特許 7502285 有限要素法で計算した応力を用いて公称応力を推定するシステム及び方法。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】有限要素法で計算した応力を用いて公称応力を推定するシステム及び方法。

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/00 20060101AFI20240611BHJP

【ＦＩ】

G01L1/00 M

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021521797

(86)(22)【出願日】2019-10-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-14

(86)【国際出願番号】 US2019053975

(87)【国際公開番号】W WO2020086222

(87)【国際公開日】2020-04-30

【審査請求日】2022-09-09

(31)【優先権主張番号】62/751,186

(32)【優先日】2018-10-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/295,628

(32)【優先日】2019-03-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511077292

【氏名又は名称】ユニバーサル シティ スタジオズ リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100210239

【弁理士】

【氏名又は名称】富永 真太郎

(72)【発明者】

【氏名】レピ スティーブン マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ジョバネッティ ジョーダン カルロ

【審査官】松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１４９１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】Krzysztof Sledziewski，Fatigue assessment for selected connections of structural steel bridge components using the finite elements method，AIP Conference Proceedings，2018年01月05日，[2023年10月27日検索], [online]，https://doi.org/10.1063/1.5019154

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ １／００－１／２６

Ｇ０６Ｆ ３０／００－３０／３９８

Ｇ０１Ｎ ３／００－３／６２

Ｇ０１Ｎ １７／００－１９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有限要素（ＦＥ）解析を用いて構造構成要素の基線に沿った基点からの複数の点での応力を計算するステップと、
前記基点での応力上昇作用の受けないで決定された計算応力を有する前記複数の点のうちの２又は３以上の点を特定するステップと、
前記複数の点のうちの前記２又は３以上の点の計算応力を前記基点に外挿することで前記基点での公称応力を推定するステップと、
を含み、
前記複数の点のうちの前記２又は３以上の点を特定するステップは、前記複数の点の隣接する点に関する計算応力の二階微分値を比較するステップを含み、
前記複数の点のうちの前記２又は３以上の点の各々の点を特定するステップは、各点に隣接する複数の点のサブセットを特定するステップを含み、前記複数の点のサブセットの各々の二階微分値は、互いの閾値パーセントの範囲にある、方法。

【請求項2】

前記複数の点のサブセットは、５つの点を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記閾値パーセントは５％である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記方法は、前記構造構成要素の幾何学的形状に依存しない、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記方法は、前記ＦＥ解析のメッシュ密度に依存しない、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記構造構成要素は、前記基点に溶接継手ルートを含む溶接構成要素を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記構造構成要素は、前記基点に応力集中部を含む非溶接構成要素を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

有限要素（ＦＥ）解析を用いて構造構成要素の基線に沿った基点からの複数の点での応力を計算するステップと、
複数の点の隣接する点に関する計算応力の二階微分値を評価することで前記複数の点のうちの２又は３以上の点を特定するステップと、
前記複数の点のうちの前記２又は３以上の点の計算応力を前記基点に外挿することで前記基点での公称応力を推定するステップと、
を含み、
前記複数の点のうちの前記２又は３以上の点の各点を特定するステップは、前記ぞれぞれの点に隣接する複数の点のサブセットを特定するステップを含み、前記複数の点のサブセットの各々の二階微分値は、互いの閾値パーセントの範囲にある、方法。

【請求項9】

前記複数の点のサブセットは、５つの点を備える、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記閾値パーセントは５％である、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記方法は、前記構造構成要素の幾何学的形状に依存しない、請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記方法は、前記ＦＥ解析のメッシュ密度に依存しない、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記構造構成要素は、前記基点に溶接継手ルートを含む溶接構成要素を備える、請求項８に記載の方法。

【請求項14】

前記構造構成要素は、前記基点に応力集中部を含む非溶接構成要素を備える、請求項８に記載の方法。

【請求項15】

公称応力を推定するための命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、
有限要素（ＦＥ）解析を用いて構造構成要素の基線に沿った基点からの複数の点での応力を計算し、
複数の点の隣接する点に関する計算応力の二階微分値を評価することで前記複数の点のうちの２又は３以上の点を特定し、
前記複数の点のうちの前記２又は３以上の点の計算応力を前記基点に外挿することで前記基点での公称応力を推定する、
ように構成され、
前記命令は、前記ぞれぞれの点に隣接する複数の点のサブセットを特定することで前記複数の点のうちの前記２又は３以上の点の各点を特定するように構成され、前記複数の点のサブセットの各々の二階微分値は、互いの閾値パーセントの範囲にある、非一時的なコンピュータ可読媒体。

