有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊判定方法
【課題】構造体におけるそれぞれのスポット溶接部を、構造体の有限要素解析法モデルにおいて少なくとも１つのソリッド要素のクラスターによって表わす。
【解決手段】それぞれのスポット溶接部は、２つのパーツを一体に結合するよう用いられる。２つパーツのそれぞれは、概して、多数の二次元シェル要素として表わされ、すなわちモデル化される。スポット溶接部と２つのパーツとの間の結合接続をそれぞれのパーツ内に任意に配置できるので、２つのパーツを表すシェル要素を空間に配置する必要はない。スポット溶接部が２つのシェル要素（つまりそれぞれのパーツから一箇所）を結合できるよう、２つのシェル要素が互いにともにオーバーラップしていなければならないことだけが必要とされる。スポット溶接部破壊基準が、スポット溶接部・シェル要素サイズ・スポット溶接部位置影響度スケール係数と、歪みレート効果と、に作用する剪断応力および軸方向応力を含むスポット溶接部破壊を判定するために用いられる。
【解決手段】それぞれのスポット溶接部は、２つのパーツを一体に結合するよう用いられる。２つパーツのそれぞれは、概して、多数の二次元シェル要素として表わされ、すなわちモデル化される。スポット溶接部と２つのパーツとの間の結合接続をそれぞれのパーツ内に任意に配置できるので、２つのパーツを表すシェル要素を空間に配置する必要はない。スポット溶接部が２つのシェル要素（つまりそれぞれのパーツから一箇所）を結合できるよう、２つのシェル要素が互いにともにオーバーラップしていなければならないことだけが必要とされる。スポット溶接部破壊基準が、スポット溶接部・シェル要素サイズ・スポット溶接部位置影響度スケール係数と、歪みレート効果と、に作用する剪断応力および軸方向応力を含むスポット溶接部破壊を判定するために用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、構造体（例えば車、飛行機）のコンピュータ支援工学解析に関し、特に、有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有限要素解析法（ＦＥＡ）は、三次元非線形構造設計および解析など複雑なシステムに関連するエンジニアリング問題をモデル化し解決するために産業において広く用いられる、コンピュータによって実現される方法である。ＦＥＡのその名前は、検討される対象の幾何学的配置を指定する方法に由来する。現代のデジタルコンピュータの出現により、ＦＥＡは、ＦＥＡソフトウェアとして実行されている。基本的に、ＦＥＡソフトウェアには、幾何学的な説明のモデルと、そのモデル内の各点における関連する材料特性とが、提供される。このモデルにおいて、解析されるシステムの幾何学的配置は、要素と呼ばれる種々のサイズのソリッド（中実体）、シェル（殻体）およびビーム（梁体）によって表わされる。要素の頂点をノードという。モデルは、材料特性に関連する材料名が割り当てられた有限数の要素から構成される。モデルは、このように、解析される対象がそのすぐまわりの環境と共に占めている物理的空間を表わす。そして、ＦＥＡソフトウェアは、それぞれのタイプの材料特性（例えば応力−歪み構造方程式、ヤング率、ポアソン比、熱導電性）が作表されている表を参照する。さらに、対象の境界での条件（つまり負荷、物理的制約など）が指定される。こうして、対象とその環境のモデルとが生成される。
【０００３】
ＦＥＡは、車両の空力性能と構造的保全性との両方を最適化するために、自動車メーカーでますます一般的になりつつある。同様に、航空機メーカーは、第１プロトタイプが開発されるはるか前に、ＦＥＡによって、飛行機性能を予測している。一般的なＦＥＡのタスクの１つが、車の破砕などの衝突イベントをシミュレートすることである。耐衝撃性シミュレーションに関連する問題は、構造体において２つのパーツ（たとえば、シートメタル）を接続するよう用いられる溶接部を適切にシミュレートすることである。
【０００４】
スポット溶接は、種々のシートメタル製品を溶接するために用いられる抵抗溶接の一種である。典型的に、シートの厚さは０．５〜３．０ｍｍ範囲にある。そのプロセスは、２つの成形された銅合金電極を用いて、溶接電流を小さい「スポット」へ集中し、同時にシートを一体にクランプする。スポット溶接の最も一般的な用途のうちの１つは自動車製造産業での応用であって、シートメタルを溶接して車を形成するようほとんどすべての過程に用いられる。
【０００５】
典型的な車において、約４，０００〜８，０００のスポット溶接により３００〜６００のボデイパーツを接続して、車両構造を形成する。車両全体の正確なシミュレーションのためには、それらのスポット溶接を正確にモデル化しなければならない。スポット溶接部は典型的には２〜３センチメートル間隔で配置され、また、それぞれのスポット溶接部は４〜９ミリメートル（ｍｍ）の直径を有する。従来から、スポット溶接部のそれぞれは、ＦＥＡにおいて非常に短いビーム要素（例えば１〜２ミリメートルの長さ）によってモデル化されていた。例えば、１９９０年代には、スポット溶接部を、スポット溶接部パーツのノードの位置がスポット溶接部の物理的な位置にあるという条件の２ノード剛体を用いてモデル化していた。この従来技術のアプローチは、ノード点を高精度に溶接位置に適切に配置するという手間のために、ＦＥＡモデルを生成する際に大変な作業を必要としていた。現代のコンピュータの進歩とともに、車両を表わす有限要素モデルは大規模になった（例えば４，０００，０００を超える要素がサイズで２〜４ｍｍで変化する）。そのため、スポット溶接部のまわりの要素のサイズが、スポット溶接部直径より小さくなった。ビーム要素を用いてスポット溶接部を表すことはもはや適当ではなく、かわりにソリッド要素（中実要素）が用いられている。ある場合には、スポット溶接部が１つを超えるソリッド要素を用いてモデル化されている。さらに、車耐衝撃性シミュレーションにおいては、スポット溶接部破壊を考慮し判定する必要がある。ビーム要素に対するスポット溶接部破壊判定方法はよく確立されている。しかしながら、この方法は、ソリッド要素において用いられる従来の材料破壊方法と整合しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、どのタイプの要素がスポット溶接部を表わすために用いられるかに関わらず、有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊を判定する改良方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このセクションは、本発明のいくつかの面を要約するためのものであり、また、いくつかの好ましい態様を簡潔に取り上げるものである。このセクションにおいては簡略化あるいは省略が、要約およびタイトルと同様に、セクションの目的を分かりにくくしないようになされる場合がある。そのような簡略化あるいは省略は、本発明の範囲の制限を意図するものではない。
【０００８】
本発明は、自動車など構造体の有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊を判定するシステム、方法およびソフトウェア製品を開示する。本発明の一の面では、構造体におけるそれぞれのスポット溶接部が、構造体の有限要素解析法モデルにおいて少なくとも１つのソリッド要素のクラスターによって表わされる。それぞれのスポット溶接部は、２つのパーツ（例えばシートメタルパーツ）を一体に結合するよう用いられる。２つパーツのそれぞれは、概して、多数の二次元シェル要素として表わされる、すなわちはモデル化される。スポット溶接部と２つのパーツとの間の結合接続をそれぞれのパーツ内に任意に配置できるので、２つのパーツを表すシェル要素を空間的に整列させる必要はない。スポット溶接部が２つのシェル要素（つまりそれぞれのパーツから一つずつ）を一体に結合できるよう、２つのシェル要素が互いにオーバーラップしていなければならないことだけが必要とされる。
【０００９】
本発明の他の面では、スポット溶接部破壊基準が、スポット溶接部スケール係数、シェル要素サイズスケール係数およびスポット溶接部位置影響度スケール係数と、歪みレート効果と、に作用する剪断応力および軸方向応力を含むスポット溶接部破壊を判定するために用いられる。ここで用いられる破壊基準は、スポット溶接ナゲットのまわりのシートメタルが破壊あるいは破断する「プラグ破断」モードに対するものである。
【００１０】
さらに他の面においては、たとえそれぞれのクラスターが１つを超えるソリッド要素を含んでいる場合であっても、本発明はそれぞれのクラスターを全体として扱うように構成される。それぞれのクラスターについては、１セットの剪断応力合力および軸方向応力合力が、時間進行（ｔｉｍｅ−ｍａｒｃｈｉｎｇ）シミュレーションのそれぞれの解法（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）サイクルにおいて演算される。剪断応力合力および軸方向応力合力は、スポット溶接部破壊基準を用いてチェックされる。
【００１１】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照した以下の実施形態の詳細な説明を考察することで明らかになるであろう。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴、アスペクトおよび利点は、以下の説明、添付したクレームおよび以下の添付図面との関連から一層よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、構造体における２つのシートメタルパーツを接続するよう用いられるスポット溶接部のグループの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのスポット溶接部の１つを代表する側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａ乃至図１Ｂの構造体の有限要素解析法モデルの平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、接続されたシェル要素の一方に対するスポット溶接部の例示的な位置を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態にかかる、有限要素解析法におけるスポット溶接部を表すために用いられる例示的なビーム要素を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の他の実施形態にかかる、有限要素解析法におけるスポット溶接部を表すために用いられる例示的なソリッド要素を示す図である。
【図４】図４は、それぞれが本発明の１つの実施形態にかかるスポット溶接部を表わすために用いることができる４つの異なるソリッド要素クラスターの平面図を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、スポット溶接部における反対の張力を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、スポット溶接部における剪断力を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施形態にかかる、スポット溶接部破壊を判定するための、スポット溶接部の反対の張力に対する有限要素メッシュサイズ効果を示すＸ−Ｙチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施形態にかかる、スポット溶接部破壊を判定するための、スポット溶接部の剪断力に対する有限要素メッシュサイズ効果を示すＸ−Ｙチャートである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の一の実施形態にかかる、スポット溶接部破壊を判定するための、接続されたシェル要素に対するスポット溶接部位置を示すＸ−Ｙチャートである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の一の実施形態にかかる、スポット溶接部破壊を判定するための、接続されたシェル要素に対するスポット溶接部位置を示すＸ−Ｙチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態にかかる、１つ以上のソリッド要素のクラスターを用いてスポット溶接部が表わされるすなわちモデル化される場合の、有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊を判定する例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施形態が構築された演算デバイスの主要なコンポーネントを示す機能図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の説明に役立てるために、ここで開示される全体にわたっていくつかの用語を定義する必要があると思われる。以下の定義は、実施形態にかかる本発明を理解し記述することに役立たせるものであることを述べておくべきであろう。定義は、実施形態に関していくつかの制限を含むように見えるかもしれないが、ここで使われる用語の実際の意味は、この実施形態を十分に越えた当業者には公知の適用範囲を有する。
【００１５】
ＦＥＡは、有限要素解析法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）の意である。
【００１６】
暗黙的ＦＥＡあるいは解法はＫｕ＝Ｆをいう。ここで、Ｋは有効剛性マトリクス（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｍａｔｒｉｘ）であり、ｕは未知の変位配列（ｕｎｋｎｏｗｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｒｒａｙ）であり、Ｆは有効負荷配列（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｏａｄｓ ａｒｒａｙ）である。Ｆは右側負荷配列（ｒｉｇｈｔ ｈａｎｄ ｓｉｄｅ ｌｏａｄｓ ａｒｒａｙ）であり、Ｋは左側剛性マトリクス（ｌｅｆｔ ｈａｎｄ ｓｉｄｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｍａｔｒｉｘ）である。解法は、剛性度、質量および減衰の関数である有効剛性マトリクスの因数分解を用いて、全体的なレベルで行なわれる。１つの例示的な解法方法は、ニューマーク時間積分法（Ｎｅｗｍａｒｋ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ）である。
