JP2003270060A - Stress strain analyzing system, stress strain analyzing method therefor, and program therefor - Google Patents

Stress strain analyzing system, stress strain analyzing method therefor, and program therefor

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JP2003270060A
JP2003270060A JP2002069412A JP2002069412A JP2003270060A JP 2003270060 A JP2003270060 A JP 2003270060A JP 2002069412 A JP2002069412 A JP 2002069412A JP 2002069412 A JP2002069412 A JP 2002069412A JP 2003270060 A JP2003270060 A JP 2003270060A
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strain
stress
finite element
load
element method
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Masahiro Ishibashi
正博 石橋
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NEC Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stress strain analyzing system for displaying the results of model formation for analyzing stress strains, of analysis by a finite element method, of a remaining life, and of a stress-strain distribution by a simple operation in a short time. <P>SOLUTION: An analytical model creating means 11 and a material constant creating means 12 urge the selection of the sizes of constituent components and of material data in a base model selected by a processing device 1 and create an analytical model 13. A finite element method analytical means 14 computes the relation between stress and strain through the use of both the analytical model 13 and a general-purpose finite element method program and transmits the relation to both a remaining life predicting means 15 and a graph creating means 16. The remaining life predicting means 15 computes a rupture life to repeated loads from the transmitted relation between stress and strain. The graph creating means 16 graphs both the relation between stress and strain and a remaining life in a form determined by the conditions for drawing graphs selected by the processing device 1 and displays them on the screen of a display device 6. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は応力ひずみ解析シス
テム及びそれに用いる応力ひずみ解析方法並びにそのプ
ログラムに関し、特に構造物に任意の負荷を与えた時の
はんだの変形及び発生応力(応力−ひずみ関係)を高い
精度で予測し、構造物の強度設計に利用するとともに、
任意の負荷に対する破断寿命の予測を行う応力ひずみ解
析システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stress-strain analysis system, a stress-strain analysis method used therefor, and a program therefor, and in particular, solder deformation and generated stress (stress-strain relationship) when an arbitrary load is applied to a structure. With a high degree of accuracy for use in structural strength design,
The present invention relates to a stress-strain analysis system that predicts fracture life for an arbitrary load.

【0002】[0002]

【従来の技術】有限要素法とは、解析対象を小さな要素
に分割し、各要素について有限な値を持つ関数で区分的
に解を近似して全体の解を求める方法である。この有限
要素法は解析の対象を小さな要素に分割して偏微分方程
式を解くため、複雑な形状を持つ構造物に対して有利で
ある。
2. Description of the Related Art The finite element method is a method of dividing an analysis target into small elements and approximating the solutions piecewise with a function having a finite value for each element to obtain the entire solution. This finite element method is advantageous for a structure having a complicated shape because the analysis target is divided into small elements to solve the partial differential equation.

【0003】このため、有限要素法は構造解析の分野に
おいて広く利用されており、各種応力ひずみ解析にも適
用されている。この種の応力ひずみ解析の適例として
は、例えば特許第2765288号公報に開示された技
術がある。
For this reason, the finite element method is widely used in the field of structural analysis, and is also applied to various stress strain analysis. A suitable example of this type of stress-strain analysis is, for example, the technique disclosed in Japanese Patent No. 2765288.

【0004】従来、荷重及び温度変化による負荷に対し
て、はんだ材料に生じる応力やひずみを有限要素法によ
って計算する応力ひずみ解析システムとしては、応力解
析前に応力−ひずみの関係を参照直線として与える方法
が一般に行われている。
Conventionally, as a stress-strain analysis system for calculating the stress and strain generated in the solder material by the finite element method with respect to the load and the load due to temperature change, the stress-strain relationship is given as a reference straight line before the stress analysis. The method is generally done.

【0005】この従来の代表的な応力ひずみ解析システ
ムにおける参照直線の例を図15に示す。図15におい
て、実際に、はんだでは曲線になる応力−ひずみ関係を
2直線で近似している。この場合、降伏点までは応力−
ひずみが直線関係にあると近似し、応力が降伏応力に達
すると、ひずみが増加しても、応力は一定であると近似
する。参照直線は多直線の場合もあり、温度毎に参照直
線を与える場合もあるが、ほとんどの応力ひずみ解析シ
ステムでは参照直線の数に制限がある。
FIG. 15 shows an example of a reference straight line in this conventional typical stress strain analysis system. In FIG. 15, the stress-strain relationship, which actually becomes a curve in solder, is approximated by two straight lines. In this case, stress up to the yield point −
It is approximated that the strain has a linear relationship, and when the stress reaches the yield stress, the stress is approximated to be constant even if the strain increases. The reference straight line may be a multi-straight line or a reference straight line may be given for each temperature, but most stress strain analysis systems have a limit to the number of reference straight lines.

【0006】弾性ひずみはバネのように、除荷によって
元の形状に戻るひずみであり、塑性ひずみは除荷しても
永久変形として残るひずみである。いずれも時間や温度
には無関係で、変形速度によって変化しない。これら弾
性ひずみや塑性ひずみと応力との関係を計算する応力解
析を弾塑性解析と言う。
Elastic strain is a strain that returns to its original shape upon unloading, like a spring, and plastic strain is a strain that remains as a permanent deformation even after unloading. Both are independent of time and temperature and do not change with the deformation rate. Stress analysis that calculates the relationship between these elastic strains and plastic strains and stress is called elasto-plastic analysis.

【0007】また、粘性ひずみは、時間や温度によって
変化するひずみであり、負荷に遅れて変形が進む。材料
試験においては、一定荷重負荷でひずみの変化を測定す
るクリープ試験によって測定され、クリープひずみとも
いう。一般に、絶対温度表記で、融点の0.5倍以上の
温度では粘性ひずみが発生するとされる。
The viscous strain is a strain that changes with time and temperature, and the deformation progresses after the load. In a material test, it is measured by a creep test in which a change in strain is measured under a constant load, and is also called creep strain. Generally, it is said that viscous strain occurs at a temperature of 0.5 times or more the melting point in absolute temperature notation.

【0008】はんだ材料の中でも鉛(Pb)を含む鉛は
んだ(Sn−Pbはんだ)は、この粘性ひずみが生じや
すい。このため、塑性ひずみは無視して、弾性ひずみと
粘性ひずみとを計算する弾クリープ解析を行う場合もあ
る。
Among the solder materials, lead solder containing lead (Pb) (Sn-Pb solder) is likely to cause this viscous strain. Therefore, the elastic strain may be ignored, and the elastic creep analysis may be performed to calculate the elastic strain and the viscous strain.

【0009】粘性ひずみと応力との関係としては、 dεc=A・σn ・dt ……(1) というNorton則が一般に知られている。ここで、
dεcは粘性ひずみの増分、σは材料に生じる応力、d
tは時間ステップ、A及びnは材料定数である。
As a relationship between viscous strain and stress, the Norton rule of dεc = A · σ n · dt (1) is generally known. here,
dεc is the increment of viscous strain, σ is the stress generated in the material, d
t is a time step, A and n are material constants.

【0010】さらに、圧延材料等の高温における材料に
対してANANDモデルが用いられることもある。一般
に、ひずみ速度や温度に依存しない塑性ひずみを、AN
ANDモデルではひずみ速度や温度に依存するとして扱
い、粘性ひずみを考慮しない。
In addition, the ANAND model is sometimes used for high temperature materials such as rolled materials. Generally speaking, the plastic strain that does not depend on strain rate or temperature is
The AND model treats it as depending on the strain rate and temperature, and does not consider viscous strain.

【0011】このため、ANANDモデルを用いた場
合、絶対温度表記で融点の0.5倍以下の温度では塑性
ひずみも粘性ひずみも発生しないことになる。絶対温度
表記で融点の0.5倍とは、はんだ材料において−50
〜−20℃である。温度サイクル試験等の接続信頼性試
験は−65℃でも行われる場合があり、はんだ材料に対
してANANDモデルを用いるには不都合がある。
Therefore, when the ANAND model is used, neither plastic strain nor viscous strain is generated at a temperature not more than 0.5 times the melting point in absolute temperature notation. 0.5 times the melting point in absolute temperature notation means that the solder material is -50.
It is -20 degreeC. A connection reliability test such as a temperature cycle test may be performed even at −65 ° C., which is inconvenient to use the ANAND model for a solder material.

【0012】このほか学問的には、種々の理論があるも
のの、一般に、3次元大規模解析モデルを扱う有限要素
法においては、収束計算に時間がかかり、実用的でない
等の理由から、一般に、有限要素法に組込まれて実用的
に使用されることは少ない。
Although there are various theories academically, in general, in the finite element method that handles a three-dimensional large-scale analysis model, convergence calculation is time-consuming and is not practical. It is rarely incorporated in the finite element method and practically used.

【0013】また、低サイクル繰返し負荷の寿命予測方
法としては、経験的に金属材料に対してよく成り立つと
して、 Nf =C・Δεin-n ……(2) というCoffin−Manson寿命式が一般的に用
いられている。ここで、Nf は破断予測回数、Δεinは
非弾性ひずみの振幅、C及びnは材料定数である。
As a method for predicting the life of a low cycle cyclic load, the Coffin-Manson life formula of Nf = CΔεin -n (2) is generally used as a empirical formula. It is used. Here, Nf is the predicted number of fractures, Δεin is the amplitude of inelastic strain, and C and n are material constants.

【0014】このCoffin−Manson寿命式
は、特に、鉛はんだによって基板に接合された半導体部
品の破断寿命を予測する際等に使用されている。すなわ
ち、有限要素法によってはんだ材料に生じる塑性ひずみ
と粘性ひずみとの和である非弾性ひずみと破断寿命との
間に関係があるという仮定である。
This Coffin-Manson life equation is used especially when predicting the fracture life of a semiconductor component joined to a substrate by lead solder. That is, it is assumed that there is a relationship between the inelastic strain, which is the sum of plastic strain and viscous strain generated in the solder material by the finite element method, and the fracture life.

【0015】従来の代表的な応力ひずみ解析システムに
おける有限要素法解析の例を図16に示す。この図16
を参照して応力ひずみ解析システムにおける有限要素法
解析について説明する。
FIG. 16 shows an example of the finite element method analysis in the conventional typical stress strain analysis system. This FIG.
The finite element method analysis in the stress strain analysis system will be described with reference to.

【0016】まず、はんだ材料を含む電子部品や回路基
板等、負荷によって発生する応力、ひずみを数値計算に
よって求めるための解析モデルを作成する。この作業
は、解析対象とする構造物の形状、寸法等に基づいて利
用者自身が行う(図16ステップS31)。続いて、ヤ
ング率やポアソン比等の材料定数と塑性ひずみを計算す
るための参照直線とを入力する(図16ステップS3
2,S33)。
First, an analytical model for obtaining the stress and strain generated by a load, such as an electronic component including a solder material and a circuit board, by numerical calculation is prepared. This work is performed by the user himself / herself based on the shape, size, etc. of the structure to be analyzed (step S31 in FIG. 16). Subsequently, the material constants such as Young's modulus and Poisson's ratio and the reference straight line for calculating the plastic strain are input (step S3 in FIG. 16).
2, S33).

【0017】この解析モデルに対し、荷重や温度等の負
荷の一部を初期負荷として与えて線形解析を行う(図1
6ステップS34,S35)。微小変形の場合には、ヤ
ング率を比例係数として、ひずみと応力とが比例するの
で線形解析と呼ぶ。
Linear analysis is performed on this analysis model by applying a part of the load such as load and temperature as an initial load (see FIG. 1).
6 steps S34, S35). In the case of microdeformation, Young's modulus is used as a proportional coefficient and strain and stress are proportional to each other.

【0018】次に計算された応力と、予め参照直線とし
て入力された降伏応力とを比較し、降伏が生じているか
否かを調べる(図16ステップS36)。もし、応力が
降伏応力よりも小さく、降伏が生じていなければ、最終
的な負荷に向かって負荷を増加し、解析を続ける(図1
6ステップS38,S39,S41)。
Next, the calculated stress is compared with the yield stress input as a reference straight line in advance to check whether or not the yield has occurred (step S36 in FIG. 16). If the stress is smaller than the yield stress and no yield occurs, increase the load toward the final load and continue the analysis (Fig. 1
6 steps S38, S39, S41).

【0019】他方、応力が降伏応力よりも大きく、降伏
が生じていれば、予め入力された応力−ひずみの近似直
線から塑性ひずみを算出する(図16ステップS3
7)。そして、最終的な負荷に向かって負荷を増加し、
解析を続ける(図16ステップS38,S39,S4
1)。
On the other hand, if the stress is larger than the yield stress and the yield has occurred, the plastic strain is calculated from the stress-strain approximation line input in advance (step S3 in FIG. 16).
7). And increase the load towards the final load,
Continue analysis (steps S38, S39, S4 in FIG. 16)
1).

【0020】こうして、負荷が最終的な負荷に達した時
点で(図16ステップS39)、その時の応力、ひずみ
を求める(図16ステップS40)。また、解析結果を
グラフ化したり、破断寿命を予測する場合には、利用者
自身が解析結果を集計し、別途グラフ作成ツールを使用
してグラフ作成や寿命予測を行う。
Thus, when the load reaches the final load (step S39 in FIG. 16), the stress and strain at that time are obtained (step S40 in FIG. 16). Further, when the analysis results are graphed or the breaking life is predicted, the user himself or herself aggregates the analysis results and prepares a graph and predicts the life by using a separate graph creation tool.

【0021】このように、従来の応力ひずみ解析システ
ムにおいては、参照直線によって塑性ひずみが生じ始め
る降伏点を予め与えておくという解析方法が一般に行わ
れている。
As described above, in the conventional stress-strain analysis system, an analysis method is generally performed in which a yield point at which plastic strain begins to occur is given in advance by the reference line.

【0022】尚、上記の説明では、「負荷を少しずつ増
加して」と表現したが、多くの汎用有限要素法プログラ
ムでは、負荷を時間に対応させる場合が多い。したがっ
て、「時間を少しずつ進めて」、「ある時間増分を増加
して」あるいは「ある時間ステップ毎に」ということを
意味する。時間増分は、一定としたり、最大値や最小値
のみを指定して解の収束状態から汎用有限要素法プログ
ラムが自動的に定めるようにする等、利用者が選ぶこと
ができる場合が多い。
In the above description, the expression "increase the load little by little" was used, but in many general-purpose finite element programs, the load is often associated with time. Therefore, it means "advancing time little by little", "increasing a certain time increment" or "every certain time step". In many cases, the user can select the time increment such that it is constant or the maximum and minimum values are specified so that the general-purpose finite element method program automatically determines it from the converged state of the solution.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、はんだ
材料は、応力とひずみとが直線になる弾性領域が非常に
狭く、応力−ひずみ関係が滑らかな曲線であるため、上
述した従来の有限要素法を用いた応力ひずみ解析システ
ムによる直線近似では誤差が大きいという問題がある。
However, since the solder material has an extremely narrow elastic region where stress and strain are linear and the stress-strain relationship is a smooth curve, the conventional finite element method described above is used. The linear approximation by the stress-strain analysis system used has a problem that the error is large.

