Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4862408B2 - Fatigue life prediction method for spot welded structures - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4862408B2 - Fatigue life prediction method for spot welded structures - Google Patents

Fatigue life prediction method for spot welded structures Download PDF

Info

Publication number
JP4862408B2
JP4862408B2 JP2006019749A JP2006019749A JP4862408B2 JP 4862408 B2 JP4862408 B2 JP 4862408B2 JP 2006019749 A JP2006019749 A JP 2006019749A JP 2006019749 A JP2006019749 A JP 2006019749A JP 4862408 B2 JP4862408 B2 JP 4862408B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shell
fatigue life
spot welded
stress
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006019749A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007200152A (en
Inventor
毅 塩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority to JP2006019749A priority Critical patent/JP4862408B2/en
Publication of JP2007200152A publication Critical patent/JP2007200152A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4862408B2 publication Critical patent/JP4862408B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/82Elements for improving aerodynamics

Landscapes

  • Resistance Welding (AREA)

Description

本発明は、複数枚の金属板が複数箇所でスポット溶接されて形成されているスポット溶接構造体の疲労寿命予測方法、例えば、自動車のボディにおいて疲労亀裂が発生する可能性のある部位の疲労寿命を予測する方法に関する。   The present invention relates to a method for predicting the fatigue life of a spot welded structure formed by spot welding a plurality of metal plates at a plurality of locations, for example, the fatigue life of a portion where fatigue cracks may occur in the body of an automobile. It is related with the method of predicting.

自動車の開発において、軽量化、開発期間短縮、試作車両の削減の課題に応えるため、近年コンピュータを用いたCAE(Computer Aided Engineering)による各種性能の予測が積極的に推進されている。車体の強度評価についても例外ではなく、その技術も加速的に進歩しており、構造体の強度解析のためには有限要素法が有用なことがこれまでに検証されている。構造体の中には、自動車のボディのように、複数枚の金属板が複数箇所でスポット溶接されているものがあり、この種のスポット溶接構造体の強度をコンピュータを用いて解析する場合には、スポット溶接部をモデル化し、そのモデルに対して有限要素法を適用するのが一般的である。   In the development of automobiles, in order to meet the challenges of weight reduction, development time reduction, and reduction of prototype vehicles, in recent years, various performance predictions by computer-aided engineering (CAE) using computers have been actively promoted. The strength evaluation of the car body is no exception, and the technology is also accelerating, and it has been verified that the finite element method is useful for strength analysis of structures. Some structures, such as automobile bodies, have multiple metal plates spot welded at multiple locations. When analyzing the strength of this type of spot welded structure using a computer, In general, a spot weld is modeled and a finite element method is applied to the model.

これまでに、Ruppらは自動車のボディのスポット溶接部について溶接ナゲット部をビーム要素でモデル化してFEM(Finite Element Method :有限要素法)解析を実施し、そのビーム要素の両端の節点で得られた力とモーメントとを用いて評価指標となる公称構造応力を求め、これを用いてスポット溶接部の疲労寿命を予測する方法を提案している(非特許文献1参照)。   Up to now, Rupp et al. Conducted a FEM (Finite Element Method) analysis of a spot welded part of an automobile body by modeling the weld nugget part with a beam element, and obtained it at the nodes at both ends of the beam element. A method has been proposed in which a nominal structural stress serving as an evaluation index is obtained using the measured force and moment, and the fatigue life of a spot weld is predicted using this (see Non-Patent Document 1).

また、特許文献1には、平板とL型板とをあわせてスポット溶接構造としてのLPモデルを作成し、LPモデルに対して有限要素法解析用シェルモデルを作成し、作成した有限要素法解析用シェルモデルを用いて有限要素法線形弾性解析を行ってスポット溶接部中央の溶接ナゲット部の分担荷重と、その溶接ナゲット部を中心として描いた直径Dの円周上のたわみと、放射方向の傾斜と、を算出し、算出した分担荷重、円周上のたわみ及び放射方向の傾斜とに基づいて溶接ナゲット部における公称構造応力を弾性学の円板理論を用いて求め、この公称構造応力よりスポット溶接構造の疲労寿命を予測する方法が提案されている。ここで、有限要素法解析用シェルモデルは、シェル要素を用いて作成されるものであり、ナゲット部付近をくもの巣状の密なシェル要素に分割するモデルである。   In Patent Document 1, an LP model as a spot welded structure is created by combining a flat plate and an L-shaped plate, a shell model for finite element method analysis is created for the LP model, and the created finite element method analysis Finite element method linear elastic analysis using a shell model for the load, the shared load of the weld nugget at the center of the spot weld, the deflection on the circumference of the diameter D drawn around the weld nugget, and the radial direction The nominal structural stress in the weld nugget is calculated using the disc theory of elasticity based on the calculated shared load, the deflection on the circumference, and the radial tilt. A method for predicting the fatigue life of a spot welded structure has been proposed. Here, the shell model for the finite element method analysis is created using shell elements, and is a model that divides the vicinity of the nugget portion into dense nest-like shell elements.

