できる大きさの歪が分布する範囲に基づき板割りを行うことを特徴とする曲面の板割り方法。
【請求項２】
前記計画曲面形状を平面に変形したとき発生する歪に基づいて前記計画歪を算出することを特徴とする請求項１記載の曲面の板割り方法。
【請求項３】
前記計画歪の分布状態により定めた板割りを板割りの歩止まり、標準の平板サイズの少なくともいずれかに基づき修正した板割りとしたことを特徴とする請求項１または２記載の曲面の板割り方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は曲面を複数の平板を曲げて構成する際、曲げ加工前の平板の大きさを決める曲面の板割り方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船体の形状は水の抵抗を少なくするため流線型となっており、特に船首部、船尾部の形状は複雑な曲面となっている。船体の曲面を構成する外板は、適切な大きさの多数の平板を曲げ加工して曲板とし、これを溶接で接合して製作される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
船体の中央部のように単純な形状の場合は外板に用いる平板の寸法を決定するのに曲げ加工の容易さなどを考慮する必要はない。これに対し船首部や船尾部のような複雑な曲面をしているところでは曲面に加工する前の平板の大きさを曲げ加工が可能でかつできるだけ大きくなるように決めている。いかに複雑な曲面でもこれを小さな平板を曲げて、継ぎ合わせれば曲げ加工は容易となるが継ぎ目が多くなる。現状このように曲率が大きく複雑な曲面に曲げ加工する平板寸法はベテランの技能者の経験により判断されている。しかし、定量的判断ができないため、その判断により決定された平板の寸法が適切なものであったかわからない場合が多く、また、その判断ができる技能者は限られており、後継者の育成はあまりなされておらず、先行きこのような技能者がいなくなる可能性が大きい。
【０００４】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、複数の平板を曲げて継ぎ合わせ複雑な曲面を構成する場合、その平板を曲げ加工を考慮して適切な寸法にする曲面の板割り方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の発明では、曲面を複数の平板を曲げ加工し継ぎ合わせて構成するために、該平板の曲げ加工前の大きさを決める曲面の板割り方法において、平面を計画曲面形状に変形した時発生する計画歪を有限要素法により算出し、所定の歪を発生する線状加熱条件を歪の大きさに応じて定めておき、加熱条件を選択し、前記計画歪の分布範囲の内、選択した加熱条件で発生できる大きさの歪が分布する範囲に基づき板割りを行う。
【０００６】
平面を計画した曲面の形状に変形したとき発生する歪を計画歪と称し、これを有限要素法で算出する。平板にこの計画歪を発生させれば平板は計画した形状に加工される。曲げ加工法として線状に加熱し、収縮歪を発生させる線状加熱方法を用いる。線状加熱方法は加熱装置やその加熱時間、加熱方向や加熱線密度などの加熱条件により発生させる歪の大きさや方向を決めることができる。そこで線状加熱により曲げ加工するときの加熱条件をまず選択し、発生可能な歪の大きさを決め、計画歪分布の範囲の内、選択した加熱条件の発生する歪の大きさの分布する範囲の大きさに基づき加熱条件で曲げ加工しようとする平板の大きさを定める。これにより選択した加熱条件で曲げ加工できる最大の大きさの平板の寸法を定めることができる。
【０００７】
請求項２の発明では、前記計画曲面形状を平面に変形したとき発生する歪に基づいて前記計画歪を算出する。計画曲面形状を平面に変形した時生じる歪の符号を逆にすれば（例えば引張歪は圧縮歪にする）、平面を計画曲面形状に変形した時の計画歪を得ることができる。
【０００８】
請求項３の発明では、前記計画歪の分布状態により定めた板割りを、板割りの歩止まり、標準の平板サイズの少なくともいずれかに基づき修正した板割りとする。
【０００９】
曲げ加工平板の大きさは、曲げ加工できる最大の大きさとなるように定めると、板継が減る分効率はよいが、曲げ加工平板の形状によっては、長方形の素材から切り出すとき周囲の切り落とし範囲が多く歩止りが悪くなる。また、平板はいくつかの標準の寸法のものがあり、この標準以外の寸法を購入する場合、割高となる。このように曲げ加工以外の条件も考慮して平板の寸法を決める。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態を説明する図である。Ｇ１は平板を計画曲面に変形させそれにより発生する歪を有限要素法弾性大たわみ計算法を用いて計算する状態を示す。この歪を計画歪と称し、平板にこの計画歪を発生させると、計画曲面に曲げることができる。