【請求項16】

前記命令は、前記構造構成要素の幾何学的形状に依存しない、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

【請求項17】

前記命令は、前記ＦＥ解析のメッシュ密度に依存しない、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

【請求項18】

前記構造構成要素は、前記基点に溶接継手ルートを含む溶接構成要素を備える、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

【請求項19】

前記構造構成要素は、前記基点に応力集中部を含む非溶接構成要素を備える、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願）
本出願は、２０１８年１０月２６日出願の米国仮出願番号６２／７５１，１８６「有限要素法で計算した応力を用いて公称応力を推定するシステム及び方法」の優先権及びその利益を主張するものであり、その開示内容は全ての目的で本明細書に組み込まれている。

【0002】

（技術分野）
本開示は、一般に、溶接構造体及び構成要素の、又は他の原因によって応力集中部を有する非溶接構成要素の公称応力の推定に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、有限要素（ＦＥ）で計算された応力を用いて公称応力を推定することに関する。

【背景技術】

【0003】

本セクションは、読者に以下に説明する本開示の種々の態様に関連し得る技術の種々の態様を紹介することを意図している。この考察は、本開示の種々の態様をさらに理解するのを容易にする背景情報を読者に提示するのを助けると考えられる。従って、これらの記載は、この観点から読む必要があり、従来技術の自認として読むべきではないことを理解されたい。

【0004】

溶接疲労の予測基準は、一般に、公称応力指標の使用を可能にする。しかしながら、溶接構造体の応力は、公称応力を直接計算しないＦＥ計算法を用いて計算される場合が多い。むしろ、公称応力は、一般に、例えば、別の計算に基づいて推定する必要がある。例えば、公称応力を近似する特定の従来の方法は、手計算と併用してＦＥ生成の力及びモーメントを利用することを含み、一方で、当業者は、溶接継手ルートの影響を高める局部応力を最小にするために粗なＦＥメッシュを利用するが、他の当業者は、特定の用途で簡単に特定できない板厚などの幾何学的パラメータに基づいてＦＥ計算応力を推定する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、これらの従来の方法は、比較的時間がかり、エラーを起こしやすく、もしくは、粗なＦＥメッシュ手法を利用する場合は幾分恣意的であるか又は冗長である傾向がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

元々権利主張された主題に範囲が相応する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、権利主張された主題の範囲を制限することは意図されず、むしろ、これらの実施形態は、主題の可能性のある形態の概要を提示することのみが意図される。実際には、主題は、以下に記載の実施形態と類似する又は異なることができる様々な形態を包含することができる。

【0007】

１つの実施形態において、方法は、ＦＥ解析を用いて構造構成要素の基線に沿った基点からの複数の点での応力を計算するステップを含む。また、本方法は、基点での応力上昇作用の影響を受けないで決定された計算応力を有する複数の点のうちの２又は３以上の点を特定するステップを含む。本方法は、複数の点のうちの２又は３以上の点の計算応力を基点に外挿することで基点での公称応力を推定するステップをさらに含む。

【0008】

他の実施形態において、方法は、ＦＥ解析を用いて構造構成要素の基線に沿った基点からの複数の点での応力を計算するステップを含む。また、本方法は、複数の点の隣接する点に関する計算応力の二階微分値を評価することで複数の点のうちの２又は３以上の点を特定するステップを含む。本方法は、複数の点のうちの２又は３以上の点の計算応力を基点に外挿することで基点での公称応力を推定するステップをさらに含む。

【0009】

さらに他の実施形態において、非一時的なコンピュータ可読媒体は公称応力を推定するための命令を含む。命令は、ＦＥ解析を用いて構造構成要素の基線に沿った基点から複数の点での応力を計算するように構成される。また、命令は、複数の点の隣接する点に関する計算応力の二階微分値を評価することで複数の点のうちの２又は３以上の点を特定するように構成される。さらに、命令は、複数の点のうちの２又は３以上の点の計算応力を基点に外挿することで基点での公称応力を推定するように構成される。

【0010】

本開示の上記及び他の特徴、態様、及び利点は、各図面を通して類似の符号が類似の部品を示す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに理解できるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施形態による、構造構成要素の公称応力を推定するように構成された制御システムの実施形態を示す。