また、特許文献2には、複数枚のパネルが複数箇所でスポット溶接されて形成されている構造体の亀裂発生危険部位を予測する方法であり、スポット溶接部を共有節点モデルでモデル化する工程と、そのモデルに有限要素法を適用して、共有節点に隣接する節点での面直方向の剥離距離に対応する値を算出する工程と、算出された値を所定値と比較する工程とを備えることによって亀裂発生危険部位を予測する方法が提案されている。   Further, Patent Document 2 is a method for predicting a crack occurrence risk site of a structure formed by spot welding a plurality of panels at a plurality of locations, and a step of modeling a spot welded portion with a shared node model And applying a finite element method to the model to calculate a value corresponding to the peel distance in the perpendicular direction at a node adjacent to the shared node, and comparing the calculated value with a predetermined value. There has been proposed a method for predicting a crack occurrence risk site by providing the crack.

さらに、特許文献3には、溶接部位の破断を判定する破断判定装置であって、溶接を行う2つの板要素をシェル要素としてモデル化し、溶接部位をビーム要素としてモデル化し、有限要素法によりビームの外縁部に生じる応力を演算し、溶接部位における破断判定の基準となる基準応力を、シェル要素の歪速度依存性を用いて演算し、ビームの外縁部に生じる応力と基準応力とに基づき、溶接部位の破断の有無を判定する破断判定装置が提案されている。
Andreas Rupp,Klaus Storzel,and Vatroslay Grubisic,“Computer Aided Dimensioning of Spot-Welded Automotive Structures”, International Congress and Exposition Detroit,Michigan, February 27-March 2,1995, p.1-11 特開2003−149130号公報 特開2002−35986号公報 特開2005−205467号公報
Further, Patent Document 3 discloses a fracture determination apparatus for determining fracture of a welded part, in which two plate elements to be welded are modeled as shell elements, a welded part is modeled as a beam element, and a beam is obtained by a finite element method. The stress generated at the outer edge of the beam is calculated, the reference stress that is the criterion for fracture determination at the weld site is calculated using the strain rate dependency of the shell element, and based on the stress generated at the outer edge of the beam and the reference stress, There has been proposed a break determination device for determining whether or not a welded portion is broken.
Andreas Rupp, Klaus Storzel, and Vatroslay Grubisic, “Computer Aided Dimensioning of Spot-Welded Automotive Structures”, International Congress and Exposition Detroit, Michigan, February 27-March 2,1995, p.1-11 JP 2003-149130 A JP 2002-35986 A JP 2005-205467 A

しかしながら、非特許文献1のRuppらが提案した方法では、ビーム要素から節点に加わる力とモーメントをFEM解析によって算出し、算出された力とモーメントが金属板内の溶接ナゲット部の中央に付与されると仮定して弾性論に基づいて溶接ナゲット部の周囲の応力計算を行うため、応力分布は溶接ナゲット部の中心を対称にして絶対値が同一となってしまう問題がある。実際に荷重が付与されたスポット溶接構造体における溶接ナゲット部の周囲の応力分布は、溶接ナゲット部の中心を対称にして絶対値が同一ではないため、Ruppらが提案した方法では、正確な応力計算を行うことができず、危険部位の疲労寿命を正確に予測することができなかった。   However, in the method proposed by Rupp et al. In Non-Patent Document 1, the force and moment applied to the node from the beam element are calculated by FEM analysis, and the calculated force and moment are applied to the center of the weld nugget portion in the metal plate. Assuming that the stress around the weld nugget is calculated based on the theory of elasticity, there is a problem that the stress distribution has the same absolute value with the center of the weld nugget symmetric. Since the stress distribution around the weld nugget in a spot welded structure that is actually loaded is not the same in absolute value with the center of the weld nugget symmetrical, the accurate stress is not calculated by the method proposed by Rupp et al. The calculation could not be performed and the fatigue life of the dangerous part could not be accurately predicted.

また、特許文献1に提案された方法では、くもの巣モデルである有限要素法解析用シェルモデルを作成する必要があるため、解析精度は高いものの、モデルが緻密であり、作成に多大な時間を要してしまうという課題があった。
また、特許文献2に提案された方法では、スポット溶接部を共有節点モデルでモデル化するものであるから、簡単にモデル化でき、モデル化に多数の工数を要することはない。しかし、スポット溶接部をビーム要素としてモデル化するものではないから、節点に作用する力の計算精度に限界があるという課題があった。
Further, in the method proposed in Patent Document 1, it is necessary to create a finite element method analysis shell model that is a spider web model, but although the analysis accuracy is high, the model is dense and requires a great deal of time for creation. There was a problem that it would require.
Further, in the method proposed in Patent Document 2, since the spot welded portion is modeled with a shared node model, it can be easily modeled, and the modeling does not require many man-hours. However, since the spot weld is not modeled as a beam element, there is a problem in that there is a limit to the calculation accuracy of the force acting on the node.

さらに、特許文献3に提案された方法では、溶接部位をビーム要素としてモデル化するものの、ビーム要素が節点に接続されておらず、節点は共有していない。このため、節点に作用する力の計算精度に限界があるという課題があった。
従って、本発明はこれら課題を解決するためになされたものであり、その目的は、有限要素解析モデルを作成する時間を短くできると共に、精度良く疲労寿命を予測することができるスポット溶接構造体の疲労寿命予測方法を提供することにある。
Furthermore, although the method proposed in Patent Document 3 models a welded part as a beam element, the beam element is not connected to a node and the node is not shared. For this reason, there existed a subject that the calculation precision of the force which acts on a node has a limit.
Therefore, the present invention has been made to solve these problems, and the object of the present invention is to reduce the time for creating a finite element analysis model and to accurately predict the fatigue life of the spot welded structure. It is to provide a fatigue life prediction method.