【0024】また、従来の応力ひずみ解析システムで
は、負荷の履歴による降伏応力の変化(バウシンガー効
果)を表現することができないという問題がある。多く
の金属及びはんだ材料では、図17に示す参照直線が多
直線の例のように、繰返しひずみの負荷時に起こるバウ
シンガー効果と呼ばれる挙動を示す。バウシンガー効果
とは、引張り側で降伏応力σyを過ぎて最終応力σ’に
達した後、続いて圧縮側に負荷した場合、圧縮側の降伏
応力がσyよりも減少する現象である。引張り側の最終
応力σ’と圧縮側の降伏応力との差はほぼ2σyに等し
い。
Further, the conventional stress-strain analysis system has a problem that it is not possible to express a change in yield stress (Baussinger effect) due to a history of loads. Many metal and solder materials exhibit a behavior called the Bauschinger effect that occurs when cyclic strain is applied, as in the case where the reference straight line shown in FIG. The Bauschinger effect is a phenomenon in which the yield stress on the compression side decreases below σy when the final stress σ ′ is reached after passing the yield stress σy on the tensile side and subsequently the compressive side is loaded. The difference between the final stress σ ′ on the tension side and the yield stress on the compression side is approximately equal to 2σy.

【0025】ところが、従来の汎用有限要素法プログラ
ムでは、応力−ひずみ曲線を直線近似した参照直線を予
め入力しておき、その際に引張り試験から得られる応力
−ひずみ曲線が使われ、負荷履歴は考慮されない。多く
の場合、圧縮側の降伏応力は引張り側の最終応力σ’と
等しくなるように扱われる。このため、引張り−圧縮が
繰返されると、降伏応力がどんどん大きくなり、ついに
は降伏しなくなり、実際の材料挙動と大きく異なるとい
う問題がある。
However, in the conventional general-purpose finite element method program, a reference straight line that approximates the stress-strain curve is input in advance, and at that time, the stress-strain curve obtained from the tensile test is used, and the load history is Not considered. In many cases, the yield stress on the compression side is treated to be equal to the final stress σ'on the tension side. For this reason, when tensile-compression is repeated, the yield stress gradually increases, and finally the yield does not occur, which is a problem that the actual material behavior is significantly different.

【0026】さらに、従来の応力ひずみ解析システムで
は、種々の負荷条件に対して、破断寿命を精度良く予測
することができないという問題がある。経験的によく成
り立つとされるCoffin−Manson寿命式は鉛
はんだや金属材料に対してのものであり、例えば、種々
の組成があり、力学的特性もそれぞれ異なる鉛フリーは
んだに対しては経験的に十分な検証が行われていない。
Further, the conventional stress-strain analysis system has a problem that the fracture life cannot be accurately predicted under various load conditions. The Coffin-Manson life equation, which is empirically well established, is for lead solders and metallic materials. For example, empirically for lead-free solders with various compositions and different mechanical characteristics. Has not been fully verified.

【0027】このCoffin−Manson則は、非
弾性ひずみ(塑性ひずみと粘性ひずみとの和)が破断寿
命を決めると仮定したものであるが、材料によっては、
図18に示すように、同じ非弾性ひずみ量でも応力が異
なる場合もある。この場合、両者の寿命は大きく異なる
が、Coffin−Manson則では両者の寿命は同
じであると判断される。
The Coffin-Manson rule assumes that inelastic strain (the sum of plastic strain and viscous strain) determines the rupture life, but depending on the material,
As shown in FIG. 18, the stress may be different even with the same inelastic strain amount. In this case, the lifespans of the two are significantly different, but the Coffin-Manson rule determines that the lifespans of the both are the same.

【0028】このように、従来からしばしば用いられて
きたCoffin−Manson則は、材料のもつ種々
の力学的特性のうち、ひずみ量だけに注目したものであ
り、材料によっては予測精度が悪いという問題がある。
As described above, the Coffin-Manson rule, which has been often used in the past, focuses only on the amount of strain among various mechanical properties of a material, and the prediction accuracy is poor depending on the material. There is.

【0029】さらにまた、従来の応力ひずみ解析システ
ムでは、曲線の場合が多い応力−ひずみ関係を直線で近
似したり、ヤング率等の材料定数を定めて入力すること
は利用者が自身で行う必要があり、材料定数や参照直線
の入力が面倒であるという問題がある。
Furthermore, in the conventional stress-strain analysis system, it is necessary for the user to approximate the stress-strain relationship, which is often a curve, with a straight line, or to determine and input a material constant such as Young's modulus. However, there is a problem that inputting material constants and reference straight lines is troublesome.

【0030】このほかに、従来の応力ひずみ解析システ
ムでは、負荷条件が時間や温度によって変化する等、様
々な負荷条件の入力をシステムの利用者自身が数字で入
力するのが一般的であり、負荷条件の入力が面倒である
という問題もある。
In addition to the above, in the conventional stress-strain analysis system, it is general that the user of the system himself / herself inputs numerical values for various load conditions such as load conditions changing with time and temperature. There is also a problem that inputting load conditions is troublesome.

【0031】また、従来の応力ひずみ解析システムで
は、最低でも1〜2割程度のばらつきがある材料特性の
測定結果等の扱い方によって、応力ひずみ解析結果が一
義的に決まるため、解析結果の信頼度が不明瞭であると
いう問題もある。
Further, in the conventional stress-strain analysis system, the stress-strain analysis result is uniquely determined by how to handle the measurement result of the material property, which has a variation of at least 10 to 20%. Another problem is that the degree is unclear.

【0032】さらに、従来の応力ひずみ解析システムで
は、汎用有限要素法プログラムを利用者が直接操作する
必要があるため、使用するソフトウェアプログラム固有
のコマンド等の解析に専門知識が必要であること、解析
モデルの生成に関する支援機能が無いため、解析モデル
の生成に多くの時間と労力がかかること、解析結果のグ
ラフ化及び破断寿命予測に関する支援機能が無いため、
解析結果を集計して必要なグラフを作成したり、寿命予
測を行う手間が必要であるという問題等もある。
Further, in the conventional stress-strain analysis system, since the user needs to directly operate the general-purpose finite element method program, specialized knowledge is required for analysis of the command unique to the software program to be used. Since there is no support function for model generation, it takes a lot of time and effort to generate an analysis model, and there is no support function for graphing analysis results and predicting fracture life.
There is also a problem that it is necessary to aggregate the analysis results to create a necessary graph and to make a life prediction.

【0033】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、実験と解析との間の誤差をなくすことができ、予
測精度を向上させることができる応力ひずみ解析システ
ムを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems, to eliminate the error between the experiment and the analysis, and to provide a stress-strain analysis system capable of improving the prediction accuracy. .

【0034】本発明の他の目的は、解析用のコマンド等
の専門知識を必要とすることなく、解析モデルを簡単に
生成することができ、解析からグラフ表示までスムーズ
に行うことができ、かつ初心者でもグラフを容易に作成
することができるとともに、余寿命はどのくらいかを容
易に確認することができる応力ひずみ解析システム及び
それに用いる応力ひずみ解析方法並びにそのプログラム
を提供することにある。
Another object of the present invention is that it is possible to easily generate an analysis model without requiring specialized knowledge such as a command for analysis, to smoothly perform analysis to graph display, and It is to provide a stress-strain analysis system, a stress-strain analysis method used for the system, and a program thereof, which enables even a beginner to easily create a graph and easily check how much remaining life is.

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段】本発明による応力ひずみ
解析システムは、有限要素法を用いて材料のひずみを解
析する応力ひずみ解析システムであって、負荷によって
前記材料に生じる全ひずみを弾性ひずみ、塑性ひずみ、
粘性ひずみの和で表した構成式を用い、参照直線を入力
することなく、負荷方向や負荷速度、温度による応力と
ひずみとの曲線関係を表現している。
A stress-strain analysis system according to the present invention is a stress-strain analysis system for analyzing strain of a material by using a finite element method, wherein the total strain generated in the material by a load is elastic strain, Plastic strain,
Using a constitutive equation expressed as the sum of viscous strains, the curve relationship between stress and strain due to load direction, load speed, and temperature is expressed without inputting a reference line.

【0036】本発明による他の応力ひずみ解析システム
は、有限要素法を用いて材料のひずみを解析する応力ひ
ずみ解析システムであって、前記有限要素法のモデルの
一覧及び前記材料の一覧を外部に表示する手段と、前記
有限要素法のモデルの一覧に基づいた外部からの指示内
容に応じて前記有限要素法のモデルを作成する手段と、
前記材料の一覧に基づいた外部からの指示内容に応じて
力学的構成式及びその定数を決定する手段と、前記有限
要素法のモデルと前記力学的構成式及びその定数とを用
いて前記材料の応力−ひずみ関係を予測する手段と、こ
れら応力−ひずみ関係から負荷に対する破断寿命を予測
する手段とを備えている。
Another stress-strain analysis system according to the present invention is a stress-strain analysis system for analyzing the strain of a material by using the finite element method, and the list of models of the finite element method and the list of materials are externally provided. Means for displaying, means for creating a model of the finite element method according to instructions from the outside based on a list of models of the finite element method,
Means for determining the mechanical constitutive equation and its constant according to the contents of instructions from the outside based on the list of the material, and the model of the finite element method and the mechanical constitutive equation and its constant using the material A means for predicting the stress-strain relationship and a means for predicting the fracture life with respect to the load from the stress-strain relationship are provided.

【0037】本発明による応力ひずみ解析方法は、有限
要素法を用いて材料のひずみを解析する応力ひずみ解析
方法であって、前記有限要素法のモデルの一覧及び前記
材料の一覧を外部に表示するステップと、前記有限要素
法のモデルの一覧に基づいた外部からの指示内容に応じ
て前記有限要素法のモデルを作成するステップと、前記
材料の一覧に基づいた外部からの指示内容に応じて力学
的構成式及びその定数を決定するステップと、前記有限
要素法のモデル及び前記力学的構成式を用いて前記材料
の応力−ひずみ関係を予測するステップと、これら応力
−ひずみ関係から負荷に対する破断寿命を予測するステ
ップとを備えている。
The stress-strain analysis method according to the present invention is a stress-strain analysis method for analyzing the strain of a material by using the finite element method, and displays the model list of the finite element method and the material list externally. A step of creating a model of the finite element method according to instructions from the outside based on the list of models of the finite element method, and a dynamics according to instructions from the outside based on the list of materials Of the dynamic constitutive equation and its constant, the step of predicting the stress-strain relationship of the material using the model of the finite element method and the mechanical constitutive equation, and the fracture life against load from these stress-strain relationship And a step of predicting.

【0038】本発明による応力ひずみ解析方法のプログ
ラムは、有限要素法を用いて材料のひずみを解析する応
力ひずみ解析方法のプログラムであって、コンピュータ
に、前記有限要素法のモデルの一覧及び前記材料の一覧
を外部に表示する処理と、前記有限要素法のモデルの一
覧に基づいた外部からの指示内容に応じて前記有限要素
法のモデルを作成する処理と、前記材料の一覧に基づい
た外部からの指示内容に応じて力学的構成式及びその定
数を決定する処理と、前記有限要素法のモデル及び前記
力学的構成式を用いて前記材料の応力−ひずみ関係を予
測する処理と、これら応力−ひずみ関係から負荷に対す
る破断寿命を予測する処理とを実行させている。
A program for a stress-strain analysis method according to the present invention is a program for a stress-strain analysis method for analyzing a strain of a material by using the finite element method, and the computer is provided with a list of models of the finite element method and the material. From the outside based on the list of the material, the process of creating the model of the finite element method according to the instruction from the outside based on the list of the model of the finite element method, Of processing to determine the mechanical constitutive equation and its constants according to the instruction content, the process of predicting the stress-strain relationship of the material using the model of the finite element method and the mechanical constitutive equation, and these stress- The process of predicting the fracture life with respect to the load from the strain relationship is executed.

【0039】すなわち、本発明の応力ひずみ解析システ
ムは、有限要素法を用いた解析システムにおいて、負荷
によって生じる全ひずみを弾性ひずみ、塑性ひずみ、粘
性ひずみの和で表した構成式を用い、参照直線を入力す
ることなく、負荷方向や負荷速度、温度による応力とひ
ずみとの曲線関係を表現することを特徴としている。
That is, the stress-strain analysis system of the present invention uses a constitutive equation in which the total strain caused by a load is represented by the sum of elastic strain, plastic strain, and viscous strain in the analysis system using the finite element method. It is characterized by expressing the curve relationship between stress and strain due to load direction, load speed, and temperature without inputting.

【0040】また、本発明の応力ひずみ解析システムで
は、力学的特性を表現する材料定数を与えることによっ
て、負荷に対する変形を履歴を考慮して正確に表現する
ための弾塑性係数または弾塑性マトリクスを作成するこ
とを特徴としている。
Further, in the stress-strain analysis system of the present invention, an elastic-plastic coefficient or an elastic-plastic matrix for accurately expressing the deformation with respect to the load in consideration of the history by giving a material constant expressing the mechanical characteristics. It is characterized by creating.

【0041】この力学的構成式においては、塑性ひずみ
と粘性ひずみとを0とすることで、弾性ひずみだけが生
じるセラミック材料の応力−ひずみ関係を表すことが可
能となり、塑性ひずみを0とすることで、粘弾性特性を
示す樹脂材料に対応することが可能となり、すべてのひ
ずみを計算することによって、高温においてクリープ変
形する金属材料やはんだ材料に対応することが可能とな
る。温度の変化によって弾塑性変形しかしない場合に
は、粘性ひずみが0になる等、統一的に扱うことが可能
となる。
In this mechanical constitutive equation, by setting the plastic strain and the viscous strain to 0, it becomes possible to represent the stress-strain relationship of the ceramic material in which only elastic strain occurs, and to set the plastic strain to 0. Thus, it becomes possible to deal with resin materials exhibiting viscoelastic characteristics, and by calculating all strains, it becomes possible to deal with metal materials and solder materials that undergo creep deformation at high temperatures. When only elasto-plastic deformation is caused by a change in temperature, the viscous strain becomes 0, and it becomes possible to handle them uniformly.

【0042】このようにして、鉛はんだ/鉛フリーはん
だや高温/低温等の区別なく、すべての材料、すべての
負荷条件に共通して使うことが可能となる。したがっ
て、材料の変形特性に応じて、適した応力ひずみ解析シ
ステムを選ぶ必要がなく、利用者に知識や技術を要求し
ないという効果が得られる。ここで、解析対象となる材
料の中で、Sn系鉛フリーはんだ等、弾性ひずみ、塑性
ひずみ、粘性ひずみがいずれも無視できない程度に大き
い材料に対しては、従来の技術に比べて、特に高い精度
が得られる。
In this way, lead solder / lead-free solder, high temperature / low temperature, etc. can be used commonly for all materials and all load conditions. Therefore, it is not necessary to select an appropriate stress-strain analysis system according to the deformation characteristics of the material, and it is possible to obtain the effect that the user is not required to have knowledge or skill. Here, among the materials to be analyzed, Sn-based lead-free solder and the like, which have a large elastic strain, plastic strain, and viscous strain, are particularly high compared to the conventional technique. Accuracy can be obtained.

【0043】さらに、本発明の応力ひずみ解析システム
は、応力の算出と同時に背応力を計算し、等方硬化則と
の複合硬化則を組込んでいることを特徴としている。こ
の複合硬化則は、降伏曲面を移動させることによって
(移動硬化則)、バウシンガー効果を表現することが可
能になるとともに、降伏曲面を適度に膨張させることに
よって(等方硬化則)、材料によって異なる最初の降伏
後に負荷方向を変えた時の降伏応力を正確に表現するこ
とが可能となる。したがって、例えば、引張り−圧縮の
負荷を繰返す時のヒステリシス曲線等、種々の負荷に対
する各種材料の変形を正確にシミュレーションすること
が可能となる。
Further, the stress-strain analysis system of the present invention is characterized in that the back stress is calculated at the same time as the calculation of the stress, and the compound hardening rule including the isotropic hardening rule is incorporated. This compound hardening rule enables the Bausinger effect to be expressed by moving the yield surface (movement hardening rule), and it is possible to expand the yield surface appropriately (isotropic hardening rule). It is possible to accurately express the yield stress when the load direction is changed after different initial yields. Therefore, for example, it is possible to accurately simulate the deformation of various materials under various loads, such as a hysteresis curve when the tension-compression load is repeated.