【図2】本開示の実施形態による、図１の制御システムで公称応力を推定することができる溶接構造構成要素の斜視図である。

【図3】本開示の実施形態による、図１の制御システムで公称応力を推定することができる非溶接構造構成要素の斜視図である。

【図4A】本開示の実施形態による、図２及び３で示す構造構成要素のような構造構成要素の基線に沿った様々な位置での応力値のグラフを示す。

【図4B】本開示の実施形態による、図４Ａに示すグラフの拡大図を示す。

【図5】本開示の実施形態による、図１の制御システムで実行することができる構造構成要素の公称応力を推定する方法のフローチャートである。

【図6】本開示の実施形態による、図２及び３で示す構造構成要素のような構造構成要素の基線に沿った様々な位置でのスプライン補間された応力及び応力のフィルタ処理された二階微分値のグラフを示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の１又は２以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では実際の実装の特徴を全て説明していない場合もある。あらゆる工学又は設計プロジェクトにおいて見られるようなあらゆるこのような現実の実装の開発においては、実装によって異なり得るシステム関連及びビジネス関連の制約の順守などの開発者の個別の目的を達成するために、数多くの実装固有の決定を行わなければならないと理解されたい。さらに、このような開発努力は複雑かつ時間の掛かるものとなり得るが、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては設計、製作及び製造という日常的な取り組みであると理解されたい。

【0013】

本開示の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、要素のうちの１又は２以上があることを意味することを目的としている。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的であり、記載された要素以外の別の要素があり得ることを意味することが意図されている。さらに、本開示の「１つの実施形態」又は「実施形態」に言及したとしても、記載された特徴部を同様に包含する追加的な実施形態の存在を除外すると解釈されることを目的していないことを理解されたい。

【0014】

本明細書に記載される実施形態は、ＦＥ応力計算を利用して、手計算なしで、特定のメッシュ密度要件なしで、板厚などの特定の幾何学的パラメータを特定することなく、又は溶接ビードの有限要素表現なしで公称応力を推定するためのシステム及び方法を含む。本明細書に記載のシステム及び方法は、溶接構造体及び構成要素の母材の、及び他の原因に起因して応力集中部をもつ非溶接構成要素の公称応力を特定するために利用することができる。また、本明細書に記載のシステム及び方法は、すぐに利用できるＦＥ応力結果を一貫したやり方で利用すること、並びに公称応力の近似値の正確さに関するフィードバックを提供することを可能にする。さらに、本明細書に記載のシステム及び方法は、本明細書に記載の従来技術よりも一般に高速かつエラーを生じ難く、さらにＦＥ応力計算のメッシュ密度に比較的感度が低い。本明細書に記載される場合、用語「公称応力」は、特定の応力集中効果を排除することが意図される。従って、本明細書に記載される場合、何らかの１つの基線に沿う公称応力は、溶接継手ルート又は応力集中部などの基点からの特定の距離で線形挙動を示すと仮定され、ここでは基点からの非線形効果はもはや支配的でない。特定の実施形態において、複数の基線を用いることができ、公称応力は、各基線に沿って線形挙動を示すと仮定される。加えて、特定の実施形態において、線形性の検査を行って、応力が基点からの特定の距離で線形特性を示すことを検証することができる。

【0015】

図１は、本開示の実施形態による、構造構成要素１２の公称応力を推定するように構成された制御システム１０の実施形態を示す。図示のように、特定の実施形態において、制御システム１０は、メモリ素子１４（例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体）及びメモリ素子１４に格納されたコンピュータ可読命令を実行するように構成されたプロセッサ１６を含む。特定の実施形態において、プロセッサ１６は、複数のプロセッサ、１又は２以上の汎用マイクロプロセッサ、及び／又は１又は２以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はこれらの何らかの組み合わせを含むことができる。特定の実施形態において、プロセッサ１６は、縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサ、アドバンスドＲＩＳＣマシン（ＡＲＭ）プロセッサ、ＰｏｗｅｒＰＣプロセッサ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）集積回路、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ）、又は何らかの他の適切な処理デバイスを含むことができる。

【0016】

特定の実施形態において、メモリ素子１４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などの不揮発性メモリ、フラッシュメモリ、又はこれらの何らかの組み合わせを含むことができる。メモリ素子１４は、様々な目的で使用することができる様々な情報を格納することができる。例えば、特定の実施形態において、メモリ素子１４は、構造構成要素１２の公称応力を推定するために命令などの、プロセッサ１６が実行するためのプロセッサ実行可能命令（例えば、ファームウェア又はソフトウェア）を格納することができる。加えて、特定の実施形態において、プロセッサ１６は、１又は２以上の記憶装置１８の中に公称応力に関する情報を格納することができる。例えば、特定の実施形態において、記憶装置１８（例えば、不揮発性記憶装置）は、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、又は何らかの他の適切な光学、磁気、又は半導体記憶媒体、又はこれらの組み合わせを含むことができる。加えて、特定の実施形態において、プロセッサ１６は、１又は２以上の後続の構造構成要素１２の製造の制御に利用することができる、制御信号２０を出力するように構成することができる。

