本发明涉及车身(automotive body)的接合位置(joining positions)的优化解析方法(optimization analysis method)、装置及程序、以及车身的制造方法。尤其是，本发明涉及求出使汽车的车身的刚性(stiffness)和将该车身中的部件组(parts assembly)接合(bonding and joining)的接合线(weld line)附近的疲劳寿命(fatigue life)提高的接合线的最佳的位置的车身的接合位置的优化解析方法、装置及程序、以及车身的制造方法。
背景技术：
1、近年来，尤其在汽车产业中，推进着由环境问题引起的车身的轻量化(weightreduction)，对于车身的设计，基于计算机辅助工程(computer aided engineering)的解析(以下，称作“cae解析”)成为了不可缺少的技术。已知：在该cae解析中，通过使用数学优化(mathematical optimization)、板厚优化(sheet thickness optimization)、形状优化(shape optimization)、拓扑优化(topology optimization)等优化技术而谋求刚性的提高、轻量化。
2、已知：车身这样的构造体通过将多个部件作为部件组利用焊接(welding)等接合而形成，若将作为部件组而接合的部位处的接合量增加(例如，若将基于电弧焊接(electric arc welding)、激光焊接(laser welding)的连续接合线增加)，则作为车身整体的刚性提高。若刚性提高，则部件整体的产生应力(stress)也被抑制，部件的疲劳寿命不断改善。但是，反过来，也存在因局部性的应力增加而疲劳寿命下降的情形。而且，从车身的制造成本的观点出发，希望使接合量尽量少。另外，也追求对于多个输入条件同时使疲劳性能(fatigue performance)提高的最佳的焊接位置的配置。
3、因此，提出了为了一边抑制车身的制造成本一边使车身的刚性和疲劳寿命提高而求出将部件彼此接合的接合位置(激光、电弧等的连续接合焊接位置(continuouslyjoined welding position))的方法。作为该方法，存在通过经验、直觉等来决定接合位置的方法、通过应力解析(stress analysis)在应力大的部位使接合位置增加而进行应对的方法。另外，在应对多个性能的情况下，有时也通过对为了满足某一个性能而配置的焊接位置进行别的性能评价而确认这一试错法来决定。
4、然而，通过经验、直觉等来决定接合位置的方法并非求出使刚性和疲劳寿命的双方提高所需的接合线的位置。因而，也存在将刚性和疲劳寿命的提高所不需要的位置设为接合线的情况，反复试错，从成本的方面也不得不说效率差。
5、另外，在通过应力解析在应力大的部位增加接合位置的方法中，若与通过该方法求出接合位置前相比，则在刚性、疲劳寿命可看到变化，但也有很多因该部位的变形被抑制而局部性的应力反过来增加的情况。因而，通过该方法求出的接合位置未必可以说是最佳的，结果成为试错设计，效率差。
6、相对于此，在专利文献1中公开了在构成包含平面要素(two-dimensionalelement)和/或立体要素(three-dimensional element)的构造体(structural body)模型的多个部件的接合中使用的点焊(spot welding)等点接合(point joining)、激光焊接、电弧焊接或焊接接合等连续接合(continuous joining)的接合位置的优化解析方法及装置。另外，在专利文献2中公开了在具备构成部件的平面要素和/或立体要素而成的构造体模型中不需要繁杂的作业而容易地确定适合于连续接合的部位的构造体模型的连续接合应用部位确定装置及方法。
7、现有技术文献
8、专利文献
9、专利文献1：日本特开2013-025593号公报
10、专利文献2：日本特开2016-71770号公报
技术实现思路
1、发明所要解决的课题
