Goldak熱源モデル — CAE用語解説

Goldakモデルは溶接アークの入熱分布を前後2つの楕円体（ダブルエリプソイド）で表現するモデルだよ。アーク進行方向の前側は短くて急峻、後側は長くてなだらかという実際の溶融池の形状を再現してるんだ。1984年にGoldakらが提案して以来、溶接シミュレーションの事実上の標準になってる。

楕円体の半径（a, b, cf, cr）と前後の熱量配分比（ff, fr）を設定する必要があるよ。実務では溶接断面のマクロ写真と照合して溶融池の幅や深さに合わせるのが定番だ。パラメータがずれると残留応力の分布が全然違ってくるから、キャリブレーションがとても重要なんだ。

溶接の残留応力は加熱と冷却のサイクルで生まれるから、入熱分布の精度がそのまま残留応力の予測精度に直結するんだ。例えば造船の大型溶接継手だと、Goldakモデルのパラメータを1mm変えるだけで引張残留応力が数十MPa変わることもある。

その通り。溶融池付近は急激な温度勾配があるから、最低でも楕円体の半径の1/3程度の要素サイズが必要だね。粗いメッシュだとせっかくのGoldakモデルの分布が潰れちゃうから注意が要るよ。

このあたりは押さえておきたいね。

• FEM
• 溶接シミュレーション

いいアプローチだ。溶接条件（電流・電圧・速度）とパラメータの関係を整理しておくと、条件が変わったときにも素早く対応できるようになるよ。