2020 Fiscal Year Annual Research Report
Systematization of analysis for welding hot cracking and establishment of crack prevention method using AI
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19H02366
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
柴原 正和 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20350754)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
才田 一幸 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30178470)
村川 英一 大阪大学, 接合科学研究所, 招へい教授 (60166270)
生島 一樹 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80734003)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 溶接高温割れ / 片面サブマージアーク溶接 / 理想化陽解法FEM / AI / 割れ防止技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、下記の④～⑥の3項目について、研究を実施した。
【④AI(人工知能)を用いた割れ防止技術の確立】あらゆる溶接継手の溶接部に生じるひずみ量を低減することを目的として、FEM熱弾塑性解析とDQNを組み合わせることで、複数の溶接条件を網羅的に学習可能なシステムを構築した。そして、学習済みの行動価値を基に、溶接中の変形・ひずみ計測に基づいて溶接条件をインプロセスで変更することで、高温割れ発生を防止可能なAI高温割れ防止システムを開発し、実構造物溶接時の溶接部のひずみ量を低減可能な溶接条件について検討した。
【⑤限界ひずみの定量的評価のための新しい実験方法の提案】溶融金属の表面張力を用いた溶接高温割れ発生限界モデルを構築し、溶接過渡のひずみ挙動を変更可能な試験と溶接過渡のひずみ計測から、高温割れ限界ひずみを導出可能な高温割れ試験を提案し、溶接諸条件が割れ発生に及ぼす影響について検討した。また凝固収縮ひずみを考慮した高温割れ解析手法を構築し、ひずみ履歴が高温割れ発生に及ぼす影響について検討し、繰り返しひずみ負荷時の高温割れ発生メカニズムを明らかにした。
【⑥ステレオ画像法に基づく高精度限界ひずみ計測法の提案と画像拡大法による画像相関法の高精度化】
⑤で提案した高温割れ試験のひずみ計測に際して、ステレオ画像法に基づくひずみ計測を導入することで、溶接に伴う面外方向への変形成分を取り除くことが可能となり、高精度に割れ発生限界ひずみを導出可能なひずみ計測法を構築した。加えて、画像拡大法を導入することで、高精度かつ高速に溶接部の画像相関が可能となり、詳細なひずみ挙動・履歴を導出可能となった。さらに、ひずみ挙動・履歴の導出に際して、得られた複数の画像データ内の任意の領域の照合に際して、GPUを用いた並列処理を用いることで、高精度かつ高速にひずみ挙動を算出可能なプログラムを整備した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
現在のところ、
①結晶成長方向を考慮した冶金・力学融合型高温割れ解析法の開発、②凝固偏析を考慮した高精度高温割れ解析手法の構築、③理想化陽解法FEM、反復サブストラクチャー法、領域分割法の導入による高温割れ解析の大規模・高速化、④AI(人工知能)を用いた割れ防止技術の確立、⑤限界ひずみの定量的評価のための新しい実験方法の提案、⑥ステレオ画像法に基づく高精度限界ひずみ計測法の提案と画像拡大法による画像相関法の高精度化
を計画通り、実行する事が出来た。それに続き、次年度に実施予定の
⑦実機片面サブマージアーク溶接時における端部割れを対象とする実大高温割れ解析の実施、⑧AIを用いた実機片面サブマージアーク溶接時における端部割れ防止技術の確立(解析)
の一部に着手した。すなわち、当初の計画以上に研究を進めることが出来ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究実施項目は以下の⑦～⑨の3項目であり、研究実施計画は以下の通りである。【フェーズⅢ：高温割れ解析法の実大片面サブマージ溶接への適用と割れ防止策の提案】
⑦実機片面サブマージアーク溶接時における端部割れを対象とする実大高温割れ解析の実施(2021年4月～2021年9月)■大規模高温割れ解析手法の実機片面サブマージアーク溶接への適用
⑧AIを用いた実機片面サブマージアーク溶接時における端部割れ防止技術の確立(解析)(2021年7月～2021年9月)■ニューラルネットワークに基づく高温割れ防止条件算定システムを用いた実機片面サブマージアーク溶接時の高温割れ予測
⑨ ⑧で得られた実機片面サブマージアーク溶接時における端部割れ防止条件の実証実験(2021年9月～2022年3月)■⑧で得られた割れ防止方案の妥当性検証
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