【0017】

本明細書で詳細に説明するように、プロセッサ１６は、メモリ素子１４に格納された、ＦＥ解析アルゴリズム２２を用いて構造構成要素１２の複数の点での応力を計算することに関する命令を実行することができる。そのために、特定の実施形態において、プロセッサ１６は、構造構成要素１２の１又は２以上のモデル２４を利用することができ、このモデルは、例えば、メモリ素子１４又は１又は２以上の記憶装置１８に格納すること、及び／又は制御システム１０の外部の情報供給源２６から受け取ることができる。特定の実施形態において、プロセッサ１６がＦＥ解析アルゴリズム２２を用いて構造構成要素１２の複数の点での応力を計算すると、プロセッサ１６は、構造構成要素１２の基点（例えば、溶接部材が互いに隣接する溶接構造構成要素１２の溶接継手ルート、非溶接構造構成要素１２の応力集中部、又は応力上昇作用が生じる可能性がある何らかの他の点）での応力上昇作用の影響を受けていないそれぞれの計算応力を有する構造構成要素１２の基線に沿った（例えば、直線方向の）複数の点のうちの２又は３以上の点を特定することができる。本明細書に詳細に記載するように、特定の実施形態において、プロセッサ１６は、例えば構造構成要素１２の複数の点のうちの隣接する点に関する計算応力の二階微分値を評価することで、構造構成要素１２の基点での応力上昇作用の影響を受けていないそれぞれの計算応力を有するものとして、構造構成要素１２の基線に沿った２又は３以上の点を特定することができる。

【0018】

特定の実施形態において、溶接ビード(weld bead)の幾何学的形状は、ＦＥ解析アルゴリズム２２を用いるＦＥ理想化に含める必要はないことに留意されたい。むしろ、特定の実施形態において、溶接継手は、一致ノード、又は突き抜けない結合接触を用いて理想化することができる。加えて、特定の実施形態において、プロセッサ１６が実行する命令は、外部の力及びモーメントのみに起因すると想定することができるが、他の実施形態において、より複雑な応力解析を行うことができる。また、特定の実施形態において、プロセッサ１６が実行する命令は、溶接継手ルート又は応力集中部から十分に離れた場所では応力が、溶接継手ルート、応力集中部、又は応力上昇作用が生じる可能性がある他の点からの距離に対して直線的に低下するであろうことを想定することができるが、他の実施形態において同様により複雑な応力解析を行い得ることに留意されたい。特定の実施形態において、プロセッサ１６は、応力が、実際に、基点から何らかの距離で線形特性を示すことを検証するために線形チェックを行うことができる。

【0019】

特定の実施形態において、プロセッサ１６が、構造構成要素１２の基点での応力上昇作用を受けていないそれぞれの計算応力を有する、構造構成要素１２の基線に沿った２又は３以上の点を特定すると、プロセッサ１６は、例えば、２又は３以上の特定された点での計算応力を構造構成要素１２の基点へ外挿することによって、構造構成要素１２の基点での公称応力を推定することができる。従って、本明細書に詳細に記載するように、プロセッサ１６は、解析アルゴリズム２２で使われるメッシュ密度に低い感度でもって構造構成要素１２の基点での公称応力を推定することができる。むしろ、本明細書に記載の実施形態は、プロセッサ１６によって構造構成要素１２の基点での応力上昇作用の影響を受けていないそれぞれの計算応力を有するように決定された基線に沿った２又は３以上の点に基づいた、構造構成要素１２の基線に沿った（例えば、何らかの直線方向の）計算応力の比較的簡単な外挿を利用する。

