破壊力学に基づくスポット溶接車体薄板構造の疲労寿命推定システムの開発

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550065
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 結城 良治 東京大学, 生産技術研究所 第1部, 助教授 (70114709)
• 研究分担者: 大平 壽昭 東京大学, 生産技術研究所 第1部, 助手
• キーワード: 溶接構造 / スポット溶接継手 / 疲労寿命推定 / 破壊力学 / 境界要素法 / 有限要素法 / 応力拡大係数 / 混合モ-ドき裂

研究概要

スポット溶接継手は、その簡便さ、自動化の容易さから自動車、車両、航空機、家電製品などの薄板構造物の接合・組立法として、広く用いられている。しかし、スポット溶接部はその著しい応力集中のため、疲労破壊強度が重要な問題となり、スポット溶接薄板接合構造の疲労寿命推定法の確立ならびにその高精度化の要求が高まりつつある。この要求に答えられる手法として破壊力学による方法が注目されている。研究者らは、既に各種スポット溶接継手の有限要素法(FEM)弾性解析および疲労実験を行ない、FEMにより求めた応力拡大係数Kおよび混合モ-ドクライテリオンを用い、負荷形式、継手形状の異なる各種のスポット溶接継手の疲労寿命が統一的に特性づけられる事を明らかにしている。しかし、問題は複雑なスポット溶接構造中のスポットのKをいかに効率的に求めるかである。
本研究はスポット溶接継手でのその有効性が確認された評価法を複雑なスポット溶接構造の疲労寿命推定へ拡張し、実用化を図ることを目的とした。従来有限要素法(FEM)に頼っていた3次元弾性解析およびKの解析に、薄板接合構造の効率的な解法として注目されるMindlinの基本解を用いた境界要素法(BEM)を導入し、効率化および高精度化を図りスポットのKを求め、疲労寿命を推定するシステム“BEM-SPOT"を開発し、その実用化について検討した。また各種形状および材料のスポット溶接の疲労強度デ-タを自動車メ-カ等から収集し、そのデ-タベ-スを作成した。本システムを用いて、従来困難であった多点の薄板構造部材モデルの疲労寿命推定を行ない、実験結果と良い一致が見られ、本システムの有効性を確認した。

研究成果

• [文献書誌] 結城良治: "自動車のスポット溶接構造の疲労寿命評価技術-境界要素法を用いたK解析システム“BEM-SPOT"の開発とその実用化に向けて-" 日本機械学会講習会教材「先端技術における疲労予防・診断の基礎と応用」. 890巻22号. 91-99 (1989)
• [文献書誌] 結城良治: "自動車のスポット溶接構造の疲労寿命評価技術" ジョイテック(テック出版). 8巻5号. 43-49 (1989)
• [文献書誌] Ryoji Yuuki: "Development of The Method to Evaluate The Fatigue Life of Spot-Welded Structures by Fracture Mechanics" IIW Doc.No.III-928-89 Annual Meeting of IIW(International Institute of Welding),Helsinki. 1-9 (1989)
• [文献書誌] 結城良治: "破壊力学に基づくスポット溶接構造の疲労寿命推定法の開発(1)-境界要素法を用いたK解析システム“BEM-SPOT"の開発-" 自動車技術会論文集. No.42. 113-118 (1989)
• [文献書誌] 二宮修: "破壊力学に基づくスポット溶接構造の疲労寿命推定法の開発(2)-“BEM-SPOT"による各種スポット溶接継手のK解析-" 自動車技術会論文集. No.42. 119-124 (1989)
• [文献書誌] 窪島達雄: "破壊力学に基づくスポット溶接構造の疲労寿命推定法の開発(3)-FEMシェル解析におけるスポット溶接部モデル化手法の開発-" 自動車技術会学術講演会前刷集. 892. 361-364 (1989)
• [文献書誌] 川村光洋: "破壊力学に基づくスポット溶接構造の疲労寿命推定法の開発(4)-T型結合箱型断面部材への適用-" 自動車技術会学術講演会前刷集. 892. 365-368 (1989)