2、在汽车的行驶中，振幅(amplitude)、方向等随着时间经过不恒定而复杂地变动的变动载荷(variable amplitude load)向车身输入。因而，期望着在复杂的变动载荷向车身输入的情况下求出能够提高车身的刚性和连续接合线附近的疲劳寿命的接合线的最佳的长度、配置的技术。在汽车的底盘·行走部件(chassis component or suspension part)中，可看到将部件彼此通过电弧焊接而接合的构造体。但是，已知：即使部件的母材(basemetal)强度提高，电弧焊接部周围的疲劳强度也因电弧焊趾部(weld toe)的切口形状(notch geometry)的影响而不提高。因此，今后，对于底盘·行走部件，也期待高张力钢材(high-tensile steel sheet)的应用扩大，其中，电弧焊接接合配置的优化(optimization)变得重要。另一方面，出于车身轻量化(weight reduction of automotivebody)的需求，为了推进底盘行走部件的轻量化，通过电弧焊接接合配置的优化，底盘·行走的部件组整体的刚性提高及疲劳性能的提高是重要的课题。
3、但是，在专利文献1及专利文献2中公开的技术中，作为用于进行优化计算(optimization calculation)的解析条件而设定使材料体积率(volume ratio ofmaterial)、刚性最大、使位移最小、使应力最小等，求出点接合或连续接合的最佳位置，关于点接合、连续接合的疲劳寿命的提高未做任何考虑。另外，专利文献2中公开的技术主要将通过点焊而接合的汽车车身设为对象，将具有规定值以下的点接合间隔的点接合要素确定为适合于连续接合的部位，也存在无法对将部件彼此通过电弧焊接等而连续接合的汽车的底盘·行走部件应用的问题。
4、本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于提供在简单或变动的载荷向汽车的车身输入的情况下在求出一边使车身的刚性和将该车身中的部件组接合的连续接合线(continuous weld line)的疲劳寿命提高一边将接合线的长度最小化的接合线的最佳的配置的同时达成无助于刚性提高的部件的轻量化的车身的接合位置的优化解析方法、装置及程序、以及车身的制造方法。
5、用于解决课题的手段
6、本发明涉及的车身的接合位置的优化解析方法，关于具有包含梁要素(beamelement)及平面要素的多个部件模型且具有将多个所述部件模型作为部件组而接合的初始接合线的汽车的车身模型(automotive body model)的全部或一部分，计算机执行以下的各步骤而进行求出以所述车身模型的刚性提高、将所述车身模型中的所述部件组接合的接合线附近的疲劳寿命的提高、所述接合线的长度的最小化中的任一者作为目的而达成的所述接合线的最佳配置、且求出相对于刚性性能的灵敏度(sensitivity)低的所述部件模型的最佳形状(optimized shape)的优化解析，其中，所述优化解析方法包括：解析对象模型设定步骤，将所述车身模型的全部或一部分设定为解析对象模型(analysis objectmodel)；接合线优化解析模型生成步骤，生成对所述解析对象模型设定了成为所述最佳配置的接合线的候补的全部接合候补线(candidate for weld line)而得到的接合线优化解析模型；变动载荷条件设定步骤，将向所述接合线优化解析模型提供的变动载荷划分为多个不同的振动模式(vibration pattern)的载荷条件(loading condition)，设定将该各振动模式的载荷条件以规定的循环数组合而设为1序列的变动载荷条件；目标疲劳寿命设定步骤，以所述变动载荷条件的序列次数设定所述接合线优化解析模型的目标疲劳寿命(target fatigue life)；部件刚性灵敏度解析步骤，设定与所述接合线优化解析模型的刚性性能相关的目标函数(objectives)及与构成所述接合线优化解析模型的所述部件模型的体积(volume)相关的制约条件(constraints)和向所述接合线优化解析模型提供的变动载荷条件，在该变动载荷条件和所述制约条件下进行满足所述目标函数的构成所述接合线优化解析模型的所述部件模型的灵敏度解析(sensitivity