【0044】さらにまた、本発明の応力ひずみ解析シス
テムは、繰返し負荷中の応力−ひずみ関係から求まる損
失エネルギを用いて、負荷に対する破断寿命を予測する
ことを特徴としている。すなわち、ある負荷条件によっ
て生じた応力−ひずみ曲線によって囲まれた面積から損
失エネルギを算出し、材料データベースに格納された損
失エネルギ−破断寿命関係式を照合することによって、
ある負荷条件に対する破断寿命を算出することを特徴と
している。
Furthermore, the stress-strain analysis system of the present invention is characterized by predicting the fracture life with respect to the load by using the energy loss obtained from the stress-strain relationship during cyclic loading. That is, by calculating the loss energy from the area surrounded by the stress-strain curve caused by a certain load condition, by collating the loss energy-breaking life relational expression stored in the material database,
It is characterized by calculating the fracture life for a certain load condition.

【0045】この場合、本発明の応力ひずみ解析システ
ムでは、応力ひずみ解析から求めた応力−ひずみ曲線で
囲まれる面積を、解析モデルの要素分割によって算出し
ている。この損失エネルギを用いる方法は、応力を全ひ
ずみまたは非弾性ひずみ(塑性ひずみと粘性ひずみとの
和)で積分して算出するものであり、従来のようにひず
み量だけではなく、得られた応力−ひずみ関係からより
多くの情報を寿命予測に利用しようとするものである。
例えば、同じ非弾性ひずみ量でも応力が異なる場合には
破断寿命が異なることを考慮することが可能となる。し
たがって、どのような材料に対しても予測精度が高いと
いう効果が得られる。
In this case, in the stress-strain analysis system of the present invention, the area surrounded by the stress-strain curve obtained from the stress-strain analysis is calculated by element division of the analysis model. The method using this loss energy is to calculate the stress by integrating it with total strain or inelastic strain (the sum of plastic strain and viscous strain). -It is intended to utilize more information from the strain relation for life prediction.
For example, even if the amount of inelastic strain is the same, it is possible to consider that the fracture life is different when the stress is different. Therefore, it is possible to obtain the effect that the prediction accuracy is high for any material.

【0046】上記の特徴のほかに、本発明の応力ひずみ
解析システムは、材料実験から得られた応力−ひずみ関
係を入力することによって、材料データベースにない新
規材料に対しても材料定数を計算し、データベースに追
加する機能を持つことを特徴としている。この材料定数
生成手段では、例えば、種々の温度、種々のひずみ速度
における応力−ひずみ曲線をファイル等で入力した場
合、弾性ひずみに関連するヤング率、塑性ひずみに関連
する応力の漸近線や漸近の仕方、粘性ひずみに関連する
漸近線の温度変化やひずみ速度変化等を自動算出するこ
とが可能となる。
In addition to the above characteristics, the stress-strain analysis system of the present invention calculates the material constants for new materials that are not in the material database by inputting the stress-strain relationship obtained from the material experiment. , Is characterized by having a function to be added to the database. In this material constant generating means, for example, when stress-strain curves at various temperatures and various strain rates are input in a file or the like, the Young's modulus related to elastic strain and the asymptotic line or asymptote of stress related to plastic strain It becomes possible to automatically calculate the temperature change and strain rate change of the asymptotes related to the way and viscous strain.

【0047】したがって、未知の材料に対しても、一度
だけ材料実験を行うことによって、種々の負荷に対する
各種材料の変形を正確にシミュレーションすることが可
能となり、従来、面倒であったヤング率等の材料定数の
決定等を効率的に行うことが可能となる。
Therefore, even for an unknown material, it is possible to accurately simulate the deformation of various materials under various loads by conducting a material experiment only once. It becomes possible to efficiently determine the material constants and the like.

【0048】また、本発明の応力ひずみ解析システム
は、負荷条件の時間による変化や温度による変化を容易
に入力可能な負荷条件入力機能を有することを特徴とし
ている。例えば、負荷として与える荷重や温度や変位
は、時間や温度の関数として任意の式で与えられるし、
入力された負荷(荷重、温度、変位等)は、時間や温度
等を横軸にしたグラフで表示され、マウス等で操作して
グラフ上の直線や曲線(指数曲線、対数曲線、多項式曲
線、累乗曲線等)で与えられる。繰返し負荷を入力する
場合にも、1サイクル分を入力して回数を指定すれば、
瞬時にすべての負荷が入力されてグラフに表示される。
したがって、多様で複雑な負荷条件の場合にも入力が容
易となるという効果が得られる。
Further, the stress-strain analysis system of the present invention is characterized by having a load condition input function capable of easily inputting a change in load condition with time or a change in temperature. For example, the load, temperature or displacement given as a load can be given by any formula as a function of time or temperature.
The input load (load, temperature, displacement, etc.) is displayed as a graph with the horizontal axis representing time, temperature, etc., and can be operated with a mouse etc. to draw straight lines or curves (exponential curve, logarithmic curve, polynomial curve, Power curve etc.). Even when inputting the repeated load, if you input one cycle and specify the number of times,
All loads are instantly input and displayed on the graph.
Therefore, it is possible to obtain an effect that the input becomes easy even under various and complicated load conditions.

【0049】さらに、本発明の応力ひずみ解析システム
は、ばらつきのある材料実験結果から最適な材料定数を
計算する際、及び得られた寿命を示す定数からある負荷
条件における構造物の破断予測値を算出する際に、ワイ
ブル分布等の統計処理によって、より精度の高い最適値
を計算して表示することを特徴としている。この統計処
理機能では、単純平均から正規分布、ワイブル分布等の
利用者の指定に応じてばらつきを処理することが可能と
なる。特にワイブル分布のオプションでは、他と異なる
モードのデータと判断した場合に、自動的にそのデータ
を無視して算出する機能も有する。
Further, the stress-strain analysis system of the present invention calculates the optimum material constants from the results of material experiments with variations, and predicts the fracture value of a structure under a certain load condition from the obtained life constants. It is characterized by calculating and displaying a more accurate optimum value by statistical processing such as Weibull distribution when calculating. With this statistical processing function, it is possible to process the variation from the simple average according to the user's designation such as normal distribution or Weibull distribution. In particular, the Weibull distribution option has a function of automatically ignoring data when it is determined that the data is in a mode different from other data.

【0050】したがって、通常最低でも1〜2割程度の
ばらつきがある材料特性の測定結果等の扱い方によっ
て、解析結果に生じる誤差を最低限度に抑えることが可
能になるとともに、ワイブル分布処理の場合、例えば信
頼度99.9%等と指定して高精度に寿命予測すること
や、信頼度50%等と指定して破断予測寿命を狭い範囲
に絞り込むことも可能になる。
Therefore, it is possible to minimize the error that occurs in the analysis result by handling the measurement result of the material property, which usually has a variation of at least 10 to 20%, and in the case of the Weibull distribution processing. For example, it is possible to highly accurately predict the life by designating the reliability of 99.9% or the like, and narrow the predicted fracture life to a narrow range by designating the reliability of 50% or the like.

【0051】さらにまた、本発明の応力ひずみ解析シス
テムは、半導体部品、回路基板等の代表的ないくつかの
構造物の構成について、それを有限要素法を用いて応力
ひずみ解析する際の解析モデルを格納する解析モデルフ
ァイルと、構造物の代表的ないくつかの材料について、
その材料定数を格納する材料データベースと、入力装置
からの利用者の入力にしたがって構造物の解析モデルの
寸法を書換えるとともに、入力装置からの利用者の指示
にしたがって材料データベース中から選択した材料定数
を解析モデルの構造物の材料定数として設定して解析モ
デルを生成する解析モデル生成手段と、上記の解析方法
を有すること、及び応力−ひずみ関係と破断寿命予測結
果とを示すいくつかのグラフについて、その作成条件を
格納するグラフ作成条件ファイルと、入力装置からの利
用者の指示にしたがってグラフ作成条件ファイルから選
択されたグラフ作成条件に応じて有限要素法解析手段の
解析結果及び破断寿命の予測値をグラフ化して表示装置
に表示するグラフ作成手段とを備えることを特徴として
いる。
Furthermore, the stress-strain analysis system of the present invention is an analysis model for stress-strain analysis of typical structures of some semiconductor components, circuit boards, etc. by using the finite element method. The analysis model file that stores the
The material database that stores the material constants and the dimensions of the analysis model of the structure are rewritten according to the user's input from the input device, and the material constants selected from the material database according to the user's instructions from the input device. Is set as the material constant of the structure of the analytical model to generate an analytical model, having the above analytical method, and about some graphs showing the stress-strain relationship and the fracture life prediction result. , A graph creation condition file storing the creation conditions, and prediction of the analysis result and rupture life of the finite element method analysis means according to the graph creation condition selected from the graph creation condition file according to the user's instruction from the input device And a graph creating means for displaying values on a display device in the form of a graph.

【0052】この解析モデル生成支援機能及びグラフ化
や寿命予測等の出力処理支援機能では、豊富な経験の蓄
積によってデータベース化されたメニューの中から利用
者がマウス等で選択することが可能となる。したがっ
て、汎用有限要素法プログラムを利用者が直接操作する
必要がなく、使用するソフトウェアプログラム固有のコ
マンド等の解析に関する専門知識が不要であり、解析モ
デルの生成に多くの時間と労力とがかかることもなく、
解析結果を集計して必要なグラフを作成したり、寿命予
測する手間も不要であるという効果が得られ、各種基板
実装の有限要素法モデル作成から数値解析、寿命予測ま
でをパーソナルコンピュータ上で容易に操作可能になる
という効果がある。
With the analysis model generation support function and the output processing support function such as graphing and life prediction, the user can select with a mouse or the like from the menu stored in the database by accumulating a wealth of experience. . Therefore, it is not necessary for the user to directly operate the general-purpose finite element method program, specialized knowledge regarding the analysis of commands and the like peculiar to the software program used is unnecessary, and it takes a lot of time and effort to generate the analysis model. None,
It is possible to collect the analysis results and create the necessary graphs, and the effect of not having to predict the service life is obtained. It is easy to create a finite element method model for various board mounting, numerical analysis, and service life prediction on a personal computer. It has the effect of being operable.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図1は本発明の一実施例による
応力ひずみ解析システムの構成を示すブロック図であ
る。図1において、本発明の一実施例による応力ひずみ
解析システムは有限要素法を用いており、処理装置1
に、基本解析モデルデータベース2と、材料データベー
ス3と、グラフ作成条件データベース4と、入力装置5
と、表示装置6と、記録媒体7とを接続して構成されて
いる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a stress strain analysis system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a stress-strain analysis system according to an embodiment of the present invention uses a finite element method, and a processing device 1
A basic analysis model database 2, a material database 3, a graph creation condition database 4, and an input device 5.
The display device 6 and the recording medium 7 are connected to each other.

【0054】処理装置1は解析モデル生成手段11と、
材料定数生成手段12と、解析モデル13と、有限要素
法解析手段14と、寿命予測手段15と、グラフ作成手
段16とから構成されている。
The processing device 1 includes an analysis model generating means 11,
The material constant generation means 12, the analysis model 13, the finite element method analysis means 14, the life prediction means 15, and the graph creation means 16 are included.

【0055】例えば、処理装置1がパーソナルコンピュ
ータで構成される場合、解析モデル生成手段11、材料
定数生成手段12、有限要素法解析手段14、寿命予測
手段15及びグラフ作成手段16はそのパーソナルコン
ピュータで実行されるソフトウェア(プログラム)で実
現される。このソフトウェアは記録媒体7に格納されて
いる。尚、解析モデル13は解析モデル生成手段11及
び材料定数生成手段12によって生成された解析モデル
を示す。
For example, when the processing apparatus 1 is composed of a personal computer, the analysis model generating means 11, the material constant generating means 12, the finite element method analyzing means 14, the life predicting means 15 and the graph creating means 16 are the personal computer. It is realized by software (program) to be executed. This software is stored in the recording medium 7. The analysis model 13 is an analysis model generated by the analysis model generation means 11 and the material constant generation means 12.

【0056】基本解析モデルファイル2にはいくつかの
代表的な構造物の構成について、それを有限要素法を用
いて応力ひずみ解析する際の基本モデル2−1〜2−m
が格納されている。また、材料データベース3には構造
物の代表的な材料名と、応力−ひずみ曲線や応力緩和曲
線等の種々の材料試験結果と、過去に使用して登録され
たヤング率や材料強度や寿命等とを含むいくつかの材料
データ3−1〜3−nが格納されている。さらに、グラ
フ作成条件ファイル4にはよく使う代表的ないくつかの
グラフについて、縦軸−横軸の取り方等のグラフ作成条
件を示すグラフ作成条件4−1〜4−pが格納されてい
る。
The basic analysis model file 2 includes basic models 2-1 to 2-m for the stress strain analysis of some typical structures of structures using the finite element method.
Is stored. Further, in the material database 3, representative material names of structures, various material test results such as stress-strain curves and stress relaxation curves, and Young's modulus, material strength, life, etc. registered in the past are registered. Some material data 3-1 to 3-n including and are stored. Further, the graph creation condition file 4 stores graph creation conditions 4-1 to 4-p indicating graph creation conditions such as how to set the vertical axis-horizontal axis for some frequently used typical graphs. .

【0057】図2は図1の処理装置1の処理動作の一例
を示すフローチャートであり、図3は本発明の一実施例
によるヒステリシス曲線を示す図であり、図4は本発明
の一実施例による損失エネルギ−破断寿命関係式を表す
図であり、図5は本発明の一実施例による負荷条件であ
る温度の時間による複雑な変化を簡単に入力する画面の
一例を示す図であり、図6は本発明の一実施例による伝
達された応力−ひずみ関係のヒステリシス曲線を示す図
である。これら図1〜図6を参照して本発明の一実施例
による応力ひずみ解析システムの動作について説明す
る。
FIG. 2 is a flow chart showing an example of the processing operation of the processing apparatus 1 of FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing a hysteresis curve according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention. 6 is a diagram showing a loss energy-breaking life relational expression according to FIG. 5, and FIG. 5 is a diagram showing an example of a screen for easily inputting a complicated change with time of temperature which is a load condition according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a transmitted stress-strain relationship hysteresis curve according to an embodiment of the present invention. The operation of the stress-strain analysis system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0058】利用者はある構造物に関して応力ひずみ解
析する場合、キーボードやマウス等の入力装置5から処
理装置1を起動する。起動された処理装置1では、解析
モデル生成手段11、材料定数生成手段12、有限要素
法解析手段14、寿命予測手段15、グラフ作成手段1
6の順に動作を開始する。
When performing stress-strain analysis on a certain structure, the user activates the processing device 1 from the input device 5 such as a keyboard or a mouse. In the activated processing apparatus 1, the analysis model generation means 11, the material constant generation means 12, the finite element method analysis means 14, the life prediction means 15, and the graph creation means 1
The operation is started in the order of 6.

【0059】まず、処理装置1は表示装置6の画面に、
基本モデル2−1〜2−m及びグラフ作成条件4−1〜
4−pの一覧を表示し、各々選択するよう促進する。利
用者が画面上の基本モデル2−1〜2−mの一覧から基
本モデルを選択すると、処理装置1はこの選択された基
本モデルを基本モデルファイル2から入力して解析モデ
ル生成手段11に伝達する。また、利用者が画面上のグ
ラフ作成条件4−1〜4−pの一覧からグラフ作成条件
を選択すると、処理装置1はこの選択されたグラフ作成
条件をグラフ作成条件ファイル4から入力してグラフ作
成手段16に伝達する(図2ステップS1)。
First, the processing device 1 displays on the screen of the display device 6,
Basic models 2-1 to 2-m and graph creation conditions 4-1 to 4-1
Display a list of 4-p and encourage each to select. When the user selects a basic model from the list of basic models 2-1 to 2-m on the screen, the processing device 1 inputs the selected basic model from the basic model file 2 and transmits it to the analysis model generating means 11. To do. When the user selects a graph creation condition from the list of graph creation conditions 4-1 to 4-p on the screen, the processing device 1 inputs the selected graph creation condition from the graph creation condition file 4 and draws the graph. This is transmitted to the creating means 16 (step S1 in FIG. 2).