【００１７】
明示的ＦＥＡはＭａ＝Ｆをいう。ここで、「Ｍ」は対角的質量配列（ｄｉａｇｏｎａｌ ｍａｓｓ ａｒｒａｙ）であり、「ａ」は未知のノードの加速配列（ｕｎｋｎｏｗｎ ｎｏｄａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｒｒａｙ）であり、「Ｆ」は有効負荷配列である。解法は、マトリックスの因数分解を用いずに要素レベルで実行することができる。１つの例示的な解法方法は、中心差分法（ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれるものである。
【００１８】
時間進行シミュレーションあるいは時間領域解析は、時間領域における工学解析シミュレーション、例えば時間領域における有限要素解析法を用いた車耐衝撃性のシミュレーションをいう。
【００１９】
ビーム要素は、２つの端部ノードによって定義された一次元の有限要素をいう。ビームが歪み力の下にある場合、ビームには、軸方向応力と、断面にわたって変化する３つの剪断応力と、をもつ。ビームの軸方向の歪みは、ビームの軸方向における伸張の量として定義される。例えば、ビームが軸方向引っ張り力によって元の長さＬから延びた長さ（Ｌ＋δ）へ伸張される場合、軸方向の歪みεは、単位長当たり合計の伸長δとして定義される（つまりε＝δ／Ｌ）。
【００２０】
シェル要素は、エリア、例えば三角形の要素、四辺形の要素などによって定義された二次元の要素をいう。
【００２１】
ソリッド要素は、三次元の体積的な有限要素、例えば４つのノードの四面体の要素、８つのノードの六面体の要素などをいう。
【００２２】
歪みは、サンプルすなわち試料の変形を測定した無次元の量をいう。
【００２３】
ノードの歪みは、構造体を表すすなわちモデル化する有限要素（例えばシェル要素）のそれぞれのノードにおける歪みをいう。
【００２４】
塑性歪みは、試料すなわちサンプルから負荷を取り去った後回復できない歪みをいう。
【００２５】
塑性ノード歪みεpは有限要素（例えばシェル要素）のノードにおける塑性歪みをいう。
【００２６】
本発明の実施形態を、図１Ａ乃至図８を参照してここに説明する。しかしながら、これらの図を参照してここで与える詳細な説明は例示の目的であって発明がこれらの限定的な実施形態を越えて広がっていることは、当業者には容易に理解されよう。
【００２７】
まず図１Ａを参照して、２つのパーツを接続するために多数のスポット溶接部を用いている例示的な構造体１００の平面図を示す。構造体１００は、多数のスポット溶接部１１０ａ〜ｎによって接続される第１パーツ（例えばトッププレート１２２）と第２パーツ（例えばボトムプレート１２４）とを有する。図１Ｂは、スポット溶接部を代表する１つの典型的なスポット部１１０と、構造体１００の接続されたトッププレート１２２およびボトムプレート１２４と、の側面図を示す。例示が複雑になることを回避するために、比較的簡単な例示的構造体１００を用いる。本発明は、自動車、飛行機など複雑な構造体に適用できる。
【００２８】
図１の構造体１００の例示的な有限要素モデルを、図２Ａに示す。トッププレート１２２を、複数のシェル要素を備える第１有限要素メッシュ２２２によって表わす。また、ボトムプレート１２４を、第２有限要素メッシュ２２４によって表わす。スポット溶接部１１０ａ〜ｎのそれぞれは、２つのパーツを一体に結合する固有のスポット溶接部要素２１０（２つを図２に示す）によって表わされる。接続されたシェル要素に対してクラスターを配置できる場所は制限されない。図２Ｂは、スポット溶接部２４２を有する例示的なシェル要素２４０を示す。スポット溶接部２４２の位置をシェル要素２４０のコーナー（角）あるいはエッジ（辺）に配置する必要はない。接続されたシェル要素内のスポット溶接部接続の位置を追跡するために、１セットの要素パラメータ座標（ｓ，ｔ）が、すべてのスポット溶接部を有するそれぞれの接続されたシェル要素に用いられる。言いかえれば、スポット溶接部のそれぞれの端部は、接続されたシェル要素のパラメータ座標に関係している。
【００２９】
スポット溶接部要素２１０を、図３Ａに示すビーム要素３０２、あるいは図３Ｂにおける少なくとも１つのソリッド要素３０４のクラスターのいずれかとすることができる。本発明は、どの要素が選択されているかに関わらずスポット溶接部破壊を判定する方法を含んでいる。
【００３０】
スポット溶接部１１０がビーム要素によってモデル化されるすなわち表わされる場合、それは１対１の関係である。ビーム要素の２つの端部が、２つのパーツを結合するスポット溶接部の２つの端部に対応する。例えば、スポット溶接部１１０の２つの端部は、トッププレート１２２およびボトムプレート１２４である。
【００３１】
スポット溶接部が少なくとも１つのソリッド要素のクラスターによって表わされる場合、多くの選択がある。最も一般的な選択を図４に示す。図４は、４つの例示的なオプションの平面図を示している。第１オプション４２２は、１要素クラスターである。第２オプション４２４、第３オプション４２６および第４オプション４２８は、それぞれ、４要素クラスター、８要素クラスターおよび１６要素クラスターである。これらの例示的なクラスターのそれぞれは、２つの接続されたパーツ（つまりトッププレート１２２およびボトムプレート１２４）の２つのシェル要素を接続する１レイヤの要素から成る。本発明の一の面においては、ソリッド要素のクラスターによって表わされるすなわちモデル化される場合、スポット溶接部の面積（概ね円形）が保存される。例えば、第１オプション４２２の面積（正方形の面積）は、対応するスポット溶接部の面積と等しく設定される。第１オプション４２２が正方形の形状を備える場合。それぞれの辺の長さは
となる。ここで、ｄはスポット溶接部の直径である。例示的なスポット溶接部の平面図を図５Ｂに示す。
【００３２】
衝撃解析（例えば車耐衝撃性）の非線形時間進行シミュレーションを行なう場合、１つ以上の有限要素によって表わされるコンポーネントが破壊状態に達したか否かを判定することが重要である。スポット溶接部については、２つのタイプの破壊モードがある。１つは、スポット溶接ナゲットあるいはプラグのまわりのシートメタルが破断あるいは破壊する「プラグ破断破壊」という。もう１つは、スポット溶接部自体が破壊する「ナゲット破壊あるいは破断」という。本発明の用途のため、破壊の「プラグ破断」モードのみをチェックする。「プラグ破断」破壊を判定するために、ビーム理論に基づいたスポット溶接部破壊基準を用いる。例えば、スポット溶接部の例示的な破壊基準は以下の通りである。
【００３３】
【数１】
【００３４】
【数２ａ】
【００３５】
【数２ｂ】
【００３６】
【数３ａ】
【００３７】
【数３ｂ】
【００３８】
【数３ｃ】
【００３９】
【数３ｄ】
【００４０】
ただし、σrrおよびτは、それぞれスポット溶接部の軸方向応力および剪断応力であり、
は、それぞれ、歪みレート効果（例えば、Ｃｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓモデルに基づく）を含む張力および剪断歪みにおけるスポット溶接部破断応力あるいは破壊応力であり、
は、試料試験によって決定される張力および剪断歪みにおける、静的なスポット溶接部破断あるいは破壊応力であり、Ｃ，ｐは、試料試験において得られる静的な破断応力を計るために用いられるＣｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓモデルの材料依存歪みレートパラメータであり、
は、塑性歪みレートであり、Ｎrrスポット溶接部の軸方向力合力であり、Ｎrs，Ｎrtは、それぞれ、ｒ方向およびｔ方向における剪断歪み力の合力であり、Ｍrrスポット溶接部の張力の合力であり、Ｍrs，Ｍrtは、それぞれ、スポット溶接部の「ｓ」軸および「ｔ」軸に関するモーメント合力であり、Ａは、スポット溶接部の面積であり、Ｚは、スポット溶接部の断面弾性係数であり、ｄは、スポット溶接部の直径であり、αは、１つのデフォルト値を有するユーザ定義のスケール係数である。
【００４１】
スポット溶接部は、数式（１）が満たされる場合に、破断されると判定する。塑性歪みレートは、接続されたシェル要素のそれぞれから決定される。パラメータＣ，ｐは、材料に依存する。破壊基準は、スポット溶接部のそれぞれの端部（つまりクラスターのそれぞれの表面）に対して独立に演算される。数式（２ａ），（２ｂ）は、衝突イベント（つまり自動車衝突）におけるエネルギー吸収の点から材料特性変化を説明するための補正である。材料特性（例えば応力−歪み特性）は、歪みレートに影響されやすい。したがって、試料試験において得られた破壊あるいは破断応力などの特性は、動的効果（つまり歪みレート効果）を反映するよう、変更するすなわちスケールする必要がある。Ｃｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓモデル（例えば、方程式（２ａ），（２ｂ））において、車あるいは車両衝突の歪みレートの範囲は、毎秒０．１〜１００である。パラメータＣ，ｐは、材料に依存し、また、既知の方法例えば最小二乗法適合度（ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｆｉｔ）を用いて実験データから決定可能である。
【００４２】
図５Ａは、接続されたトッププレート５２２およびボトムプレート５２４を有するスポット溶接部５１０の側面図におけるスポット溶接部張力すなわち軸方向応力σrr５３２を示す。スポット溶接部剪断応力τ５３４を、図５Ｂにおけるスポット溶接部の平面図において示す。数式（３ａ〜３ｄ）において用いられる座標系（ｒ，ｓ，ｔ）は、ｒ軸５０１（つまりスポット溶接部の軸方向）と、ｓ軸５０２およびｔ軸５０３（つまりスポット溶接部の２つの径方向）と、で示される。また、例示的な円形状スポット溶接部の直径ｄ５１５を、図５Ｂに示す。スポット溶接部の面積Ａは、数式（３ｃ）を用いて演算することができる。力の合力５４２はスポット溶接部５１０に作用する全軸方向力である。また、モーメント合力５４４は全モーメントである。力の合力５４２およびモーメント合力５４４を、既知の方法を用いて導出でき、例えば、スポット溶接部５１０の周辺に沿って軸方向応力５３２を積分することによって、力の合力５４２が得られるであろう。モーメント合力５４４は、中心からスポット溶接部５１０の周辺へのモーメントの腕を用いて演算することができる。スポット溶接部５１０が１つの要素（例えば図３Ａのビーム３０２あるいは図４のソリッド要素４２２）を用いてモデル化されている場合、力の合力５４２およびモーメント合力５４４は単純明快である。複数のソリッド要素（例えば、図４のクラスター４２４，４２６，４２８）を用いてモデル化されたスポット溶接部では、力の合力５４２およびモーメント合力５４４は、クラスターにおける要素のすべてからの成分を含める必要がある。
【００４３】
スポット溶接部５１０と接続されたプレート（つまりトッププレート５２２およびボトムプレート５２４）とに作用する力の合力５４２およびモーメント合力５４４がプレートの降伏応力を超えた場合、塑性歪み５５２が起こることになる。これらの塑性歪み５５２は、時間進行シミュレーションのそれぞれの解法サイクルにおいて演算される。
【００４４】
数式（１）は、理論上、スポット溶接部破壊を判定するのに十分であるが、実験データは、有限要素解析法を用いたスポット溶接部破壊の予測は少なくとも２つの要因に影響を受けやすいことを示している。第１の要因は、接続されたシェル要素上のスポット溶接部の位置（つまり、図２Ｂに示したシェル要素上のスポット溶接部の（ｓ，ｔ）座標）である。第２は、スポット溶接部に接続されたシェル要素の物理的なサイズである。これら２つの影響しやすい係数の割合を示すために、スポット溶接部破壊基準を以下のようにさらなるスケールを含むように書く。
【００４５】
【数４】
【００４６】
ただし、ＳTは軸方向応力要素サイズ影響度スケール係数６０２であり、ＳSは剪断応力要素サイズ影響度スケール係数６０４であり、ＳOはスポット溶接部がシェル要素に接続されている異なる位置に対する位置影響度スケール係数６０６Ａ〜６０６Ｂである。
【００４７】
メッシュサイズ影響度については、クロステンション（ｃｒｏｓｓ ｔｅｎｓｉｏｎ）すなわち軸方向応力影響度スケール係数６０２の例示的なセットを、図６Ａに、本発明の一の実施形態にかかる種々のサイズのシェル要素（つまり有限要素メッシュのサイズ）に対して示す。同様に、剪断応力影響度係数６０４の例示的なセットを、図６Ｂに、種々のサイズのシェル要素に対して示す。図６Ａ乃至図６Ｂにおいては、２つのセットのデータがある。１つは、静的な軸方向の力および剪断力であり、他の１つは動的なそれである。一の実施形態においては、平均値を用いることができる。他の実施形態においては、それらのうちの１つを、シミュレーションにおける力の性質に応じて用いることができる。両方のセットのデータは、１０×１０ｍｍシェル要素を基準に調整される。言いかえれば、１０×１０ｍｍシェル要素に対するスケール係数は１．０であり、また、他のサイズの要素は図６Ａ乃至図６Ｂにおけるデータに応じて調整する必要がある。
【００４８】
位置影響度スケール係数については、図６Ｃに、要素の中心からエッジへの方向における種々の位置に対する、例示的なセットの位置影響度スケール係数６０６Ａを示す。図６Ｄは、要素の中心からコーナーへの方向における種々の位置に対する、他の例示的なセットの位置影響度スケール係数６０６Ｂを示す。図６Ｃ乃至図６Ｄにおいて２セットのデータを示す。１つは、スポット溶接部が同じ相対位置で接続された要素（両方として表示）のものである。また、他の１つは、スポット溶接部が異なる相対位置で接続された要素（一方として表示）のものである。
【００４９】
図７は、本発明の一の実施形態にかかる、内部にスポット溶接接続を含んでいる構造体の有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊を判定する例示的なプロセスを示すフローチャート７００である。プロセス７００はソフトウェアにより実行でき、他の図面と組み合わせて理解することができる。
【００５０】