【0020】

本明細書に記載の実施形態は、溶接構造構成要素１２並びに非溶接構造構成要素１２の公称応力を推定するために同様に利用することができる。例えば、図２は、本開示の実施形態による図１の制御システム１０によって公称応力を推定することができる溶接構造構成要素１２の斜視図である。図２に示すように、溶接構造構成要素１２は、母材２８及び第２部材３０を含み、第２部材３０は、その反対側の隅肉溶接部３２によって母材２８に溶接される。しかしながら、本明細書に記載の実施形態は、他の種類の溶接部の公称応力を推定するために同様に利用することができることを理解されたい。本明細書に記載するように、特定の実施形態において、溶接継手ルート（例えば、溶接部３２に関する母材２８と第２部材３０との間の交差点）は、図１の制御システム１０によって公称応力を推定することができる基点４０と見なすことができる。

【0021】

対照的に、図３は、本開示の実施形態による図１の制御システム１０によって公称応力を推定することができる非溶接構造構成要素１２の斜視図である。図３に示すように、非溶接構造構成要素１２は、単一の（例えば、中実の）構造部材３４を含む。しかしながら、図示のように、図３の非溶接構造構成要素１２の中実構造部材３４は、１又は２以上の応力集中部３６（例えば、穴又は他の構造的特徴）を含み、ここでは１又は２以上の応力集中部３６の構造的特性に起因して公称応力は異なる可能性がある。本明細書に記載するように、特定の実施形態において、図３に示す非溶接構造構成要素１２の１又は２以上の応力集中部３６は、図１の制御システム１０によって公称応力を推定することができる基点４０と見なすことができる。

【0022】

図２及び３に示すように、基点（例えば、溶接部３２又は応力集中部３６）の特定のタイプにかかわらず、構造構成要素１２は、構造構成要素１２の特定の点（例えば、メッシュの交差点）の応力を計算するための特定のメッシュ密度を有する状態で、図１の制御システム１０（例えば、ＦＥ解析アルゴリズム２２を実行するプロセッサ１６）によって解析することができる。しかしながら、本明細書に詳細に説明するように、本開示の実施形態は、ＦＥ解析アルゴリズム２２が利用する特定のメッシュ密度から有意な影響を受けることなく、構造構成要素１２の基点４０での公称応力を推定することができる。詳細には、図２及び３に示すように、特定の実施形態において、ＦＥ解析アルゴリズム２２を用いて構造構成要素１２の複数の点の応力が計算されると、プロセッサ１６は、真っ直ぐな基線３８に沿った（例えば、直線方向の）個別の点の各々に関するＦＥ計算応力を考慮することができ、これは、基点４０（例えば、溶接部３２又は応力集中部３６に関連する溶接継手ルート）から基線３８に沿って、基点４０から何らかの直線距離だけ離れた遠位点まで延びる。

【0023】

本明細書に詳細に記載するように、本開示の実施形態は、構造構成要素１２の特定の幾何学的特徴にかかわらず、構造構成要素１２の基点４０での公称応力を推定することができる。正確には、基点４０から延びる基線３８に沿ったＦＥ計算応力を考慮して構造構成要素１２の基点４０での公称応力を推定することで、本明細書に記載の実施形態は、代わりに基線３８に沿った、基点４０での応力上昇作用の影響を受けないで決定される計算応力を有する複数の点を特定することによって、構造構成要素１２の特定の幾何学的特徴を考慮する必要性を取り除く。

【0024】

図１の制御システム１０がどのように構造構成要素１２の基点４０での公称応力を推定するかを詳細に示すために、図４Ａは、本開示の実施形態による、図２及び３に示す構造構成要素１２などの構造構成要素１２の基線３８に沿った様々な点での応力値のグラフを示す。詳細には、図４Ａは、構造構成要素１２の基線３８の沿った様々な位置でのＦＥ計算応力値（例えば、ＦＥ解析アルゴリズム２２を用いて制御システム１０のプロセッサ１６で決定されたような）の数列４２を示す。位置軸でのゼロ値は、構造構成要素１２の基点４０（例えば、図２に示す溶接構造構成要素１２の溶接部３２に関する溶接継手ルートでの又は図３に示す非溶接構造構成要素１２の応力集中部３６での）に類似することを理解されたい。

【0025】

図４Ａに示すように、制御システム１０のプロセッサ１６は、ＦＥ計算応力値の数列４２のうちの２又は３以上の点４４を特定することができ、ここでは、ＦＥ計算応力値は、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けない。図４Ａのライン４６で示すように、プロセッサ１６が、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないＦＥ計算応力値を有する２又は３以上の点４４を特定すると、プロセッサ１６は、２又は３以上の点４４のＦＥ計算応力値を位置軸のゼロ値に戻って外挿することができ、このゼロ値は、この場合でも構造構成要素１２の基点４０に対応する。次に、制御システム１０のプロセッサ１６は、外挿ライン４６の応力軸との交差点４８が、構造構成要素１２の基点４０の推定公称応力値であると決定する。