analysis)，基于所述部件模型的灵敏度而选定相对于刚性性能的灵敏度低的刚性低灵敏度部件模型；接合线·部件形状优化解析模型生成步骤，生成将所述接合线优化解析模型的所述接合候补线及构成所述刚性低灵敏度部件模型的平面要素作为设计空间(design space)而设定的接合线·部件形状优化解析模型；优化解析条件设定步骤，为了进行将所述接合线·部件形状优化解析模型设为优化的对象的优化解析，针对所述各振动模式的载荷条件求出所述各接合候补线附近的断裂反复数(number of cycles to failure)，将所述各振动模式的载荷条件的所述循环数与所述断裂反复数之比的、由所述目标疲劳寿命设定步骤设定的所述变动载荷条件的序列次数的总和作为所述各接合候补线的累积损伤度(linear cumulative damage)而求出，将与通过优化解析而残留的所述接合候补线的累积损伤度相关的条件、与所述接合线·部件形状优化解析模型的刚性相关的条件及与通过优化解析而残留的所述接合候补线的长度相关的条件设定为作为优化解析条件的目标函数或制约条件，设定与所述刚性低灵敏度部件模型的体积率(volume constraint ratio)相关的制约条件；及优化解析步骤，将在所述变动载荷条件设定步骤中设定的所述变动载荷条件向所述接合线·部件形状优化解析模型提供，在所述优化解析条件下进行优化解析，将以所述接合候补线的累积损伤度降低、所述接合线·部件形状优化解析模型的刚性提高、所述残留的所述接合候补线的长度的最小化中的任一者为目的而达成的所述接合候补线的配置作为所述接合线的最佳配置而求出，将所述刚性低灵敏度部件模型的残留形状作为相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状而求出。
7、最好是，所述优化解析步骤进行基于密度法(densimetry)的拓扑优化，在该拓扑优化中将惩罚系数(penalty coefficient)设定为4以上而进行离散化(discretization)。
8、本发明涉及的车身的接合位置的优化解析装置，关于具有包含梁要素及平面要素的多个部件模型且具有将多个所述部件模型作为部件组而接合的初始接合线的汽车的车身模型的全部或一部分，计算机执行以下的各步骤而进行求出以所述车身模型的刚性提高、将所述车身模型中的所述部件组接合的接合线附近的疲劳寿命的提高、所述接合线的长度的最小化中的任一者为目的而达成的所述接合线的最佳配置、且求出相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状的优化解析，其中，所述优化解析装置具备：解析对象模型设定部，将所述车身模型的全部或一部分设定为解析对象模型；接合线优化解析模型生成部，生成对所述解析对象模型设定了成为所述最佳配置的接合线的候补的全部接合候补线而得到的接合线优化解析模型；变动载荷条件设定部，将向所述接合线优化解析模型提供的变动载荷划分为多个不同的振动模式的载荷条件，设定将该各振动模式的载荷条件以规定的循环数组合而设为1序列的变动载荷条件；目标疲劳寿命设定部，以所述变动载荷条件的序列次数设定所述接合线优化解析模型的目标疲劳寿命；部件刚性灵敏度解析部，设定与所述接合线优化解析模型的刚性性能相关的目标函数及与构成所述接合线优化解析模型的所述部件模型的体积相关的制约条件和向所述接合线优化解析模型提供的变动载荷条件，在该变动载荷条件和所述制约条件下进行满足所述目标函数的构成所述接合线优化解析模型的所述部件模型的灵敏度解析，基于所述部件模型的灵敏度而选定相对于刚性性能的灵敏度低的刚性低灵敏度部件模型；接合线·部件形状优化解析模型生成部，生成将所述接合线优化解析模型的所述接合候补线及构成所述刚性低灵敏度部件模型的平面要素作为设计空间而设定的接合线·部件形状优化解析模型；优化解析条件设