プロセス７００は、ステップ７０２において構造体の１つ以上のスポット溶接部定義を受け取ることによってスタートする。例えば、自動車におけるそれぞれのスポット溶接部の位置（ｌｏｃａｔｉｏｎ）および向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）である。さらに、それぞれのスポット溶接部に対する２つの接続されたパーツの情報も受け取る。受け取ったスポット溶接部定義が、有限要素解析法ソフトウェアモジュール（以下に図８を参照して詳細な説明において説明するコンピュータのメモリにロードされる）へ周知の方法で直接的あるいは間接的に提供される。例示的なよく知られている方法は、グラフィックユーザーインターフェースを有するプリプロセッシング（ｐｒｅ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）ソフトウェアモジュールを利用するものである。他のよく知られている方法は、有限要素解析法（ＦＥＡ）ソフトウェアモジュールの予め定義された入力フォーマットに応じて、受け取ったスポット溶接部定義を手入力するものである。
【００５１】
次に、ステップ７０４においては、それぞれのスポット溶接部は、受け取ったスポット溶接部定義を用いて１つのビーム要素あるいは少なくとも１つのソリッド要素のクラスターのいずれかによって表わされる。これは、一般的に、ユーザ（つまり自動車衝突シミュレーションを行なう技術者）からの暗黙的あるいは明示的な指示により、プリプロセッシングソフトウェアモジュールあるいはＦＥＡソフトウェアモジュールによって、行なわれる。クラスターに１を超えるソリッド要素がある場合、関連付けられたソリッド要素が、スポット溶接部識別符号（スポット溶接部ＩＤ）によってマークで関連付けられたソリッド要素などの既知の手法で、ともにグループ化される。関連付けられたソリッド要素のグループ化は、今後の計算（例えばスポット溶接部のいずれかの端部における力・モーメント合力の計算）を適切に保証することができる。その後、ステップ７０６において、それぞれのスポット溶接部と関連する情報が、ＦＥＡソフトウェアモジュールにおいて初期化される。初期化された情報は、接続されたシェル要素（例えば、他と重複しないシェル要素の番号すなわちＩＤ）と、材料歪みレート効果パラメータ（例えばパラメータＣ，ｐ）と、ＦＥＡメッシュサイズと、スポット溶接部の２つの端部において接続されたシェル要素におけるスポット溶接部パラメータ座標と、を含んでいる。
【００５２】
材料歪みレートパラメータＣ，ｐが、スポット溶接部の一方の端部のそれぞれのノードにおいて割り当てられ、次に、単純なあるいは加重平均など既知の手法を用いて、１つの数に変換される。材料歪みレートパラメータＣ，ｐは、スポット溶接部の対応する端部において接続されたシートメタルパーツ（シェル要素によって表わす）に基づく。例えば、図４においては、１つのソリッド要素４２２のクラスターは、それぞれの端部の４つのノードから成る。１つの方法は、４つのノードにおけるＣ，ｐを演算し、スポット溶接部破壊の判定におけるスポット溶接部に対する１つのセットのＣ，ｐを見出すよう単純平均を用いるものである。クラスターの４つのノードを、それぞれの要素が異なる材質を表しておりしたがってそれぞれがＣ，ｐの異なる値を有する４つの異なるシェル要素に配置することができる。他の実施例においては、８つのソリッド要素４２６のより複雑なクラスターに対して、Ｃ，ｐの演算には１２のノードが含まれる。１２セットのＣ，ｐの単純平均を用いる代わりに、外側のノードおよび内側のノードに、加重平均計算のための異なる加重係数を割り当ることもできる。
【００５３】
ステップ７０８において初期化され入力された情報を用いて、スポット溶接部位置およびメッシュサイズ影響度スケール係数（例えば数式（４）のＳO，ＳT，ＳS）を、ユーザによって予め定義された実験的な表あるいはチャート、例えば図６Ａ乃至６Ｄに示すＸ−Ｙチャートから決定することができる。
【００５４】
入力と初期化が完了した後、ＦＥＡソフトウェアモジュールは、ステップ７１０において、関心のある衝突イベント（例えば自動車衝突あるいは車両衝突）の時間進行シミュレーションを開始する。時間進行シミュレーションは、通常、初期解法サイクル（つまり、時間ｔ＝０の解法サイクルに対応）においてスタートする。時間進行シミュレーションあるいは時間領域シミュレーションは、よく知られているプロシージャの１つ、例えば明示的な非線形有限要素解析法において行なわれる。ステップ７１２においては、クラスターが１つを超えるソリッド要素を備える場合、力の合力およびモーメント合力がすべてのスポット溶接部のそれぞれの端部において演算される。１つの要素（ビームあるいはソリッド）だけがある場合、力の合力およびモーメント合力はそれぞれの解法サイクルの終わりにおいて直接利用可能である。その後、力の合力およびモーメント合力は、軸方向応力および剪断応力に変換される。塑性歪みレート計算に関しては、それぞれのスポット溶接部ノードにおいて、塑性歪みレートを以下のように計算できる。
【００５５】
【数５】
【００５６】
ただし、εp(n)は、先の解法サイクル（ｎ）のノードの塑性歪みであり、εp(n+1)は、現在の解法サイクル（ｎ＋１）のノードの塑性歪みであり、Δｔは、先の解法サイクル（ｎ）と現在の解法サイクル（ｎ＋１）との間の時間インクリメントである。その後、ノードの塑性歪み（例えば図５Ａの塑性歪み５２２）が、今後の演算（つまり次の解法サイクル）のために記憶される。
【００５７】
その後、それぞれのスポット溶接部の軸方向・剪断応力（つまり、σrr，τ ）が計算され、そして、スポット溶接部破壊がステップ７１４において数式（４）を用いて判定される。スポット溶接部は、破壊したあるいは破断したと判断されると、それに応じて、排除される。ステップ７１６において、シミュレーション時間「ｔ」が、次の解法サイクルのために時間インクリメントΔｔだけインクリメントされる。テスト７１８においては、時間進行シミュレーションが終了したか否かが判定される（例えば、所定のトータルシミュレーション時間と照合してチェックする）。「ｎｏ」の場合、プロセス７００は、テスト７１８が「ｙｅｓ」になるまで時間進行シミュレーションの他の解法サイクルを行なうステップ７１２に戻る。テスト７１８が「ｙｅｓ」になるとプロセス７００は終了する。
【００５８】
本発明の一の面によれば、スポット溶接部がビーム要素あるいはソリッド要素のクラスターによってモデル化されていても、プロセス７００は、スポット溶接部破壊を同じく判定できる。利点の１つは、スポット溶接部をビーム要素とソリッド要素のクラスターと組み合わせてモデル化できることにある。より詳細な結果が必要とされるこうしたスポット溶接部のみが、ソリッド要素を用いてモデル化される。
【００５９】
一の側面において、本発明は、ここで説明した機能性を実行可能な１つ以上のコンピュータシステムに対してなされたものである。コンピュータシステム８００の一例を図８に示す。コンピュータシステム８００は、プロセッサ８０４などの１つ以上のプロセッサを有する。プロセッサ８０４はコンピュータシステム内部通信バス８０２に接続されている。種々のソフトウェアの実施形態を、この例示的なコンピュータシステムの点から説明する。この説明を読むと、いかにして、他のコンピュータシステムおよび／またはコンピュータアーキテクチャーを用いて、本発明を実行するかが、関連する技術分野に習熟している者には明らかになるであろう。
【００６０】
コンピュータシステム８００は、また、メインメモリ８０８、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有しており、また二次メモリ８１０を有していてもよい。二次メモリ８１０は、例えば、１つ以上のハードディスクドライブ８１２、および／またはフレキシブルディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどに代表される１つ以上のリムーバブルストレージドライブ８１４を有することができる。リムーバブルストレージドライブ８１４は、よく知られている方法でリムーバブルストレージユニット８１８からを情報を読み取り、および／またはリムーバブルストレージユニット８１８に情報を書き込む。リムーバブルストレージユニット８１８は、リムーバブルストレージドライブ８１４によって読み取り・書き込みされるフレキシブルディスク、磁気テープ、光ディスクなどを表わす。以下にわかるように、リムーバブルストレージユニット８１８は、コンピューターソフトウェアおよび／またはデータを内部に記憶しているコンピュータ可読媒体を有している。
【００６１】
別の実施形態において、二次メモリ８１０は、コンピュータプログラムあるいは他の命令をコンピュータシステム８００にロードすることを可能にする他の同様な手段を有することもできる。そのような手段は、例えば、リムーバブルストレージユニット８２２およびインターフェース８２０を有することができる。そのようなものの例は、プログラムカートリッジおよびカートリッジのインターフェース（ビデオゲーム機に見られるようなものなど）、リムーバブルメモリチップ（消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュメモリ、あるいはＰＲＯＭなど）およびそれらに対応するソケットと、ソフトウェアおよびデータをリムーバブルストレージユニット８２２からコンピュータシステム８００に転送さすることを可能にする他のリムーバブルストレージユニット８２２およびインターフェース８２０と、が含まれうる。一般に、コンピュータシステム８００は、プロセススケジューリング、メモリ管理、ネットワーク管理およびＩ／Ｏサービスなどのタスクを行なうオペレーティングシステム（ＯＳ）ソフトウェアによって、制御され連係される。
【００６２】
通信インターフェース８２４も、また、バス８０２に接続することができる。通信用インターフェース８２４は、ソフトウェアおよびデータをコンピュータシステム８００と外部装置との間で転送することを可能にする。通信インターフェース８２４の例には、モデム、ネットワークインターフェイス（イーサネット（登録商標）・カードなど）、コミュニケーションポート、ＰＣＭＣＩＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）スロットおよびカードなど、が含まれうる。
【００６３】
コンピュータ８００は、特定の通信手続（つまりプロトコル）を実行してデータを送受信する。一般的なプロトコルのうちの１つは、インターネットにおいて一般に用いられているＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）である。一般に、通信インターフェース８２４は、データファイルをデータネットワーク上で伝送される小さいパケットへ分割し、あるいは受信したパケットを元のデータファイルへと組み立てる（再構築する）、いわゆるパケットのアセンブル・リアセンブル管理を行う。さらに、通信用インターフェース８２４は、正しい宛先に届くようそれぞれのパケットのアドレス部分に対処し、あるいはコンピュータ８００が宛先となっているパケットを他に向かわせることなく確実に受信する。この書類において、「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、リムーバブルストレージドライブ８１４および／またはハードディスクドライブ８１２に組み込まれたハードディスクなどの媒体を通常意味して用いられている。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム８００にソフトウェアを提供する手段である。本発明は、このようなコンピュータプログラム製品に対してなされたものである。
【００６４】
コンピュータシステム８００は、また、コンピュータシステム８００にモニタ、キーボード、マウス、プリンタ、スキャナ、プロッタなどとアクセスさせるための入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース８３０を有していてもよい。
【００６５】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックともいう）は、メインメモリ８０８および／または二次メモリ８１０にアプリケーションモジュール８０６として記憶される。コンピュータプログラムを、また、通信インターフェース８２４を介して受け取ることもできる。このようなコンピュータプログラムは、実行された時、コンピュータプログラムによって、コンピュータシステム８００がここに説明した本発明の特徴を実行することが可能になる。詳細には、コンピュータプログラムが実行された時、コンピュータプログラムによって、プロセッサ８０４が本発明の特徴を実行することが可能になる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム８００のコントローラを表わしている。
【００６６】
ソフトウェアを用いて発明が実行されるある実施形態において、当該ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に記憶され、あるいは、リムーバブルストレージドライブ８１４、ハードドライブ８１２あるいは通信インターフェース８２４を用いて、コンピュータシステム８００へとロードされる。アプリケーションモジュール８０６は、プロセッサ８０４によって実行された時、アプリケーションモジュール８０６によって、プロセッサ８０４がここに説明した本発明の機能を実行する。
【００６７】
所望のタスクを実現するために、Ｉ／Ｏインターフェース８３０を介したユーザ入力によって、あるいは、よることなしに、１つ以上のプロセッサ８０６によって実行することができる１つ以上のアプリケーションモジュール８０４を、メインメモリ８０８に、ロードすることもできる。動作においては、少なくとも１つのプロセッサ８０４がアプリケーションモジュール８０６のうち１つが実行されると、結果が演算されて二次メモリ８１０（つまりハードディスクドライブ８１２）に記憶される。有限要素解析法（例えば車耐衝撃性、スポット溶接部の破壊）の状況は、テキストあるいはグラフィック表現ので、Ｉ／Ｏインターフェース８３０を介してユーザに報告される。
【００６８】
本発明を具体的な実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態は単に例示的なものであって、本発明を限定するものではない。具体的に開示した例示的な実施形態に対する種々の変形あるいは変更が当業者には思いつくであろう。例えば、スポット溶接部位置およびメッシュサイズ影響度スケール係数を、初期化ステージにおいて一回だけ計算する変化のない数として示し、説明した。しかし、これらのスケール係数を、異なる要件に対するそれぞれの解法サイクルにおいて決定することもできる。さらに、有限要素解析法を自動車衝突シミュレーションとして示し、説明したが、他のタイプの衝突イベント例えば金属形成をまた適用することもできる。つまり、本発明の範囲は、ここに開示した具体的な例示的実施形態に限定されるのではなく、当業者が容易に思いつくあらゆる変形は、本願の精神および認識範囲内および添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１００ 構造体