上記課題を解決するため、本発明に係るスポット溶接構造体の疲労寿命予測方法は、複数枚の金属板が複数箇所でスポット溶接されているスポット溶接構造体の疲労寿命を計算機によって予測する方法であって、計算機によって、前記金属板をシェル要素でモデル化すると共に、1つの溶接ナゲット部を1本のビーム要素でモデル化する第1ステップであって、前記シェル要素と前記ビーム要素が接続する共有節点に繋がっている複数のシェル要素の各々が四角形要素であると共に、そのシェル要素の数が4つである第1ステップと計算機によって、前記第1ステップでモデル化されたモデルに有限要素法を適用して、前記シェル要素と前記ビーム要素が接続する共有節点に繋がっている複数のシェル要素から前記共有節点に加わる力とモーメントを算出する第2ステップと
計算機によって、前記第2ステップで算出された力とモーメントとから、隣り合うシェル要素の力を足した値と隣り合うシェル要素のモーメントを足した値を用いて評価応力を算出する第3ステップと計算機によって、前記第3ステップで算出された評価応力と予め準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測する第4ステップとからなることを特徴としている。
To solve the above problems, fatigue life prediction method for a spot welded structure according to the present onset Ming, a method of predicting the fatigue life of the spot welded structure in which a plurality of metal plates are spot welded at a plurality of positions by computer A first step of modeling the metal plate with a shell element by a computer and modeling one weld nugget with one beam element , wherein the shell element and the beam element are connected to each other. Each of the plurality of shell elements connected to the shared node is a quadrilateral element and the number of the shell elements is four , and the model modeled in the first step by the computer is finite. Applying the element method, the force and mode applied to the shared node from a plurality of shell elements connected to the shared node where the shell element and the beam element are connected. A second step of calculating the instrument,
A third step of calculating an evaluation stress using a value obtained by adding a force of an adjacent shell element and a value of an adjacent shell element from the force and moment calculated in the second step by a computer; and The fourth step is to predict the fatigue life based on the evaluation stress calculated in the third step and the fatigue life diagram prepared in advance by the computer .

本発明に係るスポット溶接構造体の疲労寿命予測方法によれば、金属板をシェル要素でモデル化すると共に、1つの溶接ナゲット部を1本のビーム要素でモデル化するため、有限要素解析モデルを作成する時間を短くすることができる。そして、シェル要素とビーム要素が接続する共有節点に繋がっている複数のシェル要素から共有節点に加わる力とモーメントを算出し、算出された力とモーメントとから評価応力を算出し、算出された評価応力と予め準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測するので、共有節点に作用する力及びモーメントの計算精度が高まり、精度良く疲労寿命を予測することができる。   According to the fatigue life prediction method for a spot welded structure according to the present invention, a metal plate is modeled by a shell element and one weld nugget part is modeled by one beam element. Creation time can be shortened. Then, the force and moment applied to the shared node are calculated from a plurality of shell elements connected to the shared node where the shell element and the beam element are connected, the evaluation stress is calculated from the calculated force and moment, and the calculated evaluation is calculated. Since the fatigue life is predicted based on the stress and the fatigue life diagram prepared in advance, the calculation accuracy of the force and moment acting on the shared node is increased, and the fatigue life can be predicted with high accuracy.

次に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、板厚が1.2mmの鋼板(金属板)で作製した、第1ハット断面部材A及び第2ハット断面部材BからなるT字形のスポット溶接構造体の有限要素解析モデルと荷重負荷条件について説明するための図である。図2は、図1に示す有限要素解析モデルのうちのある一つのスポット溶接部の拡大図である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a finite element analysis model and load load of a T-shaped spot welded structure made of a steel plate (metal plate) having a thickness of 1.2 mm and made up of a first hat cross-section member A and a second hat cross-section member B. It is a figure for demonstrating conditions. FIG. 2 is an enlarged view of one spot welded portion of the finite element analysis model shown in FIG.

図1に示すように、板厚が1.2mmの鋼板(金属板)で作製した、第1ハット断面部材A及び第2ハット断面部材Bを複数箇所でスポット溶接(スポット溶接部2)してなるT字形のスポット溶接構造体1において、第2ハット断面部材Bの先端部に荷重1kNを引張と圧縮両方向に与える条件で有限要素法による構造解析を行った。
この構造解析においては、先ず、図2に示すように、スポット溶接部2において、溶接される2枚の鋼板をシェル要素3でモデル化すると共に、1つの溶接ナゲット部4をビーム要素5でモデル化する。ここで、シェル要素3とビーム要素5の両端は2つの共有節点6で接続され、各共有節点6には、4つのシェル要素31 ,32 ,33 ,34 が繋がっている。各シェル要素31 ,32 ,33 ,34 は、四角形要素である。
As shown in FIG. 1, the first hat cross-section member A and the second hat cross-section member B made of a steel plate (metal plate) having a plate thickness of 1.2 mm are spot-welded (spot welded portion 2) at a plurality of locations. In the T-shaped spot welded structure 1 as described above, a structural analysis was performed by a finite element method under a condition in which a load of 1 kN was applied to the tip of the second hat cross-section member B in both the tensile and compression directions.
In this structural analysis, first, as shown in FIG. 2, in the spot welded portion 2, two steel plates to be welded are modeled by the shell element 3, and one weld nugget portion 4 is modeled by the beam element 5. Turn into. Here, both ends of the shell element 3 and the beam element 5 are connected by two shared nodes 6, and four shell elements 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 are connected to each shared node 6. Each shell element 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 is a quadrilateral element.