【0026】

特定の実施形態において、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないＦＥ計算応力値を有する２又は３以上の点４４を特定するために、制御システム１０のプロセッサ１６は、位置軸に沿った隣接する点（例えば、この場合も構造構成要素１２の基線３８に沿った点に対応する）に対するＦＥ計算応力値の数列４２の勾配の変化率（例えば、二階微分値）を比較することができる。位置軸に沿った何らかの所与の点での計算応力の勾配は、その特定の点でのδｓ／δｘに等しいはずであること、及び位置軸に沿った何らかの所与の点での計算応力の勾配の変化率（例えば、二階微分値）は、δ²ｓ／δｘ²に等しいはずであることを理解されたい。ここで、ｓは計算応力（すなわち、応力軸に沿った）に等しく、ｘは構造構成要素１２の基線３８に沿った（すなわち、位置軸に沿った）基点４０からの距離に等しい。

【0027】

図１の制御システム１０がどのように２又は３以上の点４４（構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないＦＥ計算応力値を有する）を特定するかを詳細に示すために、図４Ｂは、本開示の実施形態による図４Ａに示すグラフの拡大図を示す。詳細には、図４Ｂは、ＦＥ計算応力値の数列４２のうちの１２の個別の点５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８、７０、及び７２を示す。

【0028】

特定の実施形態において、制御システム１０のプロセッサ１６は、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないＦＥ計算応力値を有する２又は３以上の点４４のうちの１つとして点６２を特定することができる。詳細には、特定の実施形態において、制御システム１０のプロセッサ１６は、点６２に隣接する所定数の点が、点６２の二階微分値から閾値パーセントを超えて逸脱しない二階微分値を有するという事実に基づいてこの決定を行うことができる。例えば、特定の実施形態において、制御システム１０のプロセッサ１６は、点５８、６０、６２、６４、及び６６の全てが互いから１０％を超えて、５％を超えて、２％を超えて、１％を超えて、又はそれ未満で逸脱しない二階微分値を有することを決定することができる。従って、制御システム１０のプロセッサ１６は、点６２が、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないＦＥ計算応力値を有する２又は３以上の点４４の１つであることを決定することができる。このような実施形態において、制御システム１０のプロセッサ１６は、点６２に隣接するサブセット（例えば、点６２自体と点６２の両側の２つの点と併せて）を解析することで（点のサブセットには５つの点が含まれる）、点６２を、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないＦＥ計算応力値を有する２又は３以上の点４４の１つとして特定することを理解されたい。しかしながら、他の実施形態において、点のサブセットとして任意数の点（３、７、９、１１、又はそれ以上の点）を利用できることを理解されたい。

【0029】

図５は、構造構成要素１２の公称応力を推定する方法７４のフローチャートであり、本開示の実施形態による図１の制御システム１０によって実行することができる。詳細には、本明細書に詳細に記載するように、図１の制御システム１０のプロセッサ１６は、制御システム１０のメモリ素子１４に格納された命令を実行するように構成することができ、命令は、図５に示す方法７４を実行するように構成される。図５のブロック７６に示すように、特定の実施形態において、命令は、ＦＥ解析アルゴリズム２２を用いて、基点４０（例えば、図２に示す溶接構造構成要素１２の溶接部３２に関連する溶接継手ルート、又は図３に示す非溶接構造構成要素１２の応力集中部３６）から構造構成要素１２の基線３８に沿って延びる複数の点での応力を計算する命令を含むことができる。例えば、特定の実施形態において、制御システム１０のプロセッサ１６は、構造構成要素１２の１又は２以上のモデル２４に基づいてＦＥ解析アルゴリズム２２を実行して、構造構成要素１２の基線３８に沿った複数の点での応力を計算するように構成することができる。

【0030】

加えて、図５のブロック７８に示すように、特定の実施形態において、命令は、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないで決定されたＦＥ計算応力値を有する構造構成要素１２の基線３８に沿った複数の点の２又は３以上の点４４を特定するための命令を含むことができる。例えば、特定の実施形態において、制御システム１０のプロセッサ１６は、例えば、図４Ｂに関して詳細に説明したように、隣接する点に関するＦＥ計算応力値の二階微分値を比較することで、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないで決定されたＦＥ計算応力値を有する構造構成要素１２の基線３８に沿った複数の点の２又は３以上の点４４を特定するように構成することができる。