１１０ スポット部
１２２ トッププレート
１２４ ボトムプレート
２１０ スポット溶接部要素
２２２ 第１有限要素メッシュ
２２４ 第２有限要素メッシュ
２４０ シェル要素
２４２ スポット溶接部接続
３０２ ビーム要素
３０４ ソリッド要素
４２２ １要素クラスター
４２４ ４要素クラスター
４２６ ８要素クラスター
４２８ １６要素クラスター
５１０ スポット溶接部
５１５ 直径
５２２ トッププレート
５２４ ボトムプレート
５３２ スポット溶接部張力
５３４ スポット溶接部剪断応力
５４２ 力の合力
５４４ モーメント合力
８００ コンピュータシステム
８０２ バス
８０４ プロセッサ
８０６ アプリケーションモジュール
８０８ インメモリ
８１０ 二次メモリ
８１２ ハードディスクドライブ
８１４ リムーバブルストレージドライブ
８１８ リムーバブルストレージユニット
８２０ インターフェース
８２２ リムーバブルストレージユニット
８２４ 通信インターフェース
８３０ Ｉ／Ｏインターフェース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、構造体（例えば車、飛行機）のコンピュータ支援工学解析に関し、特に、有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有限要素解析法（ＦＥＡ）は、三次元非線形構造設計および解析など複雑なシステムに関連するエンジニアリング問題をモデル化し解決するために産業において広く用いられる、コンピュータによって実現される方法である。ＦＥＡのその名前は、検討される対象の幾何学的配置を指定する方法に由来する。現代のデジタルコンピュータの出現により、ＦＥＡは、ＦＥＡソフトウェアとして実行されている。基本的に、ＦＥＡソフトウェアには、幾何学的な説明のモデルと、そのモデル内の各点における関連する材料特性とが、提供される。このモデルにおいて、解析されるシステムの幾何学的配置は、要素と呼ばれる種々のサイズのソリッド（中実体）、シェル（殻体）およびビーム（梁体）によって表わされる。要素の頂点をノードという。モデルは、材料特性に関連する材料名が割り当てられた有限数の要素から構成される。モデルは、このように、解析される対象がそのすぐまわりの環境と共に占めている物理的空間を表わす。そして、ＦＥＡソフトウェアは、それぞれのタイプの材料特性（例えば応力−歪み構造方程式、ヤング率、ポアソン比、熱導電性）が作表されている表を参照する。さらに、対象の境界での条件（つまり負荷、物理的制約など）が指定される。こうして、対象とその環境のモデルとが生成される。
【０００３】
ＦＥＡは、車両の空力性能と構造的保全性との両方を最適化するために、自動車メーカーでますます一般的になりつつある。同様に、航空機メーカーは、第１プロトタイプが開発されるはるか前に、ＦＥＡによって、飛行機性能を予測している。一般的なＦＥＡのタスクの１つが、車の破砕などの衝突イベントをシミュレートすることである。耐衝撃性シミュレーションに関連する問題は、構造体において２つのパーツ（たとえば、シートメタル）を接続するよう用いられる溶接部を適切にシミュレートすることである。
【０００４】
スポット溶接は、種々のシートメタル製品を溶接するために用いられる抵抗溶接の一種である。典型的に、シートの厚さは０．５〜３．０ｍｍ範囲にある。そのプロセスは、２つの成形された銅合金電極を用いて、溶接電流を小さい「スポット」へ集中し、同時にシートを一体にクランプする。スポット溶接の最も一般的な用途のうちの１つは自動車製造産業での応用であって、シートメタルを溶接して車を形成するようほとんどすべての過程に用いられる。
【０００５】
典型的な車において、約４，０００〜８，０００のスポット溶接により３００〜６００のボデイパーツを接続して、車両構造を形成する。車両全体の正確なシミュレーションのためには、それらのスポット溶接を正確にモデル化しなければならない。スポット溶接部は典型的には２〜３センチメートル間隔で配置され、また、それぞれのスポット溶接部は４〜９ミリメートル（ｍｍ）の直径を有する。従来から、スポット溶接部のそれぞれは、ＦＥＡにおいて非常に短いビーム要素（例えば１〜２ミリメートルの長さ）によってモデル化されていた。例えば、１９９０年代には、スポット溶接部を、スポット溶接部パーツのノードの位置がスポット溶接部の物理的な位置にあるという条件の２ノード剛体を用いてモデル化していた。この従来技術のアプローチは、ノード点を高精度に溶接位置に適切に配置するという手間のために、ＦＥＡモデルを生成する際に大変な作業を必要としていた。現代のコンピュータの進歩とともに、車両を表わす有限要素モデルは大規模になった（例えば４，０００，０００を超える要素がサイズで２〜４ｍｍで変化する）。そのため、スポット溶接部のまわりの要素のサイズが、スポット溶接部直径より小さくなった。ビーム要素を用いてスポット溶接部を表すことはもはや適当ではなく、かわりにソリッド要素（中実要素）が用いられている。ある場合には、スポット溶接部が１つを超えるソリッド要素を用いてモデル化されている。さらに、車耐衝撃性シミュレーションにおいては、スポット溶接部破壊を考慮し判定する必要がある。ビーム要素に対するスポット溶接部破壊判定方法はよく確立されている。しかしながら、この方法は、ソリッド要素において用いられる従来の材料破壊方法と整合しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、どのタイプの要素がスポット溶接部を表わすために用いられるかに関わらず、有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊を判定する改良方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このセクションは、本発明のいくつかの面を要約するためのものであり、また、いくつかの好ましい態様を簡潔に取り上げるものである。このセクションにおいては簡略化あるいは省略が、要約およびタイトルと同様に、セクションの目的を分かりにくくしないようになされる場合がある。そのような簡略化あるいは省略は、本発明の範囲の制限を意図するものではない。
【０００８】
本発明は、自動車など構造体の有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊を判定するシステム、方法およびソフトウェア製品を開示する。本発明の一の面では、構造体におけるそれぞれのスポット溶接部が、構造体の有限要素解析法モデルにおいて少なくとも１つのソリッド要素のクラスターによって表わされる。それぞれのスポット溶接部は、２つのパーツ（例えばシートメタルパーツ）を一体に結合するよう用いられる。２つパーツのそれぞれは、概して、多数の二次元シェル要素として表わされる、すなわちはモデル化される。スポット溶接部と２つのパーツとの間の結合接続をそれぞれのパーツ内に任意に配置できるので、２つのパーツを表すシェル要素を空間的に整列させる必要はない。スポット溶接部が２つのシェル要素（つまりそれぞれのパーツから一つずつ）を一体に結合できるよう、２つのシェル要素が互いにオーバーラップしていなければならないことだけが必要とされる。
【０００９】
本発明の他の面では、スポット溶接部破壊基準が、スポット溶接部スケール係数、シェル要素サイズスケール係数およびスポット溶接部位置影響度スケール係数と、歪みレート効果と、に作用する剪断応力および軸方向応力を含むスポット溶接部破壊を判定するために用いられる。ここで用いられる破壊基準は、スポット溶接ナゲットのまわりのシートメタルが破壊あるいは破断する「プラグ破断」モードに対するものである。
【００１０】
さらに他の面においては、たとえそれぞれのクラスターが１つを超えるソリッド要素を含んでいる場合であっても、本発明はそれぞれのクラスターを全体として扱うように構成される。それぞれのクラスターについては、１セットの剪断応力合力および軸方向応力合力が、時間進行（ｔｉｍｅ−ｍａｒｃｈｉｎｇ）シミュレーションのそれぞれの解法（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）サイクルにおいて演算される。剪断応力合力および軸方向応力合力は、スポット溶接部破壊基準を用いてチェックされる。
【００１１】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照した以下の実施形態の詳細な説明を考察することで明らかになるであろう。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴、アスペクトおよび利点は、以下の説明、添付したクレームおよび以下の添付図面との関連から一層よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、構造体における２つのシートメタルパーツを接続するよう用いられるスポット溶接部のグループの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのスポット溶接部の１つを代表する側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａ乃至図１Ｂの構造体の有限要素解析法モデルの平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、接続されたシェル要素の一方に対するスポット溶接部の例示的な位置を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態にかかる、有限要素解析法におけるスポット溶接部を表すために用いられる例示的なビーム要素を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の他の実施形態にかかる、有限要素解析法におけるスポット溶接部を表すために用いられる例示的なソリッド要素を示す図である。
【図４】図４は、それぞれが本発明の１つの実施形態にかかるスポット溶接部を表わすために用いることができる４つの異なるソリッド要素クラスターの平面図を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、スポット溶接部における反対の張力を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、スポット溶接部における剪断力を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施形態にかかる、スポット溶接部破壊を判定するための、スポット溶接部の反対の張力に対する有限要素メッシュサイズ効果を示すＸ−Ｙチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施形態にかかる、スポット溶接部破壊を判定するための、スポット溶接部の剪断力に対する有限要素メッシュサイズ効果を示すＸ−Ｙチャートである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の一の実施形態にかかる、スポット溶接部破壊を判定するための、接続されたシェル要素に対するスポット溶接部位置を示すＸ−Ｙチャートである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の一の実施形態にかかる、スポット溶接部破壊を判定するための、接続されたシェル要素に対するスポット溶接部位置を示すＸ−Ｙチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態にかかる、１つ以上のソリッド要素のクラスターを用いてスポット溶接部が表わされるすなわちモデル化される場合の、有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊を判定する例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施形態が構築された演算デバイスの主要なコンポーネントを示す機能図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の説明に役立てるために、ここで開示される全体にわたっていくつかの用語を定義する必要があると思われる。以下の定義は、実施形態にかかる本発明を理解し記述することに役立たせるものであることを述べておくべきであろう。定義は、実施形態に関していくつかの制限を含むように見えるかもしれないが、ここで使われる用語の実際の意味は、この実施形態を十分に越えた当業者には公知の適用範囲を有する。
【００１５】
ＦＥＡは、有限要素解析法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）の意である。
【００１６】
暗黙的ＦＥＡあるいは解法はＫｕ＝Ｆをいう。ここで、Ｋは有効剛性マトリクス（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｍａｔｒｉｘ）であり、ｕは未知の変位配列（ｕｎｋｎｏｗｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｒｒａｙ）であり、Ｆは有効負荷配列（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｏａｄｓ ａｒｒａｙ）である。Ｆは右側負荷配列（ｒｉｇｈｔ ｈａｎｄ ｓｉｄｅ ｌｏａｄｓ ａｒｒａｙ）であり、Ｋは左側剛性マトリクス（ｌｅｆｔ ｈａｎｄ ｓｉｄｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｍａｔｒｉｘ）である。解法は、剛性度、質量および減衰の関数である有効剛性マトリクスの因数分解を用いて、全体的なレベルで行なわれる。１つの例示的な解法方法は、ニューマーク時間積分法（Ｎｅｗｍａｒｋ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ）である。
【００１７】
明示的ＦＥＡはＭａ＝Ｆをいう。ここで、「Ｍ」は対角的質量配列（ｄｉａｇｏｎａｌ ｍａｓｓ ａｒｒａｙ）であり、「ａ」は未知のノードの加速配列（ｕｎｋｎｏｗｎ ｎｏｄａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｒｒａｙ）であり、「Ｆ」は有効負荷配列である。解法は、マトリックスの因数分解を用いずに要素レベルで実行することができる。１つの例示的な解法方法は、中心差分法（ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれるものである。