定部，为了进行将所述接合线·部件形状优化解析模型设为优化的对象的优化解析，针对所述各振动模式的载荷条件求出所述各接合候补线附近的断裂反复数，将所述各振动模式的载荷条件的所述循环数与所述断裂反复数之比的、由所述目标疲劳寿命设定部设定的所述变动载荷条件的序列次数的总和作为所述各接合候补线的累积损伤度而求出，将与通过优化解析而残留的所述接合候补线的累积损伤度相关的条件、与所述接合线·部件形状优化解析模型的刚性相关的条件及与通过优化解析而残留的所述接合候补线的长度相关的条件设定为作为优化解析条件的目标函数或制约条件，设定与所述刚性低灵敏度部件模型的体积率相关的制约条件；及优化解析部，将在所述变动载荷条件设定部中设定的所述变动载荷条件向所述接合线·部件形状优化解析模型提供，在所述优化解析条件下进行优化解析，将以所述接合候补线的累积损伤度降低、所述接合线·部件形状优化解析模型的刚性提高、所述残留的所述接合候补线的长度的最小化中的任一者为目的而达成的所述接合候补线的配置作为所述接合线的最佳配置而求出，将所述刚性低灵敏度部件模型的残留形状作为相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状而求出。
9、最好是，所述优化解析部进行基于密度法的拓扑优化，在该拓扑优化中将惩罚系数设定为4以上而进行离散化。
10、本发明涉及的车身的接合位置的优化解析程序，关于具有包含梁要素及平面要素的多个部件模型且具有将多个所述部件模型作为部件组而接合的初始接合线的汽车的车身模型的全部或一部分，进行求出以所述车身模型的刚性提高、将所述车身模型中的所述部件组接合的接合线附近的疲劳寿命的提高、所述接合线的长度的最小化中的任一者为目的而达成的所述接合线的最佳配置、且求出相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状的优化解析，其中，所述优化解析程序使计算机作为以下的各部发挥功能：解析对象模型设定部，将所述车身模型的全部或一部分设定为解析对象模型；接合线优化解析模型生成部，生成对所述解析对象模型设定了成为所述最佳配置的接合线的候补的全部接合候补线而得到的接合线优化解析模型；变动载荷条件设定部，将向所述接合线优化解析模型提供的变动载荷划分为多个不同的振动模式的载荷条件，设定将该各振动模式的载荷条件以规定的循环数组合而设为1序列的变动载荷条件；目标疲劳寿命设定部，以所述变动载荷条件的序列次数设定所述接合线优化解析模型的目标疲劳寿命；部件刚性灵敏度解析部，设定与所述接合线优化解析模型的刚性性能相关的目标函数及与构成所述接合线优化解析模型的所述部件模型的体积相关的制约条件和向所述接合线优化解析模型提供的变动载荷条件，在该变动载荷条件和所述制约条件下进行满足所述目标函数的构成所述接合线优化解析模型的所述部件模型的灵敏度解析，基于所述部件模型的灵敏度而选定相对于刚性性能的灵敏度低的刚性低灵敏度部件模型；接合线·部件形状优化解析模型生成部，生成将所述接合线优化解析模型的所述接合候补线及构成所述刚性低灵敏度部件模型的平面要素作为设计空间而设定的接合线·部件形状优化解析模型；优化解析条件设定部，为了进行将所述接合线·部件形状优化解析模型设为优化的对象的优化解析，针对所述各振动模式的载荷条件求出所述各接合候补线附近的断裂反复数，将所述各振动模式的载荷条件的所述循环数与所述断裂反复数之比的、由所述目标疲劳寿命设定部设定的所述变动载荷条件的序列次数的总和作为所述各接合候补线的累积损伤度而求出，将与通过优化解析而残留的所述接合候补线的累积损伤度相关的条件、与所述接合线·部件形状优化解析模型的刚性相关的条件及与通过优化解析而残留的所述接合候补线的长度相关的条件设定为作为优化解析条件的目标函数或制约条件，设定与所述刚性低灵敏度部件模型的体积率相关的制约条件；及优化解析部，将在所述变动载荷条件设定部中设定的所述变动载荷条件向所述接合线·部件形状优化解析模型提供，在所述优化解析条件下进行优化解析，将以所述接合候补线的累积损伤度降低、所述优化解析模型的刚性提高、所述残留的所述接合候补线的长度的最小化中的任一者为目的而达成的所述接合候补线的配置作为所述接合线的最佳配置而求出，将所述刚性低灵敏度部件模型的残留形状作为相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状而求出。
