Computational Method for Transient Welding Deformation and Stress for Large Scale Structure Based on Dynamic Explicit FEM

近年におけるコンピュータの演算能力および解析技術の 著しい発展に伴い,実用構造物の力学解析に有限要素法 (Finite Element Method, 以下,FEM)をはじめとする数値シ ミュレーションがよく用いられるようになってきた.数 値シミュレーションを用いることで,解くべき工学問題の 物理的な状態を事前に把握することが可能となるため,研 究のみならず設計段階においても幅広く導入されてきてい る. しかし,溶接問題への適用を考えた場合には,適用範囲 が溶接継手レベルに限られる場合が多く,大規模問題への 適用例が少ないのが現状である.この理由としては,溶接 問題が強非線形の過渡問題である点が挙げられ,また,角 変形を含めた 3次元応力・ひずみ・変形挙動を静的陰解法 FEMにより解析する際には,メモリ使用量および計算時間 の制約により,問題が生じる場合があるためと考えられて いる. 一方,衝撃問題等の動的な現象を数値解析する手法とし て,動的陽解法 FEMがある.この手法では,個々の節点 に対して離散化された方程式を解くため,構造物全体に亘 る大きな剛性マトリックスを作らなくて済み,メモリ使用 量が少なくて済むことから,大規模構造への適用が可能で ある点が大きな特徴として挙げられる.しかし,動的陽解 法 FEMの解析では,クーラン条件と呼ばれる制約により, 1ステップの解析において(応力の伝播速度)×(解析にお ける時間増分)が最小有限要素を超えないように時間増分を 決定する必要があるため,時間ステップ数が増大し,計算 時間が増加する.そのため動的陽解法 FEMは溶接問題にお ける冷却過程のような時間スケールの大きな問題には不向 きであると考えられている.そこで本研究では,この点を 克服することで,この動的陽解法 FEMを基に,大規模溶接 構造問題を高速かつメモリ使用量を大幅に減少させた,新 しい解析手法の開発を行った.通常,溶接問題によく用い られる静的陰解法 FEMでは,動的効果を表す慣性力および 減衰力の影響がきわめて小さいと仮定し,解析対象となる 現象を静的なものとして解析を行っている.開発手法にお いては,通常行われている静的解析に対して,慣性項,減 衰項を付加し,これらの影響が十分に小さくなり,静的平 [溶接学会論文集 第 29巻 第1号 p. 1-9 (2011)]