【0031】

加えて、図５のブロック８０に示すように、特定の実施形態において、命令は、例えば図４Ａに関して詳細に説明するように、複数の点のうちの特定された２又は３以上の点４４のＦＥ計算応力値を構造構成要素１２の基点４０に戻って外挿することで、構造構成要素１２の基点４０での公称応力を推定するための命令を含むことができる。本明細書に記載するように、特定の実施形態において、制御システム１０は、例えば、１又は２以上の後続の構造構成要素１２の製造の制御に利用することができる制御信号（例えば、図１に示すような制御信号２０）を出力するために、構造構成要素１２の基点４０での推定公称応力を用いることができる。例えば、特定の実施形態において、制御システム１０のプロセッサ１６が、溶接構造構成要素１２の溶接部３２に関連する溶接継手ルートでの公称応力が予想よりも高い（又は低い）と推定した場合、プロセッサ１６は、後続の溶接構造構成要素１２の製造のために、溶接構造構成要素１２の寸法を調節するための、溶接プロセス変数を調節するための、又は何らかの他の調節を行うための制御信号（例えば、図１に示すような制御信号２０）を出力することができる。

【0032】

特定の実施形態において、制御システム１０が行うモデリング及びシミュレーションは、対象の溶接領域に直交する基線３８（又は複数の基線３８）を生成することで開始することができる。例えば、図２に示すように、対象の溶接領域は、溶接部３２に関連する溶接継手ルート（例えば、部材２８、３０の交差点）を含むことができ、対象の溶接領域に直交する基線３８は、基点４０から延びる真っ直ぐな基線３８を含むことができる。一般に、基線３８は、対象の部材（すなわち、最初に故障する（ｆａｉｌ）ことになる部材、例えば図２に示す実施形態の母材２８）上に直接、位置決めされる。次に、制御システム１０は、シミュレーションスタディを引き起こして（creat）、部材２８、３０のための素材、部材２８、３０上への１又は２以上の荷重８２、及び部材２８、３０の境界条件を適用する。次に、制御システム１０は、溶接部３２を反映する構成要素接触、例えば、溶接部材２８、３０の縁部上の結合接触、及び部材２８、３０の間の非溶け込み接触(no penetration contact)をモデル化することができる。次に、制御システム１０は、構造構成要素１２をメッシュ状にすることができる。特定の実施形態において、メッシュ制御（例えば、微細メッシュ選択肢と併せて）は、制御システム１０によって対象の溶接領域に適用することができる。次に、制御システム１０は、シミュレーションスタディを実行して、例えば、構造構成要素１２が変位変形結果を考慮することで荷重８２に適切に反応していることを保証して、構造構成要素１２が適切に拘束されるのを保証することができる。次に、制御システム１０は、基線３８を調べることでミューゼス（又は他の）応力結果を検査することができる。特定の実施形態において、制御システム１０は、調べた第１の節点値が溶接継手ルート上に存在するのを保証することができる。ミューゼス応力以外の指標を使用する場合、特定の実施形態において、制御システム１０は、選択された測定基準が基線３８に対して指向される座標系を参照するのを保証することができることに留意されたい。次に、制御システム１０は、基線３８に沿った応力値及び位置値を導き出すことができる。

【0033】

制御システム１０が応力値及び位置値を導き出すと、制御システム１０は、位置データが均等に間隔を置いて配置されていない場合にはこれを均等に間隔を置いて配置することからデータ操作を始めることができる。次に、制御システム１０は、応力対位置データをスプライン補間する（spline-fit）ことができる（例えば、特定の実施形態において４次スプライン補間で）。次に、制御システム１０は、位置に対する応力を二階微分することができる（例えば、特定の実施形態において中心差分法を用いて）。次に、制御システム１０は、二階微分データをフィルタ処理して（例えば、特定の実施形態において、０．０７のカットオフ周波数及びユニティ（ｕｎｉｔｙ）停止周波数を有する低域通過型の増減(forward and backward）法を用いるバターワース（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ）フィルタを利用して）、スプライン補間された応力対位置データ、並びに応力のフィルタ処理された二階微分値対位置データの両方をプロットすることができる。図６は、構造構成要素１２（例えば、本開示の実施形態による図２及び３に示す構造構成要素１２）の基線３８に沿った様々な位置に対するスプライン補間された応力８４及び応力のフィルタ処理された二階微分値８６のグラフを示す。次に、制御システム１０は、各ｘ位置（例えば、特定の実施形態において、２つの１０進数の位置）の間の応力のフィルタ処理された二階微分値８６の絶対差を計算することができる。

