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日本建築学会大会学術講演梗概集（中国） 2017 年 8 月

25 度狭開先ロボット溶接を適用した柱端接合部の性能評価－その 10

有限要素解析（その 2）－

正会員 ○ 宗川 陽祐 ＊ 1＊3狭開先溶接

冷間成形角形鋼管

ロボット溶接同見波 進

NBFW 法

破壊限界応力有限要素解析

同増田 浩志 ＊ 51．序同

中野 達也 ＊ 2同服部 和徳 ＊ 4

3．モデル化の妥当性の検証

本報では材料特性および応力・ひずみ状態とき裂先端の

図 1(a) に示した No.2 のき裂がないモデルについて，破壊条件の関係を有限要素解析により検討する．脆性破壊

3D モデルと 2D モデルの対応を確認し，2D モデルの妥当発生条件にはその 8 で算出した破壊限界応力 s c を用いる．

性を検証する．要素分割は両モデルで統一している．
図 3 に検証結果を示す．図 3 より，相当塑性ひずみ e eq

2．解析概要解析では進展する延性き裂を想定した予き裂を挿入し，に関しては 2D モデルの方が 3D モデルより若干高い値をき裂深さ d を 4mm ずつ増加させる．き裂先端の形状は切示しているが，ミーゼス応力 s e，最大主応力 s 1 に関してり欠き付き丸棒引張試験片と同様の曲率を有する．解析対は両モデルの結果が極めて良好に対応しており，モデル化

象は母材が BCP325 の No.2 と BCP325T の No.3 である．

については問題ないと判断できる．

図 1 に解析モデル形状および要素分割状況を示す．3D

4．き裂先端からの破壊条件に関する検討

ソリッド要素にき裂を挿入する場合，解析モデル形状が非まず，延性き裂の進展について検討する．図 4 に延性常に複雑になることに加え，節点数が過度に大規模となるき裂発生駆動力 D とコラム部材角 R の関係を示し，図 5ことから，本解析ではコラム角部断面を平面ひずみ状態とに D=1 となるときの部材角 R dc と d の関係を示す．図 5仮定して 2D ソリッド要素により作成している．

中には実験において試験体 No.2 が脆性破壊に至るまで進加力方法は前報の 3D モデルより抽出される図 2 に示す

展した延性き裂深さ（=18mm）1) を併記している．D はような節点変位をモデル端部の該当する節点に強制変位

文献 2) の延性き裂発生条件式より次式で与えられる．

として作用させている．

D H eq W t H u(1)ここで，te u は真一様伸び，t は応力三軸度である．

2

解析仮定および材料特性については前報と同様である．

6Z

N1N2N3YP2B

N1N2N3N124Z disp. (mm)P1D P1H P2HdN1N2N3N122R0.25N122᭱ᑠせ⣲ᑍἲ㸸0.3×0.3mm

FixFix(a) き裂なし

V 1 (N/mm2)

V e (N/mm2)

1500
10005004

図21500601000405008Y disp. (mm)(b) き裂あり

解析モデル形状および要素分割状況

H eq (%)

図102

᭱ᑠせ⣲ᑍἲ㸸0.05×0.05mm

節点変位オービット

P1D
P1H20

P2H
P2B

ᐇ⥺㸸2Dࠉ◚⥺㸸3D
00.02

0.04
R (rad)(a) s e － R 関係

0.06

00.02

0.04

0.06

R (rad)(b) s 1 － R 関係
図300.020.040.06

R (rad)(c) e eq － R 関係

2D モデルと 3D モデルの比較

Evaluation for structural performance of column-end robotic welded connection using 25 degrees narrow groove- Part 10 Finite element analysis (Part 2) SOKAWA Yosuke, NAKANO Tatsuya, MINAMI Susumu, HATTORI Kazunori, MASUDA Hiroshi― 993 ―

図 5 より，全体的な傾向としてき裂先端が板厚表面により大きくなるとともに R bf の差も開き始める．このこと近いエリアの場合に R dc は最も小さく，板厚中央エリアのから，実験 1) で脆性破壊が生じた板厚中央エリアについ場合に高い値を示す．解析の都合上 d によらず加力を初ては BCP325T の方が BCP325 より脆性破壊発生に対し期から開始しているため，d が大きいほど R dc は大きくなて有利であることが解析結果から判断できる．