【0060】解析モデル生成手段11は伝達された基本
モデルを表示装置6に表示し、その基本モデル中の構成
部品の寸法を書換えるように利用者に要求する。利用者
は入力装置5からのキー入力によって、表示装置6に表
示された基本モデル中の構造部品の寸法を、これから解
析しようとする構造物に合致するように修正する(図2
ステップS2)。また、解析モデル生成手段11は拘束
条件を設定するように利用者に促し、入力された拘束条
件を基本モデルに設定する(図2ステップS3)。
The analysis model generating means 11 displays the transmitted basic model on the display device 6 and requests the user to rewrite the dimensions of the constituent parts in the basic model. The user corrects the size of the structural part in the basic model displayed on the display device 6 by key input from the input device 5 so as to match the structure to be analyzed (FIG. 2).
Step S2). Further, the analysis model generation means 11 prompts the user to set the constraint condition and sets the inputted constraint condition in the basic model (step S3 in FIG. 2).

【0061】材料定数生成手段12は材料データ3−1
〜3−nの一覧を表示装置6に表示して選択を促す。利
用者が画面上の材料データの一覧から該当する材料を選
択すると、材料定数生成手段12はこの選択された材料
に必要と判断した材料定数及び力学的構成式を材料デー
タベース3の中から選んで入力し(図2ステップS
4)、選択した基本モデル中の材料定数及び力学的構成
式として設定する(図2ステップS5)。
The material constant generating means 12 uses the material data 3-1.
A list of 3 to 3-n is displayed on the display device 6 to prompt selection. When the user selects a corresponding material from the list of material data on the screen, the material constant generating means 12 selects from the material database 3 the material constants and mechanical constitutive equations that are judged necessary for this selected material. Input (Fig. 2 Step S
4), set as material constants and mechanical constitutive equations in the selected basic model (step S5 in FIG. 2).

【0062】材料データベース3には材料毎に、応力−
ひずみ曲線や応力緩和曲線等の様々な材料試験の結果、
応力−ひずみ関係を表すのに適した力学的構成式及び過
去に使用した材料定数等が登録されている。材料定数生
成手段12は選択された材料が使用する力学的構成式に
必要な材料定数が材料データベース3に登録されていな
いと判断した場合には、材料データベース3に登録され
ている様々な材料試験の結果を基に必要な材料定数を計
算し、その選択した基本モデル中の材料定数として設定
するとともに、材料データベース3に新たに登録する。
さらに、材料定数生成手段12はこの選択した材料デー
タ中に含まれる材料強度や寿命データをグラフ作成手段
16に伝達する。
In the material database 3, the stress for each material-
Results of various material tests such as strain curves and stress relaxation curves,
Mechanical constitutive equations suitable for expressing the stress-strain relationship and material constants used in the past are registered. When the material constant generating means 12 determines that the material constants necessary for the mechanical constitutive equation used by the selected material are not registered in the material database 3, various material tests registered in the material database 3 are performed. The necessary material constants are calculated based on the result of (1), set as the material constants in the selected basic model, and newly registered in the material database 3.
Further, the material constant generating means 12 transmits the material strength and life data included in the selected material data to the graph creating means 16.

【0063】このように、解析モデル生成手段11及び
材料定数生成手段12によって解析モデル13の生成が
完了し(図2ステップS6)、この解析モデル13が有
限要素法解析手段14に伝達される。
In this way, the generation of the analysis model 13 is completed by the analysis model generation means 11 and the material constant generation means 12 (step S6 in FIG. 2), and this analysis model 13 is transmitted to the finite element method analysis means 14.

【0064】有限要素法解析手段14はこの解析モデル
13を用いて、例えばSn−3.0Ag−0.5Cu組
成の鉛フリーはんだの場合に、以下のように応力ひずみ
解析を行う。まず、入力装置5を通じて利用者から温度
や荷重等の最終的な負荷条件を入力する(図2ステップ
S7)。
The finite element method analysis means 14 uses the analysis model 13 to perform stress strain analysis as follows in the case of a lead-free solder having a composition of Sn-3.0Ag-0.5Cu, for example. First, the user inputs final load conditions such as temperature and load through the input device 5 (step S7 in FIG. 2).

【0065】本実施例では、負荷条件によって生ずるひ
ずみ(全ひずみ)を弾性ひずみ、塑性ひずみ、粘性ひず
みの和で計算し、増分形式では、 dεt=dεe+dεp+dεc ……(3) dεt=dσ/E+Bσm dσ+Aσn dt ……(4) という式で表すことができるものとする。ここで、dε
tは全ひずみの増分、dεeは弾性ひずみの増分、dε
pは塑性ひずみの増分、dεcは粘性ひずみの増分、σ
は材料に生じる応力、dσは応力の増分、Eはヤング
率、dtは時間ステップ、A,B,m,nは鉛フリーは
んだの材料定数である。
In the present embodiment, the strain (total strain) caused by the load condition is calculated by the sum of elastic strain, plastic strain and viscous strain, and in the increment form, dεt = dεe + dεp + dεc (3) dεt = dσ / E + Bσ m It can be represented by the equation dσ + Aσ n dt (4). Where dε
t is the total strain increment, dεe is the elastic strain increment, dε
p is the increment of plastic strain, dεc is the increment of viscous strain, σ
Is the stress generated in the material, dσ is the stress increment, E is the Young's modulus, dt is the time step, and A, B, m, and n are the material constants of the lead-free solder.

【0066】有限要素法解析手段14はまず粘性ひずみ
の増分をNorton則を用いて、つまり上記の(1)
式を用いて計算する(図2ステップS8)。この場合、
(1)式において、dεcは粘性ひずみの増分、σは材
料に生じる応力、dtは時間ステップ、A,nは鉛フリ
ーはんだの材料定数である。
The finite element method analysis means 14 first uses the Norton's law to calculate the increment of viscous strain, that is, (1) above.
Calculation is performed using an expression (step S8 in FIG. 2). in this case,
In the equation (1), dεc is an increment of viscous strain, σ is a stress generated in the material, dt is a time step, and A and n are material constants of the lead-free solder.

【0067】次に、有限要素法解析手段14は弾塑性係
数または弾塑性マトリクス(1/E+Bσm )を計算す
る(図2ステップS9)。ここで、σは現在の応力、E
はヤング率、B,mは材料定数であり、この弾塑性係数
は応力によって変化する。
Next, the finite element method analysis means 14 calculates the elastoplastic coefficient or the elastoplastic matrix (1 / E + Bσ m ) (step S9 in FIG. 2). Where σ is the current stress, E
Is the Young's modulus, B and m are material constants, and this elasto-plastic coefficient changes with stress.

【0068】有限要素法解析手段14は、 dσ=(dεt−dεc)/(1/E+Bσm ) ……(5) σ=σ+dσ ……(6) という式によって応力の増分dσと、新たな応力σとを
求める。本実施例では、負荷の方向によって変化する背
応力も応力と同様にして計算する(図2ステップS1
0)。
[0068] Finite element analysis unit 14, dσ = (dεt-dεc) / (1 / E + Bσ m) ...... stress and incremental Dishiguma of the the expression (5) σ = σ + dσ ...... (6), a new stress Find σ. In this embodiment, the back stress that changes depending on the direction of the load is calculated in the same manner as the stress (FIG. 2, step S1).
0).

【0069】続いて、有限要素法解析手段14は、 εe=εe+dσ/E ……(7) という式から新たな弾性ひずみεeを計算し(図2ステ
ップS11)、 εp=εp+Bσm dσ ……(8) という式から新たな塑性ひずみεpを計算する(図2ス
テップS12)。
Subsequently, the finite element method analysis means 14 calculates a new elastic strain εe from the equation εe = εe + dσ / E (7) (step S11 in FIG. 2), and εp = εp + Bσ m dσ. 8) A new plastic strain εp is calculated from the equation (8) (step S12 in FIG. 2).

【0070】さらに、有限要素法解析手段14は、 dεc=Aσn dt ……(9) εc=εc+dεc ……(10) という式から粘性ひずみの増分dεcと新たな粘性ひず
みεcとを計算する(図2ステップS13)。最終負荷
に達しない場合には(図2ステップS14)、有限要素
法解析手段14は負荷を増加させて(または次の時間ス
テップで)、次の弾塑性係数または弾塑性マトリクスを
計算する(図2ステップS8〜S15)。
Further, the finite element method analysis means 14 calculates the increment dεc of viscous strain and a new viscous strain εc from the equation: dεc = Aσ n dt (9) εc = εc + dεc (10) 2 step S13). When the final load is not reached (step S14 in FIG. 2), the finite element method analysis means 14 increases the load (or at the next time step) and calculates the next elastic-plastic coefficient or elastic-plastic matrix (FIG. 2). 2 steps S8 to S15).

【0071】このように、本実施例では現在の値を用い
て増分を計算し、その累積値として新しい値が求められ
る。上記の処理を繰返し行うことで、降伏応力や参照直
線を与えることなく、応力、ひずみを計算することがで
き、応力−ひずみ関係は曲線となる。有限要素法解析手
段14は上記の各ステップ毎の応力−ひずみ関係を、寿
命予測手段15及びグラフ作成手段16に伝達する(図
2ステップS16)。
In this way, in this embodiment, the increment is calculated using the current value, and a new value is obtained as the cumulative value. By repeating the above process, the stress and the strain can be calculated without giving the yield stress and the reference straight line, and the stress-strain relationship becomes a curve. The finite element method analysis unit 14 transmits the stress-strain relationship at each step to the life prediction unit 15 and the graph creation unit 16 (step S16 in FIG. 2).

【0072】寿命予測手段15はこの伝達された応力−
ひずみ関係から、繰返し負荷に対する破断寿命を計算す
る。まず、応力−ひずみ関係から適当な1サイクル分を
取出し、応力−ひずみのグラフからヒステリシス曲線を
描く(図3参照)。寿命予測手段15は応力をひずみで
積分してその面積を計算することによって、1サイクル
分の損失エネルギを求める(図2ステップS17)。
The life predicting means 15 determines the transmitted stress-
From the strain relationship, the fracture life for cyclic loading is calculated. First, an appropriate one cycle is extracted from the stress-strain relationship, and a hysteresis curve is drawn from the stress-strain graph (see FIG. 3). The life prediction unit 15 obtains the loss energy for one cycle by integrating the stress with strain and calculating the area thereof (step S17 in FIG. 2).

【0073】寿命予測手段15はこの損失エネルギと材
料データベース3から寿命データとして入力された損失
エネルギ−破断寿命関係式(図4参照)とを照合するこ
とによって(図2ステップS18)、負荷に対する余寿
命を計算する(図2ステップS19)。寿命予測手段1
5はこの余寿命の予測結果をグラフ作成手段16に伝達
する。
The life predicting means 15 compares this loss energy with the loss energy-breaking life relational expression (see FIG. 4) input as life data from the material database 3 (step S18 in FIG. 2) to find a margin for the load. The life is calculated (step S19 in FIG. 2). Life Prediction Means 1
5 transmits the prediction result of this remaining life to the graph creating means 16.

【0074】グラフ作成手段16は伝達されたステップ
毎の応力−ひずみ関係及び余寿命を、伝達されたグラフ
作成条件によって定まる形式でグラフ化し、表示装置6
の画面に表示する。また、解析モデル生成手段11から
伝達された材料強度及び材料の繰返し寿命曲線のデータ
を表示装置6の画面に併せて表示する(図2ステップS
20)。
The graph creating means 16 creates a graph of the transmitted stress-strain relationship and residual life in each step in a format determined by the transmitted graph creating conditions, and displays the data on the display device 6.
Displayed on the screen. Further, the data of the material strength and the repeated life curve of the material transmitted from the analysis model generation means 11 are also displayed on the screen of the display device 6 (step S in FIG. 2).
20).

【0075】尚、本実施例において、入力装置5を通じ
て入力される負荷条件は、予め計算された荷重、応力、
ひずみや温度分布等によって与えることもある。通常、
これを最終負荷として、任意数に分割されてステップ毎
の負荷条件が設定される。
In the present embodiment, the load conditions input through the input device 5 are the load, stress, and
It may be given by strain or temperature distribution. Normal,
With this as the final load, the load condition is set for each step by dividing into an arbitrary number.

【0076】また、本実施例において、負荷条件の時間
や温度による変化等を容易に入力できる機能を使うこと
もできる。この負荷条件である温度の時間による複雑な
変化を簡単に入力する画面の一例を図5に示す。時間と
その時の温度の組合わせ、または時間増分と温度の組合
わせを順次入力することによって、画面には温度−時間
のグラフが表示されるため、目で確認しながら誤りなく
負荷条件を入力することができる。
Further, in the present embodiment, it is also possible to use a function capable of easily inputting a change in load condition due to time or temperature. FIG. 5 shows an example of a screen for easily inputting a complicated change in temperature, which is the load condition, with time. By inputting the combination of time and temperature at that time, or the combination of time increment and temperature in sequence, a temperature-time graph is displayed on the screen. be able to.

【0077】さらに、1サイクル分を入力すれば、その
範囲と繰返し回数とを指定することによって、一度に入
力を済ませることもできる。こうして、同じ負荷条件を
繰返して何度も入力することを避けることができる。さ
らに、よく使う負荷条件や前回の条件を記憶し、デフォ
ルトボタンを押すたびにそれらを呼出すようにすること
もできる。
Further, by inputting one cycle, it is possible to complete the input at once by designating the range and the number of repetitions. In this way, it is possible to avoid repeatedly inputting the same load condition many times. Furthermore, it is possible to store frequently used load conditions and previous conditions and call them each time the default button is pressed.

【0078】上述した入力装置5、表示装置6と、処理
装置1、基本解析モデルデータベース2、材料データベ
ース3、グラフ作成データベース4とはそれぞれ別のコ
ンピュータ上で動作し、ネットワークやインタネット等
で接続されていてもよい。通常、処理装置1は最も処理
速度の速い大型コンピュータまたはホストコンピュータ
上で動作させ、入力装置5、表示装置6は複数の利用者
が同時に利用することができる。
The above-mentioned input device 5 and display device 6, the processing device 1, the basic analysis model database 2, the material database 3, and the graph creation database 4 operate on different computers and are connected by a network or the internet. May be. Usually, the processing device 1 is operated on a large-sized computer or a host computer having the highest processing speed, and the input device 5 and the display device 6 can be simultaneously used by a plurality of users.

【0079】ここで、入力装置5、表示装置6に表示さ
せて入出力を行うプログラムは本実施例による応力ひず
み解析システムのプログラムで実現しても良く、多くの
場合、パーソナルコンピュータに付属されている表計算
ソフトウェア等の汎用ソフトウェアに、マクロや追加ア
プリケーションとして機能追加させて使用しても良い。
Here, the program displayed on the input device 5 and the display device 6 for inputting and outputting may be realized by the program of the stress strain analysis system according to the present embodiment, and in many cases, it is attached to a personal computer. General-purpose software such as existing spreadsheet software may be used by adding functions as macros or additional applications.

