高精度溶接構造物製作のための計算科学的予測技術の確立

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206080
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 村川 英一 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (60166270)
• 研究分担者: 田中 学 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20243272) ; 芹澤 久 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20294134) ; 牛尾 誠夫 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80029248) ; 柴原 正和 金沢工業大学, 工学部, 講師 (20350754) ; 大沢 直樹 大阪大学, 工学研究科, 助教授 (90252585)
• キーワード: 溶接変形 / 固有変形 / 有限要素法 / 逆解析 / 熱弾塑性解析 / 残留応力

研究概要

溶接構造物の組立工程の多くの部分は熱加工であり、現象的に見ると熱加工は、非定常、非線形問題である。本研究では、計算科学に基づく種々のシミュレーション手法を道具として採用し、非線形で物理的には見えない部分を、数値的に可視化することにより、現象の理解を目指す。平成15年度においては、主に以下の研究を実施した。
1.自動車・車両などの輸送機器の組立工程に用いられる溶接は、溶接長は100mm以下の部分溶接が多い。このような溶接長の短い溶接においては、溶接変形および残留応力の生成原因である、溶接部近傍に生成する固有変形が溶接長さの影響を受けると考えられる。一方、これまでの固有変形の測定方法は、実験的に試験片を切断加工する測定方法と、計算科学的に熱弾性有限要素法を用いる手法の二種類に大別される。しかし、いずれの手法も非常に時間と労力を要する作業である。そこで新たに、三次元的に測定された溶接変形実験結果と、計算科学に基づいた逆解析とから固有変形を容易に同定する手法を開発した。本手法を用いて、溶接長の短い溶接における固有変形におよぼす溶接長の影響を検討し、溶接長50mm以上では、溶接長の影響は小さいことを明らかにした。
2.溶接などの熱加工による変形ならびに残留応力を精度良く推定する手法として、三次元熱弾塑性有限要素法は非常に有用な方法である。しかしながら、解析時間や解析モデルの大きさなどの制限から、これまでは主として二次元モデルによる解析が行われてきた。そこで、高効率化した三次元解析法を開発するとともに、本解析法を用いて、平板の突合せ溶接問題を対象に、二次元モデルと三次元モデルの解析結果の差異について検討を行った。その結果、溶接部近傍におけるき裂の発生の予測には二次元モデルは有効であるが、き裂の伝播解析には三次元解析が必要不可欠であることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] H.Murakawa: "Theoretical Prediction for High Quality Products and Reliable Assembly Process"Transactions of JWRI. Vol.32 No.1. 207-212 (2003)
• [文献書誌] H.Murakawa: "Simulation of Resistance Welding for Selection of Optimum Welding Conditions and Process Control"Transactions of JWRI. Vol.32 No.1. 215-218 (2003)
• [文献書誌] Y.Wu, H.Serizawa, H.Murakawa: "Numerical Simulation of Fuzzy Control for Resistance Spot Welding by Monitoring Electrode Temperature"Transactions of JWRI. Vol.32 No.2. 277-282 (2003)
• [文献書誌] D.Deng, Y.Luo, H.Serizawa, M.Shibahara, H.Murakawa: "Numerical Simulation of Residual Stress and Deformation Considering Phase Transformation Effect"Transactions of JWRI. Vol.32 No.2. 325-334 (2003)
• [文献書誌] H.Nishikawa, I.Oda, M.Shibahara, H.Serizawa, H.Murakawa: "Three-dimensional Thermal-elastic-plastic FEM Analysis for Predicting Residual Stress and Deformation Under Multi-pass Welding"Proceedings of the 14th International Offshore and Polar Engineering Conference. (CD-ROM). (2004)
• [文献書誌] W.Lian, S.Sone, H.Serizawa, H.Murakawa: "A Simple Measuring Method of Welding Inherent Deformation Using Inverse Analysis"Proceedings of the 14th International Offshore and Polar Engineering Conference. (CD-ROM). (2004)