JP2013036902A - Analyzer, evaluation device, analysis method, and evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態は、構造物に発生する溶接変形や残留応力を解析、評価する解析装置、評価装置、解析方法および評価方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to an analysis apparatus, an evaluation apparatus, an analysis method, and an evaluation method for analyzing and evaluating welding deformation and residual stress generated in a structure.
解析方法としては、有限要素法(Finite Element Method:以下「FEM」という)を用いた熱弾塑性解析を行って、溶接時の構造物に発生する溶接変形や溶接後の構造物に残留する残留応力を評価するもの、また構造物の固有ひずみ等の概念を用いて弾性解析で簡易的に、溶接時の構造物に発生する溶接変形や溶接後の構造物に残留する残留応力を評価するものが提案されている。 As an analysis method, thermal elasto-plastic analysis using the Finite Element Method (hereinafter referred to as “FEM”) is performed, and welding deformation generated in the structure during welding or residual remaining in the structure after welding. What evaluates stress, and evaluates the residual stress remaining in the structure after welding and welding deformation that occurs in the structure during welding simply by elastic analysis using concepts such as the inherent strain of the structure Has been proposed.
しかし、現状の装置では、構造物の溶接変形及び残留応力を評価することは現実的には困難であった。すなわち、このような装置では、三次元熱弾塑性解析を行うためにその計算量が多くなって構造物の溶接変形や残留応力の評価に多大な時間が必要になって、構造物の形状が複雑になるほど評価が困難になったり、また実際の構造物の固有ひずみ分布等を考慮せずに代表的な固有ひずみのみを用いた弾性解析を行うので、実際の構造物の評価精度が低くなって正しい評価が困難となっていた。 However, it is practically difficult to evaluate the welding deformation and residual stress of the structure with the current apparatus. That is, in such an apparatus, the amount of calculation is increased in order to perform a three-dimensional thermoelastic-plastic analysis, and it takes a lot of time to evaluate weld deformation and residual stress of the structure. The more complex, the more difficult the evaluation is, and the elastic analysis using only typical eigenstrain without considering the eigenstrain distribution of the actual structure, etc., makes the evaluation accuracy of the actual structure lower. It was difficult to evaluate correctly.
本発明が解決しようとする課題は、溶接変形及び残留応力の解析が簡易で、かつ評価精度を向上することのできる解析装置、評価装置、解析方法および評価方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an analysis device, an evaluation device, an analysis method, and an evaluation method that can easily analyze welding deformation and residual stress and can improve evaluation accuracy.
実施形態の解析装置は、入力される構造物の溶接部の被溶接部材および溶接部材の材料物性、溶接入熱、前記溶接部の継手形状、溶接速度、前記溶接部の開先形状、板厚、溶接パス数に基づいて、前記溶接部の二次元の熱弾塑性解析を行い、前記溶接部の溶接線方向に均一に入熱がある場合の二次元モデルにおける前記溶接部の平面での第1固有ひずみの分布を求める二次元熱弾塑性解析手段と、前記求められた二次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布を、前記溶接線の中心で入熱がある場合の三次元モデルにおける前記溶接線の中心で前記溶接線と直交する断面での第1固有ひずみの分布に変換する固有ひずみ変換手段と、前記変換された三次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布に基づいて、前記溶接部の溶接線の長手方向の第2固有ひずみの分布を出力する固有ひずみ分布出力手段と、前記求められた第1固有ひずみの分布と前記出力された第2固有ひずみの分布とに基づいて、固有ひずみ法を用いた三次元モデルの固有ひずみ法弾性解析を行い、前記構造物の溶接変形や残留応力を求める固有ひずみ法弾性解析手段と、を備えることを特徴とする。 The analysis apparatus according to the embodiment includes a material to be welded and welded material of a welded portion of a structure to be input, welding heat input, a joint shape of the welded portion, a welding speed, a groove shape of the welded portion, and a plate thickness. Then, based on the number of welding passes, a two-dimensional thermal elastic-plastic analysis of the welded portion is performed, and the second portion of the welded portion in the plane of the welded portion in the two-dimensional model when there is uniform heat input in the weld line direction of the welded portion. A two-dimensional thermoelastic-plastic analysis means for obtaining a distribution of one intrinsic strain, and the distribution of the first intrinsic strain in the obtained two-dimensional model in the three-dimensional model in the case where there is heat input at the center of the weld line. Based on the inherent strain conversion means for converting to the distribution of the first inherent strain in the cross section orthogonal to the weld line at the center of the weld line, and based on the distribution of the first inherent strain in the converted three-dimensional model, Length of the weld line An inherent strain distribution output means for outputting the distribution of the second intrinsic strain of the first, a third order using an intrinsic strain method based on the obtained distribution of the first intrinsic strain and the output distribution of the second intrinsic strain. An inherent strain method elastic analysis means for performing an inherent strain method elastic analysis of the original model to obtain weld deformation and residual stress of the structure.
また、実施形態の評価装置は、上記記載の解析装置と、入力された構造物の拘束の強さ、溶接部の被溶接部材および溶接部材の材料物性、溶接パス数、継手形状、板厚、入熱、開先形状、溶接材料に基づいて、構造物の溶接変形や残留応力を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。 Moreover, the evaluation apparatus of the embodiment includes the analysis apparatus described above, the input constraint strength of the structure, the welded member of the welded part and the material physical properties of the welded member, the number of welding passes, the joint shape, the plate thickness, Evaluation means for evaluating welding deformation and residual stress of the structure based on heat input, groove shape, and welding material.
また、実施形態の解析方法は、二次元熱弾塑性解析手段が、入力される前記構造物の溶接部の被溶接部材および溶接部材の材料物性、溶接入熱、前記溶接部の継手形状、溶接速度、前記溶接部の開先形状、板厚、溶接パス数に基づいて、前記溶接部の二次元の熱弾塑性解析を行い、前記溶接部の溶接線方向に均一に入熱がある場合の二次元モデルにおける前記溶接部の平面での第1固有ひずみの分布を求めるステップと、固有ひずみ変換手段が、前記求められた二次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布を、前記溶接線の中心で入熱がある場合の三次元モデルにおける前記溶接線の中心で前記溶接線と直交する断面での第1固有ひずみの分布に変換するステップと、固有ひずみ分布出力手段が、前記変換された三次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布に基づいて、前記溶接部の溶接線の長手方向の第2固有ひずみの分布を出力するステップと、固有ひずみ法弾性解析手段が、前記求められた第1固有ひずみの分布と前記出力された第2固有ひずみの分布とに基づいて、固有ひずみ法を用いた三次元モデルの固有ひずみ法弾性解析を行い、前記構造物の溶接変形や残留応力を求めるステップと、を含むことを特徴とする。 In the analysis method of the embodiment, the two-dimensional thermal elasto-plastic analysis means inputs the material to be welded of the welded part of the structure and the material property of the welded member, welding heat input, joint shape of the welded part, welding Based on the speed, the groove shape of the weld, the plate thickness, and the number of weld passes, a two-dimensional thermal elastic-plastic analysis of the weld is performed, and there is uniform heat input in the weld line direction of the weld. A step of obtaining a distribution of the first intrinsic strain in the plane of the weld in the two-dimensional model, and an intrinsic strain converting means, wherein the distribution of the first intrinsic strain in the obtained two-dimensional model is represented by the center of the weld line. A step of converting to a distribution of the first inherent strain at a cross section orthogonal to the weld line at the center of the weld line in the three-dimensional model when there is heat input, and an inherent strain distribution output means includes the converted tertiary Previous in original model A step of outputting a distribution of a second intrinsic strain in the longitudinal direction of the weld line of the weld based on the distribution of the first intrinsic strain; And performing an inherent strain method elastic analysis of a three-dimensional model using the inherent strain method based on the output distribution of the second inherent strain and obtaining a welding deformation and residual stress of the structure. It is characterized by that.
また、実施形態の評価方法は、二次元熱弾塑性解析手段が、入力される前記構造物の溶接部の被溶接部材および溶接部材の材料物性、溶接入熱、前記溶接部の継手形状、溶接速度、前記溶接部の開先形状、板厚、溶接パス数に基づいて、前記溶接部の二次元の熱弾塑性解析を行い、前記溶接部の溶接線方向に均一に入熱がある場合の二次元モデルにおける前記溶接部の平面での第1固有ひずみの分布を求めるステップと、固有ひずみ変換手段が、前記求められた二次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布を、前記溶接線の中心で入熱がある場合の三次元モデルにおける前記溶接線の中心で前記溶接線と直交する断面での第1固有ひずみの分布に変換するステップと、固有ひずみ分布出力手段が、前記変換された三次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布に基づいて、前記溶接部の溶接線の長手方向の第2固有ひずみの分布を出力するステップと、固有ひずみ法弾性解析手段が、前記求められた第1固有ひずみの分布と前記出力された第2固有ひずみの分布とに基づいて、固有ひずみ法を用いた三次元モデルの固有ひずみ法弾性解析を行い、前記構造物の溶接変形や残留応力を求めるステップと、評価手段が、入力された前記構造物の拘束の強さ、前記溶接部の被溶接部材および溶接部材の材料物性、溶接パス数、継手形状、板厚、入熱、開先形状、溶接材料に基づいて、前記構造物の溶接変形や残留応力を評価するステップと、を含むことを特徴とする。 In the evaluation method of the embodiment, the two-dimensional thermoelastic-plastic analysis means inputs the welded member of the welded portion of the structure and the material properties of the welded member, the welding heat input, the joint shape of the welded portion, the welding Based on the speed, the groove shape of the weld, the plate thickness, and the number of weld passes, a two-dimensional thermal elastic-plastic analysis of the weld is performed, and there is uniform heat input in the weld line direction of the weld. A step of obtaining a distribution of the first intrinsic strain in the plane of the weld in the two-dimensional model, and an intrinsic strain converting means, wherein the distribution of the first intrinsic strain in the obtained two-dimensional model is represented by the center of the weld line. A step of converting to a distribution of the first inherent strain at a cross section orthogonal to the weld line at the center of the weld line in the three-dimensional model when there is heat input, and an inherent strain distribution output means includes the converted tertiary Previous in original model A step of outputting a distribution of a second intrinsic strain in the longitudinal direction of the weld line of the weld based on the distribution of the first intrinsic strain; And a step of performing an inherent strain method elastic analysis of a three-dimensional model using an inherent strain method on the basis of the output distribution of the second inherent strain and determining a welding deformation and a residual stress of the structure; However, based on the input constraint strength of the structure, material properties of the welded and welded members of the welded portion, the number of weld passes, joint shape, plate thickness, heat input, groove shape, welding material And a step of evaluating welding deformation and residual stress of the structure.