11、最好是，所述优化解析部进行基于密度法的拓扑优化，在该拓扑优化中将惩罚系数设定为4以上而进行离散化。
12、本发明涉及的车身的制造方法是将将汽车的车身中的部件组接合的接合线最佳地配置而使该车身的刚性和该接合线的疲劳寿命提高的车身的制造方法，其中，使用本发明涉及的车身的接合位置的优化解析方法，求出相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状和所述接合线的最佳配置，基于该部件模型的最佳形状而变更对应的车身部件的形状，基于该求出的接合线的最佳配置而决定所述车身中的部件组的接合位置，在该决定的接合位置将所述车身的部件组接合。
13、发明效果
14、在本发明中，将汽车的车身模型的全部或一部分设为解析对象模型，生成对该解析对象模型设定了作为部件组而接合的接合候补线而得到的优化解析模型，设定与设为优化的对象的接合候补线的长度、接合候补线的疲劳寿命、优化解析模型的刚性、接合线的长度相关的优化解析条件(目标函数或制约条件)而进行关于接合候补线的优化解析。由此，在如实际的汽车的行驶中那样载荷随着时间经过不恒定的变动载荷向车身输入的情况下，能够求出以接合候补线的长度的最小化、解析对象模型的刚性提高、将部件组接合的接合线附近的疲劳寿命的提高中的任一者为目的而达成的接合线的最佳位置，同时达成无助于刚性提高的部件的轻量化。另外，由此，能够实现车身构造中的电弧焊接等的焊接(接合)位置的最佳的配置、接合线附近的疲劳寿命提高、车身的刚性提高及车身构造的轻量化，能够实现焊接成本的降低和车身的高刚性化、轻量化。
1.一种车身的接合位置的优化解析方法，关于具有包含梁要素及平面要素的多个部件模型且具有将多个所述部件模型作为部件组而接合的初始接合线的汽车的车身模型的全部或一部分，计算机执行以下的各步骤而进行求出以所述车身模型的刚性提高、将所述车身模型中的所述部件组接合的接合线附近的疲劳寿命的提高、所述接合线的长度的最小化中的任一者为目的而达成的所述接合线的最佳配置、且求出相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状的优化解析，其中，所述优化解析方法包括：
2.根据权利要求1所述的车身的接合位置的优化解析方法，
3.一种车身的接合位置的优化解析装置，关于具有包含梁要素及平面要素的多个部件模型且具有将多个所述部件模型作为部件组而接合的初始接合线的汽车的车身模型的全部或一部分，计算机执行以下的各步骤而进行求出以所述车身模型的刚性提高、将所述车身模型中的所述部件组接合的接合线附近的疲劳寿命的提高、所述接合线的长度的最小化中的任一者为目的而达成的所述接合线的最佳配置、且求出相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状的优化解析，其中，所述优化解析装置具备：
4.根据权利要求3所述的车身的接合位置的优化解析装置，
5.一种车身的接合位置的优化解析程序，关于具有包含梁要素及平面要素的多个部件模型且具有将多个所述部件模型作为部件组而接合的初始接合线的汽车的车身模型的全部或一部分，进行求出以所述车身模型的刚性提高、将所述车身模型中的所述部件组接合的接合线附近的疲劳寿命的提高、所述接合线的长度的最小化中的任一者为目的而达成的所述接合线的最佳配置、且求出相对于刚性性能的灵敏度低的所述部件模型的最佳形状的优化解析，其中，所述优化解析程序使计算机作为以下的各部发挥功能：
6.根据权利要求5所述的车身的接合位置的优化解析程序，
7.一种车身的制造方法，是将将汽车的车身中的部件组接合的接合线最佳地配置而使该车身的刚性和该接合线的疲劳寿命提高的车身的制造方法，其中，