【００１８】
時間進行シミュレーションあるいは時間領域解析は、時間領域における工学解析シミュレーション、例えば時間領域における有限要素解析法を用いた車耐衝撃性のシミュレーションをいう。
【００１９】
ビーム要素は、２つの端部ノードによって定義された一次元の有限要素をいう。ビームが歪み力の下にある場合、ビームには、軸方向応力と、断面にわたって変化する３つの剪断応力と、をもつ。ビームの軸方向の歪みは、ビームの軸方向における伸張の量として定義される。例えば、ビームが軸方向引っ張り力によって元の長さＬから延びた長さ（Ｌ＋δ）へ伸張される場合、軸方向の歪みεは、単位長当たり合計の伸長δとして定義される（つまりε＝δ／Ｌ）。
【００２０】
シェル要素は、エリア、例えば三角形の要素、四辺形の要素などによって定義された二次元の要素をいう。
【００２１】
ソリッド要素は、三次元の体積的な有限要素、例えば４つのノードの四面体の要素、８つのノードの六面体の要素などをいう。
【００２２】
歪みは、サンプルすなわち試料の変形を測定した無次元の量をいう。
【００２３】
ノードの歪みは、構造体を表すすなわちモデル化する有限要素（例えばシェル要素）のそれぞれのノードにおける歪みをいう。
【００２４】
塑性歪みは、試料すなわちサンプルから負荷を取り去った後回復できない歪みをいう。
【００２５】
塑性ノード歪みεpは有限要素（例えばシェル要素）のノードにおける塑性歪みをいう。
【００２６】
本発明の実施形態を、図１Ａ乃至図８を参照してここに説明する。しかしながら、これらの図を参照してここで与える詳細な説明は例示の目的であって発明がこれらの限定的な実施形態を越えて広がっていることは、当業者には容易に理解されよう。
【００２７】
まず図１Ａを参照して、２つのパーツを接続するために多数のスポット溶接部を用いている例示的な構造体１００の平面図を示す。構造体１００は、多数のスポット溶接部１１０ａ〜ｎによって接続される第１パーツ（例えばトッププレート１２２）と第２パーツ（例えばボトムプレート１２４）とを有する。図１Ｂは、スポット溶接部を代表する１つの典型的なスポット部１１０と、構造体１００の接続されたトッププレート１２２およびボトムプレート１２４と、の側面図を示す。例示が複雑になることを回避するために、比較的簡単な例示的構造体１００を用いる。本発明は、自動車、飛行機など複雑な構造体に適用できる。
【００２８】
図１の構造体１００の例示的な有限要素モデルを、図２Ａに示す。トッププレート１２２を、複数のシェル要素を備える第１有限要素メッシュ２２２によって表わす。また、ボトムプレート１２４を、第２有限要素メッシュ２２４によって表わす。スポット溶接部１１０ａ〜ｎのそれぞれは、２つのパーツを一体に結合する固有のスポット溶接部要素２１０（２つを図２に示す）によって表わされる。接続されたシェル要素に対してクラスターを配置できる場所は制限されない。図２Ｂは、スポット溶接部２４２を有する例示的なシェル要素２４０を示す。スポット溶接部２４２の位置をシェル要素２４０のコーナー（角）あるいはエッジ（辺）に配置する必要はない。接続されたシェル要素内のスポット溶接部接続の位置を追跡するために、１セットの要素パラメータ座標（ｓ，ｔ）が、すべてのスポット溶接部を有するそれぞれの接続されたシェル要素に用いられる。言いかえれば、スポット溶接部のそれぞれの端部は、接続されたシェル要素のパラメータ座標に関係している。
【００２９】
スポット溶接部要素２１０を、図３Ａに示すビーム要素３０２、あるいは図３Ｂにおける少なくとも１つのソリッド要素３０４のクラスターのいずれかとすることができる。本発明は、どの要素が選択されているかに関わらずスポット溶接部破壊を判定する方法を含んでいる。
【００３０】
スポット溶接部１１０がビーム要素によってモデル化されるすなわち表わされる場合、それは１対１の関係である。ビーム要素の２つの端部が、２つのパーツを結合するスポット溶接部の２つの端部に対応する。例えば、スポット溶接部１１０の２つの端部は、トッププレート１２２およびボトムプレート１２４である。
【００３１】
スポット溶接部が少なくとも１つのソリッド要素のクラスターによって表わされる場合、多くの選択がある。最も一般的な選択を図４に示す。図４は、４つの例示的なオプションの平面図を示している。第１オプション４２２は、１要素クラスターである。第２オプション４２４、第３オプション４２６および第４オプション４２８は、それぞれ、４要素クラスター、８要素クラスターおよび１６要素クラスターである。これらの例示的なクラスターのそれぞれは、２つの接続されたパーツ（つまりトッププレート１２２およびボトムプレート１２４）の２つのシェル要素を接続する１レイヤの要素から成る。本発明の一の面においては、ソリッド要素のクラスターによって表わされるすなわちモデル化される場合、スポット溶接部の面積（概ね円形）が保存される。例えば、第１オプション４２２の面積（正方形の面積）は、対応するスポット溶接部の面積と等しく設定される。第１オプション４２２が正方形の形状を備える場合。それぞれの辺の長さは
となる。ここで、ｄはスポット溶接部の直径である。例示的なスポット溶接部の平面図を図５Ｂに示す。
【００３２】
衝撃解析（例えば車耐衝撃性）の非線形時間進行シミュレーションを行なう場合、１つ以上の有限要素によって表わされるコンポーネントが破壊状態に達したか否かを判定することが重要である。スポット溶接部については、２つのタイプの破壊モードがある。１つは、スポット溶接ナゲットあるいはプラグのまわりのシートメタルが破断あるいは破壊する「プラグ破断破壊」という。もう１つは、スポット溶接部自体が破壊する「ナゲット破壊あるいは破断」という。本発明の用途のため、破壊の「プラグ破断」モードのみをチェックする。「プラグ破断」破壊を判定するために、ビーム理論に基づいたスポット溶接部破壊基準を用いる。例えば、スポット溶接部の例示的な破壊基準は以下の通りである。
【００３３】
【数１】
【００３４】
【数２ａ】
【００３５】
【数２ｂ】
【００３６】
【数３ａ】
【００３７】
【数３ｂ】
【００３８】
【数３ｃ】
【００３９】
【数３ｄ】
【００４０】
ただし、σrrおよびτは、それぞれスポット溶接部の軸方向応力および剪断応力であり、
は、それぞれ、歪みレート効果（例えば、Ｃｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓモデルに基づく）を含む張力および剪断歪みにおけるスポット溶接部破断応力あるいは破壊応力であり、
は、試料試験によって決定される張力および剪断歪みにおける、静的なスポット溶接部破断あるいは破壊応力であり、Ｃ，ｐは、試料試験において得られる静的な破断応力を計るために用いられるＣｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓモデルの材料依存歪みレートパラメータであり、
は、塑性歪みレートであり、Ｎrrスポット溶接部の軸方向力合力であり、Ｎrs，Ｎrtは、それぞれ、ｒ方向およびｔ方向における剪断歪み力の合力であり、Ｍrrスポット溶接部の張力の合力であり、Ｍrs，Ｍrtは、それぞれ、スポット溶接部の「ｓ」軸および「ｔ」軸に関するモーメント合力であり、Ａは、スポット溶接部の面積であり、Ｚは、スポット溶接部の断面弾性係数であり、ｄは、スポット溶接部の直径であり、αは、１つのデフォルト値を有するユーザ定義のスケール係数である。
【００４１】
スポット溶接部は、数式（１）が満たされる場合に、破断されると判定する。塑性歪みレートは、接続されたシェル要素のそれぞれから決定される。パラメータＣ，ｐは、材料に依存する。破壊基準は、スポット溶接部のそれぞれの端部（つまりクラスターのそれぞれの表面）に対して独立に演算される。数式（２ａ），（２ｂ）は、衝突イベント（つまり自動車衝突）におけるエネルギー吸収の点から材料特性変化を説明するための補正である。材料特性（例えば応力−歪み特性）は、歪みレートに影響されやすい。したがって、試料試験において得られた破壊あるいは破断応力などの特性は、動的効果（つまり歪みレート効果）を反映するよう、変更するすなわちスケールする必要がある。Ｃｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓモデル（例えば、方程式（２ａ），（２ｂ））において、車あるいは車両衝突の歪みレートの範囲は、毎秒０．１〜１００である。パラメータＣ，ｐは、材料に依存し、また、既知の方法例えば最小二乗法適合度（ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｆｉｔ）を用いて実験データから決定可能である。
【００４２】
図５Ａは、接続されたトッププレート５２２およびボトムプレート５２４を有するスポット溶接部５１０の側面図におけるスポット溶接部張力すなわち軸方向応力σrr５３２を示す。スポット溶接部剪断応力τ５３４を、図５Ｂにおけるスポット溶接部の平面図において示す。数式（３ａ〜３ｄ）において用いられる座標系（ｒ，ｓ，ｔ）は、ｒ軸５０１（つまりスポット溶接部の軸方向）と、ｓ軸５０２およびｔ軸５０３（つまりスポット溶接部の２つの径方向）と、で示される。また、例示的な円形状スポット溶接部の直径ｄ５１５を、図５Ｂに示す。スポット溶接部の面積Ａは、数式（３ｃ）を用いて演算することができる。力の合力５４２はスポット溶接部５１０に作用する全軸方向力である。また、モーメント合力５４４は全モーメントである。力の合力５４２およびモーメント合力５４４を、既知の方法を用いて導出でき、例えば、スポット溶接部５１０の周辺に沿って軸方向応力５３２を積分することによって、力の合力５４２が得られるであろう。モーメント合力５４４は、中心からスポット溶接部５１０の周辺へのモーメントの腕を用いて演算することができる。スポット溶接部５１０が１つの要素（例えば図３Ａのビーム３０２あるいは図４のソリッド要素４２２）を用いてモデル化されている場合、力の合力５４２およびモーメント合力５４４は単純明快である。複数のソリッド要素（例えば、図４のクラスター４２４，４２６，４２８）を用いてモデル化されたスポット溶接部では、力の合力５４２およびモーメント合力５４４は、クラスターにおける要素のすべてからの成分を含める必要がある。
【００４３】
スポット溶接部５１０と接続されたプレート（つまりトッププレート５２２およびボトムプレート５２４）とに作用する力の合力５４２およびモーメント合力５４４がプレートの降伏応力を超えた場合、塑性歪み５５２が起こることになる。これらの塑性歪み５５２は、時間進行シミュレーションのそれぞれの解法サイクルにおいて演算される。
【００４４】
数式（１）は、理論上、スポット溶接部破壊を判定するのに十分であるが、実験データは、有限要素解析法を用いたスポット溶接部破壊の予測は少なくとも２つの要因に影響を受けやすいことを示している。第１の要因は、接続されたシェル要素上のスポット溶接部の位置（つまり、図２Ｂに示したシェル要素上のスポット溶接部の（ｓ，ｔ）座標）である。第２は、スポット溶接部に接続されたシェル要素の物理的なサイズである。これら２つの影響しやすい係数の割合を示すために、スポット溶接部破壊基準を以下のようにさらなるスケールを含むように書く。
【００４５】
【数４】
【００４６】
ただし、ＳTは軸方向応力要素サイズ影響度スケール係数６０２であり、ＳSは剪断応力要素サイズ影響度スケール係数６０４であり、ＳOはスポット溶接部がシェル要素に接続されている異なる位置に対する位置影響度スケール係数６０６Ａ〜６０６Ｂである。
【００４７】
メッシュサイズ影響度については、クロステンション（ｃｒｏｓｓ ｔｅｎｓｉｏｎ）すなわち軸方向応力影響度スケール係数６０２の例示的なセットを、図６Ａに、本発明の一の実施形態にかかる種々のサイズのシェル要素（つまり有限要素メッシュのサイズ）に対して示す。同様に、剪断応力影響度係数６０４の例示的なセットを、図６Ｂに、種々のサイズのシェル要素に対して示す。図６Ａ乃至図６Ｂにおいては、２つのセットのデータがある。１つは、静的な軸方向の力および剪断力であり、他の１つは動的なそれである。一の実施形態においては、平均値を用いることができる。他の実施形態においては、それらのうちの１つを、シミュレーションにおける力の性質に応じて用いることができる。両方のセットのデータは、１０×１０ｍｍシェル要素を基準に調整される。言いかえれば、１０×１０ｍｍシェル要素に対するスケール係数は１．０であり、また、他のサイズの要素は図６Ａ乃至図６Ｂにおけるデータに応じて調整する必要がある。
【００４８】
位置影響度スケール係数については、図６Ｃに、要素の中心からエッジへの方向における種々の位置に対する、例示的なセットの位置影響度スケール係数６０６Ａを示す。図６Ｄは、要素の中心からコーナーへの方向における種々の位置に対する、他の例示的なセットの位置影響度スケール係数６０６Ｂを示す。図６Ｃ乃至図６Ｄにおいて２セットのデータを示す。１つは、スポット溶接部が同じ相対位置で接続された要素（両方として表示）のものである。また、他の１つは、スポット溶接部が異なる相対位置で接続された要素（一方として表示）のものである。
【００４９】
図７は、本発明の一の実施形態にかかる、内部にスポット溶接接続を含んでいる構造体の有限要素解析法におけるスポット溶接部破壊を判定する例示的なプロセスを示すフローチャート７００である。プロセス７００はソフトウェアにより実行でき、他の図面と組み合わせて理解することができる。
【００５０】
プロセス７００は、ステップ７０２において構造体の１つ以上のスポット溶接部定義を受け取ることによってスタートする。例えば、自動車におけるそれぞれのスポット溶接部の位置（ｌｏｃａｔｉｏｎ）および向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）である。さらに、それぞれのスポット溶接部に対する２つの接続されたパーツの情報も受け取る。受け取ったスポット溶接部定義が、有限要素解析法ソフトウェアモジュール（以下に図８を参照して詳細な説明において説明するコンピュータのメモリにロードされる）へ周知の方法で直接的あるいは間接的に提供される。例示的なよく知られている方法は、グラフィックユーザーインターフェースを有するプリプロセッシング（ｐｒｅ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）ソフトウェアモジュールを利用するものである。他のよく知られている方法は、有限要素解析法（ＦＥＡ）ソフトウェアモジュールの予め定義された入力フォーマットに応じて、受け取ったスポット溶接部定義を手入力するものである。