本発明によれば、溶接変形及び残留応力の解析が簡易で、かつ評価精度を向上させることができる。 According to the present invention, analysis of welding deformation and residual stress is simple, and the evaluation accuracy can be improved.
(実施形態の概念)
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態の溶接変形、溶接残留応力の解析装置の概念を説明するための概念図である。図2は、構造物の二次元熱弾塑性解析モデルの一例を示す図である。図3は、構造物の三次元有限要素モデルを示す図である。
(Concept of embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the concept of a welding deformation and welding residual stress analysis apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a two-dimensional thermal elastic-plastic analysis model of a structure. FIG. 3 is a diagram illustrating a three-dimensional finite element model of a structure.
まず、図1〜図3を用いて実施形態の概念について説明する。
図1に示すように、この解析装置1は、FEMを用いた解析を行う二次元熱弾塑性解析手段2、二次元の固有ひずみを三次元の固有ひずみに変換する固有ひずみ変換手段3、三次元の固有ひずみ分布を出力する固有ひずみ分布出力手段4、固有ひずみ法を用いた解析を行う三次元固有ひずみ法弾性解析手段5、三次元の溶接変形や残留応力を出力する溶接変形・残留応力出力手段6とから構成されている。
First, the concept of the embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, this
図2に示すように、二次元熱弾塑性解析モデル20は、構造物の溶接部21と母材22,22を有限要素モデルとしてモデル化しており、要素として一般化平面ひずみ要素を用いる。このような有限要素モデルは、X軸−Y軸(以下、「X−Y」という)平面上にモデル化されており、Z軸方向は入熱が均一あると仮定されている。
As shown in FIG. 2, the two-dimensional thermoelastic-
すなわち、一般化平面ひずみ要素は、図3に示す溶接線Z0方向に十分に長い三次元弾性解析モデル30で考えた場合、溶接部21の溶接線Z0の中心で溶接線Z0と直交する平面31での応力・ひずみ状態に近いものとなる。二次元熱弾塑性解析手段2は、この溶接線Z0の中心Sで溶接線Z0と直交する平面31に発生する固有ひずみとほぼ等しいX−Y方向の断面の固有ひずみを得るものである。なお、入熱は、溶接線Z0の中心Sに行った場合である。
That is, the generalized plane strain element is a plane 31 perpendicular to the weld line Z0 at the center of the weld line Z0 of the
さらに、この二次元熱弾塑性解析で得られた固有ひずみを、固有ひずみ変換手段3が三次元解析用の固有ひずみの基本データ(以下、「基本固有ひずみ」という)に変換し、この基本固有ひずみの分布をもとに、固有ひずみ分布出力手段4が溶接線Z0の長手方向の三次元弾性解析用の固有ひずみ(以下、「溶接線固有ひずみ」という)分布を求める。 Further, the inherent strain obtained by the two-dimensional thermoelastic-plastic analysis is converted into basic data (hereinafter referred to as “basic inherent strain”) by the inherent strain converting means 3 for the inherent strain for three-dimensional analysis. Based on the strain distribution, the inherent strain distribution output means 4 obtains an inherent strain for three-dimensional elastic analysis in the longitudinal direction of the weld line Z0 (hereinafter referred to as “weld line inherent strain”).
そして、この求めた三次元解析用の基本固有ひずみ分布と溶接線固有ひずみ分布をもとに、三次元固有ひずみ法弾性解析手段5が三次元の固有ひずみ法弾性解析を行って、構造物の溶接変形や残留応力を求め、溶接変形・残留応力出力手段6がこの求めた溶接変形の変位成分や残留応力の応力成分を出力するものである。 Then, based on the obtained basic inherent strain distribution for 3D analysis and weld line inherent strain distribution, the 3D inherent strain method elastic analysis means 5 performs the 3D intrinsic strain method elastic analysis, The welding deformation and residual stress are obtained, and the welding deformation / residual stress output means 6 outputs the displacement component of the obtained welding deformation and the stress component of the residual stress.
ここで、X−Y断面の基本固有ひずみ分布、Z軸方向の溶接線固有ひずみ分布が三次元的に得られたので、三次元固有ひずみ法弾性解析手段5においては、この三次元的分布を有する固有ひずみを弾性ひずみとして三次元弾性解析モデルの初期条件に入力して弾性解析を行う。このように、固有ひずみを弾性ひずみとして弾性解析モデルに与える計算手法には、例えば固有ひずみ法がある。この固有ひずみ法を用いた三次元固有ひずみ法弾性解析手段5により求められた弾性解析結果は、溶接変形・残留応力出力手段6によって溶接変形の変位成分や残留応力の応力成分として出力される。 Here, since the basic inherent strain distribution in the XY cross section and the weld line inherent strain distribution in the Z-axis direction are obtained in three dimensions, the three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis means 5 uses the three-dimensional distribution. Elasticity analysis is performed by inputting the inherent strain as an elastic strain into the initial conditions of the three-dimensional elastic analysis model. As described above, for example, there is a natural strain method as a calculation method for giving the natural strain to the elastic analysis model as an elastic strain. The elastic analysis result obtained by the three-dimensional inherent strain method elastic analysis means 5 using the inherent strain method is output by the welding deformation / residual stress output means 6 as a displacement component of welding deformation or a stress component of residual stress.
(実施形態1)
図4は本発明の一実施形態の溶接変形、溶接残留応力の解析装置10の構成を示す構成ブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 4 is a configuration block diagram showing the configuration of the welding deformation and welding residual
図4に示すように、構造物の溶接変形や残留応力を解析、評価する解析装置10は、データ入力を行うデータ入力部11、FEMによる二次元熱弾塑性解析を行う二次元熱弾塑性解析部12、後述する条件のデータに基づく分布データを記憶する分布データベース(以下、「分布DB」という)13、後述する条件のデータに基づく補正係数を記憶する補正係数データベース(以下、「補正係数DB」という)14、補正係数DB14から所定の補正係数を抽出する補正係数抽出部15、二次元の固有ひずみを三次元の固有ひずみに変換する固有ひずみ変換部16、三次元弾性解析用の固有ひずみを抽出する固有ひずみ分布抽出部17、固有ひずみ法を用いた三次元固有ひずみ法弾性解析を行う三次元弾性解析部18、解析された溶接変形や残留応力を出力する出力部19、溶接変形の変位成分や残留応力の応力成分を表示する表示部25を備える。
As shown in FIG. 4, an
この実施形態の解析装置10は、分布DB13、補正係数DB14に記憶されたデータに基づいて解析対象となる構造物の溶接変形や残留応力を解析する。
なお、解析対象としては、たとえばガスタービン機器のケーシング部およびロータの溶接部などの他、一般の構造物の溶接部等も対象とする。
The
In addition, as an analysis target, for example, a welded portion of a general structure in addition to a casing portion of a gas turbine device, a welded portion of a rotor, and the like are also targeted.
図4に示すデータ入力部11は、たとえばユーザによって設定された図示しない構造物の溶接部の被溶接部材(例えば図2の母材22,22に相当)および溶接部材(例えば図2の溶接部材23に相当)の材料物性、溶接入熱、溶接部の継手形状、溶接速度、溶接部の開先形状、板厚、溶接パス数の解析に必要な条件のデータを入力する。なお、このデータ入力とは、コンピュータ支援設計システム(computer aided design:CAD)を用いて上記のデータからなる図2および図3のモデルをコンピュータ内に作成処理して設計することも含まれる。
The data input unit 11 shown in FIG. 4 includes a member to be welded (for example, corresponding to the
ここで、材料物性とは、母材22,22および溶接部材23の弾性係数、熱伝導率、熱膨張係数などのデータである。
溶接入熱とは、溶接部の溶接を行うレーザのレーザ出力である。
溶接部の継手形状とは、たとえば突合せ継手、T継手、十字継手などの継手形状の条件である。
溶接速度とは、レーザ光の移動速度である。
開先形状とは、たとえばV形、I形などの溶接を行う母材22,22間に設ける溝の形状である。
板厚は、母材22,22の厚さ(図2のY軸方向の厚さ)である。
溶接パスとは、例えば多層溶接等で溶接部21に溶接される溶接部材23の積層数である。
Here, the material physical properties are data such as the elastic coefficients, thermal conductivity, and thermal expansion coefficient of the
The welding heat input is a laser output of a laser that welds a welded portion.
The joint shape of the welded part is, for example, a joint shape condition such as a butt joint, a T joint, or a cross joint.
The welding speed is the moving speed of the laser beam.
The groove shape is a shape of a groove provided between the
The plate thickness is the thickness of the
A welding pass is the number of lamination | stacking of the welding
図4に示す二次元熱弾塑性解析部12は、データ入力部11から入力した溶接部21の被溶接部材22,22および溶接部材23の材料物性、溶接入熱、溶接部21の継手形状の条件、溶接速度、溶接部21の開先形状、板厚、溶接パス数の組み合わせに基づいて、FEMによる二次元熱弾塑性解析を行って、二次元のX−Y方向の固有ひずみ値(図3に示す溶接線Z0方向と直交し、溶接線Z0の中心を含む平面31に発生する二次元の固有ひずみ値)の分布を算出する。
データ入力部11および二次元熱弾塑性解析部12は、図1に示した二次元弾塑性解析手段2を構成する。
The two-dimensional thermoelastic-
The data input unit 11 and the two-dimensional thermoelastic-
図5は、溶接線Z0の中心からのX−Y方向の断面の固有ひずみ分布の一例を示す図であり、◆印が三次元熱弾塑性解析を行った場合を示し、◇印が二次元熱弾塑性解析を行った場合を示す。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the inherent strain distribution of the cross section in the XY direction from the center of the weld line Z0, where ♦ indicates a case where a three-dimensional thermal elastic-plastic analysis is performed, and ◇ indicates a two-dimensional The case where thermal elastic-plastic analysis is performed is shown.