そして、2つの共有節点6のそれぞれについて、4つのシェル要素31 ,32 ,33 ,34 から共有節点6に加わる力とモーメントを算出する。図3は、スポット溶接部2のモデル内の1つの共有節点6に4つのシェル要素31 ,32 ,33 ,34 から加わる力とモーメントを示している。図3(a)に示すように、各共有節点6には、4つのシェル要素31 ,32 ,33 ,34 からシェル要素面内の力fijが加わり、図3(b)に示すように、各共有節点6には、4つのシェル要素31 ,32 ,33 ,34 からシェル要素面に作用する曲げモーメントmijが加わり、図3(c)に示すように、各共有節点6には、4つのシェル要素31 ,32 ,33 ,34 からシェル要素面に対して垂直方向の応力fzjが加わる。 For each of the two shared nodes 6, the force and moment applied to the shared node 6 from the four shell elements 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 are calculated. FIG. 3 shows the forces and moments applied from the four shell elements 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 to one common node 6 in the model of the spot weld 2. As shown in FIG. 3A, the force f ij in the shell element plane is applied to each shared node 6 from the four shell elements 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , and FIG. As shown, a bending moment m ij acting on the shell element surface from the four shell elements 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 is added to each shared node 6, as shown in FIG. A stress f zj perpendicular to the shell element surface is applied to each shared node 6 from the four shell elements 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 .

次いで、算出された力とモーメントとから評価応力を算出する。即ち、シェル要素面内の力fijとシェル要素面に作用する曲げモーメントmijとシェル要素面に対して垂直方向の応力fzjとから評価応力を算出する。この評価応力の算出に際しては、隣り合うシェル要素の力を足した値と隣り合うシェル要素のモーメントを足した値を用いる。即ち、隣り合うシェル要素面内の力fijを足した値と、隣り合うシェル要素面に作用する曲げモーメントmijを足した値と、隣り合うシェル要素面に対する垂直方向の応力fzjを足した値とを評価応力の算出に用いる。 Next, an evaluation stress is calculated from the calculated force and moment. That is, the evaluation stress is calculated from the force f ij in the shell element plane, the bending moment m ij acting on the shell element plane, and the stress f zj in the direction perpendicular to the shell element plane. In calculating this evaluation stress, a value obtained by adding the forces of the adjacent shell elements and a value obtained by adding the moments of the adjacent shell elements are used. That is, the value obtained by adding the force f ij in the adjacent shell element surface, the value obtained by adding the bending moment m ij acting on the adjacent shell element surface, and the vertical stress f zj on the adjacent shell element surface are added. The calculated value is used to calculate the evaluation stress.

隣り合うシェル要素面内の力fijを足した値から得られる膜応力は、次の(1)から(4)式に示すとおりである。
σ1 =σ(fx1+fx4)=2(fx1+fx4)・cosθ/(πdt)
0≦θ≦π/2、3π/2≦θ≦2π ・・・(1)
σ2 =σ(fx2+fx3)=2(fx2+fx3)・cosθ/(πdt)
π/2≦θ≦3π/2 ・・・(2)
σ3 =σ(fy1+fy2)=2(fy1+fy2)・sinθ/(πdt)
0≦θ≦π ・・・(3)
σ4 =σ(fy3+fy4)=2(fy3+fy4)・sinθ/(πdt)
π≦θ≦2π ・・・(4)
ここで、σ1 は隣り合う、シェル要素31 面のx軸方向に沿う力fx1とシェル要素34 面のx軸方向に沿う力fx4とを足した値から得られる膜応力、σ2 は隣り合う、シェル要素32 面のx軸方向に沿う力fx2とシェル要素33 面のx軸方向に沿う力fx3とを足した値から得られる膜応力、σ3 は隣り合う、シェル要素31 面のy軸方向に沿う力fy1とシェル要素32 面のy軸方向に沿う力fy2とを足した値から得られる膜応力、σ4 は隣り合う、シェル要素33 面のy軸方向に沿う力fy3とシェル要素34 面のy軸方向に沿う力fy4とを足した値から得られる膜応力、dは図2においてdで示されたナゲット径、tは板厚、θは図2においてθで示されたx軸からの角度である。
The film stress obtained from the value obtained by adding the forces f ij in the adjacent shell element planes is as shown in the following equations (1) to (4).
σ 1 = σ (f x1 + f x4 ) = 2 (f x1 + f x4 ) · cos θ / (πdt)
0 ≦ θ ≦ π / 2, 3π / 2 ≦ θ ≦ 2π (1)
σ 2 = σ (f x2 + f x3 ) = 2 (f x2 + f x3 ) · cos θ / (πdt)
π / 2 ≦ θ ≦ 3π / 2 (2)
σ 3 = σ (f y1 + f y2 ) = 2 (f y1 + f y2 ) · sin θ / (πdt)
0 ≦ θ ≦ π (3)
σ 4 = σ (f y3 + f y4 ) = 2 (f y3 + f y4 ) · sin θ / (πdt)
π ≦ θ ≦ 2π (4)
Here, sigma 1 is adjacent shell element 3 first surface of the x-axis direction along the force f x1 and shell elements 3 4 side of the x-axis direction along the force f x4 and film stress obtained from a value obtained by adding, sigma 2 adjacent shell element 3 second side of the x-axis direction along the force f x2 and shell elements 3 3 side of x-axis direction along the force f x3 and film stress obtained from a value obtained by adding, sigma 3 is adjacent , The film stress obtained from the sum of the force f y1 along the y-axis direction of the shell element 3 1 surface and the force f y2 along the y-axis direction of the shell element 3 2 surface, σ 4 is the adjacent shell element 3 three surfaces of the y-axis direction along the force f y3 and shell elements 3 4 side of the y-axis direction along the force f y4 and film stress obtained from the value obtained by adding the nugget diameter d is shown in d in FIG. 2, t is the plate thickness, and θ is the angle from the x-axis indicated by θ in FIG.

