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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 9有限要素解析（その 1）－

準会員 ○ 玉置 祐也 ＊ 1
狭開先溶接

冷間成形角形鋼管

ロボット溶接正会員

NBFW 法ビッカース硬さ

有限要素解析

同中野 達也正会員 宗川 陽祐 ＊ 2＊3

服部 和徳 ＊ 5＊4

同

見波 進

同

増田 浩志 ＊ 6

代入することで HAZ の s y，s u の推定値が得られる．te u

1．序
本報ではビッカース硬さ試験結果とその 7 の引張試験について，図 3(c) より s y，s u と同様に相関が認められる結果に基づき有限要素解析モデルの応力－ひずみ関係とが，DEPO については近似式と差が生じている．このため，

1)

その分布に関する材料特性を決定し，実大実験を再現

文献 2) 式の傾きを援用して溶着金属（以下，DEPO）をする解析モデルを作成する．

通過する次式により，HAZ の te u を推定する．

2．硬さ試験

0.078Hv  30.6t Hu
4．解析概要図 1 にコラム材のビッカース硬さ Hv の測定位置を示し，
図 2 に硬さ試験結果を示す．コラム材では平板部から角4.1(3)解析モデル

部板厚中央，外側・内側にかけて Hv が上昇しており，引解析モデルは実大実験 1) における試験体 No.1~3 につい張試験結果と同様に冷間加工に起因する傾向がみられる．て，脆性破壊の起点となったコラム角部の溶接部性状を再3．引張特性と硬さの関係現するものとする．図 4 に解析モデル形状およびコラム

図 3 に引張特性と硬さの関係を示す．強度と伸びは相角部溶接部近傍の要素分割状況を示す．解析モデルは対関があることが知られている．公称降伏応力度 s y，公称称性を考慮する 1/4 モデルであり，加力方向は実験と同様

引張強さ s u について，図 3(a)，(b) 中にプロットした試験結果を最小二乗法により次の近似式が得られる．
4.60Hv  525.8(1)2.17Hv  115.2(2)(1)，(2) 式に熱影響部（以下，HAZ）の Hv 測定結果を
Line1ࠉ

Line2ࠉ

Line3ࠉ

240

240200160

図12002040x (mm)

コラム材の硬さ測定位置

280 ᯈཌ᪉ྥ280

ճ

240

240

1600

ճ

ゅ㒊
࿘᪉ྥHv

280

ղ200 ձ160-40-20x (mm)0



Line5ղ

280 ᖹᯈ㒊
࿘᪉ྥ
HvHv

ձ

Line4ࠉ



Hv

VyVu





1530x (r)450x (mm)20016030⁐᥋㒊

010(a) BCP325
ձ

ղ
280

ゅ㒊
࿘᪉ྥ

240

200
160

20016002040x (mm)280 ᯈཌ᪉ྥ280ճ

240240
HvHv

Hv

240-20x (mm)01530x (r)45(b) BCP325T
図2ղ

200502030X (mm)4050⁐᥋㒊200ձ

160-4040ճ

Hv

280 ᖹᯈ㒊࿘᪉ྥ2030x (mm)0x (mm)30160010

硬さ試験結果Evaluation for structural performance of column-end robotic welded connection using 25 degrees narrow groove- Part 9 Finite element analysis (Part 1) TAMAKI Yuya, SOKAWA Yosuke, NAKANO Tatsuya, MINAMI Susumu, HATTORI Kazunori, MASUDA Hiroshi― 991 ―

500

V y (N/mm2)

V y (N/mm2)

700

HAZ
(BCP325)
DEPOHAZ(BCP325T)600400300500

200
Hv

400

240

200
Hv

10yz·
¸

T y Tz ¹: DEPO: HAZ

800ColumnZ

2000yz·¸T y Tz ¹(a) ゎᯒࣔࢹࣝ඲య

§1 0 1 ·¨¸©1 1 1 ¹

図4

No.1

600
400

ඹ㏻
DEPO

200

Backing strip§xRoller ¨©T x240(c) 真一様伸びY

PL36(SN490C)

200Hv

引張特性と硬さの関係§1 1 0 ·¨¸©0 1 1 ¹‫ڧ‬550×550×32(BCP325, BCP325T)

