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2019 年度 実績報告書

溶接高温割れ解析技術の体系化とAIを用いた割れ防止技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 19H02366
研究機関大阪府立大学

研究代表者

柴原 正和  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20350754)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード溶接高温割れ / 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
研究実績の概要

本年度の研究実施項目は以下の①~④の④項目である。
【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】結晶成長方向・結晶会合角予測法の提案を行い、さらに、結晶成長・ひずみを考慮した高度高温割れ解析法の開発を行うことで、冶金・力学融合型高温割れ解析法の開発を行った。
【②凝固偏析を考慮した高精度高温割れ解析手法の構築】凝固偏析量の簡易予測モデルの構築と高温延性曲線におよぼす凝固偏析量の影響について検討可能な解析手法の構築を行った。さらに、デンドライト成長方向、凝固偏析および高温割れ損傷パラメータを考慮した新しい高度高温割れ解析法の提案およびそれを用いた高精度高温割れ解析手法の構築を行った。
【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】①および②の新しい高度高温割れ解析手法に対し、GPUを用いた理想化陽解法FEMの導入、反復サブストラクチャー法の導入、さらには、領域分割法およびGPUクラスタの導入により超大規模・高速高温割れ解析法を構築した。これにより、1000万自由度レベルの実構造物の高度高温割れ解析が実現可能になった。この手法用いて、高温割れ発生に及ぼす諸因子の影響について検討した。
【④AI(人工知能)を用いた割れ防止技術の確立】高温割れ解析に用いる入力データ(溶接条件、仮付けピッチ等)と出力データ(ひずみ量、割れの有無、割れ発生位置、割れ長さ等)の関係を学習可能なAI(人工知能)システム(ニューラルネットワーク)を構築し、これを用いて逆問題解析することにより、割れ防止条件を推論できるシステムを提案した。さらに、現場データに加え、高温割れ解析法により得られた解析データの双方により、高精度なニューラルネットワークを構築するためのプログラムを整備した。さらに、割れ防止溶接条件を算定できるプログラムを整備した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

現在のところ、初年度計画であった、高温割れ解析法の高度化と高速化の内容を超えて、AIを用いた割れ低減システムの開発まで進めることが出来た。

今後の研究の推進方策

次のステージとしては、実際にAIにより考えられた割れ防止条件を用いて実験を実施し、実際に、高温割れが低減できるかどうかの確認を行う予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 大規模複雑構造物の溶接変形解析に向けた理想化陽解法FEMの拡張と実大構造物への適用2019

    • 著者名/発表者名
      生島 一樹, 前田 新太郎, 家下 輝也, 河原 充, 阿部 雄太, 木内 大貴, 柴原 正和
    • 雑誌名

      溶接学会論文集

      巻: 37 ページ: 141-151

    • 査読あり
  • [学会発表] 多電極片面サブマージアーク溶接時における終端割れに及ぼす諸因子の影響に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      沖見優衣、生島一樹、前田新太郎、谷岡俊介、木治昇、柴原正和
    • 学会等名
      溶接学会秋季全国大会講演概要 Vol.103, 334-335
  • [学会発表] AIを用いた線状加熱方案の自動作成に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      前川真奈海、生島一樹、野津亮、柴原正和、丹後義彦、木治昇
    • 学会等名
      溶接学会秋季全国大会講演概要 Vol.103, 328-329
  • [学会発表] 強化学習を用いた線状加熱自動化に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      三ッ井佑太,前川真奈海,生島一樹,柴原正和
    • 学会等名
      溶接学会秋季全国大会講演概要 Vol.103, P-7
  • [学会発表] Study of Solidification Cracking under FCB Welding of Butt Welding2019

    • 著者名/発表者名
      Shintaro MAEDA, Yui OKIMI, Shunsuke Tanioka, Noboru Kiji, Masakazu SHIBAHARA, Ninshu MA
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会講演会
  • [学会発表] 溶接力学問題における人工知能の活用に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      生島一樹、前川真奈海、橋詰光、柴原正和
    • 学会等名
      第230回溶接構造研究委員会WD230-4
  • [学会発表] 理想化陽解法FEMによる大規模溶接力学シミュレーションの実機適用2019

    • 著者名/発表者名
      柴原正和
    • 学会等名
      第六回ヘキサケミカルカンファレンス
    • 招待講演
  • [学会発表] A Technique for Preventing Solidification Cracking at the End Part of a Weld Joint in One-side Submerged Arc Welding2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyoshi YOKOTA, Masaharu KOMURA, Yasuo YAMASHITA, Masakazu SHIBAHARA
    • 学会等名
      72nd IIW Annual Assembly, IIW Doc. No. XII-2340-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Approach for automation of line heating by combination of reinforcement learning and FEM simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Manami MAEKAWA, Kazuki IKUSHIMA, Akira Notsu and Masakazu SHIBAHARA
    • 学会等名
      Visual JW 2019 & WSE2019, 271-272
    • 国際学会
  • [学会発表] 多電極片面サブマージアーク溶接時における終端割れに及ぼす諸因子の影響に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      前田新太郎,沖見優衣,生島一樹,谷岡俊介,木治昇,柴原正和
    • 学会等名
      溶接構造シンポジウム2019,388-394
  • [備考] 柴原研究室ホムページ

    • URL

      http://www.marine.osakafu-u.ac.jp/~shibahara/

  • [産業財産権] 溶接構造体の製造方法2020

    • 発明者名
      柴原正和、生島一樹、三ッ井佑太、前田新太郎
    • 権利者名
      柴原正和、生島一樹、三ッ井佑太、前田新太郎
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-043414

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公開日: 2022-12-28  

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