また、隣り合うシェル要素面に作用する曲げモーメントmijを足した値から得られる曲げ応力は、次の(5)から(8)式に示すとおりである。
σ5 =σ(mx1+mx2)=1.872・2(mx1+mx2)・sinθ/(dt2
0≦θ≦π/2、3π/2≦θ≦2π ・・・(5)
σ6 =σ(mx3+mx4)=1.872・2(mx3+mx4)・sinθ/(dt2
π≦θ≦2π ・・・(6)
σ7 =σ(my1+my4)=1.872・2(my1+my4)・cosθ/(dt2
0≦θ≦π/2、3π/2≦θ≦2π ・・・(7)
σ8 =σ(my2+my3)=1.872・2(my2+my3)・cosθ/(dt2
π/2≦θ≦3π/2 ・・・(8)
ここで、σ5 は隣り合う、シェル要素31 面のx軸に関する曲げモーメントmx1とシェル要素32 面のx軸に関する曲げモーメントmx2とを足した値から得られる曲げ応力、σ6 は隣り合う、シェル要素33 面のx軸に関する曲げモーメントmx3とシェル要素34 面のx軸に関する曲げモーメントmx4とを足した値から得られる曲げ応力、σ7 は隣り合う、シェル要素31 面のy軸に関する曲げモーメントmy1とシェル要素34 面のy軸に関する曲げモーメントmy4とを足した値から得られる曲げ応力、σ8 は隣り合う、シェル要素32 面のy軸に関する曲げモーメントmy2とシェル要素33 面のy軸に関する曲げモーメントmy3とを足した値から得られる曲げ応力である。
The bending stress obtained from the value obtained by adding the bending moment m ij acting on the adjacent shell element surfaces is as shown in the following equations (5) to (8).
σ 5 = σ (m x1 + m x2 ) = 1.872.2 (m x1 + m x2 ) · sin θ / (dt 2 )
0 ≦ θ ≦ π / 2, 3π / 2 ≦ θ ≦ 2π (5)
σ 6 = σ (m x3 + m x4 ) = 1.8772 (m x3 + m x4 ) · sin θ / (dt 2 )
π ≦ θ ≦ 2π (6)
σ 7 = σ (m y1 + m y4) = 1.872 · 2 (m y1 + m y4) · cosθ / (dt 2)
0 ≦ θ ≦ π / 2, 3π / 2 ≦ θ ≦ 2π (7)
σ 8 = σ (m y2 + m y3) = 1.872 · 2 (m y2 + m y3) · cosθ / (dt 2)
π / 2 ≦ θ ≦ 3π / 2 (8)
Here, σ 5 is the bending stress obtained from the value obtained by adding the bending moment m x1 about the x axis of the shell element 3 1 surface and the bending moment m x2 about the x axis of the shell element 3 2 surface, and σ 6 is Bending stress obtained from the sum of the bending moment m x3 about the x axis of the adjacent shell element 3 3 plane and the bending moment m x4 about the x axis of the shell element 3 4 plane, σ 7 is the adjacent shell element 3 Bending stress obtained from the sum of the bending moment my1 about the y-axis of one surface and the bending moment my4 about the y-axis of shell element 3 4 , σ 8 is related to the y-axis of the adjacent shell element 3 2 surface it is obtained and bending moments m y2 and shell elements 3 3 surface of the bending moment about the y-axis m y3 from the value obtained by adding the bending stress.

