溶接残留応力解析で収束が失敗する主な原因は何ですか？

主な原因は、溶接後の急冷却ステップです。特に冷却速度が100℃/sを超えるような領域では、材料の急激な変形と応力発生により、数値解析の収束が困難になります。この問題はSYSWELDやABAQUSなど、多くのCAEソフトウェアで共通して発生します。

溶接解析の収束性を改善する具体的な設定方法は？

冷却速度が100℃/s以上の領域では、時間増分を0.01秒以下に細分化することが有効です。また、熱弾塑性連成解析における平衡残差（力の残差）を、全体の荷重の0.1%以下に厳密に管理する必要があります。これにより、計算は安定し、収束率の大幅な向上が期待できます。

溶接解析の時間増分を細かくすると計算時間はどうなりますか？

計算時間は増加します。具体的な事例として、日立製作所の原子炉一次冷却管溶接解析では、時間増分の細分化によりCPU時間が約3倍に増加しました。しかし、その代償として解析の収束率は99%まで劇的に改善され、信頼性の高い結果を得ることができました。

SYSWELDやABAQUSで溶接残留応力解析を行う際の共通対策は？

急冷却ステップへの対策として、1) 高冷却速度（100℃/s以上）領域での時間増分を0.01秒以下に設定、2) 熱弾塑性連成解析の平衡残差を適用荷重の0.1%以下に制御する、という2点が核心的な共通対策です。これにより、異なるソフトウェアでも収束失敗を大幅に減らせます。

残留応力解析 — トラブルシューティングガイド

カテゴリ: 構造解析 | 2026-02-20

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CAE visualization for residual stress troubleshoot - technical simulation diagram

トラブル

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残留応力が実測と合わない → 材料の温度依存特性、溶接条件、冷却条件を確認

計算が重すぎる → 固有ひずみ法に切り替え

Coffee Break よもやま話

残留応力解析の収束失敗：冷却速度と要素分割

溶接残留応力解析で収束失敗が多発するのは急冷却ステップだ。SYSWELD・ABAQUS共通の対策として、冷却速度100℃/s以上の領域では時間増分を0.01s以下に細分化し、熱弾塑性連成解析の平衡残差を荷重の0.1%以下に管理する。日立製作所の原子炉一次冷却管溶接解析では増分細分化によりCPU時間が3倍増えたが収束率が99%に改善した。

トラブル解決の考え方

「解析が合わない」と思ったら

まず深呼吸——焦って設定をランダムに変えると、問題がさらに複雑になる
最小再現ケースを作る——残留応力解析の問題を最も単純な形で再現する。「引き算のデバッグ」が最も効率的
1つだけ変えて再実行——複数の変更を同時に行うと、何が効いたか分からなくなる。科学実験と同じ「対照実験」の原則
物理に立ち返る——計算結果が「重力に逆らって物が浮く」ような非物理的な結果なら、入力データの根本的な間違いを疑う

残留応力解析 — トラブルシューティングガイド

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