FINASによる溶接残留応力解析法の検討(その1)

Analysis of weld residual stresses by FINAS (1)

加藤 猛彦*; 浅山 泰 

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溶接時に生じる残留応力を、汎用有限要素コードにより予測することができれば、FBRプラントの強度評価、余寿命評価の信頼性の向上に大きく寄与することができる。本研究では、FINASを用いて残留応力解析を行う手法を検討した。まず、簡易モデルを用いてパラメータを振って予備解析を行い、基本的な手法を提案した。本手法の要点は以下の通りである。(1)熱伝導解析は、予め層数分のモデルを作成しておき、順次データを受け渡す。(2)母材および溶接金属の構成則は多直線近似を用い、硬化則は等方硬化則とする。(3)金属の溶融状態は、応力が発生しないようにユーザサブルーチンで制御する。(4)入熱時の溶接金属の線膨張率は、零と置く。次に、本手法を用いて、狭開先TIG溶接を想定した5層の平板突合せ継手および管の突合せ継手の残留応力を予測し、既往研究結果と比較した。両者は良く一致し、本提案手法の妥当性を確認することができた。

Prediction of weld residual stresses by a general finite element code is beneficial to the improvement of the accuracy of integrity assessment and residual life assessment of FBR plants. This reports develops an evaluation method of weld residual stresses using FINAS. Firstly, we suggested a basic procedure derived from parametric analyses with a simple weld joint model. The procedure can be summarized as follows: (1)For heat conduction analysis, prepare different models corresponding to the number of layers to be modeled. Hand over the analytical results to the following model. (2)Use multi-linear stress-strain curves for modeling the stress-strain response of base metal and weld metal. Use the isotropic hardening rule. (3)When metals are melt, use a user-subroutine to keep stresses from arising. (4)Put the thermal expansion coefficient as zero when heat is being input. Then, using the above procedure and TIG welding, we predicted the weld residual stresses of plate and tube. The results agreed well with the other reports, showing the suggested procedure was reasonable.