【0034】

次に、制御システム１０は、位置軸（すなわちｘ軸）に沿った第１の実現値（ｉｎｓｔａｎｃｅ）を特定することができ、ここでは、連続点の特定の数は（例えば、特定の実施形態において３の連続点、５の連続点、７の連続点、９の連続点、又はそれ以上）、所定の閾値パーセント未満（例えば、特定の実施形態において１０％未満、５％未満、２％未満、１％未満、又はそれ未満）の、隣接する点の間の応力のフィルタ処理された二階微分値８６の絶対差を有する。この特定された第１の実現値は、図４Ａに示す特定された各点４４の第１の点であることを理解されたい。特定の実施形態において、制御システム１０は、第１の特定された点４４から特定の設定距離だけ離れた（例えば、特定の実施形態において、位置軸に沿って１．５倍の位置値の）第２の点４４を特定することができ、２つの特定された点４４は、構造構成要素１２の基点４０での応力上昇作用の影響を受けないそれぞれの計算応力を有するように決定することができる。

【0035】

特定の実施形態において、制御システム１０が、第２の特定された点４４に関する計算応力が第１の特定された点４４に関する計算応力の所定の閾値より大きい（例えば、特定の実施形態において、１０％より大きい、５％より大きい、２％より大きい、１％より大きい、又はそれ未満よりも大きい）と決定した場合、制御システム１０は、以前の位置軸に沿って第１の特定された点４４を含むデータのみに関する解析を再実行することができる。換言すると、制御システム１０は、解析から排除する必要がある非線形を示すものとして第１の特定された点４４を超えるデータを処理することができる。さもなければ、制御システム１０は、２（又はそれ以上）の特定された点４４（並びに特定の実施形態において、これらの点４４の間の全ての点）を使用して、図４Ａに示す線形回帰を行うことができる。特定の実施形態において、制御システム１０は、所定の閾値よいも大きい（例えば、特定の実施形態において、０．７より大きい、０．７５より大きい、０．８より大きい、０．８５より大きい、０．９より大きい、又はこれよりも大きい）線形回帰の決定係数（Ｒ－ｓｑｕａｒｅｄ）値を保証することができる。図４Ａに関連して詳細に説明したように、線形回帰のｙ切片値（すなわち、ゼロの位置値での線形応力値）は、基点４０での推定公称応力を示す。

【0036】

本明細書に記載するように、本開示の実施形態は、手計算が必要でない、ＦＥ解析アルゴリズム２２が用いるＦＥ表現において構造構成要素１２の特定の幾何学的形状が必要でない、ＦＥ解析アルゴリズム２２が用いるメッシュ密度が推定公称応力にほとんど影響しない、及び公称応力の外挿のために板厚などの特定の幾何学的パラメータの特定が必要でない限りにおいて、公称応力を決定するための従来のシステム及び方法に優る利点をもたらす。加えて、本明細書に詳細に記載するように、幾何学的特徴、荷重適用、又は他の特徴に起因する応力集中部３６を有する非溶接構造構成要素１２の公称応力は、同様に溶接構造構成要素１２と同じ様式で推定することができる。

【0037】

本明細書では本発明の実施形態の特定の特徴のみを図示して説明したが、当業者であれば多くの修正例及び変更例を想定できるはずである。従って、特許請求の範囲は、本開示の真の精神に該当する全ての当該修正例及び変更例を包含することが意図されていると理解される。本明細書に示して特許請求する技術は、本技術分野を確実に改善する、従って抽象的なもの、無形のもの又は純粋に理論的なものではない実際的性質の有形物及び具体例を参照し、これらに適用される。さらに、本明細書の最後に添付するいずれかの請求項が、「．．．［機能］を［実行］する手段」又は「．．．［機能］を［実行］するステップ」として指定されている１又は２以上の要素を含む場合、このような要素は米国特許法１１２条（ｆ）に従って解釈すべきである。一方で、他のいずれかの形で指定された要素を含むあらゆる請求項については、このような要素を米国特許法１１２条（ｆ）に従って解釈すべきではない。

【符号の説明】

【0038】

１０ 制御システム
１２ 構造構成要素
１４ メモリ
１６ プロセッサ
１８ 記憶装置
２２ ＦＥ解析アルゴリズム
２４ モデル
２６ 情報供給源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】