図5では、横軸が入熱した溶接線Z0の中心S(図3参照)からの距離(X軸方向)を示す。縦軸がある構造物に対する二次元熱弾塑性解析と三次元熱弾塑性解析とによる固有ひずみ値を示し、溶接線Z0の中心Sの固有ひずみ値、◆印では「1」、◇印では「0.9」を基準とした比で固有ひずみの分布を表している。なお、図5では、入熱した溶接線Z0の中心SからのX軸のプラス(例えば図2に示した紙面の右)方向の距離での固有ひずみの分布データを示したが、マイナス(例えば図2に示した紙面の左)方向の距離での固有ひずみの分布データも同様の値の分布をしている。 In FIG. 5, the horizontal axis indicates the distance (X-axis direction) from the center S (see FIG. 3) of the weld line Z0 where heat is input. Indicate the inherent strain value by two-dimensional thermo-elasto-plastic analysis and three-dimensional thermo-elasto-plastic analysis for the structure with the vertical axis. Intrinsic strain value of the center S of the weld line Z0. The distribution of the inherent strain is represented by a ratio based on “0.9”. In FIG. 5, the distribution data of the inherent strain at the distance in the plus (for example, right of the paper surface shown in FIG. 2) direction of the X axis from the center S of the heat input welding line Z0 is shown. The distribution data of the inherent strain at the distance in the (left) direction shown in FIG. 2 has the same value distribution.
この図5の固有ひずみ分布は代表例であるが、相対的に二次元熱弾塑性解析と三次元熱弾塑性解析との固有ひずみ分布は分布の形状がほぼ同様で、溶接線Z0の中心Sに近づくほど一定の割合で固有ひずみ値の差が大きくなる傾向にある。 Although the inherent strain distribution in FIG. 5 is a representative example, the relative strain distributions of the two-dimensional thermoelastic-plastic analysis and the three-dimensional thermoelastic-plastic analysis are substantially the same in the shape of the distribution, and the center S of the weld line Z0. As the value approaches, the difference in the inherent strain values tends to increase at a constant rate.
そこで、二次元熱弾塑性解析部12で算出された固有ひずみ分布に所定の補正係数を乗算することで、二次元熱弾塑性解析の固有ひずみ分布を三次元熱弾塑性解析の固有ひずみ分布に一致させることが可能となる。
また、この補正係数を決定するデータとしては、入力データのうちの溶接部の継手形状、溶接入熱、溶接部の板厚、溶接速度、溶接パス数の組み合わせが上述した条件のデータとなるものである。
Therefore, by multiplying the intrinsic strain distribution calculated by the two-dimensional thermoelastic-
In addition, as data for determining the correction coefficient, the combination of the weld joint shape, weld heat input, weld plate thickness, weld speed, and number of weld passes in the input data becomes the data of the above-described conditions. It is.
図4に示す補正係数DB14は、上述した条件のデータ、すなわち上記の入力データのうちの溶接部の継手形状、溶接入熱、溶接部の板厚、溶接速度、溶接パス数の組み合わせに基づく補正係数を記憶する。
The
図6は、この溶接部の継手形状、溶接入熱、溶接部の板厚、溶接速度、溶接パス数の組み合わせに基づく補正係数の一例を示す図である。この図6では、溶接部の継手形状が「突合せ継手」で、溶接入熱が「800(J/cm)」で、溶接部の板厚dが「15(mm)」で、溶接速度が「5(mm/s)」で、溶接パス数が「3」の組み合わせの時の補正係数が「1.2」であることを示している。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a correction coefficient based on a combination of the joint shape of the welded portion, the welding heat input, the plate thickness of the welded portion, the welding speed, and the number of welding passes. In FIG. 6, the joint shape of the weld is “butt joint”, the welding heat input is “800 (J / cm)”, the plate thickness d of the weld is “15 (mm)”, and the welding speed is “ 5 (mm / s) ”and the correction coefficient when the number of welding passes is“ 3 ”is“ 1.2 ”.
なお、継手形状の種類としては、例えば「突合せ継手」、「T継手」が設定されている。また、入熱の種類としては、例えば「500(J/cm)」から100(J/cm)おきに「1500(J/cm)」までが設定されている。また、板厚の種類としては、例えば「5(mm)」から5(mm)おきに「50(mm)」までが設定されている。また、溶接速度の種類としては、例えば「1(mm/s)」から1(mm/s)おきに「10(mm/s)」までが設定されている。また、溶接パス数の種類としては例えば「1」、「3」、「6」、「10」が設定されている。補正係数DB14には、これらのデータの組み合わせに基づいて予め設定された補正係数が記憶されている。
For example, “butt joint” and “T joint” are set as types of joint shapes. In addition, as the type of heat input, for example, “500 (J / cm)” to “1500 (J / cm)” are set every 100 (J / cm). Further, as the type of plate thickness, for example, “5 (mm)” to “50 (mm)” are set every 5 (mm). In addition, as the type of welding speed, for example, “1 (mm / s)” to “10 (mm / s)” is set every 1 (mm / s). For example, “1”, “3”, “6”, and “10” are set as the number of welding passes. The
図4に示す補正係数抽出部15は、データ入力部11から入力した溶接部の継手形状、溶接入熱、溶接部の板厚、溶接速度、溶接パス数の組み合わせに基づいた補正係数を補正係数DB14から抽出することができる。
The correction
図4に示す固有ひずみ変換部16は、二次元熱弾塑性解析部12で解析された二次元の固有ひずみ値(図5参照)に、補正係数抽出部15で抽出された補正係数を乗算することで、二次元の固有ひずみ値の分布データを三次元の基本固有ひずみ値の分布データに変換している。
補正係数DB14、補正係数抽出部15および固有ひずみ変換部16は、図1に示した固有ひずみ変換手段3を構成する。
4 inherently multiplies the two-dimensional intrinsic strain value (see FIG. 5) analyzed by the two-dimensional thermoelastic-
The
図4に示す分布DB13は、固有ひずみ変換部16で変換された三次元の基本固有ひずみ値、溶接部の継手形状、溶接長、溶接方向および拘束の度合いの条件のデータの組み合わせに基づいた溶接線Z0の長手方向の三次元弾性解析用の溶接線固有ひずみ値の分布データを複数記憶するデータベースである。これら三次元弾性解析用の固有ひずみ値の分布データとしては、三次元の固有ひずみ値(図5参照)、溶接部の継手形状、溶接長、溶接方向および拘束の度合いの条件のデータの組み合わせに基づく、固有ひずみ値の分布の変化を求め、この求めた固有ひずみ値の分布データをデータベース化しておく。
The
図7は、分布DB13に記憶された溶接部の溶接線Z0の長手方向(図3参照)の三次元弾性解析用の溶接線固有ひずみ分布の一例を示す図であり、◆印がマイナス(図中、−1000(mm))方向からプラス(図中、+1000(mm))方向に溶接を行った場合の固有ひずみ分布を示し、◇印がプラス(図中、+1000(mm))方向からマイナス(図中、−1000(mm))方向に溶接を行った場合の固有ひずみ分布を示す。また、縦軸は、溶接線中心Sの固有ひずみ値、◆印、◇印ともに「1」を基準とした比で固有ひずみの分布を表している。
FIG. 7 is a view showing an example of a weld line inherent strain distribution for three-dimensional elasticity analysis in the longitudinal direction (see FIG. 3) of the weld line Z0 of the welded portion stored in the
この図7の溶接線固有ひずみ分布は代表例であるが、相対的に溶接部の溶接線Z0の長手方向での固有ひずみ分布は、分布の形状が同様の逆U字形状になる傾向にある。
この弾性解析用の溶接線固有ひずみ値の分布データは、予め上記条件のデータの組み合わせで複数計測された三次元の分布データを、分布DB13にそれぞれ上記条件の組み合わせに基づいて求め、この条件の組み合わせに対応させて記憶させている。
Although the inherent strain distribution of the weld line in FIG. 7 is a representative example, the inherent strain distribution in the longitudinal direction of the weld line Z0 of the welded portion tends to be an inverted U shape having a similar distribution shape. .
The distribution data of the weld line inherent strain value for elastic analysis is obtained by obtaining three-dimensional distribution data measured in advance by a combination of the above-mentioned conditions in the
なお、この三次元弾性解析用の溶接線固有ひずみ値の分布データは、縦軸が固有ひずみ値で、横軸が溶接線Z0(図3参照)の中心Sからの距離で、入熱された溶接線Z0の中心Sを「0」として、溶接方向がプラス(例えば図3に示した紙面の前)方向とマイナス(例えば図3に示した紙面の後)方向を示している。この弾性解析用の固有ひずみ値の分布データでは、同じ溶接部の継手形状、溶接長、溶接方向および構造物の拘束の強さの条件のデータの組み合わせでも、図7に示すように、溶接方向が、マイナス方向からプラス方向に溶接した場合と、プラス方向からマイナス方向に溶接した場合とでは、固有ひずみ値の分布が異なるので、この溶接方向が異なる両方の場合を予め求めて分布DB13にそれぞれ記憶させておく。
The distribution data of the inherent strain value of the weld line for the three-dimensional elasticity analysis is such that the vertical axis is the inherent strain value and the horizontal axis is the distance from the center S of the weld line Z0 (see FIG. 3). The center S of the weld line Z0 is set to “0”, and the welding direction indicates a positive (for example, front of the paper surface shown in FIG. 3) direction and a negative (for example, the rear of the paper surface shown in FIG. 3) direction. In the distribution data of the inherent strain value for elastic analysis, as shown in FIG. 7, the welding direction can be obtained by combining the data of the joint shape of the same weld, the welding length, the welding direction, and the constraint strength of the structure. However, since the distribution of the inherent strain values is different between when welding from the minus direction to the plus direction and when welding from the plus direction to the minus direction, both cases where the welding directions are different are obtained in advance in the
ここで、溶接長とは、レーザのレーザ光によって溶接部に溶接を行う長さである。
溶接方向とは、上述した溶接線Z0を「0」としてプラス方向からマイナス方向に溶接を行う場合と、マイナス方向からプラス方向に溶接を行う場合を示すものである。
構造物の拘束の強さとは、例えば図3に示した母材22,22を1箇所で固定するか、数箇所で固定するか等の強さを示すものである。
Here, the welding length is a length for performing welding on the welded portion by the laser beam of the laser.
The welding direction indicates a case where welding is performed from the plus direction to the minus direction with the above-described welding line Z0 being “0”, and a case where welding is performed from the minus direction to the plus direction.