【0080】あるいは、Webブラウザを使用して、本
実施例による応力ひずみ解析システムがインストールさ
れた他のコンピュータのアドレスにアクセスして、入力
及び表示を行っても良い。また、本実施例による応力ひ
ずみ解析システムを動作させる、Web機能で読むこと
のできるプログラムを、本システムが用意して、利用者
のコンピュータにインストールし、利用者はWebブラ
ウザを使用してそのプログラムにアクセスして利用して
も良い。
Alternatively, a Web browser may be used to access the address of another computer in which the stress-strain analysis system according to this embodiment is installed for input and display. Further, this system prepares a program that can be read by the Web function for operating the stress-strain analysis system according to the present embodiment, installs it on the user's computer, and the user uses the Web browser to execute the program. You may access and use.

【0081】さらに、本実施例において、はんだの力学
的構成式は、材料定数生成手段12とは別に、ユーザサ
ブルーチン等に記述し、有限要素法解析手段14のプロ
グラムと連動して動作するようにコンパイルして使用し
てもよい。この場合、本実施例による力学的構成式をユ
ーザサブルーチン形式に記述し、さまざまな汎用有限要
素法プログラムに組込んで使用することもできる。汎用
有限要素法プログラムとしては、例えば、MSC.So
ftware Corporation社製のMar
c、ANSYS Inc.社製のANSYS(登録商
標)、Hibbitt,Karlsson&Soren
sen,Inc.社製のABAQUSまたはNASTR
AN等がある。
Further, in the present embodiment, the mechanical constitutive equation of the solder is described in the user subroutine etc. separately from the material constant generating means 12 so that it operates in conjunction with the program of the finite element method analyzing means 14. You may compile and use it. In this case, the mechanical constitutive equation according to the present embodiment can be described in a user subroutine format and incorporated into various general-purpose finite element method programs for use. As a general-purpose finite element method program, for example, MSC. So
Mar from ftware Corporation
c, ANSYS Inc. ANSYS®, Hibbitt, Karlsson & Soren
sen, Inc. ABAQUS or NASTR
There are AN and others.

【0082】さらにまた、寿命予測手段15は、伝達さ
れた応力−ひずみ関係から損失エネルギを求めるが、そ
の際、伝達された応力−ひずみ関係のヒステリシス曲線
を、有限要素法プログラムの機能によって要素分割し、
その面積を計算しても良い。この一例を図6に示す。寿
命予測手段15はその結果を、材料データベース3から
寿命データとして入力された損失エネルギ−破断寿命関
係式と照合することによって、負荷に対する余寿命を計
算する。
Furthermore, the life predicting means 15 obtains the energy loss from the transmitted stress-strain relationship. At this time, the transmitted stress-strain relationship hysteresis curve is divided into elements by the function of the finite element method program. Then
You may calculate the area. An example of this is shown in FIG. The life predicting means 15 calculates the remaining life with respect to the load by collating the result with the loss energy-breaking life relational expression input as life data from the material database 3.

【0083】一般に、応力ひずみ解析は大きく分ける
と、解析モデルの生成、有限要素法解析、結果表示の3
段階に分けられる。このうち、解析モデルの生成は本実
施例によれば、基本モデル及び材料定数等が登録された
ファイルを有しているために、基本モデルを選択し、構
成部品の寸法を書換え、材料を特定し、拘束条件を与え
ることによって、解析モデルを簡単に生成することがで
きる。特に、材料の特定は、材料データベース3に格納
された何れかの材料データ3−1〜3−nを指定するだ
けで行える。
Generally, stress-strain analysis is roughly divided into three parts: generation of an analysis model, finite element method analysis, and result display.
It is divided into stages. Among these, according to the present embodiment, the generation of the analysis model has the file in which the basic model and the material constants are registered. Therefore, the basic model is selected, the dimensions of the component parts are rewritten, and the material is specified. However, the analysis model can be easily generated by giving the constraint condition. Particularly, the material can be specified only by specifying any of the material data 3-1 to 3-n stored in the material database 3.

【0084】したがって、本実施例では従来と比較し
て、解析モデルの生成に必要な作業時間を大幅に短縮す
ることができる。また、解析モデルと汎用有限要素法プ
ログラムとを使用した応力ひずみ解析は、有限要素法解
析手段14によって自動的に進められるため、汎用有限
要素法プログラム固有のコマンド等の専門知識に乏しい
利用者でも応力ひずみ解析を行うことができる。よっ
て、本実施例では従来のように解析用のコマンド等の専
門知識を必要としない。
Therefore, in this embodiment, the working time required for generating the analysis model can be greatly shortened as compared with the conventional case. Further, since the stress-strain analysis using the analysis model and the general-purpose finite element method program is automatically advanced by the finite element method analysis means 14, even a user who lacks specialized knowledge such as commands specific to the general-purpose finite element method program Stress-strain analysis can be performed. Therefore, this embodiment does not require specialized knowledge such as an analysis command as in the conventional case.

【0085】さらに、本実施例では解析結果である応
力、ひずみ、変形、余寿命等を出力するグラフについて
も、グラフ作成条件データベース4から所望のグラフ作
成条件を選択しておくことによって、利用者が解析結果
を集計し、必要なグラフを自ら作成することなく、自動
的に解析結果のグラフが表示装置6から出力されるた
め、解析からグラフ表示までスムーズに行うことがで
き、かつ初心者でもグラフを容易に作成することができ
る。
Further, in the present embodiment, the user can also select a desired graph creation condition from the graph creation condition database 4 for the graph that outputs the analysis result, such as stress, strain, deformation, and remaining life. Collects the analysis results and automatically outputs the graph of the analysis result from the display device 6 without creating the necessary graph by itself, so that it is possible to smoothly perform the analysis to the graph display, and the graph can be displayed even by a beginner. Can be created easily.

【0086】さらにまた、本実施例では有限要素法によ
る解析結果の応力やひずみを表すグラフに、構成部品の
材料強度の値や実験から得られた繰返し寿命曲線等が併
せて表示されるため、負荷条件によって生じた応力が材
料の強度を超えていないかどうか、余寿命はどのくらい
かを容易に確認することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the stress and strain of the analysis result by the finite element method are displayed together with the value of the material strength of the component parts and the repeated life curve obtained from the experiment, It is possible to easily confirm whether the stress caused by the load condition does not exceed the strength of the material and the remaining life.

【0087】図7は本発明の一実施例による基本モデル
の表示画面の一例を示す図であり、図8及び図9は本発
明の一実施例による寸法入力画面の一例を示す図であ
り、図10は本発明の一実施例による材料定数の入力画
面の一例を示す図であり、図11は本発明の一実施例に
よる負荷条件としての温度の入力画面の一例を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the display screen of the basic model according to the embodiment of the present invention, and FIGS. 8 and 9 are diagrams showing an example of the dimension input screen according to the embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing an example of a material constant input screen according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing an example of a temperature input screen as a load condition according to an embodiment of the present invention.

【0088】また、図12は本発明の一実施例による解
析結果のうちの応力−ひずみ関係の表示画面の一例を示
す図であり、図13は本発明の一実施例による材料の寿
命曲線を損失エネルギと余寿命との関係で示す表示画面
の一例を示す図であり、図14は本発明の一実施例によ
る材料の損失エネルギと余寿命との関係式の入力画面の
一例を示す図である。
FIG. 12 is a view showing an example of a stress-strain relation display screen of the analysis results according to the embodiment of the present invention, and FIG. 13 shows the life curve of the material according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of the display screen shown by the relationship between loss energy and remaining life, and FIG. 14 is a figure which shows an example of the input screen of the relational expression of loss energy and remaining life of the material by one Example of this invention. is there.

【0089】これら図7〜図14を参照して本発明の一
実施例による有限要素法を用いた応力ひずみ解析システ
ムにおける各入力画面や表示画面について具体的に説明
する。
Each input screen and display screen in the stress-strain analysis system using the finite element method according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 7 to 14.

【0090】パーソナルコンピュータの画面に表示され
た基本モデルを表示した画面の一例を図7に示す。図7
においては階層毎に分かりやすく分類して表示してお
り、利用者はマウスやキーボード等を使って、基本モデ
ルのリストから該当する基本モデルを選択する。
FIG. 7 shows an example of a screen displaying the basic model displayed on the screen of the personal computer. Figure 7
In the, each hierarchy is displayed in an easy-to-understand classification, and the user selects the applicable basic model from the list of basic models using a mouse or keyboard.

【0091】図7に示す画面の下方には、次の画面の内
容が表示され、これを押すと、その画面にジャンプして
表示される。次の画面の内容表示の際には、既に処理が
済んでいる画面はスキップされる。このようにして、初
心者でも指示通りに入力すれば、熟練者と同じ解析作業
ができる。
Below the screen shown in FIG. 7, the contents of the next screen are displayed. When this is pressed, the screen is jumped to and displayed. When displaying the contents of the next screen, the screen that has already been processed is skipped. In this way, even a beginner can perform the same analysis work as an expert by inputting according to the instruction.

【0092】また、画面の左方には一連の解析作業項目
全体の流れが表示されており、現在の画面の項目は他の
項目と判別可能に表示され、処理済の項目も他の項目と
判別可能に表示されており、全体の流れがすぐに分かる
とともに、項目をマウスやキーボード等で選択すると、
その画面にジャンプして表示される。
On the left side of the screen, the flow of a series of analysis work items as a whole is displayed. The items on the current screen are displayed so as to be distinguishable from other items, and the processed items are also displayed as other items. It is displayed in a distinguishable manner, and you can immediately understand the overall flow, and if you select an item with a mouse or keyboard,
It jumps to the screen and is displayed.

【0093】寸法を入力する画面の一例を図8及び図9
に示す。図8は全体形状の寸法を入力する画面を示し、
図9は詳細部分の寸法を入力する画面を示している。こ
れらの画面の上方のしおり部分を選択することによっ
て、全体形状の寸法の入力画面から詳細部分の寸法の入
力画面へと、画面が切替わって表示される。
8 and 9 show examples of screens for inputting dimensions.
Shown in. Figure 8 shows the screen for entering the dimensions of the overall shape,
FIG. 9 shows a screen for inputting the dimensions of the detailed portion. By selecting the bookmark part above these screens, the screens are switched and displayed from the input screen of the dimensions of the entire shape to the input screen of the dimensions of the detailed parts.

【0094】また、画面内のデフォルトボタンを押すた
びに、システムが記憶した、よく使われる負荷条件や前
回の条件を呼出すことができる。利用者は一部を修正す
るだけで、所定の寸法を入力することができる。
Each time the default button on the screen is pressed, the load condition and the previous condition stored in the system, which are frequently used, can be called. The user can input a predetermined size by only partially modifying it.

【0095】材料定数を入力する画面の一例を図10に
示す。この図面において、材料を選ぶことによって、使
われる力学的構成式が連動して選択され、解析実行の場
合には上記の力学的構成式の精度が良くなる解析方法が
自動で選択される。同じ名称の材料の場合でも、マウス
やキーボード等を使って選択して指定することができ
る。このようにして、解析モデルの作成が終了する。
FIG. 10 shows an example of a screen for inputting material constants. In this drawing, the mechanical constitutive equations to be used are selected in conjunction with the selection of the material, and when the analysis is executed, the analytical method that improves the accuracy of the mechanical constitutive equations is automatically selected. Even if the materials have the same name, they can be selected and specified using a mouse or keyboard. In this way, the creation of the analytical model is completed.

【0096】負荷条件として温度を入力する画面の一例
を図11に示す。この画面において、時間及びその時の
温度、または時間増分及び温度を順次入力することによ
って、画面には温度−時間のグラフが逐一更新されて示
される。また、グラフ上で1サイクル分の始めと終わり
を選択し、繰返し回数を指定することによって、繰返し
負荷を一度に簡単に入力することができる。
FIG. 11 shows an example of a screen for inputting the temperature as the load condition. By sequentially inputting a time and a temperature at that time, or a time increment and a temperature on this screen, a temperature-time graph is updated on the screen. Further, by selecting the start and end of one cycle on the graph and designating the number of repetitions, it is possible to easily input the repetition load at one time.

【0097】このようにして、面倒な繰返しの負荷条件
であっても、目で確認しながら誤りなく簡単に入力する
ことができる。尚、温度の時間変化の負荷条件を例にし
たが、荷重の時間や温度による変化の場合も同じであ
る。さらに、よく使う負荷条件や前回の条件を記憶し、
デフォルトボタンを押すたびにそれらを呼出すこともで
きる。
In this way, even under troublesome repeated load conditions, it is possible to easily input the data without making an error while visually checking. Although the load condition of the temperature change with time is taken as an example, the same applies to the case where the load changes with time and temperature. In addition, remember frequently used load conditions and previous conditions,
You can also call them every time you press the default button.

【0098】解析実行のボタンを選択すると、大型コン
ピュータへデータが送られ、しばらくして解析が終了す
ると、利用者のパーソナルコンピュータ画面に、その旨
メッセージが表示される。
When the analysis execution button is selected, data is sent to the large computer, and when the analysis is completed after a while, a message to that effect is displayed on the user's personal computer screen.

【0099】解析結果のうちの応力−ひずみ関係を表示
した画面の一例を図12に示し、材料の寿命曲線を損失
エネルギと余寿命との関係で表示した画面の一例を図1
3に示す。本実施例では、少しでも早く余寿命を知りた
いユーザ向けに、図12に示す解析結果表示メニューの
上方に破断予測回数が表示される。図12では表示され
たヒステリシス曲線からその損失エネルギが即座に計算
され、図13に表示された材料の損失エネルギと余寿命
との関係から破断予測回数が表示される。
FIG. 12 shows an example of a screen displaying the stress-strain relationship among the analysis results, and FIG. 1 shows an example of the screen displaying the life curve of the material in terms of the loss energy and the remaining life.
3 shows. In the present embodiment, the predicted fracture frequency is displayed above the analysis result display menu shown in FIG. 12 for the user who wants to know the remaining life as soon as possible. In FIG. 12, the energy loss is calculated immediately from the displayed hysteresis curve, and the predicted number of fractures is displayed from the relationship between the material energy loss and the remaining life displayed in FIG. 13.

【0100】材料の損失エネルギと余寿命との関係式を
入力する画面の一例を図14に示す。この画面では材料
選択時に、材料データベースから自動でデータ入力され
るが、その値を確認したり訂正することができる。上記
の関係式を修正した場合の寿命予測結果は図12に示す
画面に即座に表示される。
FIG. 14 shows an example of a screen for inputting the relational expression between the energy loss of the material and the remaining life. On this screen, data is automatically entered from the material database when selecting a material, but you can check or correct the value. The life prediction result when the above relational expression is corrected is immediately displayed on the screen shown in FIG.

【0101】このようにして、本実施例による応力ひず
み解析システムは、利用者が行うであろう操作を予想し
て誘導する。これによって、利用者は本実施例による応
力ひずみ解析システムの指示通りに操作することによっ
て、従来、難しかった材料の寿命予測でも容易に行うこ
とが可能となる。
In this way, the stress-strain analysis system according to this embodiment predicts and guides the operation that the user will perform. As a result, the user can easily predict the life of the material, which has been difficult in the past, by operating the stress-strain analysis system according to the present embodiment as instructed.