さらに、隣り合うシェル要素面に対する垂直方向の応力fzjを足した値から得られる曲げ応力は、次の(9)式のとおりである。
σ9 =σ(fz1+fz2+fz3+fz4)=1.744(fz1+fz2+fz3+fz4)/t2 ・・・(9)
ここで、σ9 は隣り合う、シェル要素31 面に対する垂直方向の応力fz1と、シェル要素32 面に対する垂直方向の応力fz2と、シェル要素33 面に対する垂直方向の応力fz3と、シェル要素34 面に対する垂直方向の応力fz4とを足した値から得られる曲げ応力である。
Furthermore, the bending stress obtained from the value obtained by adding the stress f zj in the vertical direction to the adjacent shell element surfaces is as shown in the following equation (9).
σ 9 = σ (f z1 + f z2 + f z3 + f z4 ) = 1.744 (f z1 + f z2 + f z3 + f z4 ) / t 2 (9)
Here, σ 9 is a stress f z1 in the vertical direction with respect to the adjacent shell element 3 1 surface, a stress f z2 in the vertical direction with respect to the surface of the shell element 3 2, and a stress f z3 in the vertical direction with respect to the surface of the shell element 3 3. a bending stress resulting from the value obtained by adding the vertical stress f z4 for shell elements 3 4 sides.

そして、評価応力σは、上記膜応力σ1 からσ4 、曲げ応力σ5 からσ9 の全てを足し合わせて算出される。即ち、
σ=σ1 +σ2 +σ3 +σ4 +σ5 +σ6 +σ7 +σ8 +σ9 ・・・(10)
そして、本実施形態に係るスポット溶接構造体の疲労寿命予測方法では、(10)式で算出された評価応力σと予め準備された疲労寿命線図(図示せず)とに基づいて疲労寿命を予測する。
The evaluation stress σ is calculated by adding all the film stresses σ 1 to σ 4 and bending stresses σ 5 to σ 9 . That is,
σ = σ 1 + σ 2 + σ 3 + σ 4 + σ 5 + σ 6 + σ 7 + σ 8 + σ 9 (10)
And in the fatigue life prediction method of the spot welded structure according to the present embodiment, the fatigue life is calculated based on the evaluation stress σ calculated by the equation (10) and a fatigue life diagram (not shown) prepared in advance. Predict.

以上一連の処理は、計算機にて行
ここで、図1に示すスポット溶接構造体1の有限要素解析モデルにおいて、第2ハット断面部材Bの先端部に荷重1kNを引張と圧縮両方向に与える条件で行った有限要素法による構造解析では、図4中濃く示した部分にて、第2ハット断面部材B側のスポット溶接部2での評価応力が高く、疲労破壊危険箇所と予測された。
More than the series of processes, it intends row at the computer.
Here, in the finite element analysis model of the spot welded structure 1 shown in FIG. 1, in the structural analysis by the finite element method performed under the condition in which a load 1 kN is applied to the tip portion of the second hat cross-section member B in both the tensile and compression directions, In the portion shown dark in FIG. 4, the evaluation stress at the spot welded portion 2 on the second hat cross-section member B side is high, and it was predicted that the portion was a fatigue fracture risk location.

次に、図1で示すスポット溶接構造体1の有限要素解析モデルにおいて第2ハット断面部材Bの先端部に与える荷重範囲を表1で示す範囲で変えた疲労試験を行い、その場合の寿命を測定した。また、図1で示すスポット溶接構造体1の有限要素解析モデルにおいて第2ハット断面部材Bの先端部に与える荷重範囲を表1で示す範囲で変えた場合の寿命を本発明によって予測した。疲労試験結果と本発明による予測結果とを表1に示す。   Next, in the finite element analysis model of the spot welded structure 1 shown in FIG. 1, a fatigue test was performed by changing the load range applied to the tip of the second hat cross-section member B within the range shown in Table 1, and the life in that case was It was measured. Moreover, the lifetime at the time of changing the load range given to the front-end | tip part of the 2nd hat cross-section member B in the range shown in Table 1 in the finite element analysis model of the spot welded structure 1 shown in FIG. Table 1 shows the fatigue test results and the prediction results according to the present invention.

Figure 0004862408
Figure 0004862408

表1において、予測寿命は平均寿命と95%信頼区間の上下限で示した。また、図5に、表1に示す疲労試験結果及び予測結果を荷重範囲と寿命の関係で示す。図5においては、試験結果を●で示し、予測結果については平均寿命を実線で、95%信頼区間の上下限を破線で示す。   In Table 1, the predicted life is shown by the average life and the upper and lower limits of the 95% confidence interval. FIG. 5 shows the fatigue test results and prediction results shown in Table 1 in relation to the load range and life. In FIG. 5, the test results are indicated by ●, and the prediction results are indicated by the solid line for the average life and the upper and lower limits of the 95% confidence interval by the broken line.

表1及び図5を参照すると、試験結果と本発明による予測結果とはよく対応しており、本発明による疲労寿命の予測方法が有効であることが確認された。
なお、本発明による疲労寿命の予測方法と比較して、非特許文献1のRuppらが提案している方法で疲労評価を行った。図1に示すスポット溶接構造体1の有限要素解析モデルにおいて、第2ハット断面部材Bの先端部に荷重1kNを引張と圧縮両方向に与え、Ruppらが提案している方法でビーム要素から節点に加わる力とモーメントを求め、それらの力とモーメントとから評価応力を算出した。その結果を表2に示す。
Referring to Table 1 and FIG. 5, the test results and the prediction results according to the present invention corresponded well, and it was confirmed that the fatigue life prediction method according to the present invention is effective.
In addition, compared with the fatigue life prediction method according to the present invention, fatigue evaluation was performed by the method proposed by Rupp et al. In the finite element analysis model of the spot welded structure 1 shown in FIG. 1, a load 1 kN is applied to the tip of the second hat cross-section member B in both the tensile and compression directions, and the beam element is moved to the node by the method proposed by Rupp et al. The applied force and moment were obtained, and the evaluation stress was calculated from the force and moment. The results are shown in Table 2.