The strength of restraint of the structure indicates, for example, the strength of fixing the
これらの条件のデータは、データ入力部11によって入力指示されている。なお、これらの条件データは、上述した材料物性等の条件のデータとともに、解析の開始時に入力されてもよいし、固有ひずみ値の分布データ抽出時に入力されてもよい。
図4に示す固有ひずみ分布抽出部17は、三次元の固有ひずみ値(図5参照)、溶接部の継手形状、溶接長、溶接方向および拘束の強さの条件のデータの組み合わせに基づいて、分布DB13から対応する分布データを抽出している。すなわち、この実施形態では、このような条件のデータ(パラメータ)の違いを考慮した固有ひずみ値の分布データを求めることができる。分布DB13および固有ひずみ分布抽出部17は、図1に示した固有ひずみ分布出力手段4を構成する。
Data of these conditions is instructed to be input by the data input unit 11. These condition data may be input at the start of analysis together with the above-described condition data such as material properties, or may be input when extracting the distribution data of the inherent strain value.
The inherent strain
図8は、固有ひずみ分布抽出部17によって抽出された溶接部の溶接線Z0方向(図3参照)の中心で入熱がある場合の溶接線Z0方向の中心での三次元の弾性解析用の固有ひずみ値の分布データの一例を示す図である。
図8に示す分布データは、縦軸が固有ひずみ値で、横軸が溶接線Z0(図3参照)の中心Sからの距離で、例えば溶接線Z0の中心Sをプラス(例えば図3に示した紙面の前)方向からマイナス(例えば図3に示した紙面の後)方向へと溶接する場合の分布データである。この例の分布データは、溶接線の中心で溶接始点(距離1000(mm))の固有ひずみ値を約0.25とし、距離約400(mm)〜−400(mm)間の固有ひずみ値を1とし、溶接終点(−1000(mm))の固有ひずみ値を0.1とする逆U字形状に示されている。
FIG. 8 illustrates a three-dimensional elasticity analysis at the center of the weld line Z0 direction when there is heat input at the center of the weld line Z0 direction (see FIG. 3) of the welded portion extracted by the inherent strain
In the distribution data shown in FIG. 8, the vertical axis is the inherent strain value, the horizontal axis is the distance from the center S of the weld line Z0 (see FIG. 3), and the center S of the weld line Z0 is positive (for example, shown in FIG. 3). This is distribution data in the case of welding from the front direction of the sheet to the minus direction (for example, after the sheet surface shown in FIG. 3). In the distribution data of this example, the intrinsic strain value at the welding start point (distance 1000 (mm)) at the center of the weld line is about 0.25, and the intrinsic strain value between the distances of about 400 (mm) and −400 (mm) is obtained. It is shown in an inverted U shape with a natural strain value of 0.1 at a welding end point (-1000 (mm)).
図4に示す三次元弾性解析部18は、固有ひずみ変換部16で変換された三次元の基本固有ひずみ値と、固有ひずみ分布抽出部17で抽出された三次元の溶接線固有ひずみ値(図8参照)に基づいて、FEMでの三次元固有ひずみ法弾性解析を行って構造物の溶接変形や溶接残留応力を求める。三次元弾性解析部18は、図1に示した三次元固有ひずみ法弾性解析手段5を構成する。
The three-dimensional
図9は、三次元固有ひずみ法弾性解析の結果を示す図である。この図9は、解析結果を三次元有限要素モデル30として表している。
図4に示す溶接変形・残留応力出力部19は、三次元固有ひずみ法弾性解析の結果から三次元有限要素モデル30を生成して出力する。すなわち、溶接変形・残留応力出力部19は、解析結果である構造物の溶接変形の変位成分や溶接残留応力の応力成分による三次元有限要素モデル30(図9参照)を生成して出力する。なお、この三次元有限要素モデル30では、溶接に伴って溶接部21に発生した残留応力により、母材22,22のそれぞれの端部(溶接線Z0の中心から紙面の右側と左側の母材の端部)がY軸の矢印方向に曲がり、くの字に変形した状態を示している。
FIG. 9 is a diagram showing the results of three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis. FIG. 9 shows the analysis result as a three-dimensional
The welding deformation / residual
表示部25は、一般的な液晶ディスプレイ等からなり、溶接変形・残留応力出力部19から出力される三次元有限要素モデル30を表示し、ユーザによる構造物の溶接変形や残留応力の認識を可能にする。溶接変形・残留応力出力部19および表示部25は、図1に示した溶接変形・残留応力出力手段6を構成する。
The
図10は、解析装置10の溶接変形や残留応力の解析を説明するためのフローチャートである。
図10に示すように、まず、データ入力部11から解析に必要な条件のデータ(構造物の溶接部の被溶接部材22,22および溶接部材23の材料物性、溶接入熱、溶接部の継手形状、溶接速度、溶接部の開先形状、板厚、溶接パス数、溶接長、溶接方向および拘束の強さ)が入力される(ステップS101)。
FIG. 10 is a flowchart for explaining analysis of welding deformation and residual stress of the
As shown in FIG. 10, first, data of conditions necessary for analysis from the data input unit 11 (material properties of welded
次に、二次元熱弾塑性解析部12がこの条件のデータのうち、構造物の溶接部の被溶接部材22,22および溶接部材23の材料物性、溶接入熱、溶接部の継手形状、溶接速度、溶接部の開先形状、板厚、溶接パス数の組み合わせに基づいて、FEMによる二次元熱弾塑性解析を行って二次元の固有ひずみ値の分布データを算出する(ステップS102)。
Next, the two-dimensional thermo-elasto-
さらに、補正係数抽出部15が上記溶接部の継手形状、溶接入熱、溶接速度、板厚、溶接パス数の組み合わせに基づいて、補正係数DB14から対応する補正係数を抽出し(ステップS103)、固有ひずみ変換部16がステップS102で算出された二次元の固有ひずみ値の分布データにステップS103で抽出された補正係数を乗算して三次元の基本固有ひずみ値の分布データに変換する(ステップS104)。
Further, the correction
次に、固有ひずみ分布抽出部17がこの変換された三次元の基本固有ひずみ値、溶接部の継手形状、溶接長、溶接方向、および拘束の強さの組み合わせに基づいて、分布DB13から弾性解析用の溶接線固有ひずみの分布データを抽出する(ステップS105)。この一連の解析動作により、図3のX−Y平面における三次元の基本固有ひずみ値の分布データ(図5中の実線の分布データと同様)と、図3の溶接線Z0の長手方向(Z軸方向)の三次元の溶接線固有ひずみ値の分布データ(図8の分布データ)とを得ることができる。
Next, the inherent strain
次に、この基本固有ひずみ値と溶接線固有ひずみ値の分布データに基づいて、固有ひずみ法を用いた三次元の固有ひずみ法弾性解析を行って、溶接変形や残留応力を求め(ステップS106)、さらにこの解析結果は、溶接変形・残留応力出力部19において、溶接変形の変位成分や溶接残留応力の応力成分による三次元有限要素モデル30(図9参照)が生成され、表示部25に表示される(ステップS107)。
Next, based on the distribution data of the basic intrinsic strain value and the weld line intrinsic strain value, a three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis using the intrinsic strain method is performed to obtain welding deformation and residual stress (step S106). Further, the analysis result is displayed on the
このように、この実施形態では、三次元熱弾塑性解析を行うことなく、X−Y平面における三次元の固有ひずみ値の分布データとZ軸方向の三次元の固有ひずみ値の分布データを求め、これらの分布データに基づいて、三次元の固有ひずみ法弾性解析を行い溶接変形や残留応力を求めるので、溶接変形や残留応力の解析が簡易で、かつ評価精度を向上することができる。 As described above, in this embodiment, the distribution data of the three-dimensional intrinsic strain value in the XY plane and the distribution data of the three-dimensional intrinsic strain value in the Z-axis direction are obtained without performing the three-dimensional thermoelastic-plastic analysis. Based on these distribution data, the three-dimensional inherent strain method elastic analysis is performed to obtain the welding deformation and the residual stress. Therefore, the analysis of the welding deformation and the residual stress is simple, and the evaluation accuracy can be improved.
また、この実施形態では、様々な条件によって変化する固有ひずみ値の分布を考慮することによって、高精度に溶接方向、構造物の拘束の強さの影響を考慮した溶接変形や残留応力の解析を行うことができる。 In addition, in this embodiment, by considering the distribution of the inherent strain value that varies depending on various conditions, it is possible to analyze the welding deformation and residual stress in consideration of the influence of the welding direction and the strength of the restraint of the structure with high accuracy. It can be carried out.
(実施形態2)
図11は、本発明の実施形態2の溶接変形、溶接残留応力の解析装置1の概念を説明するための概念図である。
この解析装置1は、図1と同様、FEMを用いた解析を行う二次元熱弾塑性解析手段2、二次元の固有ひずみを三次元の固有ひずみに変換する固有ひずみ変換手段3、三次元の固有ひずみ分布を出力する固有ひずみ分布出力手段4、FEMを用いた解析を行う三次元固有ひずみ法弾性解析手段5、三次元の溶接変形や残留応力を出力する溶接変形・残留応力出力手段6を備え、固有ひずみ変換手段3は応力三軸度の比を算出する溶接部応力三軸度計算部7を有する。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the concept of the welding deformation and welding residual
As in FIG. 1, this
この溶接部応力三軸度計算部7は、図2に示した二次元弾性解析モデルの溶接部21の溶接線Z0の応力三軸度T(以下、「T(2d)」という)と、図3に示した三次元弾性解析モデルの溶接線Z0の中心Sでの溶接部21の応力三軸度T(以下、「T(3d)」という)をそれぞれ求め、これらの比である係数T(3d)/T(2d)を計算する。
This weld stress
ここで、溶接部の応力三軸度Tは、当該溶接部に働く応力によって、構造物が拘束される度合いを示すもので、以下のように求めることができる。
σm=(σ1+σ2+σ3)/3 …(1)
σeq={[(σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2]/2}1/2 …(2)
T=σm/σeq …(3)
なお、σ1、σ2、σ3はそれぞれ弾性熱応力の応力成分であり、σmはこれら応力成分の平均値であり、σeqはこれら応力成分の相当応力(応力差の2乗和)である。
Here, the stress triaxiality T of the welded portion indicates the degree to which the structure is restrained by the stress acting on the welded portion, and can be obtained as follows.