【0102】尚、本実施例では有限要素法2次元解析モ
デルの例を示しているが、3次元モデルに対しても入力
画面から寿命予測まで、上述したような処理や画面と同
様に行うことができる。
In this embodiment, an example of the finite element method two-dimensional analysis model is shown, but for the three-dimensional model, from the input screen to the life prediction, the same processes and screens as described above are performed. You can

【0103】本発明は上述した本発明の一実施例にのみ
限定されず、その他各種の付加変更が可能である。例え
ば、本発明は有限要素法解析機能を有する様々な汎用有
限要素法プログラム(Marc,ANSYS,ABAQ
USまたはNASTRAN等)と組合わせて使用するこ
とができる。また、本発明は接触解析や熱伝導、振動、
流体解析等、汎用有限要素法プログラムのプリ・ポスト
プロセッサとして、モデル作成の効率化及び複雑なグラ
フ作成を行う際にも有効である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment of the present invention, and various other additions and modifications can be made. For example, the present invention provides various general-purpose finite element method programs (Marc, ANSYS, ABAQ) having a finite element method analysis function.
Can be used in combination with US or NASTRAN). In addition, the present invention, contact analysis and heat conduction, vibration,
As a pre- and post-processor for general-purpose finite element method programs such as fluid analysis, it is also effective when making model creation more efficient and creating complex graphs.

【0104】このように、本発明では、材料を選択する
だけで、最適な力学的構成式が選ばれ、それにふさわし
い有限要素法解析が行われるため、初心者でも容易に操
作することができる。例えば、セラミック材料では線形
解析が、金属では弾塑性解析が、樹脂や鉛はんだでは弾
クリープ解析が、鉛フリーはんだでは粘塑性解析が行わ
れる等である。
As described above, in the present invention, the optimum mechanical constitutive equation is selected only by selecting the material, and the finite element method analysis suitable for it is performed, so that even a beginner can easily operate. For example, linear analysis is performed for ceramic materials, elastic-plastic analysis is performed for metals, elastic creep analysis is performed for resins and lead solders, and viscoplastic analysis is performed for lead-free solders.

【0105】また、本発明では、塑性ひずみ、粘性ひず
みの算出時に背応力を計算することによって、複合硬化
則を組込んでいるため、繰返し負荷の応力−ひずみやバ
ウシンガー効果等、種々の負荷に対する各種材料の複雑
な変形を正確にシミュレーションすることができる。
Further, in the present invention, since the composite hardening law is incorporated by calculating the back stress when calculating the plastic strain and the viscous strain, various loads such as stress-strain of repeated load and Bausinger effect are calculated. It is possible to accurately simulate complex deformations of various materials with respect to.

【0106】さらに、本発明では、任意の負荷に対する
余寿命を、初心者でも高い精度で容易に予測すること、
信頼度を指定して寿命予測することができる。その際、
初めての材料を選択した場合でも、その材料の実験結果
から、必要な材料定数を自動で計算し、材料データベー
スに追加する機能を持つため、使用するたびに使いやす
くなる。
Further, according to the present invention, the remaining life for an arbitrary load can be easily predicted with high accuracy even by a beginner.
The life can be predicted by specifying the reliability. that time,
Even when the first material is selected, the necessary material constants are automatically calculated from the experimental results of that material and added to the material database, which makes it easy to use each time.

【0107】上記のように、本発明では、様々な負荷条
件の時間や温度による変化を容易に入力することができ
る。
As described above, in the present invention, it is possible to easily input changes in various load conditions due to time and temperature.

【0108】一方、本発明では、ワイブル分布等の統計
処理によって、より精度の高い最適値を計算することが
できるため、異なるモードのデータを自動的に取除く機
能によって、材料特性の測定時のばらつきで生じる解析
結果の誤差を最低限度に抑えることができる。
On the other hand, in the present invention, since the more accurate optimum value can be calculated by the statistical processing of the Weibull distribution etc., the function of automatically removing the data of different modes can be used to measure the material properties. The error of the analysis result caused by the variation can be suppressed to the minimum.

【0109】本発明では、上述したように、汎用有限要
素法プログラムを利用者が直接操作する必要がなく、使
用するソフトウェアプログラム固有のコマンド等の解析
に関する専門知識が不要であり、解析モデルの生成に多
くの時間と労力がかかることもなく、解析結果を集計し
て必要なグラフを作成したり、寿命予測する手間も不要
である。
In the present invention, as described above, the user does not need to directly operate the general-purpose finite element method program, specialized knowledge regarding analysis of commands and the like peculiar to the software program to be used is not required, and analysis model generation is performed. It does not require a lot of time and labor, and it does not require the trouble of totaling the analysis results to create the necessary graphs and predicting the service life.

【0110】本発明では、各種基板実装の有限要素法モ
デル作成から数値解析、寿命予測までをパーソナルコン
ピュータ上で容易に操作することができる。
In the present invention, it is possible to easily operate from the creation of the finite element method model of various board mounting, the numerical analysis and the life prediction on the personal computer.

【0111】本発明では、解析モデルの生成に関する支
援機能である選択手段11及び解析モデル生成手段12
を備えており、また、最終的な負荷を与えて有限要素法
解析を行う一連の処理を自動的に進める有限要素法解析
手段15を備えているため、専門的な知識に乏しい利用
者であっても簡単に応力ひずみ解析を行うことができ
る。このため、汎用有限要素法プログラムに熟練した設
計技術者を育成する必要がなくなり、人的コストの低減
が可能となる。
In the present invention, the selection means 11 and the analysis model generation means 12 which are support functions for generation of the analysis model.
In addition, since the finite element method analysis means 15 for automatically advancing a series of processes for performing a finite element method analysis by applying a final load is provided, the user is lacking in specialized knowledge. However, stress-strain analysis can be performed easily. Therefore, it is not necessary to train a design engineer who is skilled in a general-purpose finite element method program, and the human cost can be reduced.

【0112】さらに、本発明では、グラフ化に関する支
援機能であるグラフ作成手段17を備えているため、解
析結果のグラフ化を簡単に行うことができる。
Further, according to the present invention, since the graph creating means 17 which is a support function for graphing is provided, the analysis result can be graphed easily.

【0113】上述したように、本発明では、有限要素法
を用いた解析システムにおいて、負荷によって生じる全
ひずみを弾性ひずみ、塑性ひずみ、粘性ひずみの和で表
した構成式を用いることで、参照直線を入力することな
く、負荷方向や負荷速度、温度による応力とひずみとの
曲線関係を表現することができる。
As described above, in the present invention, in the analysis system using the finite element method, by using the constitutive equation in which the total strain caused by the load is represented by the sum of elastic strain, plastic strain, and viscous strain, It is possible to express a curve relationship between stress and strain due to load direction, load speed, and temperature without inputting.

【0114】また、本発明では、力学的特性を表現する
材料定数を与えることによって、負荷に対する変形を履
歴を考慮して正確に表現するための弾塑性係数または弾
塑性マトリクスを作成している。この力学的構成式にお
いては、塑性ひずみと粘性ひずみとを0とすることで、
弾性ひずみだけが生じるセラミック材料の応力−ひずみ
関係を表すことができ、塑性ひずみを0とすることで、
粘弾性特性を示す樹脂材料に対応することができ、すべ
てのひずみを計算することによって、高温においてクリ
ープ変形する金属材料やはんだ材料に対応することがで
きる。温度の変化によって弾塑性変形しかしない場合に
は、粘性ひずみが0になる等、統一的に扱うことができ
る。
Further, in the present invention, an elastic-plastic coefficient or an elastic-plastic matrix for accurately expressing the deformation with respect to the load in consideration of the history is created by giving a material constant expressing the mechanical characteristic. In this mechanical constitutive equation, by setting the plastic strain and the viscous strain to 0,
It is possible to express the stress-strain relationship of the ceramic material in which only elastic strain occurs, and by setting the plastic strain to 0,
It can be applied to a resin material exhibiting viscoelastic characteristics, and by calculating all strains, it can be applied to a metal material or a solder material that undergoes creep deformation at high temperatures. When only elasto-plastic deformation is caused by a change in temperature, the viscous strain becomes 0, and it can be treated in a unified manner.

【0115】このようにして、鉛はんだ/鉛フリーはん
だや高温/低温等の区別なく、すべての材料、すべての
負荷条件に共通して使うことができる。したがって、材
料の変形特性に応じて、適した応力ひずみ解析システム
を選ぶ必要がなく、利用者に知識や技術を要求しないと
いう効果が得られる。ここで、解析対象となる材料の中
で、Sn系鉛フリーはんだ等、弾性ひずみ、塑性ひず
み、粘性ひずみがいずれも無視できない程度に大きい材
料に対しては、従来の技術に比べて、特に高い精度が得
られる。
In this way, lead solder / lead-free solder, high temperature / low temperature, etc. can be used in common for all materials and all load conditions. Therefore, it is not necessary to select an appropriate stress-strain analysis system according to the deformation characteristics of the material, and it is possible to obtain the effect that the user is not required to have knowledge or skill. Here, among the materials to be analyzed, Sn-based lead-free solder and the like, which have a large elastic strain, plastic strain, and viscous strain, are particularly high compared to the conventional technique. Accuracy can be obtained.

【0116】さらに、本発明では、応力の算出と同時に
背応力を計算し、等方硬化則との複合硬化則を組込んで
いる。この複合硬化則は、降伏曲面を移動させることに
よって(移動硬化則)、バウシンガー効果を表現するこ
とができるとともに、降伏曲面を適度に膨張させること
によって(等方硬化則)、材料によって異なる最初の降
伏後に負荷方向を変えた時の降伏応力を正確に表現する
ことができる。したがって、例えば、引張り−圧縮の負
荷を繰返す時のヒステリシス曲線等、種々の負荷に対す
る各種材料の変形を正確にシミュレーションすることが
できる。
Further, in the present invention, the back stress is calculated at the same time when the stress is calculated, and the compound hardening rule including the isotropic hardening rule is incorporated. This compound hardening law can express the Bauschinger effect by moving the yield surface (movement hardening rule), and it also depends on the material by expanding the yield surface appropriately (isotropic hardening rule). It is possible to accurately express the yield stress when the load direction is changed after yielding. Therefore, for example, it is possible to accurately simulate the deformation of various materials under various loads such as a hysteresis curve when the tension-compression load is repeated.

【0117】さらにまた、本発明では、繰返し負荷中の
応力−ひずみ関係から求まる損失エネルギを用いて、負
荷に対する破断寿命を予測している。すなわち、ある負
荷条件によって生じた応力−ひずみ曲線によって囲まれ
た面積から損失エネルギを算出し、材料データベースに
格納された損失エネルギ−破断寿命関係式を照合するこ
とによって、ある負荷条件に対する破断寿命を算出して
いる。
Furthermore, in the present invention, the fracture life with respect to the load is predicted by using the loss energy obtained from the stress-strain relationship during cyclic loading. That is, the loss energy is calculated from the area surrounded by the stress-strain curve generated under a certain load condition, and the loss life for a certain load condition is calculated by collating the loss energy-fracture life relational expression stored in the material database. It is calculated.

【0118】この場合、本発明では、応力ひずみ解析か
ら求めた応力−ひずみ曲線で囲まれる面積を、解析モデ
ルの要素分割によって算出している。この損失エネルギ
を用いる方法は、応力を全ひずみまたは非弾性ひずみ
(塑性ひずみと粘性ひずみとの和)で積分して算出する
ものであり、従来のようにひずみ量だけではなく、得ら
れた応力−ひずみ関係からより多くの情報を寿命予測に
利用しようとするものである。例えば、同じ非弾性ひず
み量でも応力が異なる場合には破断寿命が異なることを
考慮することができる。したがって、どのような材料に
対しても予測精度が高いという効果が得られる。
In this case, in the present invention, the area surrounded by the stress-strain curve obtained from the stress-strain analysis is calculated by element division of the analysis model. The method using this loss energy is to calculate the stress by integrating it with total strain or inelastic strain (the sum of plastic strain and viscous strain). -It is intended to utilize more information from the strain relation for life prediction. For example, it is possible to consider that the fracture lives differ when the stresses are different even with the same inelastic strain amount. Therefore, it is possible to obtain the effect that the prediction accuracy is high for any material.

【0119】上記のほかに、本発明では、材料実験から
得られた応力−ひずみ関係を入力することによって、材
料データベースにない新規材料に対しても材料定数を計
算し、データベースに追加する機能を持っている。この
材料定数生成手段では、例えば、種々の温度、種々のひ
ずみ速度における応力−ひずみ曲線をファイル等で入力
した場合、弾性ひずみに関連するヤング率、塑性ひずみ
に関連する応力の漸近線や漸近の仕方、粘性ひずみに関
連する漸近線の温度変化やひずみ速度変化等を自動算出
することができる。
In addition to the above, in the present invention, by inputting the stress-strain relationship obtained from the material experiment, the material constant is calculated even for a new material that is not in the material database, and the function of adding to the database is provided. have. In this material constant generating means, for example, when stress-strain curves at various temperatures and various strain rates are input in a file or the like, the Young's modulus related to elastic strain and the asymptotic line or asymptote of stress related to plastic strain It is possible to automatically calculate a change in temperature, a change in strain rate, etc. of the asymptote associated with the method and viscous strain.

【0120】したがって、未知の材料に対しても、一度
だけ材料実験を行うことによって、種々の負荷に対する
各種材料の変形を正確にシミュレーションすることがで
き、従来、面倒であったヤング率等の材料定数の決定等
を効率的に行うことができる。
Therefore, even if an unknown material is subjected to a material experiment only once, it is possible to accurately simulate the deformation of various materials under various loads. It is possible to efficiently determine the constant and the like.

【0121】また、本発明では、負荷条件の時間による
変化や温度による変化を容易に入力可能な負荷条件入力
機能を有している。例えば、負荷として与える荷重や温
度や変位は、時間や温度の関数として任意の式で与えら
れるし、入力された負荷(荷重、温度、変位等)は、時
間や温度等を横軸にしたグラフで表示され、マウス等で
操作してグラフ上の直線や曲線(指数曲線、対数曲線、
多項式曲線、累乗曲線等)で与えられる。繰返し負荷を
入力する場合にも、1サイクル分を入力して回数を指定
すれば、瞬時にすべての負荷が入力されてグラフに表示
される。したがって、多様で複雑な負荷条件の場合にも
入力が容易となるという効果が得られる。
Further, the present invention has a load condition input function capable of easily inputting a change in load condition with time or a change with temperature. For example, the load applied as a load, temperature, or displacement is given by an arbitrary formula as a function of time or temperature, and the input load (load, temperature, displacement, etc.) is a graph with time or temperature as the horizontal axis. Is displayed, and can be operated with a mouse etc. to draw straight lines and curves (exponential curve, logarithmic curve,
Polynomial curve, power curve, etc.). Even when the repeated load is input, if one cycle is input and the number of times is specified, all the loads are instantaneously input and displayed on the graph. Therefore, it is possible to obtain an effect that the input becomes easy even under various and complicated load conditions.

【0122】さらに、本発明では、ばらつきのある材料
実験結果から最適な材料定数を計算する際、及び得られ
た寿命を示す定数からある負荷条件における構造物の破
断予測値を算出する際に、ワイブル分布等の統計処理に
よって、より精度の高い最適値を計算して表示してい
る。この統計処理機能では、単純平均から正規分布、ワ
イブル分布等の利用者の指定に応じてばらつきを処理す
ることができる。特にワイブル分布のオプションでは、
他と異なるモードのデータと判断した場合に、自動的に
そのデータを無視して算出する機能も有する。
Furthermore, according to the present invention, when calculating the optimum material constant from the material experiment results with variations and when calculating the fracture prediction value of the structure under a certain load condition from the obtained life constant, By statistical processing such as Weibull distribution, a more accurate optimum value is calculated and displayed. With this statistical processing function, it is possible to process the variation according to the user's designation such as a normal distribution or a Weibull distribution from a simple average. Especially for the Weibull distribution option,
When it is determined that the data is in a mode different from other modes, it also has a function of automatically ignoring the data and calculating.