【００５１】
次に、ステップ７０４においては、それぞれのスポット溶接部は、受け取ったスポット溶接部定義を用いて１つのビーム要素あるいは少なくとも１つのソリッド要素のクラスターのいずれかによって表わされる。これは、一般的に、ユーザ（つまり自動車衝突シミュレーションを行なう技術者）からの暗黙的あるいは明示的な指示により、プリプロセッシングソフトウェアモジュールあるいはＦＥＡソフトウェアモジュールによって、行なわれる。クラスターに１を超えるソリッド要素がある場合、関連付けられたソリッド要素が、スポット溶接部識別符号（スポット溶接部ＩＤ）によってマークで関連付けられたソリッド要素などの既知の手法で、ともにグループ化される。関連付けられたソリッド要素のグループ化は、今後の計算（例えばスポット溶接部のいずれかの端部における力・モーメント合力の計算）を適切に保証することができる。その後、ステップ７０６において、それぞれのスポット溶接部と関連する情報が、ＦＥＡソフトウェアモジュールにおいて初期化される。初期化された情報は、接続されたシェル要素（例えば、他と重複しないシェル要素の番号すなわちＩＤ）と、材料歪みレート効果パラメータ（例えばパラメータＣ，ｐ）と、ＦＥＡメッシュサイズと、スポット溶接部の２つの端部において接続されたシェル要素におけるスポット溶接部パラメータ座標と、を含んでいる。
【００５２】
材料歪みレートパラメータＣ，ｐが、スポット溶接部の一方の端部のそれぞれのノードにおいて割り当てられ、次に、単純なあるいは加重平均など既知の手法を用いて、１つの数に変換される。材料歪みレートパラメータＣ，ｐは、スポット溶接部の対応する端部において接続されたシートメタルパーツ（シェル要素によって表わす）に基づく。例えば、図４においては、１つのソリッド要素４２２のクラスターは、それぞれの端部の４つのノードから成る。１つの方法は、４つのノードにおけるＣ，ｐを演算し、スポット溶接部破壊の判定におけるスポット溶接部に対する１つのセットのＣ，ｐを見出すよう単純平均を用いるものである。クラスターの４つのノードを、それぞれの要素が異なる材質を表しておりしたがってそれぞれがＣ，ｐの異なる値を有する４つの異なるシェル要素に配置することができる。他の実施例においては、８つのソリッド要素４２６のより複雑なクラスターに対して、Ｃ，ｐの演算には１２のノードが含まれる。１２セットのＣ，ｐの単純平均を用いる代わりに、外側のノードおよび内側のノードに、加重平均計算のための異なる加重係数を割り当ることもできる。
【００５３】
ステップ７０８において初期化され入力された情報を用いて、スポット溶接部位置およびメッシュサイズ影響度スケール係数（例えば数式（４）のＳO，ＳT，ＳS）を、ユーザによって予め定義された実験的な表あるいはチャート、例えば図６Ａ乃至６Ｄに示すＸ−Ｙチャートから決定することができる。
【００５４】
入力と初期化が完了した後、ＦＥＡソフトウェアモジュールは、ステップ７１０において、関心のある衝突イベント（例えば自動車衝突あるいは車両衝突）の時間進行シミュレーションを開始する。時間進行シミュレーションは、通常、初期解法サイクル（つまり、時間ｔ＝０の解法サイクルに対応）においてスタートする。時間進行シミュレーションあるいは時間領域シミュレーションは、よく知られているプロシージャの１つ、例えば明示的な非線形有限要素解析法において行なわれる。ステップ７１２においては、クラスターが１つを超えるソリッド要素を備える場合、力の合力およびモーメント合力がすべてのスポット溶接部のそれぞれの端部において演算される。１つの要素（ビームあるいはソリッド）だけがある場合、力の合力およびモーメント合力はそれぞれの解法サイクルの終わりにおいて直接利用可能である。その後、力の合力およびモーメント合力は、軸方向応力および剪断応力に変換される。塑性歪みレート計算に関しては、それぞれのスポット溶接部ノードにおいて、塑性歪みレートを以下のように計算できる。
【００５５】
【数５】
【００５６】
ただし、εp(n)は、先の解法サイクル（ｎ）のノードの塑性歪みであり、εp(n+1)は、現在の解法サイクル（ｎ＋１）のノードの塑性歪みであり、Δｔは、先の解法サイクル（ｎ）と現在の解法サイクル（ｎ＋１）との間の時間インクリメントである。その後、ノードの塑性歪み（例えば図５Ａの塑性歪み５２２）が、今後の演算（つまり次の解法サイクル）のために記憶される。
【００５７】
その後、それぞれのスポット溶接部の軸方向・剪断応力（つまり、σrr，τ ）が計算され、そして、スポット溶接部破壊がステップ７１４において数式（４）を用いて判定される。スポット溶接部は、破壊したあるいは破断したと判断されると、それに応じて、排除される。ステップ７１６において、シミュレーション時間「ｔ」が、次の解法サイクルのために時間インクリメントΔｔだけインクリメントされる。テスト７１８においては、時間進行シミュレーションが終了したか否かが判定される（例えば、所定のトータルシミュレーション時間と照合してチェックする）。「ｎｏ」の場合、プロセス７００は、テスト７１８が「ｙｅｓ」になるまで時間進行シミュレーションの他の解法サイクルを行なうステップ７１２に戻る。テスト７１８が「ｙｅｓ」になるとプロセス７００は終了する。
【００５８】
本発明の一の面によれば、スポット溶接部がビーム要素あるいはソリッド要素のクラスターによってモデル化されていても、プロセス７００は、スポット溶接部破壊を同じく判定できる。利点の１つは、スポット溶接部をビーム要素とソリッド要素のクラスターと組み合わせてモデル化できることにある。より詳細な結果が必要とされるこうしたスポット溶接部のみが、ソリッド要素を用いてモデル化される。
【００５９】
一の側面において、本発明は、ここで説明した機能性を実行可能な１つ以上のコンピュータシステムに対してなされたものである。コンピュータシステム８００の一例を図８に示す。コンピュータシステム８００は、プロセッサ８０４などの１つ以上のプロセッサを有する。プロセッサ８０４はコンピュータシステム内部通信バス８０２に接続されている。種々のソフトウェアの実施形態を、この例示的なコンピュータシステムの点から説明する。この説明を読むと、いかにして、他のコンピュータシステムおよび／またはコンピュータアーキテクチャーを用いて、本発明を実行するかが、関連する技術分野に習熟している者には明らかになるであろう。
【００６０】
コンピュータシステム８００は、また、メインメモリ８０８、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有しており、また二次メモリ８１０を有していてもよい。二次メモリ８１０は、例えば、１つ以上のハードディスクドライブ８１２、および／またはフレキシブルディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどに代表される１つ以上のリムーバブルストレージドライブ８１４を有することができる。リムーバブルストレージドライブ８１４は、よく知られている方法でリムーバブルストレージユニット８１８からを情報を読み取り、および／またはリムーバブルストレージユニット８１８に情報を書き込む。リムーバブルストレージユニット８１８は、リムーバブルストレージドライブ８１４によって読み取り・書き込みされるフレキシブルディスク、磁気テープ、光ディスクなどを表わす。以下にわかるように、リムーバブルストレージユニット８１８は、コンピューターソフトウェアおよび／またはデータを内部に記憶しているコンピュータ可読媒体を有している。
【００６１】
別の実施形態において、二次メモリ８１０は、コンピュータプログラムあるいは他の命令をコンピュータシステム８００にロードすることを可能にする他の同様な手段を有することもできる。そのような手段は、例えば、リムーバブルストレージユニット８２２およびインターフェース８２０を有することができる。そのようなものの例は、プログラムカートリッジおよびカートリッジのインターフェース（ビデオゲーム機に見られるようなものなど）、リムーバブルメモリチップ（消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュメモリ、あるいはＰＲＯＭなど）およびそれらに対応するソケットと、ソフトウェアおよびデータをリムーバブルストレージユニット８２２からコンピュータシステム８００に転送さすることを可能にする他のリムーバブルストレージユニット８２２およびインターフェース８２０と、が含まれうる。一般に、コンピュータシステム８００は、プロセススケジューリング、メモリ管理、ネットワーク管理およびＩ／Ｏサービスなどのタスクを行なうオペレーティングシステム（ＯＳ）ソフトウェアによって、制御され連係される。
【００６２】
通信インターフェース８２４も、また、バス８０２に接続することができる。通信用インターフェース８２４は、ソフトウェアおよびデータをコンピュータシステム８００と外部装置との間で転送することを可能にする。通信インターフェース８２４の例には、モデム、ネットワークインターフェイス（イーサネット（登録商標）・カードなど）、コミュニケーションポート、ＰＣＭＣＩＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）スロットおよびカードなど、が含まれうる。
【００６３】
コンピュータ８００は、特定の通信手続（つまりプロトコル）を実行してデータを送受信する。一般的なプロトコルのうちの１つは、インターネットにおいて一般に用いられているＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）である。一般に、通信インターフェース８２４は、データファイルをデータネットワーク上で伝送される小さいパケットへ分割し、あるいは受信したパケットを元のデータファイルへと組み立てる（再構築する）、いわゆるパケットのアセンブル・リアセンブル管理を行う。さらに、通信用インターフェース８２４は、正しい宛先に届くようそれぞれのパケットのアドレス部分に対処し、あるいはコンピュータ８００が宛先となっているパケットを他に向かわせることなく確実に受信する。この書類において、「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、リムーバブルストレージドライブ８１４および／またはハードディスクドライブ８１２に組み込まれたハードディスクなどの媒体を通常意味して用いられている。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム８００にソフトウェアを提供する手段である。本発明は、このようなコンピュータプログラム製品に対してなされたものである。
【００６４】
コンピュータシステム８００は、また、コンピュータシステム８００にモニタ、キーボード、マウス、プリンタ、スキャナ、プロッタなどとアクセスさせるための入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース８３０を有していてもよい。
【００６５】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックともいう）は、メインメモリ８０８および／または二次メモリ８１０にアプリケーションモジュール８０６として記憶される。コンピュータプログラムを、また、通信インターフェース８２４を介して受け取ることもできる。このようなコンピュータプログラムは、実行された時、コンピュータプログラムによって、コンピュータシステム８００がここに説明した本発明の特徴を実行することが可能になる。詳細には、コンピュータプログラムが実行された時、コンピュータプログラムによって、プロセッサ８０４が本発明の特徴を実行することが可能になる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム８００のコントローラを表わしている。
【００６６】
ソフトウェアを用いて発明が実行されるある実施形態において、当該ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に記憶され、あるいは、リムーバブルストレージドライブ８１４、ハードドライブ８１２あるいは通信インターフェース８２４を用いて、コンピュータシステム８００へとロードされる。アプリケーションモジュール８０６は、プロセッサ８０４によって実行された時、アプリケーションモジュール８０６によって、プロセッサ８０４がここに説明した本発明の機能を実行する。
【００６７】
所望のタスクを実現するために、Ｉ／Ｏインターフェース８３０を介したユーザ入力によって、あるいは、よることなしに、１つ以上のプロセッサ８０６によって実行することができる１つ以上のアプリケーションモジュール８０４を、メインメモリ８０８に、ロードすることもできる。動作においては、少なくとも１つのプロセッサ８０４がアプリケーションモジュール８０６のうち１つが実行されると、結果が演算されて二次メモリ８１０（つまりハードディスクドライブ８１２）に記憶される。有限要素解析法（例えば車耐衝撃性、スポット溶接部の破壊）の状況は、テキストあるいはグラフィック表現ので、Ｉ／Ｏインターフェース８３０を介してユーザに報告される。
【００６８】
本発明を具体的な実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態は単に例示的なものであって、本発明を限定するものではない。具体的に開示した例示的な実施形態に対する種々の変形あるいは変更が当業者には思いつくであろう。例えば、スポット溶接部位置およびメッシュサイズ影響度スケール係数を、初期化ステージにおいて一回だけ計算する変化のない数として示し、説明した。しかし、これらのスケール係数を、異なる要件に対するそれぞれの解法サイクルにおいて決定することもできる。さらに、有限要素解析法を自動車衝突シミュレーションとして示し、説明したが、他のタイプの衝突イベント例えば金属形成をまた適用することもできる。つまり、本発明の範囲は、ここに開示した具体的な例示的実施形態に限定されるのではなく、当業者が容易に思いつくあらゆる変形は、本願の精神および認識範囲内および添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１００ 構造体
１１０ スポット部
１２２ トッププレート
１２４ ボトムプレート
２１０ スポット溶接部要素
２２２ 第１有限要素メッシュ
２２４ 第２有限要素メッシュ
２４０ シェル要素
２４２ スポット溶接部接続
３０２ ビーム要素
３０４ ソリッド要素
４２２ １要素クラスター
４２４ ４要素クラスター