σ m = (σ 1 + σ 2 + σ 3 ) / 3 (1)
σ eq = {[(σ 1 -σ 2 ) 2 + (σ 2 -σ 3 ) 2 + (σ 3 -σ 1 ) 2 ] / 2} 1/2 (2)
T = σ m / σ eq (3)
Σ 1 , σ 2 , and σ 3 are the stress components of the elastic thermal stress, σ m is the average value of these stress components, and σ eq is the equivalent stress of these stress components (the sum of squares of the stress difference). It is.
また、(3)式からT(2d)とT(3d)は、
T(2d)=σm(2d)/σeq(2d)
T(3d)=σm(3d)/σeq(3d)
である。
Further, from the equation (3), T (2d) and T (3d) are
T (2d) = σ m (2d) / σ eq (2d)
T (3d) = σ m (3d) / σ eq (3d)
It is.
したがって、比[T(3d)/T(2d)]は、
T(3d)/T(2d)=(σm(3d)/σeq(3d))/(σm(2d)/σeq(2d)) …(4)
となる。
Therefore, the ratio [T (3d) / T (2d)] is
T (3d) / T (2d) = (σ m (3d) / σ eq (3d)) / (σ m (2d) / σ eq (2d)) (4)
It becomes.
なお、実施形態の概念でも述べたように、二次元熱弾塑性解析モデル20は、構造物の溶接部21と母材22,22を有限要素モデルとしてモデル化しており、要素として一般化平面ひずみ要素を用いる。このような有限要素モデルは、X−Y平面上にモデル化されており、Z軸方向は十分長さがあると仮定されている。このように平面ひずみ要素を用いた二次元熱弾塑性解析モデルは、「平面ひずみ状態」にある。
As described in the concept of the embodiment, the two-dimensional thermoelastic-
この平面ひずみ状態のときは、物体(溶接部)は以下のような応力σ1、σ2、σ3を受ける。
σ1=[E/(1+ν)] [ε1+ν(ε1+ε2) /(1−2ν)]
σ2=[E/(1+ν)] [ε2+ν(ε1+ε2) /(1−2ν)]
σ3=[E/(1+ν)] [ν(ε1+ε2) /(1−2ν)]
なお、Eは弾性係数、νはポアソン比、ε1、ε2は解析で求められるひずみである。
In this plane strain state, the object (welded part) is subjected to the following stresses σ 1 , σ 2 , and σ 3 .
σ 1 = [E / (1 + ν)] [ε 1 + ν (ε 1 + ε 2 ) / (1-2ν)]
σ 2 = [E / (1 + ν)] [ε 2 + ν (ε 1 + ε 2 ) / (1-2ν)]
σ 3 = [E / (1 + ν)] [ν (ε 1 + ε 2 ) / (1-2ν)]
E is an elastic coefficient, ν is a Poisson's ratio, and ε 1 and ε 2 are strains obtained by analysis.
このように、この実施形態では、溶接部の応力三軸度Tを求めるために、図2に示した二次元モデルの溶接部(図3の溶接線Z0に相当する位置)および図3に示した三次元モデルの溶接部(溶接線Z0の中心Sの位置)に任意の一定温度を与えて、FEMによる弾性熱応力解析をそれぞれ行い、発生した弾性熱応力の応力成分(第1、第2、第3主応力σ1、σ2、σ3)を用いて式(1)〜式(3)の計算を行い、求めた応力三軸度Tの比を計算する。なお、任意の一定温度とは、例えば図3に示した母材22,22および溶接部材23の融点以下の一定温度に溶接線Z0の中心Sを昇温又は降温することで、この一定温度の時に発生する二次元と三次元の熱応力を求め、さらに式(4)から比[T(3d)/T(2d)]を計算する。
Thus, in this embodiment, in order to obtain the stress triaxiality T of the welded portion, the welded portion of the two-dimensional model shown in FIG. 2 (position corresponding to the weld line Z0 in FIG. 3) and FIG. An arbitrary constant temperature is applied to the welded portion of the three-dimensional model (position of the center S of the weld line Z0), elastic thermal stress analysis is performed by FEM, and stress components of the generated elastic thermal stress (first and second) The third principal stresses σ 1 , σ 2 , σ 3 ) are used to calculate the equations (1) to (3), and the ratio of the obtained stress triaxiality T is calculated. The arbitrary constant temperature is, for example, that the temperature of the center S of the welding line Z0 is raised or lowered to a constant temperature not higher than the melting points of the
このようにして求めた応力三軸度の比[T(3d)/T(2d)]を、固有ひずみ変換手段3の係数として用いる。すなわち、この実施形態では、固有ひずみ変換手段3が、二次元熱弾塑性解析手段2によって得られた固有ひずみ値(図2に示すX−Y方向の断面の固有ひずみ値)に、応力三軸度の比である係数[T(3d)/T(2d)]を乗算することによって、基本データである三次元解析用の基本固有ひずみ値に変換する。そして、この基本固有ひずみ値をもとに、固有ひずみ分布出力手段4が三次元弾性解析用の溶接線固有ひずみ分布を求めて出力する。
The ratio of stress triaxiality obtained in this way [T (3d) / T (2d)] is used as the coefficient of the inherent
さらに、この求められた基本固有ひずみ分布と溶接線固有ひずみ分布とをもとに、三次元固有ひずみ法弾性解析手段5が三次元の固有ひずみ法弾性解析を行って、構造物の溶接変形や残留応力を求め、溶接変形・残留応力出力手段6がこの求めた溶接変形の変位成分や残留応力の応力成分を出力するものである。 Further, based on the obtained basic intrinsic strain distribution and weld line intrinsic strain distribution, the three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis means 5 performs three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis, The residual stress is obtained, and the welding deformation / residual stress output means 6 outputs the displacement component of the obtained welding deformation and the stress component of the residual stress.
図12は、溶接線Z0の中心S(図3参照)からのX軸方向の固有ひずみ分布の一例を示す図であり、◆印が三次元熱弾塑性解析を行った場合の固有ひずみ分布を示し、◇印が二次元熱弾塑性解析によって得られた固有ひずみ値に上記係数[T(3d)/T(2d)]を乗算した場合の固有ひずみ分布を示す。 FIG. 12 is a diagram showing an example of the inherent strain distribution in the X-axis direction from the center S of the weld line Z0 (see FIG. 3). The ♦ mark shows the inherent strain distribution when a three-dimensional thermoelastic-plastic analysis is performed. Indicated by ◇ are the inherent strain distributions obtained by multiplying the inherent strain value obtained by the two-dimensional thermoelastic-plastic analysis by the coefficient [T (3d) / T (2d)].
図12では、横軸が溶接線Z0の中心S(図3参照)からの距離(X方向)を示し、縦軸がある構造物に対する二次元熱弾塑性解析と係数[T(3d)/T(2d)]により求めた固有ひずみ値と、三次元熱弾塑性解析による固有ひずみ値とをそれぞれ示す。なお、図12では、溶接線中心からのX軸のプラス(例えば図2に示した紙面の右)方向の距離での固有ひずみの分布データを示したが、マイナス(例えば図2に示した紙面の左)方向の距離での固有ひずみの分布データも同様の分布をしている。 In FIG. 12, the horizontal axis indicates the distance (X direction) from the center S (see FIG. 3) of the weld line Z0, and the two-dimensional thermal elastic-plastic analysis and the coefficient [T (3d) / T (2d)] and the inherent strain value obtained by three-dimensional thermal elastic-plastic analysis are shown. 12 shows the distribution data of the inherent strain at the distance in the plus direction (for example, to the right of the paper surface shown in FIG. 2) of the X axis from the center of the weld line, but the negative (for example, the paper surface shown in FIG. 2). The distribution data of the inherent strain at the distance in the (left) direction has the same distribution.
この図12から、二次元熱弾塑性解析によって得られた固有ひずみ値に係数[T(3d)/T(2d)]を乗算した場合の基本固有ひずみ分布は、三次元熱弾塑性解析を行った場合の固有ひずみ分布とほぼ一致することが分かる。 From FIG. 12, the basic inherent strain distribution when the intrinsic strain value obtained by the two-dimensional thermoelastic-plastic analysis is multiplied by the coefficient [T (3d) / T (2d)] is obtained by performing the three-dimensional thermoelastic-plastic analysis. It can be seen that the distribution is almost the same as the intrinsic strain distribution.
なお、この図12の固有ひずみ分布は代表例であるが、相対的に二次元熱弾塑性解析によって得られた固有ひずみ値に係数[T(3d)/T(2d)]を乗算した場合の固有ひずみ分布と、三次元熱弾塑性解析を行った場合の固有ひずみ分布とは、分布の形状がほぼ同様になる。 Note that the inherent strain distribution of FIG. 12 is a representative example. However, when the inherent strain value relatively obtained by the two-dimensional thermal elastic-plastic analysis is multiplied by a coefficient [T (3d) / T (2d)]. The intrinsic strain distribution and the intrinsic strain distribution when the three-dimensional thermoelastic-plastic analysis is performed have substantially the same distribution shape.
このように、この実施形態では、二次元熱弾塑性解析によって得られた固有ひずみ値に係数[T(3d)/T(2d)]を乗算した場合の固有ひずみ分布を用いれば、三次元熱弾塑性解析を行わず、かつ補正係数DB14(図4参照)を構築せずに、三次元熱弾塑性解析を行った場合と同等の固有ひずみ分布を得ることができる。 Thus, in this embodiment, if the inherent strain distribution obtained by multiplying the inherent strain value obtained by the two-dimensional thermoelastic-plastic analysis by the coefficient [T (3d) / T (2d)] is used, the three-dimensional heat An inherent strain distribution equivalent to that obtained when the three-dimensional thermal elastic-plastic analysis is performed without performing the elastic-plastic analysis and without constructing the correction coefficient DB 14 (see FIG. 4) can be obtained.
なお、この実施形態では、構造物が拘束される度合いを示す応力三軸度Tから二次元弾性解析によって得られた固有ひずみ値の係数を求めたが、これに限らず、応力三軸度以外の構造物が拘束される度合いの解析から係数を設定してもよい。 In this embodiment, the coefficient of the inherent strain value obtained by the two-dimensional elastic analysis is obtained from the stress triaxiality T indicating the degree to which the structure is constrained. The coefficient may be set from an analysis of the degree to which the structure is constrained.