るが，板厚中央エリアで高い値を示すのは一様伸びが外5．結
本研究では実大実験 1) に対して種々の材料試験を実施側・内側と比較して優れているためである．
No.2 と No.3 の R dc を比較すると，全体的に No.3 の方するとともに，材料特性を考慮したうえで，破壊性状を解が大きい．d が大きくなるほど No.3 と No.2 の Rdc の差は析的に検討することを目的として破壊力学手法を導入す開き，特に板厚中央エリアの終盤である d=20mm では大る有限要素解析を実施した．得られた知見を以下に示す．

差が生じる結果となっている．このことから，BCP325T[1] 引 張 試 験 お よ び シ ャ ル ピ ー 衝 撃 試 験 結 果 よ り，の方が BCP325 よりき裂の進展に対して有利であること

BCP325 より BCP325T の方が伸び能力および材料靭が解析結果から判断できる．

性が優れていることを明らかにした．

次に，脆性破壊の発生について検討する．図 6 にき裂[2] 有限要素解析より，伸び能力および材料靱性に関する先端の s 1 と R の関係を示し，図 7 に s 1=s c となるときの材料特性に起因して，BCP325T の方が BCP325 より部材角 Rbf と d の関係を示す．図 6 の結果はき裂先端近傍

特に板厚中央エリアで延性き裂の進展および脆性破壊要素群から各ステップにおける最大値を包絡するようにの発生に対して有利であることを明らかにした．

抽出しており，図 7 中には実験において試験体 No.2 が脆[3] [1] および [2] の知見から，実大実験 1) で最終的に脆性性破壊した時の部材角（=0.0411rad）1) を併記している．

破壊に転化した No.2 に対して No.3 は母材の材料特性

図 7 より，No.2，No.3 ともに，材料特性分布の境界近が優れていたことが要因となり脆性破壊に転化するこ傍の結果は変動する場合もあるが，全体的な傾向としてはd の増加に伴い R bf は増加する結果となっており，これはとなく終局状態を迎えたことが考えられる．
参考文献
1) 見波進，服部和徳，宗川陽祐，中野達也，早坂和美，増田浩志，本宮弘大：

先述した解析上の都合による．

25 度狭開先ロボット溶接を適用した柱端接合部の性能評価－その 1~5，No.2 と No.3 の R bf を比較すると，d=4mm の段階ではNo.2 の方が大きいが，d=8 で No.3 と同程度となり，これ以降の板厚中央のエリアにおいては No.3 の方が No.2
d=12mmࠉ

d=16mmࠉᯈཌ୰ኸd=20mmࠉ

1.2

1.2

1.0

1.0

0.8

0.8

0.6

0.60.4

日本建築学会構造系論文集，第 477 号，pp.129-135，1995.11
d=24mmࠉ
d=28mmᯈཌෆഃ

0.015

0.4No.2
BCP3250.200.005

0.01
R (rad)

図4No.3
BCP325T

0.20.015

18mm1)

Rdc (rad)d=4mmࠉ
d=8mmࠉ
ᯈཌእഃDDᢳฟせ⣲㸸

日本建築学会大会学術講演会梗概集，材料施工，pp.1155-1164，2016.92) 桑村仁，山本恵市：三軸応力状態における構造用鋼材の延性き裂発生条件，

00.0050.010.010
0.005

No.2
00.015R (rad)D － R 関係No.38

図516d (mm)2432Rdc － d 関係18mm1)

2000

V c=1566

1500
1000

No.2
BCP32500.020.04
R (rad)

0.06

0.06

V c=1901
V c=1867
V c=1717

1500

Rbf (rad)V c=1975
V c=1948

V 1 (N/mm2)

V 1 (N/mm2)

2000

1000

0.040.0411rad1)

No.3

No.2

0.02

No.3
BCP325T
00.020.04
R (rad)

図 6 s 1 － R 関係

＊ 1 宇都宮大学大学院工学研究科 大学院生・修士（工学），＊ 2 宇
都宮大学地域デザイン科学部 准教授・博士（工学），＊ 3 東京電機大学理工学部 教授・博士（工学），＊ 4 一般財団法人ベターリビングつくば建築試験研究センター 博士（工学），＊ 5 宇都宮大学地域デザイン科学部 教授・博士（工学）

0.06

08

図716d (mm)2432Rbf － d 関係

＊ 1 Graduate student, Graduate school of Eng., Utsunomiya Univ., M.
Eng., ＊ 2 Assoc. Prof., Faculty of regional design, Utsunomiya Univ., Dr.
Eng., ＊ 3 Prof., School of Science and Eng.,Tokyo Denki Univ., Dr. Eng., ＊4 Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living, Dr. Eng.,＊ 5 Prof., Faculty of regional design, Utsunomiya Univ., Dr. Eng.

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