Figure 0004862408
Figure 0004862408

表2に示すように、第1ハット断面部材A側のスポット溶接部での評価応力が高く、非特許文献1のRuppらが提案している方法では疲労破壊危険箇所と予測された。この結果は、試験で破壊が生じた第2ハット断面部材B側と異なっており、予測精度が十分でなかったことを示している。   As shown in Table 2, the evaluation stress at the spot welded portion on the first hat cross-section member A side is high, and the method proposed by Rupp et al. This result is different from the second hat cross-section member B side where the fracture occurred in the test, indicating that the prediction accuracy was not sufficient.

本発明の実施形態に係るスポット溶接構造体の疲労寿命予測方法によれば、鋼板をシェル要素3でモデル化すると共に、1つの溶接ナゲット部4を1本のビーム要素5でモデル化するため、有限要素解析モデルを作成する時間を短くすることができる。そして、シェル要素3とビーム要素5が接続する共有節点6に繋がっている複数のシェル要素31 、32 、33 、34 から共有節点6に加わる力とモーメントを算出し、算出された力とモーメントとから評価応力を算出し、算出された評価応力と予め準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測するので、共有節点6に作用する力及びモーメントの計算精度が高まり、精度良く疲労寿命を予測することができる。 According to the fatigue life prediction method for a spot welded structure according to the embodiment of the present invention, the steel plate is modeled by the shell element 3 and one weld nugget portion 4 is modeled by one beam element 5, The time for creating the finite element analysis model can be shortened. Then, the force and moment applied to the shared node 6 are calculated from the plurality of shell elements 3 1 , 3 2 , 3 3 , and 3 4 connected to the shared node 6 where the shell element 3 and the beam element 5 are connected. Since the evaluation stress is calculated from the force and the moment, and the fatigue life is predicted based on the calculated evaluation stress and the fatigue life diagram prepared in advance, the calculation accuracy of the force and moment acting on the shared node 6 is increased. The fatigue life can be accurately predicted.

板厚が1.2mmの鋼板(金属板)で作製した2本の第1ハット断面部材及び第2ハット断面部材からなるT字形のスポット溶接構造体の有限要素解析モデルと荷重負荷条件について説明するための図である。A finite element analysis model and load loading conditions of a T-shaped spot welded structure composed of two first hat cross-section members and a second hat cross-section member made of a steel plate (metal plate) having a thickness of 1.2 mm will be described. FIG. 図1に示す有限要素解析モデルのうちのある一つのスポット溶接部の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a spot welded portion in the finite element analysis model shown in FIG. 1. スポット溶接部のモデル内の1つの共有節点に4つのシェル要素から加わる力とモーメントを示す図である。It is a figure which shows the force and moment which are applied to one common node in the model of a spot weld from four shell elements. 本発明に係る、疲労寿命予測方法における有限要素法による構造解析を、実施して得られた応力分布を示す図である。It is a figure which shows the stress distribution obtained by implementing the structural analysis by the finite element method in the fatigue life prediction method based on this invention. 表1に示す疲労試験結果及び予測結果を荷重範囲と寿命の関係で示すグラフである。It is a graph which shows the fatigue test result and prediction result which are shown in Table 1 by the relationship between a load range and a lifetime.

符号の説明Explanation of symbols

1 スポット溶接構造体
2 スポット溶接部
3 シェル要素
1 ,32 ,33 ,34 シェル要素
4 溶接ナゲット部
5 ビーム要素
6 共有節点
A 第1ハット断面部材
B 第2ハット断面部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spot welding structure 2 Spot welding part 3 Shell element 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 Shell element 4 Welding nugget part 5 Beam element 6 Shared node A 1st hat cross-section member B 2nd hat cross-section member

Claims (1)

複数枚の金属板が複数箇所でスポット溶接されているスポット溶接構造体の疲労寿命を計算機によって予測する方法であって、
計算機によって、前記金属板をシェル要素でモデル化すると共に、1つの溶接ナゲット部を1本のビーム要素でモデル化する第1ステップであって、前記シェル要素と前記ビーム要素が接続する共有節点に繋がっている複数のシェル要素の各々が四角形要素であると共に、そのシェル要素の数が4つである第1ステップと
計算機によって、前記第1ステップでモデル化されたモデルに有限要素法を適用して、前記シェル要素と前記ビーム要素が接続する共有節点に繋がっている複数のシェル要素から前記共有節点に加わる力とモーメントを算出する第2ステップと
計算機によって、前記第2ステップで算出された力とモーメントとから、隣り合うシェル要素の力を足した値と隣り合うシェル要素のモーメントを足した値を用いて評価応力を算出する第3ステップと
計算機によって、前記第3ステップで算出された評価応力と予め準備された疲労寿命線図とに基づいて疲労寿命を予測する第4ステップとからなることを特徴とするスポット溶接構造体の疲労寿命予測方法。
A method of predicting the fatigue life of a spot welded structure in which a plurality of metal plates are spot welded at a plurality of locations by a computer ,
The first step of modeling the metal plate with a shell element and modeling one weld nugget part with one beam element by a computer, and at a shared node where the shell element and the beam element are connected A first step in which each of the connected shell elements is a quadrilateral element and the number of the shell elements is four ;
Applying a finite element method to the model modeled in the first step by a computer, a force applied to the shared node from a plurality of shell elements connected to the shared node to which the shell element and the beam element are connected; A second step of calculating moments;
A third step of calculating an evaluation stress using a value obtained by adding a force of an adjacent shell element and a value of an adjacent shell element from the force and moment calculated in the second step by a computer; and ,
Fatigue life prediction of a spot welded structure comprising a fourth step of predicting a fatigue life based on the evaluation stress calculated in the third step and a fatigue life diagram prepared in advance by a computer Method.
JP2006019749A 2006-01-27 2006-01-27 Fatigue life prediction method for spot welded structures Expired - Fee Related JP4862408B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006019749A JP4862408B2 (en) 2006-01-27 2006-01-27 Fatigue life prediction method for spot welded structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006019749A JP4862408B2 (en) 2006-01-27 2006-01-27 Fatigue life prediction method for spot welded structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007200152A JP2007200152A (en) 2007-08-09
JP4862408B2 true JP4862408B2 (en) 2012-01-25