(実施形態3)
図13は、本発明の実施形態3の溶接変形、溶接残留応力の解析装置1の概念を説明するための概念図である。なお、この実施形態では、実施形態2と同様に、二次元熱弾塑性解析モデルと三次元弾性解析モデルの応力三軸度の比である係数[T(3d)/T(2d)]を計算するものとする。
(Embodiment 3)
FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining the concept of the welding deformation and welding residual
この解析装置1は、図11と同様、FEMを用いた解析を行う二次元熱弾塑性解析手段2、係数を算出する溶接部応力三軸度計算部7、二次元の固有ひずみを三次元の固有ひずみに変換する固有ひずみ変換手段3、三次元の固有ひずみ分布を出力する固有ひずみ分布出力手段4、FEMを用いた解析を行う三次元固有ひずみ法弾性解析手段5、三次元の溶接変形や残留応力を出力する溶接変形・残留応力出力手段6を備え、固有ひずみ分布出力手段4は溶接部の溶接線Z0(図3参照)の各部での溶接部の応力三軸度T(Z)と、溶接部21の溶接線Z0の中心S(図3の参照)での溶接部の応力三軸度T(C)との比[T(Z)/T(C)]を計算する溶接部応力三軸度計算部8を有する。
Similar to FIG. 11, this
この溶接部応力三軸度計算部8は、発生した弾性熱応力の応力成分(第1、第2、第3主応力σ1、σ2、σ3)を用いて実施形態2で示した式(1)〜式(3)の計算を行い、求めた応力三軸度Tの比を計算する。 This weld stress triaxiality calculator 8 uses the stress components (first, second, and third principal stresses σ 1 , σ 2 , σ 3 ) of the generated elastic thermal stress to express the equations shown in the second embodiment. Calculations of (1) to (3) are performed, and the ratio of the obtained stress triaxiality T is calculated.
ここでは、構造物が拘束されている度合いを示す、溶接部の応力三軸度を求めるために、実施形態2と同様、図3に示した三次元弾性解析モデルの溶接部(溶接線Z0の中心Sの位置)に任意の一定温度を与えて、FEMによる弾性熱応力解析を行い、発生した弾性熱応力の応力成分(第1、第2、第3主応力σ1、σ2、σ3)を用いて上記式(1)〜式(3)の計算を行い、求めた応力三軸度Tの比[T(Z)/T(C)]を計算する。 Here, in order to obtain the stress triaxiality of the welded portion, which indicates the degree to which the structure is restrained, the welded portion of the three-dimensional elastic analysis model shown in FIG. An arbitrary constant temperature is applied to the center S), and elastic thermal stress analysis is performed by FEM. Stress components (first, second, and third principal stresses σ 1 , σ 2 , σ 3 ) of the generated elastic thermal stress are performed. ) Is used to calculate the above formulas (1) to (3), and the ratio [T (Z) / T (C)] of the obtained stress triaxiality T is calculated.
すなわち、(3)式から[T(C)とT(Z)]は、
T(C)=σm(C)/σeq(C)
T(Z)=σm(Z)/σeq(Z)
である。
That is, from equation (3), [T (C) and T (Z)] are
T (C) = σ m (C) / σ eq (C)
T (Z) = σ m (Z) / σ eq (Z)
It is.
したがって、応力三軸度の比[T(Z)/T(C)]は、
T(Z)/T(C)=(σm(Z)/σeq(Z))/(σm(C)/σeq(C))
…(5)
となる。
Therefore, the ratio of stress triaxiality [T (Z) / T (C)] is
T (Z) / T (C) = (σ m (Z) / σ eq (Z)) / (σ m (C) / σ eq (C))
... (5)
It becomes.
このようにして求めた応力三軸度の比[T(Z)/T(C)]を、三次元弾性解析用の固有ひずみ分布出力手段4の係数として用いる。すなわち、この実施形態では、固有ひずみ変換手段3によって得られた三次元解析用の基本固有ひずみ値に、この係数[(T(Z)/T(C)]を乗算することによって、溶接線Z0の溶接線固有ひずみ分布を求めることができる。 The ratio of stress triaxiality obtained in this way [T (Z) / T (C)] is used as a coefficient of the inherent strain distribution output means 4 for three-dimensional elastic analysis. That is, in this embodiment, by multiplying the basic inherent strain value for three-dimensional analysis obtained by the inherent strain converting means 3 by this coefficient [(T (Z) / T (C)], the weld line Z0. The weld line inherent strain distribution can be obtained.
さらに、この求められた基本固有ひずみ分布と溶接線固有ひずみ分布とをもとに、三次元固有ひずみ法弾性解析手段5が三次元の固有ひずみ法弾性解析を行って、構造物の溶接変形や残留応力を求め、溶接変形・残留応力出力手段6がこの求めた溶接変形の変位成分や残留応力の応力成分を出力するものである。 Further, based on the obtained basic intrinsic strain distribution and weld line intrinsic strain distribution, the three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis means 5 performs three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis, The residual stress is obtained, and the welding deformation / residual stress output means 6 outputs the displacement component of the obtained welding deformation and the stress component of the residual stress.
図14は、実施形態3における溶接線Z0の長手方向の固有ひずみ分布の一例を示す図であり、◆印が三次元熱弾塑性解析を行った場合の固有ひずみ分布を示し、◇印が求められた弾性解析用の基本固有ひずみ値に係数[T(Z)/T(C)]を乗算した場合の固有ひずみ分布を示す。 FIG. 14 is a diagram showing an example of the inherent strain distribution in the longitudinal direction of the weld line Z0 in the third embodiment. The ◆ mark indicates the inherent strain distribution when a three-dimensional thermoelastic-plastic analysis is performed, and the ◇ mark is obtained. 3 shows an inherent strain distribution obtained by multiplying the obtained basic intrinsic strain value for elastic analysis by a coefficient [T (Z) / T (C)].
図14では、横軸が溶接線Z0の中心S(図3参照)からの距離(X方向)を示し、縦軸がある構造物に対する二次元熱弾塑性解析と係数[T(3d)/T(2d)]により求めた固有ひずみ値と、三次元熱弾塑性解析による固有ひずみ値とをそれぞれ示す。なお、図14に示す分布データは、縦軸が固有ひずみ値で、横軸が溶接線Z0(図3参照)の中心Sからの距離で、例えば溶接線Z0の中心Sをプラス(例えば図3に示した紙面の前)方向からマイナス(例えば図3に示した紙面の後)方向へと溶接する場合の分布データである。 In FIG. 14, the horizontal axis indicates the distance (X direction) from the center S (see FIG. 3) of the weld line Z0, and the two-dimensional thermal elastic-plastic analysis and the coefficient [T (3d) / T (2d)] and the inherent strain value obtained by three-dimensional thermal elastic-plastic analysis are shown. In the distribution data shown in FIG. 14, the vertical axis is the intrinsic strain value, the horizontal axis is the distance from the center S of the weld line Z0 (see FIG. 3), and the center S of the weld line Z0 is added (for example, FIG. 3). The distribution data in the case of welding from the front direction of the paper surface shown in Fig. 3 to the minus direction (for example, the rear side of the paper surface shown in FIG. 3).
この図14から、弾性解析用の基本固有ひずみ値に係数[T(Z)/T(C)]を乗算した場合の固有ひずみ分布は、三次元熱弾塑性解析を行った場合の固有ひずみ分布とほぼ一致することが分かる。 From FIG. 14, the intrinsic strain distribution when the basic intrinsic strain value for elastic analysis is multiplied by the coefficient [T (Z) / T (C)] is the intrinsic strain distribution when the three-dimensional thermoelastic-plastic analysis is performed. It can be seen that it almost matches.
なお、この図14の固有ひずみ分布は代表例であるが、相対的に固有ひずみ分布出力手段4から得られた弾性解析用の基本固有ひずみ値に係数[T(Z)/T(C)]を乗算した場合の固有ひずみ分布と、三次元熱弾塑性解析を行った場合の固有ひずみ分布とは、分布の形状がほぼ同様となる。 The inherent strain distribution in FIG. 14 is a representative example, but the coefficient [T (Z) / T (C)] is relatively added to the basic intrinsic strain value for elastic analysis obtained from the inherent strain distribution output means 4. The inherent strain distribution when multiplied by and the inherent strain distribution when the three-dimensional thermoelastic-plastic analysis is performed have substantially the same distribution shape.
このように、この実施形態では、実施形態2と同様の効果が得られるとともに、固有ひずみ分布出力手段4によって得られた基本固有ひずみ値に係数[T(Z)/T(C)]を乗算した場合の固有ひずみ分布を用いれば、三次元熱弾塑性解析を行わず、かつ溶接線固有ひずみ値の分布データを記憶する分布DB13(図4参照)を構築せずに、三次元熱弾塑性解析を行った場合と同等の固有ひずみ分布を得ることができる。
As described above, in this embodiment, the same effect as that of the second embodiment is obtained, and the basic inherent strain value obtained by the inherent strain
すなわち、この実施形態によれば、三次元熱弾塑性解析を行うことなく、かつ、様々な条件によって変化する固有ひずみ分布を考慮することによって高精度に、溶接順序や方向、構造物の拘束の強さの影響を考慮した溶接変形及び残留応力の解析装置を提供することができる。 In other words, according to this embodiment, the welding sequence and direction, and the restraint of the structure can be controlled with high accuracy without considering the three-dimensional thermoelastic-plastic analysis and taking into account the inherent strain distribution that changes depending on various conditions. It is possible to provide an apparatus for analyzing welding deformation and residual stress in consideration of the influence of strength.
なお、この実施形態では、応力三軸度から固有ひずみ分布出力手段4によって得られた基本固有ひずみ値の係数を求めたが、これに限らず、応力三軸度以外の構造物が拘束される度合いの解析から係数を設定してもよい。 In this embodiment, the coefficient of the basic inherent strain value obtained by the inherent strain distribution output means 4 is obtained from the stress triaxiality. However, the present invention is not limited to this, and structures other than the stress triaxiality are constrained. A coefficient may be set from the analysis of the degree.
