Development of laser welding simulation code with advanced numerical models

先進的数値計算手法を用いたレーザー溶接シミュレーションコードの開発

山下 晋   ; 米本 幸弘; 山田 知典; 功刀 資彰*; 村松 壽晴

Yamashita, Susumu; Yonemoto, Yukihiro; Yamada, Tomonori; Kunugi, Tomoaki*; Muramatsu, Toshiharu

レーザー溶接による残留応力の定量的評価とその制御は高速増殖炉の長寿命化や補修信頼性の担保において非常に重要な問題である。このような問題に関する深い理解に対して、数値シミュレーションは非常に有効なツールであると言える。そのためには、数値シミュレーションモデルに対して、高精度,強靭性そして高い信頼性が必要となる。これに対し、われわれは最新の数値モデルを用いて以上の特徴を満たすような"SPLICE"(residual Stress control using Phenomenological modeling for Laser welding in Computational Environment)と呼ばれる完全に並列化されたレーザー溶融・凝固シミュレーションモデルを開発した。離散化にVSIAM3(Volume and Surface Integrated Average based Multi Moment Method),界面追跡スキームにTHINC法,固相表現にFAVOR法と呼ばれる手法を用いてレーザー溶接シミュレーションを実施した。その結果、幾つかのレーザー溶接特有の現象を再現することができた。よって、本シミュレーションモデルが将来的にレーザー溶接補修技術に対し大いに貢献できることが示唆される。

Quantitative evaluation and controlling the residual stress which is induced by laser welding is of important problem for a life extension of FBRs (Fast Breeder Reactors) and the guarantee of the reliability of the repair processes. Numerical simulation is an effective tool for deep understanding of their problems and it needs to have high accuracy, robustness and reliability. We have recently constructed the fully parallelized laser welding simulation code which satisfies above aspects using some advanced numerical models. Concretely, VSIAM3 numerical model as the spatial discretization, an efficient free surface capturing scheme, THINC scheme, and FAVOR method as the solid phase expression has been applied to the code. We have conducted laser welding simulations and obtained some reasonable results. Therefore, the numerical model will be contributed to the repairing technology of a laser welding.