【0123】したがって、通常、最低でも1〜2割程度
のばらつきがある材料特性の測定結果等の扱い方によっ
て、解析結果に生じる誤差を最低限度に抑えることが可
能になるとともに、ワイブル分布処理の場合、例えば信
頼度99.9%等と指定して高精度に寿命予測すること
や、信頼度50%等と指定して破断予測寿命を狭い範囲
に絞り込むこともできる。
Therefore, it is possible to minimize the error that occurs in the analysis result by handling the measurement result of the material property, which usually has a variation of at least about 10 to 20%. In this case, for example, it is possible to specify the reliability of 99.9% or the like to predict the life with high accuracy, or to specify the reliability of 50% or the like to narrow the predicted fracture life to a narrow range.

【0124】さらにまた、本発明では、半導体部品、回
路基板等の代表的ないくつかの構造物の構成について、
それを有限要素法を用いて応力ひずみ解析する際の解析
モデルを格納する解析モデルファイルと、構造物の代表
的ないくつかの材料について、その材料定数を格納する
材料データベースと、入力装置からの利用者の入力にし
たがって構造物の解析モデルの寸法を書換えるととも
に、入力装置からの利用者の指示にしたがって材料デー
タベース中から選択した材料定数を解析モデルの構造物
の材料定数として設定して解析モデルを生成する解析モ
デル生成手段と、上記の解析方法を有すること、及び応
力−ひずみ関係と破断寿命予測結果とを示すいくつかの
グラフについて、その作成条件を格納するグラフ作成条
件ファイルと、入力装置からの利用者の指示にしたがっ
てグラフ作成条件ファイルから選択されたグラフ作成条
件に応じて有限要素法解析手段の解析結果及び破断寿命
の予測値をグラフ化して表示装置に表示するグラフ作成
手段とを備えている。
Furthermore, in the present invention, regarding the constitution of some typical structures such as semiconductor parts and circuit boards,
An analysis model file that stores an analysis model for stress-strain analysis using the finite element method, a material database that stores the material constants of some typical materials of the structure, and an input device The size of the analysis model of the structure is rewritten according to the user's input, and the material constant selected from the material database according to the user's instruction from the input device is set as the material constant of the structure of the analysis model and analyzed. A graph creation condition file that stores creation conditions for an analysis model generation unit that generates a model, the above-described analysis method, and some graphs indicating the stress-strain relationship and the fracture life prediction result, and input. A finite element according to the graph creation condition selected from the graph creation condition file according to the user's instruction from the device And a graph creation unit for displaying on the display device to chart the predicted values of the analysis results and rupture life analysis unit.

【0125】この解析モデル生成支援機能及びグラフ化
や寿命予測等の出力処理支援機能では、豊富な経験の蓄
積によってデータベース化されたメニューの中から利用
者がマウス等で選択することができる。したがって、汎
用有限要素法プログラムを利用者が直接操作する必要が
なく、使用するソフトウェアプログラム固有のコマンド
等の解析に関する専門知識が不要であり、解析モデルの
生成に多くの時間と労力がかかることもなく、解析結果
を集計して必要なグラフを作成したり寿命予測する手間
も不要であるという効果が得られ、各種基板実装の有限
要素法モデル作成から数値解析、寿命予測までをパーソ
ナルコンピュータ上で容易に操作可能になるという効果
がある。
With the analysis model generation support function and the output processing support function such as graphing and life prediction, the user can select from a database menu by accumulating a wealth of experience with a mouse or the like. Therefore, it is not necessary for the user to directly operate the general-purpose finite element method program, specialized knowledge regarding the analysis of commands and the like peculiar to the software program used is unnecessary, and it takes a lot of time and effort to generate the analysis model. The advantage is that it does not require the trouble of totaling the analysis results to create the necessary graphs and predicting the service life, and the finite element method model creation of various board mountings, numerical analysis, and service life prediction can be performed on a personal computer. The effect is that it can be easily operated.

【0126】尚、請求項の記載に関連して本発明はさら
に次の態様をとりうる。
The present invention may further have the following aspects in connection with the description of the claims.

【0127】(1)有限要素法を用いて材料のひずみを
解析する応力ひずみ解析システムであって、前記有限要
素法のモデルの一覧及び前記材料の一覧を外部に表示す
る手段と、前記有限要素法のモデルの一覧に基づいた外
部からの指示内容に応じて前記有限要素法のモデルを作
成する手段と、前記材料の一覧に基づいた外部からの指
示内容に応じて力学的構成式及びその定数を決定する手
段と、前記有限要素法のモデルと前記力学的構成式及び
その定数とを用いて前記材料の応力−ひずみ関係を予測
する手段と、これら応力−ひずみ関係から負荷に対する
破断寿命を予測する手段とを有し、前記材料が、少なく
とも樹脂及び高温における金属を含む粘性を有する材料
であることを特徴とする応力ひずみ解析システム。
(1) A stress-strain analysis system for analyzing strain of a material by using the finite element method, wherein a means for displaying a list of models of the finite element method and a list of the materials to the outside, and the finite element Means for creating a model of the finite element method according to the instruction contents from the outside based on the list of the model of the method, and a mechanical constitutive equation and its constant according to the instruction contents from the outside based on the list of the materials Means, a means for predicting the stress-strain relationship of the material using the model of the finite element method, the mechanical constitutive equation and its constant, and predicting the fracture life against load from these stress-strain relationship. And a means for controlling the stress-strain analysis system, wherein the material is a viscous material containing at least a resin and a metal at a high temperature.

【0128】(2)有限要素法を用いて材料のひずみを
解析する応力ひずみ解析システムであって、前記有限要
素法のモデルの一覧及び前記材料の一覧を外部に表示す
る手段と、前記有限要素法のモデルの一覧に基づいた外
部からの指示内容に応じて前記有限要素法のモデルを作
成する手段と、前記材料の一覧に基づいた外部からの指
示内容に応じて力学的構成式及びその定数を決定する手
段と、前記有限要素法のモデルと前記力学的構成式及び
その定数とを用いて前記材料の応力−ひずみ関係を予測
する手段と、これら応力−ひずみ関係から負荷に対する
破断寿命を予測する手段とを有し、前記材料が、少なく
ともSn系はんだを含む工業的に用いられるはんだ材料
であることを特徴とする応力ひずみ解析システム。
(2) A stress-strain analysis system for analyzing strain of a material by using the finite element method, which is a means for displaying a list of models of the finite element method and a list of materials to the outside, and the finite element. Means for creating a model of the finite element method according to the instruction contents from the outside based on the list of the model of the method, and a mechanical constitutive equation and its constant according to the instruction contents from the outside based on the list of the materials Means, a means for predicting the stress-strain relationship of the material using the model of the finite element method, the mechanical constitutive equation and its constant, and predicting the fracture life against load from these stress-strain relationship. And a means for doing so, wherein the material is an industrially-used solder material containing at least Sn-based solder.

【0129】(3)前記Sn系はんだが、少なくともS
n−Ag系とSn−Zn系とSn−Bi系とを含む鉛を
含まない鉛フリーはんだ材料であることを特徴とする
(2)記載の応力ひずみ解析システム。
(3) The Sn-based solder is at least S
The lead-free solder material containing no n-Ag system, Sn-Zn system, and Sn-Bi system that does not contain lead, and the stress-strain analysis system according to (2).

【0130】(4)前記応力−ひずみ関係及び前記破断
寿命の予測結果を示すいくつかのグラフの作成条件を格
納するグラフ作成条件ファイルと、外部からの指示にし
たがって前記グラフ作成条件ファイルから選択されたグ
ラフ作成条件に基づいて前記有限要素法の解析結果及び
破断寿命の予測値をグラフ化して表示するグラフ作成手
段とを含むことを特徴とする(1)から(3)のいずれ
か記載の応力ひずみ解析システム。
(4) A graph creating condition file storing the creating conditions of some graphs showing the stress-strain relationship and the predicted result of the fracture life, and selected from the graph creating condition file according to an instruction from the outside. The stress according to any one of (1) to (3), further comprising: a graph creating means for displaying the analysis result of the finite element method and the predicted value of the fracture life based on the graph creating condition. Strain analysis system.

【0131】(5)有限要素法を用いて材料のひずみを
解析する応力ひずみ解析システムであって、前記有限要
素法のモデルの一覧及び前記材料の一覧を外部に表示す
る手段と、前記有限要素法のモデルの一覧に基づいた外
部からの指示内容に応じて前記有限要素法のモデルを作
成する手段と、前記材料の一覧に基づいた外部からの指
示内容に応じて力学的構成式及びその定数を決定する手
段と、前記有限要素法のモデルと前記力学的構成式及び
その定数とを用いて前記材料の応力−ひずみ関係を予測
する手段と、これら応力−ひずみ関係から負荷に対する
破断寿命を予測する手段と、前記応力−ひずみ関係及び
前記破断寿命の予測結果を示すいくつかのグラフの作成
条件を格納するグラフ作成条件ファイルと、外部からの
指示にしたがって前記グラフ作成条件ファイルから選択
されたグラフ作成条件に基づいて前記有限要素法の解析
結果及び破断寿命の予測値をグラフ化して表示するグラ
フ作成手段とを有することを特徴とする応力ひずみ解析
システム。
(5) A stress-strain analysis system for analyzing the strain of a material by using the finite element method, which is a means for displaying a list of models of the finite element method and the list of materials to the outside, and the finite element. Means for creating a model of the finite element method according to the instruction contents from the outside based on the list of the model of the method, and a mechanical constitutive equation and its constant according to the instruction contents from the outside based on the list of the materials Means, a means for predicting the stress-strain relationship of the material using the model of the finite element method, the mechanical constitutive equation and its constant, and predicting the fracture life against load from these stress-strain relationship. Means, a graph creation condition file storing the creation conditions of some graphs showing the stress-strain relationship and the prediction result of the fracture life, and according to an instruction from the outside. Stress-strain analysis system and having a graphing means for displaying graphs the predicted values of the analysis results and rupture life of the finite element method based on the selected graph creation condition from serial charting condition file.

【0132】(6)前記力学的構成式を決定する手段
は、前記材料の変形の負荷履歴による違い、温度依存
性、ひずみ速度依存性を考慮した前記材料の力学的構成
式を用いるようにしたことを特徴とする(1)から
(5)のいずれか記載の応力ひずみ解析システム。
(6) As the means for determining the mechanical constitutive equation, the mechanical constitutive equation of the material is used in consideration of the difference of the deformation of the material due to the load history, temperature dependency and strain rate dependency. The stress strain analysis system according to any one of (1) to (5), characterized in that

【0133】(7)前記材料の応力−ひずみ関係を予測
する手段は、前記負荷によって生じたひずみが弾性ひず
み、塑性ひずみ、粘性ひずみの和で表される構成式を用
い、前記負荷の方向を変化させた時の降伏点の変化をシ
ミュレーションし、前記材料の繰返し負荷中の応力−ひ
ずみ関係をシミュレーションすることを特徴とする
(1)から(6)のいずれか記載の応力ひずみ解析シス
テム。
(7) The means for predicting the stress-strain relationship of the material uses a constitutive equation in which the strain generated by the load is represented by the sum of elastic strain, plastic strain and viscous strain, and the direction of the load is The stress-strain analysis system according to any one of (1) to (6), characterized in that a change in yield point when changed is simulated, and a stress-strain relationship during cyclic loading of the material is simulated.

【0134】(8)前記破断寿命を予測する手段は、繰
返し負荷中の応力−ひずみ関係から求まる損失エネルギ
を用いて前記繰返し負荷に対する破断寿命を予測するこ
とを特徴とする(1)から(7)のいずれか記載の応力
ひずみ解析システム。
(8) The means for predicting the rupture life is characterized by predicting the rupture life with respect to the cyclic load by using the energy loss obtained from the stress-strain relationship during cyclic load. ) Any one of the stress-strain analysis system described above.

【0135】(9)前記材料の一覧を格納する材料デー
タベースと、前記材料データベースの格納内容を基に前
記材料の定数を生成する手段と、構造物の負荷及び拘束
条件を入力する手段と、任意の負荷における構造物の変
形、弾性・塑性・粘性ひずみ、応力を少なくとも算出す
る手段と、前記任意の負荷に対する構造物の破断寿命を
表示する手段とを含むことを特徴とする(1)から
(8)のいずれか記載の応力ひずみ解析システム。
(9) A material database for storing a list of the materials, a means for generating the material constants based on the stored contents of the material database, a means for inputting the load and restraint conditions of the structure, and (1) from (1) including means for calculating at least deformation, elasticity / plasticity / viscous strain, and stress of a structure under load, and means for displaying the fracture life of the structure under the arbitrary load. The stress strain analysis system according to any one of 8).

【0136】(10)材料実験より得られた応力−ひず
み曲線を基に前記材料データベースに未登録の材料定数
を計算し、その計算結果を前記材料データベースに追加
登録することを特徴とする(9)記載の応力ひずみ解析
システム。
(10) A material constant not yet registered in the material database is calculated based on the stress-strain curve obtained from the material experiment, and the calculation result is additionally registered in the material database (9). ) The stress strain analysis system described.

【0137】(11)繰返し負荷の材料実験より得られ
た応力及びひずみのいずれかと寿命との関係を基に前記
材料データベースに未登録の新規材料の材料寿命を表す
定数を計算し、その計算結果を前記材料データベースに
追加登録することを特徴とする(9)または(10)記
載の応力ひずみ解析システム。
(11) A constant representing the material life of a new material not registered in the material database was calculated based on the relationship between the life and any of stress and strain obtained from the material experiment under cyclic loading, and the calculation result was obtained. Is additionally registered in the material database. The stress-strain analysis system according to (9) or (10) above.

【0138】(12)前記破断寿命を予測する手段は、
任意の負荷条件における応力−ひずみ曲線によって囲ま
れた面積から損失エネルギを算出し、前記材料データベ
ースに格納された損失エネルギ−破断寿命関係式を照合
することで前記任意の負荷条件に対する破断寿命を算出
することを特徴とする(9)から(11)のいずれか記
載の応力ひずみ解析システム。
(12) The means for predicting the breaking life is
Loss energy is calculated from the area surrounded by the stress-strain curve under an arbitrary load condition, and the breaking life for the arbitrary load condition is calculated by collating the loss energy-breaking life relational expression stored in the material database. The stress-strain analysis system according to any one of (9) to (11).

【0139】(13)前記破断寿命を予測する手段は、
応力ひずみ解析から求めた応力−ひずみ曲線で囲まれる
面積を前記有限要素法の解析モデルの要素分割によって
算出することを特徴とする(12)記載の応力ひずみ解
析システム。
(13) The means for predicting the breaking life is
The area surrounded by the stress-strain curve obtained from the stress-strain analysis is calculated by element division of the analysis model of the finite element method (12).

【0140】(14)鉛フリーはんだで接合された半導
体部品と回路基板の鉛フリーはんだ、部品、基板それぞ
れに発生する応力、ひずみ、変形を前記有限要素法を用
いて解析し、代表的ないくつかの構造物の構成につい
て、それを前記有限要素法を用いて応力ひずみ解析する
際の解析モデルを格納する解析モデルファイルと、構造
物の代表的ないくつかの材料についてその材料の定数を
格納する材料データベースとを含み、外部からの入力に
したがって構造物の解析モデルの寸法を書換えるととも
に、外部からの指示にしたがって前記材料データベース
中から選択した材料定数を解析モデルの構造物の材料定
数として設定し、必要な材料定数がデータベースにない
場合に当該材料定数を生成して解析モデルを生成するこ
とを特徴とする(2)から(13)のいずれか記載の応
力ひずみ解析システム。
(14) Lead-free solder of a semiconductor component and a circuit board joined by lead-free solder, stress, strain, and deformation generated in each of the component and the substrate are analyzed using the finite element method, and a typical number For the structure of a structure, an analysis model file that stores an analysis model when stress-strain analysis is performed using the finite element method, and the constants of some typical materials of the structure are stored. In addition to rewriting the dimensions of the analysis model of the structure according to the input from the outside, the material constant selected from the material database according to the instruction from the outside is used as the material constant of the structure of the analysis model. It is characterized by setting and setting the required material constants in the database to generate the material constants to generate an analysis model (2 Stress-strain analysis system according to any of (13).