Family

ID=38454689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006019749A Expired - Fee Related JP4862408B2 (en) 2006-01-27 2006-01-27 Fatigue life prediction method for spot welded structures

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4862408B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7945432B2 (en) * 2008-11-26 2011-05-17 Livermore Software Technology Corporation Spot weld failure determination method in a finite element analysis
CN102955881B (en) * 2012-10-30 2015-06-24 温州大学 Method for calculating thermal fatigue failure probability of welding point of integrated circuit chip
CN103778292B (en) * 2014-01-23 2016-08-17 北京航空航天大学 A kind of heat is shaken BGA welding spot fatigue Forecasting Methodology under connected load

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11272735A (en) * 1998-03-25 1999-10-08 Matsushita Electric Works Ltd Finite element method analysis model creation method for electronic device strength evaluation, electronic device strength evaluation method, evaluation apparatus
JP2002035986A (en) * 2000-07-18 2002-02-05 Toyota Motor Corp A method for predicting the risk of crack initiation in spot welded structures
JP3842621B2 (en) * 2001-11-08 2006-11-08 日立建機株式会社 Fatigue life evaluation system
JP2003149130A (en) * 2001-11-12 2003-05-21 Univ Nihon Fatigue life prediction method for spot welded structures
JP2004138526A (en) * 2002-10-18 2004-05-13 Takashi Hosokawa Drawing method of fatigue strength distribution diagram, fatigue strength distribution diagram, building structure design method, and building structure construction method
JP4079034B2 (en) * 2003-05-23 2008-04-23 三菱自動車工業株式会社 Evaluation method and stress analysis apparatus for spot welds
JP4810791B2 (en) * 2004-01-23 2011-11-09 トヨタ自動車株式会社 Break determination apparatus and method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007200152A (en) 2007-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101011844B1 (en) Fatigue Life Prediction Method for Spot Welded Structures
CN111226221B (en) Unified fatigue life assessment method for welded structures
Sim et al. Stress analyses and parametric study on full-scale fatigue tests of rib-to-deck welded joints in steel orthotropic decks
JP6229718B2 (en) Method for determining bending fracture of metal plate, program, and storage medium
JP4748131B2 (en) Calculation method for fracture strain of spot welds, calculation method for standard fracture strain
Fermér et al. Industrial experiences of FE‐based fatigue life predictions of welded automotive structures
CN108603821B (en) Fracture prediction method and apparatus
Abambres et al. Finite element analysis of steel structures–a review of useful guidelines
JP2007114046A (en) Spot weld fracture analysis method
Zadpoor et al. Finite element modeling and failure prediction of friction stir welded blanks
JP4743112B2 (en) Fatigue life prediction method for spot welded structures
JP2020041918A (en) Measurement method and calculation method of residual stress distribution and program
JP4386294B2 (en) Food Dent Performance Evaluation Method
JP2003149130A (en) Fatigue life prediction method for spot welded structures
JP4862408B2 (en) Fatigue life prediction method for spot welded structures
JP5573633B2 (en) Method for predicting fatigue life of welded structures
Hörling Parameter identification of GISSMO damage model for DOCOL 1200M: a study on crash simulation for high strength steel sheet components
KR102794700B1 (en) Optimization analysis method and device of joining position of automotive body
US20230281353A1 (en) User element technique for enabling coarse-mode/high-fidelity computer-aided engineering durability evaluation of spot-joined structures
CN114781068A (en) Cab life analysis method and device, electronic equipment and storage medium
JP4079034B2 (en) Evaluation method and stress analysis apparatus for spot welds
Ursos et al. A finite element based method for estimating natural frequencies of locally damaged homogeneous beams
Vecchiato Theoretical development and experimental validation of the Peak Stress Method for the fatigue design of steel welded structures
Kepka et al. Calculations of fatigue life of a welded joint in the construction of the trolleybus rear axle
Atak Stress analysis of friction stir spot welded magnesium alloy sheet under tensile-shear load

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080925

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110426

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110614

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111011

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111024

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141118

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4862408

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees