08 溶接変形予測– ２５
固有変形 データベース
逆解析
弾性解析
検証実験
車両台車梁の溶接変形
検証実験における変形計測
08 溶接変形予測– ２６
3次元計測装置
08 溶接変形予測– ２７
部材定義 溶接線定義
完成モデル 溶接変形予測システムの開発
変形予測
Ｐｒｅ（１）
ﾒｯｼｭ作成
Ｐｒｅ（２）
境界条件作成 溶接データ作成
SOLVER 解析処理
Ｐｏｓｔ 解析結果の評価 入力した部品形状
合成された部品形状 溶接中の形状変化 溶接後の変形形状 溶接後の残留応力 各種ＣＡＤ
データ 部品形状
入力データ
出力データ 固有変形
データベース
実験計測値と予測値の比較
08 溶接変形予測– ２８
溶接部位 上板に沿った撓み分布
-0.5 0 0.5 1 1.5 2
-1000 -500 0 500 1000
実験計測 計算予測
y方向変位 (mm)
x方向座標 (mm)
予測した溶接変形
中規模程度の実用構造物の溶接割れを予測できる シミュレーションモデルを開発
[数値目標]：適正施工条件の指示により割れ発生を 1/5に低減
最 終 目 標
④溶接高温割れ解析モデルの開発
(1) 温度依存型界面要素を用いた溶接高温割れ解析法を開発 (2) 各種割れ試験への適用と提案手法の検証
・
Trans-Varestraint
試験 ・Fish Bone
型割れ試験 (3) 実施工問題への適用・始終端割れ・梨型ビード割れ
(
最適溶接条件探索、3D
）08 溶接変形予測– ２９
溶接高温割れのシミュレーション法の活用
① 各種試験法に基づく定量的評価
② FCB溶接における始終端割れの予測
③ 狭開先溶接における梨型ビード割れの予測
④ 多層溶接における延性低下割れの予測
⑤ 三次元問題への拡張
停止位置 停止位置 停止位置
1000 1450
550
（℃）
Heat input=1500 J/mm, P/W=1.45,
Groove=5.0 mm
梨型ビード割れ(実験) 梨型ビード割れ(解析)
Zoomed View (℃)
2000 1600 120 0 800 400 0
延性低下割れ(解析) 08 溶接変形予測– ３０
溶接高温割れの三次元解析
08 溶接変形予測– ３１
z ｘ
200 mm
120 mm
5 mm mm15
mm2.5
x=152 mm
x=160 mm
x=168 mm
x=176 mm
Welding direction
割れの三次元形状
溶接高温割れを解析するための温度 依存型界面要素を用いた有限要素 ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑを開発した。
中規模程度の実用構造物の溶接 高温割れを予測できるﾓﾃﾞﾙを 開発する。
割れ
大型あるいは形状が複雑な溶接構造 物の溶接変形を固有変形を用いた 弾性解析により推定するｼｽﾃﾑを開発 した。
[数値目標]
ほぼ目標を達成した。
大型構造物の大局的な溶接変形 を、固有変形ﾃﾞｰﾀﾍﾞｰｽを用いた 弾性計算により推定できる予測 ｼｽﾃﾑを開発する。
[数値目標]
工作誤差を1/4程度に低減 ﾃﾞｰﾀﾍﾞｰｽに基づく
溶接変形予測ｼｽﾃﾑ の開発
計算時間は目標を上回り、約１桁 計算速度を速めることが出来た。
熱弾塑性解析法の高速化を図る。
[数値目標]
計算時間を50%に短縮 計算速度ｱｯﾌﾟ
新理論
CO2溶接、すみ肉溶接継手を対象と して、溶接変形が数値目標である
±15%以内で、精度良く予測するこ とが出来た。
溶接変形が精度良く予測できる 熱変形予測ｼｽﾃﾑを開発する。
[数値目標]
±15%以内の精度で溶接変形を 予測
高精度変形予測 ﾓﾃﾞﾙ
研究成果 研究内容・最終目標
研究項目
変形
WG
研究成果まとめ08 溶接変形予測–３２
変形モデルの実用化（プロジェクトの成果と課題）
(1)
データベースの充実(2) 実機への適用実績の
蓄積
(3) 実機からの固有変形
同定(4) 適用限界の明確化 (1) 10〜100倍の高速化
(2) 曲げ加工などの前工程
との連続解析(3) クランプ、逆ひずみなど