４２６ ８要素クラスター
４２８ １６要素クラスター
５１０ スポット溶接部
５１５ 直径
５２２ トッププレート
５２４ ボトムプレート
５３２ スポット溶接部張力
５３４ スポット溶接部剪断応力
５４２ 力の合力
５４４ モーメント合力
８００ コンピュータシステム
８０２ バス
８０４ プロセッサ
８０６ アプリケーションモジュール
８０８ インメモリ
８１０ 二次メモリ
８１２ ハードディスクドライブ
８１４ リムーバブルストレージドライブ
８１８ リムーバブルストレージユニット
８２０ インターフェース
８２２ リムーバブルストレージユニット
８２４ 通信インターフェース
８３０ Ｉ／Ｏインターフェース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のスポット溶接部を有する構造体設計のための構造体衝突イベントの時間進行シミュレーションにおいてスポット溶接部破壊を判定する方法であって、
構造体における１つ以上のスポット溶接部定義を受けるステップであって、スポット溶接部定義のそれぞれがスポット溶接部と及びスポット溶接部によって接続されている第１および第２パーツ部分とを含んでいるステップと、
スポット溶接部を表わす少なくとも１つのソリッド要素のクラスターと、第１パーツを表わす複数の第１シェル要素と、第２パーツを表わす複数の第２シェル要素と、を有する構造体の有限要素解析法モデルを生成するステップであって、前記クラスターは第１および第２端部を有しており、第１端部はそれぞれが第１シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しており、第２端部はそれぞれが第２シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しているステップと、
第１および第２端部のそれぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定するステップと、
時間進行シミュレーションの現在の解法サイクルにおける前記それぞれの端部における力の合力およびモーメント合力を演算するステップと、
時間進行シミュレーションの現在の解法サイクルにおいて計算された塑性歪みと、先の解法サイクルにおいて記憶された塑性歪みを用いて、前記それぞれの端部における全体的な塑性歪みレートを演算するステップと、
現在の解法サイクルにおける前記それぞれの端部におけるスポット溶接部破壊基準をチェックするステップであって、スポット溶接部破壊基準が演算された力・モーメント合力と、塑性歪みレートと、全体的な軸方向応力・全体的な剪断応力・全体的な位置影響度スケール係数と、の関数であるステップと、
スポット溶接部破壊基準がクラスターの第１および第２端部のいずれかの端部におけるスポット溶接部の破壊あるいは破断を示す場合、時間進行シミュレーションの以降の解法サイクルに対して有限要素解析法モデルからそのクラスターを排除するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、有限要素解析法モデルが、耐衝撃性解析において自動車を表わすよう構成されている方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記それぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定するステップは、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の軸方向応力影響度スケール係数および複数の個々の剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の軸方向応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な軸方向応力影響度スケール係数を導出するステップと、
前記それぞれの端部における個々の剪断応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な剪断応力影響度スケール係数を導出するステップと、
をさらに備えている方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、個々の軸方向応力影響度スケール係数および剪断影響度スケール係数のそれぞれが、前記それぞれの端部においてノードのうちの前記それぞれのノードに接続されるシェル要素のうちの１つに対応する異なるシェル要素サイズに相応するよう構成されている方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定するステップは、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の位置影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の位置影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な位置影響度スケール係数を導出するステップと、
をさらに備えている方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、個々の位置影響度スケール係数のそれぞれが、前記それぞれの端部においてノードのうちの前記それぞれのノードに接続される第１および第２シェル要素のうちの一方に対応する接続の異なる位置に相応するように構成されている方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、時間進行シミュレーションの１つ以上の結果をグラフィック的に演算デバイスのモニタへ表示して、結果を視覚化可能であり構造体の前記設計のさらなる設計判断を理解可能にするステップをさらに備える方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、力の合力およびモーメント合力を演算するステップが、さらに、クラスターに１つより多いソリッド要素以上がある場合には、
前記１つより多いソリッド要素を他と重複しないスポット溶接部識別符号によりグループ化するステップと、
クラスターにおける前記１つより多いソリッド要素のすべての個々の力とモーメントとを合計することによって力の合力およびモーメント合力を導出するステップと、
を備えている方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記それぞれの端部における全体的な塑性歪みレートを演算するステップが、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の塑性歪みレートを演算するステップと、
前記それぞれの端部における個々の塑性歪みレートのすべてを平均することによって全体的な塑性歪みレートを導出するステップと、
をさらに備えている方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、複数の塑性の個々の歪みレートが、ノードの前記それぞれに接続される第１および第２シェル要素の対応する１つの塑性歪みに基づいている方法。
【請求項１１】
コンピュータシステムを制御して、１つ以上のスポット溶接部を有する構造体の設計のための構造体衝突イベントの時間進行シミュレーションにおいてスポット溶接部破壊を判定する命令を有するコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、
構造体における１つ以上のスポット溶接部定義を受けるステップであって、前記スポット溶接部定義のそれぞれがスポット溶接部及びスポット溶接部によって接続されている第１および第２パーツ部分とを含んでいるステップと、
スポット溶接部を表わす少なくとも１つのソリッド要素のクラスターと、第１パーツを表わす複数の第１シェル要素と、第２パーツを表わす複数の第２シェル要素と、を有する構造体の有限要素解析法モデルを生成するステップであって、前記クラスターは第１および第２端部を有しており、第１端部はそれぞれが第１シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しており、第２端部はそれぞれが第２シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しているステップと、
第１および第２端部のそれぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定するステップと、
現在の解法サイクルにおける前記それぞれの端部における力の合力およびモーメント合力を演算するステップと、
時間進行シミュレーションの現在の解法サイクルにおいて計算された塑性歪みと、先の解法サイクルにおいて記憶された塑性歪みを用いて、前記それぞれの端部における全体的な塑性歪みレートを演算するステップと、
演算された力の合力およびモーメント合力と、塑性歪みレートと、全体的な軸方向応力・全体的な剪断応力・全体的な位置影響度スケール係数と、を用いる、前記それぞれの端部におけるスポット溶接部破壊基準をチェックするステップと、
スポット溶接部破壊基準がクラスターの第１および第２端部のいずれかの端部におけるスポット溶接部の破壊あるいは破断を示す場合、時間進行シミュレーションの今後の解法サイクルに対して有限要素解析法モデルからそのクラスターを排除するステップと、
を備えるコンピュータ可読媒体。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータ可読媒体であって、第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定する前記ステップが、さらに、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の軸方向応力影響度スケール係数および複数の個々の剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の軸方向応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な軸方向応力影響度スケール係数を導出するステップと、
前記それぞれの端部における個々の剪断応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な剪断応力影響度スケール係数を導出するステップと、
を備えているコンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
１つ以上のスポット溶接部を有する構造体の設計のための構造体衝突イベントの時間進行シミュレーションにおいてスポット溶接部破壊を判定するシステムであって、
アプリケーションモジュールに対するコンピュータ可読コードを記憶するメインメモリと、
メインメモリに連結される少なくとも１つのプロセッサと、を備えており、前記少なくとも１つのプロセッサがメインメモリにおけるコンピュータ可読コードを実行し、アプリケーションモジュールにオペレーションを行わせるシステムであり、
構造体における１つ以上のスポット溶接部定義を受けるステップであって、前記スポット溶接部定義のそれぞれがスポット溶接部とさらにそれによって接続されている第１および第２パーツとを有しているステップと、
スポット溶接部を表わす少なくとも１つのソリッド要素のクラスターと、第１パーツを表わす複数の第１シェル要素と、第２パーツを表わす複数の第２シェル要素と、を有する構造体の有限要素解析法モデルを生成するステップであって、前記クラスターは第１および第２端部を有しており、第１端部はそれぞれが第１シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しており、第２端部はそれぞれが第２シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを含んでいるステップと、
第１および第２端部のそれぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定するステップと、
現在の解法サイクルにおける前記それぞれの端部における力の合力およびモーメント合力を演算するステップと、
時間進行シミュレーションの現在の解法サイクルにおいて計算された塑性歪みと、先の解法サイクルにおいて記憶された塑性歪みを用いて、前記それぞれの端部における全体的な塑性歪みレートを演算するステップと、
演算された力の合力およびモーメント合力と、塑性変形レートと、全体的な軸方向応力・全体的な剪断応力・全体的な位置影響度スケール係数と、を用いる、前記それぞれの端部におけるスポット溶接部破壊基準をチェックするステップと、
スポット溶接部破壊基準がクラスターの第１および第２端部のいずれかの端部におけるスポット溶接部の破壊あるいは破断を示す場合、時間進行シミュレーションの今後の解法サイクルに対して有限要素解析法モデルからそのクラスターを排除するステップと、
を備えているシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定する前記ステップが、さらに、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の軸方向応力影響度スケール係数および複数の個々の剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の軸方向応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な軸方向応力影響度スケール係数を導出するステップと、
前記それぞれの端部における個々の剪断応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な剪断応力影響度スケール係数を導出するステップと、
を備えているシステム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムであって、前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定する前記ステップが、さらに、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の位置影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の位置影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な位置影響度スケール係数を導出するステップと、
を備えているシステム。