(実施形態4)
図15は、解析された溶接変形、溶接残留応力を評価する評価装置40の概念を説明するための概念図である。
図15に示すように、この評価装置40は、図1に示したFEMを用いた解析を行う二次元熱弾塑性解析手段2、二次元の固有ひずみを三次元の固有ひずみに変換する固有ひずみ変換手段3、三次元の固有ひずみ分布を出力する固有ひずみ分布出力手段4、FEMを用いた解析を行う三次元固有ひずみ法弾性解析手段5、三次元の溶接変形や残留応力を出力する溶接変形・残留応力出力手段6を備えるとともに、プロセス最適化計算手段41、最適溶接条件出力手段42を備える。
(Embodiment 4)
FIG. 15 is a conceptual diagram for explaining the concept of the
As shown in FIG. 15, this
図15に示すプロセス最適化計算手段41は、構造物の拘束の強さ、溶接部の被溶接部材および溶接部材の材料物性、溶接パス数、溶接部の継手形状、構造物の板厚、入熱、開先形状、溶接材料などをパラメータとし、溶接変形あるいは残留応力の低減を目的とした最適化探索機能により繰り返し計算を行うものである。このプロセス最適化計算手段41には、例えばCADなどのエンジニアリング・プロセスにおいて、目標とする利用環境への統合を可能とするための最適化プロセスを提供するソフトウェアであるIsight(登録商標)などがある。 The process optimization calculation means 41 shown in FIG. 15 includes the constraint strength of the structure, the material properties of the welded member and the welded member of the weld, the number of weld passes, the joint shape of the weld, the plate thickness of the structure, It uses heat, groove shape, welding material, etc. as parameters, and iterative calculation is performed by an optimization search function for the purpose of reducing welding deformation or residual stress. The process optimization calculation means 41 includes, for example, Isight (registered trademark) which is software that provides an optimization process for enabling integration into a target use environment in an engineering process such as CAD. .
最適溶接条件出力手段42は、プロセス最適化計算手段41で溶接変形、あるいは、残留応力が設定した目標値以下となった場合に、その時の最適な溶接プロセス条件を出力する
The optimum welding condition output means 42 outputs the optimum welding process condition at that time when the welding deformation or residual stress is less than or equal to the target value set by the process
図16は、評価装置による溶接変形や残留応力の評価を説明するためのフローチャートである。
図10に示すように、まず、データ入力部11から解析に必要な条件のデータ(構造物の溶接部の被溶接部材22,22および溶接部材23の材料物性、溶接入熱、溶接部の継手形状、溶接速度、溶接部の開先形状、板厚、溶接パス数、溶接長、溶接方向および拘束の強さ)が入力されるとともに、目標とする溶接変形または残留応力が入力されると(ステップS101)、二次元熱弾塑性解析手段2がこの条件のデータのうち、構造物の溶接部の被溶接部材22,22および溶接部材23の材料物性、溶接入熱、溶接部の継手形状、溶接速度、溶接部の開先形状、板厚、溶接パス数の組み合わせに基づいて、FEMによる二次元熱弾塑性解析を行って二次元の固有ひずみ値の分布データを算出する(ステップS102)。
FIG. 16 is a flowchart for explaining the evaluation of welding deformation and residual stress by the evaluation apparatus.
As shown in FIG. 10, first, data of conditions necessary for analysis from the data input unit 11 (material properties of welded
次に、固有ひずみ変換手段3が、上記溶接部の継手形状、溶接入熱、溶接速度、板厚、溶接パス数の組み合わせに基づいて、補正係数DB14から対応する補正係数を抽出し(ステップS103)、ステップS102で算出された二次元の固有ひずみ値の分布データにステップS103で抽出された補正係数を乗算して三次元の基本固有ひずみ値の分布データに変換する(ステップS104)。
Next, the inherent strain conversion means 3 extracts the corresponding correction coefficient from the
次に、固有ひずみ分布出力手段4が、この変換された三次元の基本固有ひずみ値、溶接部の継手形状、溶接長、溶接方向、および拘束の強さの組み合わせに基づいて、分布DB13から弾性解析用の溶接線固有ひずみの分布データを抽出する(ステップS105)。この一連の解析動作により、図3のX−Y平面における三次元の基本固有ひずみ値の分布データ(図5中の実線の分布データと同様)と、図3の溶接線Z0の長手方向(Z軸方向)の三次元の溶接線固有ひずみ値の分布データ(図8の分布データ)とを得ることができる。
Next, the inherent strain distribution output means 4 generates elasticity from the
次に、三次元固有ひずみ法弾性解析手段5が、この基本固有ひずみ値と溶接線固有ひずみ値の分布データに基づいて、固有ひずみ法を用いた三次元の固有ひずみ法弾性解析を行って、溶接変形や残留応力を求め(ステップS106)、さらにこの解析結果は、溶接変形・残留応力出力手段6において、溶接変形の変位成分や溶接残留応力の応力成分がプロセス最適化計算手段41に出力する(ステップS107)。 Next, the three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis means 5 performs a three-dimensional intrinsic strain method elastic analysis using the intrinsic strain method based on the distribution data of the basic intrinsic strain value and the weld line intrinsic strain value, The welding deformation and residual stress are obtained (step S106), and the analysis result is output from the welding deformation / residual stress output means 6 to the process optimization calculation means 41 in the welding deformation displacement component and the welding residual stress component. (Step S107).
プロセス最適化計算手段41では、入力する溶接変形の変位成分や溶接残留応力の応力成分が、設定した目標値以下となったか否か判断し(ステップS108)、設定した目標値以下でない場合(ステップS108のNoの場合)、構造物の拘束の強さ、材料物性、溶接パス数、継手形状、構造物の板厚、入熱、開先形状、溶接材料などをパラメータの少なくとも1つを変更する(ステップS109)。ステップS101では、変更されたパラメータの入力が行われ、上記解析動作を繰り返す。 The process optimization calculation means 41 determines whether or not the input displacement component of welding deformation and the stress component of welding residual stress are equal to or less than the set target value (step S108). In the case of No in S108), change at least one of the parameters such as the constraint strength of the structure, material properties, number of welding passes, joint shape, plate thickness of the structure, heat input, groove shape, welding material, etc. (Step S109). In step S101, the changed parameter is input and the analysis operation is repeated.
また、入力する溶接変形の変位成分や溶接残留応力の応力成分が、設定した目標値以下となった場合(ステップS108のYesの場合)、最適溶接条件出力手段42が、この溶接変形の変位成分や溶接残留応力の応力成分による三次元有限要素モデル30(図9参照)を生成して表示する(ステップS110)。 Further, when the input displacement component of welding deformation and the stress component of welding residual stress are equal to or less than the set target value (Yes in step S108), the optimum welding condition output means 42 causes the displacement component of this welding deformation. And a three-dimensional finite element model 30 (see FIG. 9) based on the stress component of the welding residual stress is generated and displayed (step S110).
このように、この実施形態では、実施形態1と同様の効果が得られるとともに、三次元熱弾塑性解析を行うことがないために、最適化の条件探索のための繰り返し計算が可能であり、合理的に最適溶接プロセス条件を得ることができる。 As described above, in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and since a three-dimensional thermal elastic-plastic analysis is not performed, it is possible to repeatedly perform an optimization condition search. Reasonably optimum welding process conditions can be obtained.
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, You may change a component in the range which does not deviate from the summary in an implementation stage. In addition, various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…解析装置、2…二次元熱弾塑性解析手段、3…固有ひずみ変換手段、4…固有ひずみ分布出力手段、5…固有ひずみ法弾性解析手段、6…溶接変形・残留応力出力手段、7,8…溶接部応力三軸度計算部、10…解析装置、11…データ入力部、12…二次元熱弾塑性解析部、13…分布DB、14…補正係数DB、15…補正係数抽出部、16…固有ひずみ変換部、17…固有ひずみ分布抽出部、18…三次元弾性解析部、19…溶接変形・残留応力出力部、20…二次元熱弾塑性解析モデル、21…溶接部、22,22…被溶接部材(母材)、23…溶接部材、25…表示部、30…三次元弾性解析モデル(三次元有限要素モデル)、31…平面、40…評価装置、41…プロセス最適化計算手段、42…最適溶接条件出力手段、S…溶接線中心、Z0…溶接線。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記求められた二次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布を、前記溶接線の中心で入熱がある場合の三次元モデルにおける前記溶接線の中心で前記溶接線と直交する断面での第1固有ひずみの分布に変換する固有ひずみ変換手段と、
前記変換された三次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布に基づいて、前記溶接部の溶接線の長手方向の第2固有ひずみの分布を出力する固有ひずみ分布出力手段と、
前記求められた第1固有ひずみの分布と前記出力された第2固有ひずみの分布とに基づいて、固有ひずみ法を用いた三次元モデルの固有ひずみ法弾性解析を行い、前記構造物の溶接変形や残留応力を求める固有ひずみ法弾性解析手段と、
を備えることを特徴とする解析装置。 Based on the input material to be welded and welded material of the structure, welding heat input, joint shape of the weld, welding speed, groove shape of the weld, plate thickness, number of weld passes Then, a two-dimensional thermal elastic-plastic analysis of the welded portion is performed, and a distribution of the first inherent strain in the plane of the welded portion in a two-dimensional model in the case where there is uniform heat input in the weld line direction of the welded portion is obtained. Two-dimensional thermoelastic-plastic analysis means,
The distribution of the first inherent strain in the obtained two-dimensional model is a first distribution in a cross section orthogonal to the weld line at the center of the weld line in the three-dimensional model when heat is input at the center of the weld line. An inherent strain conversion means for converting to an inherent strain distribution;
An inherent strain distribution output means for outputting a distribution of the second intrinsic strain in the longitudinal direction of the weld line of the weld based on the distribution of the first intrinsic strain in the transformed three-dimensional model;
Based on the obtained distribution of the first intrinsic strain and the output distribution of the second intrinsic strain, an intrinsic strain method elastic analysis of a three-dimensional model using the intrinsic strain method is performed, and the welding deformation of the structure And inherent strain method elastic analysis means for obtaining residual stress,
An analysis device comprising:
前記溶接部の継手形状、溶接入熱、板厚、溶接速度、溶接パス数の組み合わせに対応する補正係数を記憶する記憶部と、
入力する前記溶接部の継手形状、溶接入熱、板厚、溶接速度、溶接パス数の組み合わせに基づいて、前記対応する補正係数を前記記憶部から抽出する補正係数抽出部と、
前記二次元熱弾塑性解析手段で求められた前記二次元モデルの第1固有ひずみの分布と前記抽出された補正係数とを乗算して前記三次元モデルの第1固有ひずみの分布に変換する変換部と、
を有することを特徴とする請求項1記載の解析装置。 The inherent strain converting means is
A storage unit that stores a correction coefficient corresponding to a combination of the joint shape of the weld, welding heat input, plate thickness, welding speed, and the number of welding passes;
A correction coefficient extraction unit that extracts the corresponding correction coefficient from the storage unit based on a combination of the joint shape of the weld to be input, welding heat input, plate thickness, welding speed, and the number of welding passes;
Conversion for multiplying the distribution of the first intrinsic strain of the two-dimensional model obtained by the two-dimensional thermoelastic-plastic analysis means and the extracted correction coefficient into the distribution of the first intrinsic strain of the three-dimensional model And
The analysis apparatus according to claim 1, further comprising:
前記三次元モデルの第1固有ひずみの分布データ、前記溶接部の継手形状、溶接長、溶接方向および拘束の強さの組み合わせに対応する前記第2固有ひずみの分布データを記憶する記憶部と、