No.2(b) ᘬᙇഃ⁐᥋㒊㏆ഐ

0No.3

図5

解析モデル形状
8000

BCP325T）， せ ん 断 ス パ ン 2000mm， ダ イ ア フ ラ ム 材

6000

PL-36（SN490C）とし，柱上部およびダイアフラム端面を図芯位置で剛体リンクを行いローラー支持としたう

M (kNm)に 45 度方向である．コラム材□ -550×550×32（BCP325，BCP325T

ᖹᯈ㒊ゅ㒊እഃゅ㒊୰ኸゅ㒊ෆഃ
HAZ5ᖹᯈ㒊ゅ㒊እഃゅ㒊୰ኸゅ㒊ෆഃ
HAZ

1015tH (%)

真応力－真ひずみ関係

TEST

4000

BCP325

No.1

FEA

No.3

No.2

2000

えで強制変位を与える 3 点曲げ実験を再現している．溶接部形状については加力前に実施した計測結果，溶接部0の溶け込み寸法および HAZ 幅についてはマクロ試験結果
1)1602tV (N/mm )§xRoller ¨©T xDiaphragm

Y X

0240

㯮Ⰽ㸸BCP325
㟷Ⰽ㸸BCP325T
ᖹᯈ㒊ゅ㒊እഃゅ㒊୰ኸゅ㒊ෆഃ

DEPO(b) 公称引張強さ
図3Rigid links

HAZ(BCP325)

5160(a) 公称降伏応力度

HAZ(BCP325T)

15300160Z20HAZ(BCP325)
DEPOHAZ(BCP325T)

600

tH u

7000.02

図6に基づき決定している．最小要素寸法は止端部近傍で0.040.060.08

R (rad)

荷重変形関係0.3×0.3×0.3mm に統一している．
34.2を示す．実験結果 1) と比較すると，耐力に関しては塑性化

材料特性

図 5 に解析モデルに反映する真応力 ts －真ひずみ te 関

以降で解析結果は実験結果をやや下回っている．これは，係を示す．コラム材および DEPO については前報その繰り返しによる耐力上昇に加え，解析ではコラム角部の板7 で示した引張試験結果を多直線近似したものである．

厚表層付近の強度分布を再現していないことが要因とし

HAZ については前章で推定された s y，s u，te u により，ヤて考えられる．ただし，弾性剛性はほぼ実験結果と一致し2ング係数 E=205000N/mm として曲線部を次式3)で補完ことを目的としていることから，再現精度としては問題がしたうえで多直線近似したものである．
tV

4.3

Ea tH  b
解析仮定ており，本研究では解析モデル間の力学性状の比較を行う(4)ないものと考えられる．
6．結
本報では解析概要および結果の一部を示した．

解 析 は， 汎 用 弾 塑 性 有 限 要 素 解 析 ソ フ ト「ADINAver.9.1」による三次元立体要素を用いる弾塑性解析であ

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：
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，る．von Mises の降伏条件，塑性域における構成則は等方硬化則，ポアソン比を 0.3 とする．

日本建築学会大会学術講演会梗概集，材料施工，pp.1155-1164，2016.9
2) 桑村仁，松本由香：熱サイクルを受けた 800MPa 鋼の破壊特性，日本建築学会構造系論文集，第 484 号，pp.101-109，1996.6

5．再現性の検証
図 6 に材端作用モーメント M とコラム部材角 R の関係＊ 1 宇都宮大学工学部 学部生，＊ 2 宇都宮大学大学院工学研究科 大学院生・修士（工学），＊ 3 宇都宮大学地域デザイン科学部 准教授・博士（工学），＊ 4
東京電機大学理工学部 教授・博士（工学），＊ 5 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），＊ 6 宇都宮大学地域デザイン科学部 教授・博士（工学）3) 小野徹郎，佐藤篤司：金属系素材の応力―歪度関係の定式化，日本建築学会構造系論文集，第 532 号，pp.177-184，2000.6＊ 1 Undergraduate student, Faculty of Eng., Utsunomiya Univ., ＊ 2 Graduate student,
Graduate school of Eng., Utsunomiya Univ., M. Eng., ＊ 3 Assoc. Prof., Faculty ofregional design, Utsunomiya Univ., Dr. Eng., ＊ 4 Prof., School of Science and Eng.,Tokyo Denki Univ., Dr. Eng., ＊ 5 Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better
Living, Dr. Eng., ＊ 6 Prof., Faculty of regional design, Utsunomiya Univ., Dr. Eng.

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