【請求項１】
１つ以上のスポット溶接部を有する構造体設計のための構造体衝突イベントの時間進行シミュレーションにおいてスポット溶接部破壊を判定する方法であって、
構造体における１つ以上のスポット溶接部定義を受けるステップであって、スポット溶接部定義のそれぞれがスポット溶接部と及びスポット溶接部によって接続されている第１および第２パーツ部分とを含んでいるステップと、
スポット溶接部を表わす少なくとも１つのソリッド要素のクラスターと、第１パーツを表わす複数の第１シェル要素と、第２パーツを表わす複数の第２シェル要素と、を有する構造体の有限要素解析法モデルを生成するステップであって、前記クラスターは第１および第２端部を有しており、第１端部はそれぞれが第１シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しており、第２端部はそれぞれが第２シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しているステップと、
第１および第２端部のそれぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定するステップと、
時間進行シミュレーションの現在の解法サイクルにおける前記それぞれの端部における力の合力およびモーメント合力を演算するステップと、
時間進行シミュレーションの現在の解法サイクルにおいて計算された塑性歪みと、先の解法サイクルにおいて記憶された塑性歪みを用いて、前記それぞれの端部における全体的な塑性歪みレートを演算するステップと、
現在の解法サイクルにおける前記それぞれの端部におけるスポット溶接部破壊基準をチェックするステップであって、スポット溶接部破壊基準が演算された力・モーメント合力と、塑性歪みレートと、全体的な軸方向応力・全体的な剪断応力・全体的な位置影響度スケール係数と、の関数であるステップと、
スポット溶接部破壊基準がクラスターの第１および第２端部のいずれかの端部におけるスポット溶接部の破壊あるいは破断を示す場合、時間進行シミュレーションの以降の解法サイクルに対して有限要素解析法モデルからそのクラスターを排除するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、有限要素解析法モデルが、耐衝撃性解析において自動車を表わすよう構成されている方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記それぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定するステップは、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の軸方向応力影響度スケール係数および複数の個々の剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の軸方向応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な軸方向応力影響度スケール係数を導出するステップと、
前記それぞれの端部における個々の剪断応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な剪断応力影響度スケール係数を導出するステップと、
をさらに備えている方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、個々の軸方向応力影響度スケール係数および剪断影響度スケール係数のそれぞれが、前記それぞれの端部においてノードのうちの前記それぞれのノードに接続されるシェル要素のうちの１つに対応する異なるシェル要素サイズに相応するよう構成されている方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定するステップは、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の位置影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の位置影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な位置影響度スケール係数を導出するステップと、
をさらに備えている方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、個々の位置影響度スケール係数のそれぞれが、前記それぞれの端部においてノードのうちの前記それぞれのノードに接続される第１および第２シェル要素のうちの一方に対応する接続の異なる位置に相応するように構成されている方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、時間進行シミュレーションの１つ以上の結果をグラフィック的に演算デバイスのモニタへ表示して、結果を視覚化可能であり構造体の前記設計のさらなる設計判断を理解可能にするステップをさらに備える方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、力の合力およびモーメント合力を演算するステップが、さらに、クラスターに１つより多いソリッド要素以上がある場合には、
前記１つより多いソリッド要素を他と重複しないスポット溶接部識別符号によりグループ化するステップと、
クラスターにおける前記１つより多いソリッド要素のすべての個々の力とモーメントとを合計することによって力の合力およびモーメント合力を導出するステップと、
を備えている方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記それぞれの端部における全体的な塑性歪みレートを演算するステップが、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の塑性歪みレートを演算するステップと、
前記それぞれの端部における個々の塑性歪みレートのすべてを平均することによって全体的な塑性歪みレートを導出するステップと、
をさらに備えている方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、複数の塑性の個々の歪みレートが、ノードの前記それぞれに接続される第１および第２シェル要素の対応する１つの塑性歪みに基づいている方法。
【請求項１１】
コンピュータシステムを制御して、１つ以上のスポット溶接部を有する構造体の設計のための構造体衝突イベントの時間進行シミュレーションにおいてスポット溶接部破壊を判定する命令を有するコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、
構造体における１つ以上のスポット溶接部定義を受けるステップであって、前記スポット溶接部定義のそれぞれがスポット溶接部及びスポット溶接部によって接続されている第１および第２パーツ部分とを含んでいるステップと、
スポット溶接部を表わす少なくとも１つのソリッド要素のクラスターと、第１パーツを表わす複数の第１シェル要素と、第２パーツを表わす複数の第２シェル要素と、を有する構造体の有限要素解析法モデルを生成するステップであって、前記クラスターは第１および第２端部を有しており、第１端部はそれぞれが第１シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しており、第２端部はそれぞれが第２シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しているステップと、
第１および第２端部のそれぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定するステップと、
現在の解法サイクルにおける前記それぞれの端部における力の合力およびモーメント合力を演算するステップと、
時間進行シミュレーションの現在の解法サイクルにおいて計算された塑性歪みと、先の解法サイクルにおいて記憶された塑性歪みを用いて、前記それぞれの端部における全体的な塑性歪みレートを演算するステップと、
演算された力の合力およびモーメント合力と、塑性歪みレートと、全体的な軸方向応力・全体的な剪断応力・全体的な位置影響度スケール係数と、を用いる、前記それぞれの端部におけるスポット溶接部破壊基準をチェックするステップと、
スポット溶接部破壊基準がクラスターの第１および第２端部のいずれかの端部におけるスポット溶接部の破壊あるいは破断を示す場合、時間進行シミュレーションの今後の解法サイクルに対して有限要素解析法モデルからそのクラスターを排除するステップと、
を備えるコンピュータ可読媒体。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータ可読媒体であって、第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定する前記ステップが、さらに、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の軸方向応力影響度スケール係数および複数の個々の剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の軸方向応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な軸方向応力影響度スケール係数を導出するステップと、
前記それぞれの端部における個々の剪断応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な剪断応力影響度スケール係数を導出するステップと、
を備えているコンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
１つ以上のスポット溶接部を有する構造体の設計のための構造体衝突イベントの時間進行シミュレーションにおいてスポット溶接部破壊を判定するシステムであって、
アプリケーションモジュールに対するコンピュータ可読コードを記憶するメインメモリと、
メインメモリに連結される少なくとも１つのプロセッサと、を備えており、前記少なくとも１つのプロセッサがメインメモリにおけるコンピュータ可読コードを実行し、アプリケーションモジュールにオペレーションを行わせるシステムであり、
構造体における１つ以上のスポット溶接部定義を受けるステップであって、前記スポット溶接部定義のそれぞれがスポット溶接部とさらにそれによって接続されている第１および第２パーツとを有しているステップと、
スポット溶接部を表わす少なくとも１つのソリッド要素のクラスターと、第１パーツを表わす複数の第１シェル要素と、第２パーツを表わす複数の第２シェル要素と、を有する構造体の有限要素解析法モデルを生成するステップであって、前記クラスターは第１および第２端部を有しており、第１端部はそれぞれが第１シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを有しており、第２端部はそれぞれが第２シェル要素の対応する１つに接続している複数のノードを含んでいるステップと、
第１および第２端部のそれぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定するステップと、
現在の解法サイクルにおける前記それぞれの端部における力の合力およびモーメント合力を演算するステップと、
時間進行シミュレーションの現在の解法サイクルにおいて計算された塑性歪みと、先の解法サイクルにおいて記憶された塑性歪みを用いて、前記それぞれの端部における全体的な塑性歪みレートを演算するステップと、
演算された力の合力およびモーメント合力と、塑性変形レートと、全体的な軸方向応力・全体的な剪断応力・全体的な位置影響度スケール係数と、を用いる、前記それぞれの端部におけるスポット溶接部破壊基準をチェックするステップと、
スポット溶接部破壊基準がクラスターの第１および第２端部のいずれかの端部におけるスポット溶接部の破壊あるいは破断を示す場合、時間進行シミュレーションの今後の解法サイクルに対して有限要素解析法モデルからそのクラスターを排除するステップと、
を備えているシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、第１および第２端部の前記それぞれの端部の全体的な軸方向応力スケール係数および全体的な剪断応力影響度スケール係数を決定する前記ステップが、さらに、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の軸方向応力影響度スケール係数および複数の個々の剪断応力影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の軸方向応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な軸方向応力影響度スケール係数を導出するステップと、
前記それぞれの端部における個々の剪断応力影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な剪断応力影響度スケール係数を導出するステップと、
を備えているシステム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムであって、前記それぞれの端部の全体的な位置影響度スケール係数を決定する前記ステップが、さらに、
前記それぞれの端部のノードのそれぞれの複数の個々の位置影響度スケール係数を決定するステップと、
前記それぞれの端部における個々の位置影響度スケール係数のすべてを平均することによって全体的な位置影響度スケール係数を導出するステップと、
を備えているシステム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１２７９３３（Ｐ２０１０−１２７９３３Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６３６４０（Ｐ２００９−２６３６４０）
【出願日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５０９０５９８９３）リバーモア ソフトウェア テクノロジー コーポレーション (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５０９０５９８９３）リバーモア ソフトウェア テクノロジー コーポレーション (29)
【Ｆターム（参考）】
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