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公開番号2025008009
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023109816
出願日2023-07-04
発明の名称溶接部にかかる応力を評価するための方法
出願人株式会社IHI
代理人弁理士法人青海国際特許事務所
主分類G01N 3/00 20060101AFI20250109BHJP(測定;試験)
要約【課題】止端の応力を推定すること。
【解決手段】溶接部にかかる応力を評価するための方法は、非仕上げの止端tを含む溶接部50を有する構造物の有限要素モデルFMを、止端tから母材10の表面11に沿って延びる第1要素m1と、止端tからビードBの表面B1に沿って延びる第2要素m2と、を含むように作成することと、有限要素モデルFMを用いて有限要素解析を実施することと、第1要素m1において、止端t以外の節点の応力の中から第1応力を選択することと、第2要素m2において、止端t以外の節点の応力の中から第2応力を選択することと、止端tにおける応力を推定する指標として、第1応力および第2応力のうち大きい絶対値を有する応力を選択することと、を含む。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
非仕上げの止端を含む溶接部を有する構造物の有限要素モデルを、前記止端から母材の表面に沿って延びる第１要素と、前記止端からビードの表面に沿って延びる第２要素と、を含むように作成することと、
前記有限要素モデルを用いて有限要素解析を実施することと、
前記第１要素において、前記止端以外の節点の応力の中から第１応力を選択することと、
前記第２要素において、前記止端以外の節点の応力の中から第２応力を選択することと、
前記止端における応力を推定する指標として、前記第１応力および前記第２応力のうち大きい絶対値を有する応力を選択することと、
を含む、
溶接部にかかる応力を評価するための方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１応力を選択することは、前記第１要素において前記止端に隣接する節点の応力を選択することを含み、
前記第２応力を選択することは、前記第２要素において前記止端に隣接する節点の応力を選択することを含む、
請求項１に記載の溶接部にかかる応力を評価するための方法。
【請求項３】
前記構造物の前記有限要素モデルを作成することは、前記第１要素において前記止端に隣接する前記節点と前記第２要素において前記止端に隣接する前記節点との間の距離が、ＪＩＳＥ４２０８－１で規定される静荷重試験方法で使用される単軸のひずみゲージのゲージ長さに相当するように、前記第１要素および前記第２要素の各々を作成することを含む、
請求項２に記載の溶接部にかかる応力を評価するための方法。
【請求項４】
前記有限要素モデルの各要素は、前記ゲージ長さに相当するサイズを有する、
請求項３に記載の溶接部にかかる応力を評価するための方法。
【請求項５】
前記方法は、
前記指標に所定の係数を乗じることによって、前記止端における推定応力を算出すること、
を含む、
請求項４に記載の溶接部にかかる応力を評価するための方法。
【請求項６】
前記方法は、
非仕上げの止端を含む溶接部を有する複数のテスト構造物の各々の第１テスト有限要素モデルを、前記止端から母材の表面に沿って延びる第１要素と、前記止端からビードの表面に沿って延びる第２要素と、を含むように作成することと、
前記複数の第１テスト有限要素モデルを用いて有限要素解析を実施することと、
前記複数の第１テスト有限要素モデルの各々について、前記第１要素において、前記止端以外の節点の応力の中から第１応力を選択することと、
前記複数の第１テスト有限要素モデルの各々について、前記第２要素において、前記止端以外の節点の応力の中から第２応力を選択することと、
前記複数の第１テスト有限要素モデルの各々について、前記止端における応力を推定する指標として、前記第１応力および前記第２応力のうち大きい絶対値を有する応力を選択することと、
前記複数のテスト構造物の各々の第２テスト有限要素モデルを作成することであって、各第２テスト有限要素モデルの止端は、円弧形状に仕上げられる、ことと、
前記複数の第２テスト有限要素モデルを用いて有限要素解析を実施することと、
前記複数のテスト構造物の各々について、前記第２テスト有限要素モデルの前記止端を含み、かつ前記ひずみゲージに相当する領域内の複数の節点の応力の平均値を算出することと、
前記複数のテスト構造物の各々について、前記平均値を前記第１テスト有限要素モデルの前記指標で割ることによって、個別係数を算出することと、
前記複数のテスト構造物の前記複数の個別係数に基づいて、前記所定の係数を算出することと、
を含む、
請求項５に記載の溶接部にかかる応力を評価するための方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、溶接部にかかる応力を評価するための方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
溶接部にかかる応力を評価するための方法に関して、ＪＩＳＥ４２０８－１は、台車枠等の鉄道車両用の構成要素の強度を確認するために使用される静荷重試験方法を規定する。この方法は、長さ５ｍｍの単軸のひずみゲージを用いる。溶接ビードの止端等、小さい曲率半径を有する部位にひずみゲージを貼付する場合には、止端は、半径３ｍｍ程度の円弧形状に仕上げられる。ひずみゲージは、ひずみゲージが母材とビードとに跨り、かつ、ゲージ長さの１／２～２／３が母材を覆うように、止端に貼付される。
【０００３】
特許文献１は、上記の方法の代替案を提案する。この方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程では、溶接部を含む台車枠が静荷重試験に用いられる。この方法では、溶接部の止端は非仕上げとされる。ひずみゲージは、母材に貼付される。具体的には、ひずみゲージは、止端に近いゲージ端が止端の近傍に位置するように、母材に貼付される。第１工程では、このような台車枠を使用して静荷重試験を実施する。第２工程では、試験片が疲労試験に用いられる。試験片は、台車枠の溶接部と同様の非仕上げの溶接部を含む。また、試験片には、台車枠に使用された方法と同様な方法で、ひずみゲージが添付される。第１工程で測定された応力は、第２工程で測定された疲労限度と比較される。また、特許文献１は、第１工程において、台車枠を使用して静荷重試験を実施することに代えて、台車枠の有限要素モデルを使用して、静荷重試験を有限要素解析で実施することを提案する。有限要素モデルでは、台車枠に貼付されたひずみゲージと同様な領域において、すなわち、母材内の領域において、応力が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－８４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非仕上げの溶接部を含む有限要素モデルを作成する場合、止端は、平面が互いに交わる線として規定される。このような線は、応力特異点であり得る。したがって、止端の応力を精度良く算出することは困難である。
【０００６】
本開示は、止端の応力を推定することができる、溶接部にかかる応力を評価するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る溶接部にかかる応力を評価するための方法は、非仕上げの止端を含む溶接部を有する構造物の有限要素モデルを、止端から母材の表面に沿って延びる第１要素と、止端からビードの表面に沿って延びる第２要素と、を含むように作成することと、有限要素モデルを用いて有限要素解析を実施することと、第１要素において、止端以外の節点の応力の中から第１応力を選択することと、第２要素において、止端以外の節点の応力の中から第２応力を選択することと、止端における応力を推定する指標として、第１応力および第２応力のうち大きい絶対値を有する応力を選択することと、を含む。
【０００８】
第１応力を選択することは、第１要素において止端に隣接する節点の応力を選択することを含んでもよく、第２応力を選択することは、第２要素において止端に隣接する節点の応力を選択することを含んでもよい。
【０００９】
構造物の有限要素モデルを作成することは、第１要素において止端に隣接する節点と第２要素において止端に隣接する節点との間の距離が、ＪＩＳＥ４２０８－１で規定される静荷重試験方法で使用される単軸のひずみゲージのゲージ長さに相当するように、第１要素および第２要素の各々を作成することを含んでもよい。
【００１０】
有限要素モデルの各要素は、ゲージ長さに相当するサイズを有してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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