【００１１】
Ｇ２は平板上に生じた計画歪の分布状態を示す。有限要素法では計算対象面を多数のメッシュに分割しそのメッシュ内では歪や応力は一様として計算する。メッシュ内の矢印→←は圧縮歪を示す。Ｇ３は線状加熱に用いる加熱条件によって発生させることのできる歪の大きさを複数の加熱条件毎に表したもので、平板の板割りを決定する判定基準である。線状加熱法は対象物を線状に加熱し、圧縮歪を発生させ、加熱強度、加熱位置や方向などの加熱条件を定めて加熱することにより、所望の曲面に加工する方法である。なお、加熱強度は加熱装置の出力や加熱時間によって決まる。平板の板割りをする場合、その平板を曲げ加工する時の加熱条件を判定基準から選択して決め、これにより発生することのできる歪の大きさが決められる。
【００１２】
Ｇ４はＧ２で得られた歪分布からＧ３で定められた歪の大きさ以内となる範囲を限定した境界を設定したものである。この境界線内を含む２点鎖線で示すような板割りを行う。なお、このようにして一旦決めた板割りを次の２点を考慮して修正し、最終板割りを決定する。その１つはこの板取りの歩止まりが良いか否かの検討である。２つ目は板割りした寸法が商取引される標準の寸法に納まっているかの検討である。これ等の条件に適合しない時は、加熱条件を変更し、判定基準となる歪の大きさを変えて境界の再設定を行い、上述した２つの条件も満たす板割りとする。なお、この２つ以外の条件を考慮してもよい。
【００１３】
Ｇ５はＧ４で板取りした残りの曲面の板割り方法を示す。残りの曲面に対しても、平板を残りの曲面に変形させた時の計画歪を求め、Ｇ２〜Ｇ４で説明したと同様の手順により板割りを行う。このようにして板割りを繰り返すことにより対象曲面の板割りを行うことができる。なお、計画歪を算出する場合、計画形状を平面に押しつぶし、その時発生する歪の符号を変えて（例えば、引張歪は圧縮歪に）計画歪としてもよい。
【００１４】
次にＧ３で示した判定基準について説明する。判定基準では、加熱条件により決まる歪の大きさが規定されている。この加熱条件と歪の関係について説明する。加熱装置として所定の出力を有する高周波誘導加熱器を用い、線状に所定長さを加熱するとき、加熱線の位置に発生する変形量を図２に示す。横軸は加熱継続時間Ｔを示し、縦軸は加熱線に直角方向の変形量を示す。曲線Ａは板厚中心の変形を示す面内収縮変形、曲線Ｂは板厚の上面又は下面方向の曲げ変形量を示す。なお、横軸は入熱量を加熱対象平板の板厚の２乗で割った値としてもよい。図３（ａ）は面内収縮変形δm を示し、（ｂ）は曲げ変形δb を示す。（ｃ）は面内収縮変形δm と曲げ変形δb を合成して得られる上面変形量δu ＝δm ＋δb 、下面変形量δl ＝δm −δb を示す。なお、ｈは板厚を示し、Ｚは板厚方向を示す。
【００１５】
このように１本の加熱線について加熱条件を定めれば、加熱線の位置における変形量が得られ、この変形量からその位置および周辺の歪を算出することができる。このようにして得られる１本の加熱線による歪の大きさには上限がある。加熱線が一定のピッチで複数あるときは、１本の加熱線のデータを重ね合わせることにより発生する歪を算出することができる。しかし隣接する加熱線の間隔をあまり密にすると互いの歪が干渉し、歪が減少する傾向にあるので、適切な間隔を採用する。従って、加熱条件を定めれば、その条件によって得られる歪の限度を決定することができ、各加熱条件について発生する歪のデータを判定データとして蓄積しておく。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、まず平板を計画曲面に曲げたとき発生する歪を有限要素法で算出する。この歪の大きさは曲げ加工の難易を表し、大きい程難しいことを示す。加熱条件により発生する歪を予め実験等により定めておき、加熱条件を選定することにより、その条件で発生する歪以下の歪が分布する範囲を限定して板割りを決定する。これにより従来経験的に行われてきた板割りを定量的に実施することができる。また、このように曲げ加工の容易性に基づき決定した板割りを材料の歩止まりや取り引きされる標準のサイズ等を考慮して修正することにより、適正な板割りを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する図である。
【図２】加熱時間と発生する変形量との関係を示す図である。
【図３】（ａ）は面内収縮変形量、（ｂ）は曲げ変形量、（ｃ）は両者を重ね合わせて得られる板上面と下面の変形量を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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