の考慮(4) 簡便なデータ入出力
実用化に向けての 課題
(1)
固有変形データベース 作成法：逆解析法開発(2)
大型構造物変形予測：各種構造物に対する 適用性検証
(1) 予測精度の検証済 (2) 十倍程度の高速化
プロジェクトの 成果
固有変形を用いた弾 性解析
熱弾塑性詳細解析
08 溶接変形予測–３３
変形シミュレーションの現状と今後の展開
対象構造物の規模
対象構造物の複雑さ
大 複
雑
船のブロック 橋梁
自動車・車両の 小型部品 大型部品
多パス
単純溶接継手 １パス
圧力容器 ノズル部 多パス
固有変形を 用いた弾性解析 熱弾塑性詳細解析
高速化、メモリー低減
08 溶接変形予測–３４
① 線形領域
② 非線形領域
溶接問題の特徴：小さな非線形領域が移動する問題
過渡温度分布
高速化の実績と見通
線形領域と非線形領域
08 溶接変形予測–３５
高速化の方法
(a) {①＋②}に対して 増分反復全ひずみ法 適用 （約十倍）
(b) {①線形解析}＋{②非線形解析} （数十倍）
(c) {①高速・省メモリ線形解析}＋{②非線形解析} （数百倍）
+並列計算、グリッドコンピューティング
実用化体制（案）
大阪大学接合研
高速化グループ Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔ開発グループ データベース開発グループ
E
重工
＊ A電機
B製作所 C自動車 D製鉄 F総研
Virtual Weld ASTOMASTOM＊ A
電機
B製作所 C自動車 D製鉄 E重工
F総研
Virtual WeldE
重工
A電機 B製作所 C自動車 ASTOM F総研
D製鉄実用化（適用実績の蓄積、カスタマイズ）：ASTOM 他
主幹事 主幹事 主幹事
緩やかな会議体
（ロードマップ）
08 溶接変形予測–３６
＊ライセンス
大阪大学大学院 知能・機能創成工学専攻 黄地尚義
モデルの構成と情報の流れ 熱変形
残留応力 統合化 溶接プロセス シミュレーションモデル
熱変形 残留応力
熱影響（組織）
材料定数 溶接部組織
シミュレーションモデル
溶接変形予測 シミュレーションモデル 温度場・熱履歴
ビード形状寸法
温度場・熱履歴 ビード形状寸法
熱影響（組織）
材料定数
本プロジェクトでは、溶接プロセス、金属組織、溶接変形に関する３つのシミュレーション分科会 が設置されている。ここでは、３つのシミュレーション分科会の成果を統合し、溶接プロセスから 金属組織変化、溶接変形までを包括的に予測できるシミュレーション主導型の新しい溶接設計 支援システムを提案・試作した。
モデル統合化による溶接シミュレーション
09 統合化-1
溶接対象物／施工条件
・Materials and its properties
・Joint type and groove geometry
・Welding conditions
Process parameters
・
Shielding gas and wire, , etc…
Input
統合化 溶接設計支援システム
溶接プロセス シミュレーションモデル
溶接部組織 シミュレーションモデル
溶接変形予測 シミュレーションモデル
Output
ビード形状の予測
変形の予測
冷却速度
体積分率
粒界ﾌｪﾗｲﾄ
ｱｼｷｭﾗｰ ﾌｪﾗｲﾄ
200μm
組織の予測
統合化システム
Virtual Welding System
09 統合化-2
試作中のシミュレーションソフト
No.100_1
09 統合化-3
・モデルの３D表示 ３D表示で、あらゆる角度からビード形状や温度分布の確認可。
・断面表示 内部の温度分布、溶融の有無、ビード断面を出力可。
・温度履歴表示 任意の点の温度履歴、任意断面の温度分布とその時間変化の表示可。
開発ソフトによる出力例
09 統合化-4
0 10 20 30 40 50 60 0
200 800
400 600
Time(s)
Temperature(K)
0 10 20 30 40 50 60
0 200 800
400 600
Time(s)
Temperature(K)