入力する前記三次元モデルの第1固有ひずみの分布、前記溶接部の継手形状、溶接長、溶接方向および拘束の強さの組み合わせに基づいて、前記対応する前記第2固有ひずみの分布データを前記記憶部から抽出する分布抽出部と、
を有することを特徴とする請求項1記載の解析装置。 The inherent strain distribution output means includes
A storage unit for storing distribution data of the second intrinsic strain corresponding to a combination of the first intrinsic strain distribution data of the three-dimensional model, the joint shape of the weld, the weld length, the welding direction, and the strength of the constraint;
Based on the combination of the first inherent strain distribution of the input three-dimensional model, the joint shape of the weld, the weld length, the welding direction, and the strength of the constraint, the corresponding distribution data of the second inherent strain is A distribution extraction unit for extracting from the storage unit;
The analysis apparatus according to claim 1, further comprising:
さらに備えることを特徴とする請求項1記載の解析装置。 Welding deformation / residual stress output means for generating and outputting a three-dimensional finite element model of the structure based on the obtained welding deformation and residual stress of the structure;
The analyzer according to claim 1, further comprising:
前記二次元モデルの前記溶接部に一定温度を加えたときの弾性熱応力解析を行うとともに、前記三次元モデルの前記溶接線の中心の前記溶接部に前記一定温度を加えたときの弾性熱応力解析を行って、弾性熱応力の応力成分をそれぞれ求め、かつこの求めた前記弾性熱応力の応力成分から前記二次元モデルの前記溶接部での応力三軸度と前記三次元モデルの前記溶接部での応力三軸度とその比を算出する応力成分算出部と、
前記二次元熱弾塑性解析手段で求められた前記二次元モデルの第1固有ひずみの分布と前記算出された応力三軸度の比とを乗算して、前記二次元モデルの第1固有ひずみの分布を前記三次元モデルの第1固有ひずみの分布に変換する変換部と、
を有することを特徴とする請求項1記載の解析装置。 The inherent strain converting means is
Elastic thermal stress analysis when a constant temperature is applied to the weld of the two-dimensional model and elastic thermal stress when the constant temperature is applied to the weld at the center of the weld line of the three-dimensional model Analysis is performed to determine the stress component of the elastic thermal stress, and from the calculated stress component of the elastic thermal stress, the stress triaxiality at the weld of the two-dimensional model and the weld of the three-dimensional model A stress component calculation unit for calculating the stress triaxiality and its ratio at
Multiplication of the distribution of the first intrinsic strain of the two-dimensional model obtained by the two-dimensional thermoelastic-plastic analysis means and the ratio of the calculated triaxiality of the stress yields the first intrinsic strain of the two-dimensional model. A converter for converting the distribution into the distribution of the first intrinsic strain of the three-dimensional model;
The analysis apparatus according to claim 1, further comprising:
前記二次元モデルの前記溶接部に一定温度を加えたときの弾性熱応力解析を行うとともに、前記三次元モデルの前記溶接線の中心の前記溶接部に前記一定温度を加えたときの弾性熱応力解析を行って、弾性熱応力の応力成分をそれぞれ求め、かつこの求めた前記弾性熱応力の応力成分から前記二次元モデルの前記溶接部での応力三軸度と前記三次元モデルの前記溶接部での応力三軸度とその比を算出する応力成分算出部と、
前記固有ひずみ変換手段で変換された三次元の第1固有ひずみの分布と前記算出された前記応力三軸度の比とを乗算して、前記溶接線の長手方向の前記溶接部の第2固有ひずみの分布を求める分布算出部と、
を有することを特徴とする請求項1記載の解析装置。 The inherent strain distribution output means includes
Elastic thermal stress analysis when a constant temperature is applied to the weld of the two-dimensional model and elastic thermal stress when the constant temperature is applied to the weld at the center of the weld line of the three-dimensional model Analysis is performed to determine the stress component of the elastic thermal stress, and from the calculated stress component of the elastic thermal stress, the stress triaxiality at the weld of the two-dimensional model and the weld of the three-dimensional model A stress component calculation unit for calculating the stress triaxiality and its ratio at
Multiplying the distribution of the three-dimensional first inherent strain converted by the inherent strain converting means and the calculated ratio of the triaxiality of stress, the second inherent characteristic of the weld in the longitudinal direction of the weld line A distribution calculation unit for obtaining a strain distribution;
The analysis apparatus according to claim 1, further comprising:
入力された前記構造物の拘束の強さ、前記溶接部の被溶接部材および溶接部材の材料物性、溶接パス数、継手形状、板厚、入熱、開先形状、溶接材料に基づいて、前記構造物の溶接変形や残留応力を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする評価装置。 An analysis device according to claim 1;
Based on the input constraint strength of the structure, the material properties of the welded and welded members of the welded part, the number of weld passes, joint shape, plate thickness, heat input, groove shape, welding material, An evaluation means for evaluating weld deformation and residual stress of the structure;
An evaluation apparatus comprising:
さらに備えることを特徴とする請求項7記載の評価装置。 Welding deformation / residual stress output means for generating and outputting a three-dimensional finite element model of the structure based on the weld deformation and residual stress of the evaluated structure;
The evaluation apparatus according to claim 7, further comprising:
固有ひずみ変換手段が、前記求められた二次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布を、前記溶接線の中心で入熱がある場合の三次元モデルにおける前記溶接線の中心で前記溶接線と直交する断面での第1固有ひずみの分布に変換するステップと、
固有ひずみ分布出力手段が、前記変換された三次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布に基づいて、前記溶接部の溶接線の長手方向の第2固有ひずみの分布を出力するステップと、
固有ひずみ法弾性解析手段が、前記求められた第1固有ひずみの分布と前記出力された第2固有ひずみの分布とに基づいて、固有ひずみ法を用いた三次元モデルの固有ひずみ法弾性解析を行い、前記構造物の溶接変形や残留応力を求めるステップと、
を含むことを特徴とする解析方法。 The two-dimensional thermoelastic-plastic analysis means is inputted to the welded part of the welded part of the structure and material properties of the welded member, welding heat input, joint shape of the welded part, welding speed, groove shape of the welded part The two-dimensional thermal elastic-plastic analysis of the welded portion is performed based on the plate thickness and the number of welding passes, and the plane of the welded portion in the two-dimensional model when there is uniform heat input in the weld line direction of the welded portion Obtaining a distribution of the first intrinsic strain at
The inherent strain conversion means orthogonally crosses the distribution of the first inherent strain in the obtained two-dimensional model with the weld line at the center of the weld line in the three-dimensional model when there is heat input at the center of the weld line. Converting to a distribution of the first intrinsic strain in the cross section
A step of outputting a distribution of a second intrinsic strain in a longitudinal direction of a weld line of the weld, based on the distribution of the first intrinsic strain in the converted three-dimensional model;
The inherent strain method elasticity analysis means performs an inherent strain method elasticity analysis of the three-dimensional model using the inherent strain method based on the obtained distribution of the first intrinsic strain and the output distribution of the second intrinsic strain. Performing the step of obtaining welding deformation and residual stress of the structure,
The analysis method characterized by including.
固有ひずみ変換手段が、前記求められた二次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布を、前記溶接線の中心で入熱がある場合の三次元モデルにおける前記溶接線の中心で前記溶接線と直交する断面での第1固有ひずみの分布に変換するステップと、
固有ひずみ分布出力手段が、前記変換された三次元モデルにおける前記第1固有ひずみの分布に基づいて、前記溶接部の溶接線の長手方向の第2固有ひずみの分布を出力するステップと、
固有ひずみ法弾性解析手段が、前記求められた第1固有ひずみの分布と前記出力された第2固有ひずみの分布とに基づいて、固有ひずみ法を用いた三次元モデルの固有ひずみ法弾性解析を行い、前記構造物の溶接変形や残留応力を求めるステップと、
評価手段が、入力された前記構造物の拘束の強さ、前記溶接部の被溶接部材および溶接部材の材料物性、溶接パス数、継手形状、板厚、入熱、開先形状、溶接材料に基づいて、前記構造物の溶接変形や残留応力を評価するステップと、
を含むことを特徴とする評価方法。 The two-dimensional thermoelastic-plastic analysis means is inputted to the welded part of the welded part of the structure and material properties of the welded member, welding heat input, joint shape of the welded part, welding speed, groove shape of the welded part The two-dimensional thermal elastic-plastic analysis of the welded portion is performed based on the plate thickness and the number of welding passes, and the plane of the welded portion in the two-dimensional model when there is uniform heat input in the weld line direction of the welded portion Obtaining a distribution of the first intrinsic strain at
The inherent strain conversion means orthogonally crosses the distribution of the first inherent strain in the obtained two-dimensional model with the weld line at the center of the weld line in the three-dimensional model when there is heat input at the center of the weld line. Converting to a distribution of the first intrinsic strain in the cross section
A step of outputting a distribution of a second intrinsic strain in a longitudinal direction of a weld line of the weld, based on the distribution of the first intrinsic strain in the converted three-dimensional model;
The inherent strain method elasticity analysis means performs an inherent strain method elasticity analysis of the three-dimensional model using the inherent strain method based on the obtained distribution of the first intrinsic strain and the output distribution of the second intrinsic strain. Performing the step of obtaining welding deformation and residual stress of the structure,
The evaluation means includes the input constraint strength of the structure, material properties of the welded and welded members of the welded portion, the number of weld passes, joint shape, plate thickness, heat input, groove shape, and welding material. On the basis of evaluating welding deformation and residual stress of the structure,
The evaluation method characterized by including.
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