【0141】(15)少なくとも負荷条件の時間や温度
による変化を入力自在としたことを特徴とする(1)か
ら(14)のいずれか記載の応力ひずみ解析システム。
(15) The stress-strain analysis system according to any one of (1) to (14), characterized in that at least changes in load conditions due to time and temperature can be input.

【0142】(16)前記材料の定数を生成する際に、
ばらつきのある材料実験結果であっても少なくともワイ
ブル分布を含む統計処理によって最適な定数を生成する
とともに、得られた寿命を表す定数から前記統計処理に
よって任意の負荷条件における構造物の破断予測値を算
出して表示することを特徴とする(1)から(15)の
いずれか記載の応力ひずみ解析システム。
(16) When generating the constant of the material,
Even if the results of material experiments have variations, optimal constants are generated by statistical processing that includes at least the Weibull distribution, and the predicted fracture value of the structure under any load condition is calculated from the constants that represent the life obtained by the statistical processing. The stress-strain analysis system according to any one of (1) to (15), which is calculated and displayed.

【0143】[0143]

【発明の効果】以上説明したように本発明の応力ひずみ
解析システムは、有限要素法を用いて材料のひずみを解
析する応力ひずみ解析システムにおいて、負荷によって
材料に生じる全ひずみを弾性ひずみ、塑性ひずみ、粘性
ひずみの和で表した構成式を用い、参照直線を入力する
ことなく、負荷方向や負荷速度、温度による応力とひず
みとの曲線関係を表現することによって、実験と解析と
の間の誤差をなくすことができ、予測精度を向上させる
ことができるという効果が得られる。これによって、本
発明では、従来、様々な条件での実験が必要であった構
造物の変形や破断寿命をシミュレーションによって知る
ことができ、実験の条件や数を削減できるという効果が
得られる。
As described above, the stress-strain analysis system of the present invention is a stress-strain analysis system that analyzes the strain of a material using the finite element method. By using the constitutive equation expressed as the sum of viscous strains and expressing the curve relationship between stress and strain due to load direction, load speed, and temperature without inputting a reference straight line, the error between experiment and analysis It is possible to eliminate the problem, and it is possible to improve the prediction accuracy. As a result, in the present invention, it is possible to know the deformation and fracture life of a structure, which has conventionally required an experiment under various conditions, by a simulation, and it is possible to obtain the effect that the condition and the number of the experiment can be reduced.

【0144】また、本発明の他の応力ひずみ解析システ
ムは、はんだ接続の信頼性を予測するための有限要素法
を用いた応力ひずみ解析システムにおいて、有限要素法
のモデルの一覧及びはんだの材料の一覧を外部に表示
し、有限要素法のモデルの一覧に基づいた外部からの指
示内容に応じて有限要素法のモデルを作成し、はんだの
材料の一覧に基づいた外部からの指示内容に応じて力学
的構成式及びその定数を決定し、有限要素法のモデル及
び力学的構成式を用いてはんだの応力−ひずみ関係を予
測し、これら応力−ひずみ関係から負荷に対する破断寿
命を予測することによって、解析用のコマンド等の専門
知識を必要とすることなく、解析モデルを簡単に生成す
ることができ、解析からグラフ表示までスムーズに行う
ことができ、かつ初心者でもグラフを容易に作成するこ
とができるとともに、余寿命はどのくらいかを容易に確
認することができるという効果が得られる。
Further, another stress-strain analysis system of the present invention is a stress-strain analysis system using the finite element method for predicting the reliability of solder connection. The list is displayed externally, and the finite element method model is created according to the instruction contents from the outside based on the finite element method model list. According to the instruction contents from the outside based on the solder material list, By determining the mechanical constitutive equation and its constant, predicting the stress-strain relationship of the solder using the model and the mechanical constitutive equation of the finite element method, by predicting the fracture life to load from these stress-strain relationship, An analysis model can be easily generated without requiring specialized knowledge such as analysis commands, and it is possible to perform smoothly from analysis to graph display. It is possible to create graphs easily in person, remaining life is effect that how much it is possible to easily confirm.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による応力ひずみ解析システ
ムの構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a stress strain analysis system according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の処理装置の処理動作の一例を示すフロー
チャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing operation of the processing apparatus of FIG.

【図3】本発明の一実施例によるヒステリシス曲線を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a hysteresis curve according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例による損失エネルギ−破断寿
命関係式を表す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a loss energy-breaking life relational expression according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例による負荷条件である温度の
時間による複雑な変化を簡単に入力する画面の一例を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a screen for easily inputting a complicated change with time of temperature which is a load condition according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例による伝達された応力−ひず
み関係のヒステリシス曲線を示す図である。
FIG. 6 shows a transmitted stress-strain relationship hysteresis curve according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例による基本モデルの表示画面
の一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a display screen of a basic model according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例による寸法入力画面の一例を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a dimension input screen according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例による寸法入力画面の一例を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a dimension input screen according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施例による材料定数の入力画面
の一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a material constant input screen according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施例による負荷条件としての温
度の入力画面の一例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of an input screen for temperature as a load condition according to an embodiment of the present invention.

【図12】図12は本発明の一実施例による解析結果の
うちの応力−ひずみ関係の表示画面の一例を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a stress-strain relationship display screen of the analysis results according to the embodiment of the present invention.

【図13】本発明の一実施例による材料の寿命曲線を損
失エネルギと余寿命との関係で示す表示画面の一例を示
す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a display screen showing a life curve of a material according to an embodiment of the present invention in a relationship between loss energy and remaining life.

【図14】本発明の一実施例による材料の損失エネルギ
と余寿命との関係式の入力画面の一例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an example of an input screen for a relational expression of energy loss and remaining life of a material according to an embodiment of the present invention.

【図15】従来の応力ひずみ解析システムの説明図であ
る。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a conventional stress strain analysis system.

【図16】従来の応力ひずみ解析方法の手順を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing the procedure of a conventional stress strain analysis method.

【図17】従来の応力ひずみ解析システムの問題点を示
す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a problem of the conventional stress strain analysis system.

【図18】従来の応力ひずみ解析システムの問題点を示
す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a problem of the conventional stress strain analysis system.

【符号の説明】 1 処理装置 2 基本解析モデルデータベース 3 材料データベース 4 グラフ作成条件データベース 5 入力装置 6 表示装置 7 記録媒体 11 解析モデル生成手段 12 材料定数生成手段 13 解析モデル 14 有限要素法解析手段 15 寿命予測手段 16 グラフ作成手段[Explanation of symbols] 1 processor 2 Basic analysis model database 3 Material database 4 Graph creation condition database 5 Input device 6 Display device 7 recording media 11 Analysis model generation means 12 Material constant generation means 13 Analysis model 14 Finite element method analysis means 15 Life Prediction Means 16 Graph creation means

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有限要素法を用いて材料のひずみを解析
する応力ひずみ解析システムであって、負荷によって前
記材料に生じる全ひずみを弾性ひずみ、塑性ひずみ、粘
性ひずみの和で表した構成式を用い、参照直線を入力す
ることなく、負荷方向や負荷速度、温度による応力とひ
ずみとの曲線関係を表現することを特徴とする応力ひず
み解析システム。
1. A stress-strain analysis system for analyzing strain of a material by using a finite element method, wherein a constitutive equation representing a total strain generated in the material by a load as a sum of elastic strain, plastic strain, and viscous strain. A stress-strain analysis system characterized by expressing a curved relationship between stress and strain due to load direction, load speed, and temperature without using a reference straight line.
【請求項2】 力学的特性を表現する材料定数を与え、
前記負荷に対する変形をその負荷履歴に基づいて正確に
表現するための弾塑性係数及び弾塑性マトリクスのいず
れかを作成することを特徴とする請求項1記載の応力ひ
ずみ解析システム。
2. A material constant expressing a mechanical property is given,
The stress-strain analysis system according to claim 1, wherein one of an elasto-plastic coefficient and an elasto-plastic matrix for accurately expressing the deformation with respect to the load based on the load history is created.
【請求項3】 有限要素法を用いて材料のひずみを解析
する応力ひずみ解析システムであって、 前記有限要素法のモデルの一覧及び前記材料の一覧を外
部に表示する手段と、 前記有限要素法のモデルの一覧に基づいた外部からの指
示内容に応じて前記有限要素法のモデルを作成する手段
と、 前記材料の一覧に基づいた外部からの指示内容に応じて
力学的構成式及びその定数を決定する手段と、 前記有限要素法のモデルと前記力学的構成式及びその定
数とを用いて前記材料の応力−ひずみ関係を予測する手
段と、 これら応力−ひずみ関係から負荷に対する破断寿命を予
測する手段とを有することを特徴とする応力ひずみ解析
システム。
3. A stress-strain analysis system for analyzing strain of a material by using the finite element method, wherein a means for displaying a list of models of the finite element method and a list of the materials to the outside, and the finite element method. Means for creating a model of the finite element method according to the instruction content from the outside based on the list of models, and a mechanical constitutive equation and its constant according to the instruction content from the outside based on the material list. Means for determining, means for predicting the stress-strain relationship of the material using the model of the finite element method, the mechanical constitutive equation and its constants, and predicting the fracture life against load from these stress-strain relationships And a stress-strain analysis system.
【請求項4】 前記力学的構成式を決定する手段は、前
記材料の変形の負荷履歴による違い、温度依存性、ひず
み速度依存性を考慮した前記材料の力学的構成式を用い
るようにしたことを特徴とする請求項3記載の応力ひず
み解析システム。
4. The means for determining the mechanical constitutive equation uses the mechanical constitutive equation of the material in consideration of the difference in deformation history of the material due to load history, temperature dependency and strain rate dependency. The stress strain analysis system according to claim 3.
【請求項5】 前記材料の応力−ひずみ関係を予測する
手段は、前記負荷によって生じたひずみが弾性ひずみ、
塑性ひずみ、粘性ひずみの和で表される構成式を用い、
前記負荷の方向を変化させた時の降伏点の変化をシミュ
レーションし、前記材料の繰返し負荷中の応力−ひずみ
関係をシミュレーションすることを特徴とする請求項3
または請求項4記載の応力ひずみ解析システム。
5. The means for predicting the stress-strain relationship of the material, wherein the strain generated by the load is elastic strain,
Using the constitutive equation represented by the sum of plastic strain and viscous strain,
4. A stress-strain relationship during cyclic loading of the material is simulated by simulating a change in yield point when the direction of the loading is changed.
Alternatively, the stress strain analysis system according to claim 4.
【請求項6】 前記材料の応力−ひずみ関係を予測する
手段は、前記負荷に対する変形をその負荷履歴に基づい
て正確に表現するための弾塑性係数及び弾塑性マトリク
スのいずれかを作成し、その弾塑性係数及び弾塑性マト
リクスのいずれかを用いて応力の増分を計算し、その計
算結果を用いて前記塑性ひずみを求めることを特徴とす
る請求項3から請求項5のいずれか記載の応力ひずみ解
析システム。
6. The means for predicting the stress-strain relationship of the material creates one of an elasto-plastic coefficient and an elasto-plastic matrix for accurately expressing the deformation with respect to the load based on the load history, and The stress-strain according to any one of claims 3 to 5, wherein an increment of stress is calculated using either an elasto-plastic coefficient or an elasto-plastic matrix, and the plastic strain is obtained using the calculation result. Analysis system.
【請求項7】 前記破断寿命を予測する手段は、繰返し
負荷中の応力−ひずみ関係から求まる損失エネルギを用
いて前記繰返し負荷に対する破断寿命を予測することを
特徴とする請求項3から請求項6のいずれか記載の応力
ひずみ解析システム。
7. The rupture life predicting means predicts the rupture life with respect to the cyclic load by using a loss energy obtained from a stress-strain relationship during cyclic load. The stress-strain analysis system according to any one of 1.
【請求項8】 前記材料は、鉛フリーはんだ材料である
ことを特徴とする請求項3から請求項7のいずれか記載
の応力ひずみ解析システム。
8. The stress-strain analysis system according to claim 3, wherein the material is a lead-free solder material.
【請求項9】 前記材料の一覧を格納する材料データベ
ースと、 前記材料データベースの格納内容を基に前記材料の定数
を生成する手段と、 構造物の負荷及び拘束条件を入力する手段と、 任意の負荷における構造物の変形、弾性・塑性・粘性ひ
ずみ、応力を少なくとも算出する手段と、 前記任意の負荷に対する構造物の破断寿命を表示する手
段とを含み、 材料実験より得られた応力−ひずみ曲線を基に前記材料
データベースに未登録の材料定数を計算し、その計算結
果を前記材料データベースに追加登録することを特徴と
する請求項3から請求項8のいずれか記載の応力ひずみ
解析システム。
9. A material database for storing a list of the materials, a means for generating a constant of the material based on the stored contents of the material database, a means for inputting a load and a constraint condition of a structure, A stress-strain curve obtained from a material experiment including means for calculating at least deformation, elasticity / plasticity / viscous strain, and stress of a structure under load, and means for displaying the fracture life of the structure under the arbitrary load. The stress-strain analysis system according to any one of claims 3 to 8, wherein a material constant that has not been registered in the material database is calculated based on the above, and the calculation result is additionally registered in the material database.
【請求項10】 繰返し負荷の材料実験より得られた応
力及びひずみのいずれかと寿命との関係を基に前記材料
データベースに未登録の新規材料の材料寿命を表す定数
を計算し、その計算結果を前記材料データベースに追加
登録することを特徴とする請求項9記載の応力ひずみ解
析システム。
10. A constant representing the material life of a new material not registered in the material database is calculated based on the relationship between the life and any of stress and strain obtained from material experiments under cyclic loading, and the calculated result is calculated. The stress-strain analysis system according to claim 9, which is additionally registered in the material database.
【請求項11】 前記破断寿命を予測する手段は、任意
の負荷条件における応力−ひずみ曲線によって囲まれた
面積から損失エネルギを算出し、前記材料データベース
に格納された損失エネルギ−破断寿命関係式を照合する
ことで前記任意の負荷条件に対する破断寿命を算出する
ことを特徴とする請求項9または請求項10記載の応力
ひずみ解析システム。
11. The means for predicting the breaking life calculates loss energy from an area surrounded by a stress-strain curve under an arbitrary load condition, and calculates a loss energy-breaking life relational expression stored in the material database. The stress-strain analysis system according to claim 9 or 10, wherein the fracture life for the arbitrary load condition is calculated by collation.
【請求項12】 前記材料及びその材料を含む構造物そ
れぞれに発生する応力、ひずみ、変形を前記有限要素法
を用いて解析し、代表的ないくつかの構造物の構成につ
いて、それを前記有限要素法を用いて応力ひずみ解析す
る際の解析モデルを格納する解析モデルファイルと、 前記構造物の代表的ないくつかの材料についてその材料
の定数を格納する材料データベースとを含み、 外部からの入力にしたがって前記構造物の解析モデルの
寸法を書換えるとともに、外部からの指示にしたがって
前記材料データベース中から選択した材料定数を前記解
析モデルの構造物の材料定数として設定し、必要な材料
定数がデータベースにない場合に当該材料定数を生成し
てその解析モデルを生成することを特徴とする請求項3
から請求項11のいずれか記載の応力ひずみ解析システ
ム。
12. The finite element method is used to analyze the stress, strain, and deformation generated in each of the material and the structure containing the material, and the finite element is analyzed for a typical structure of some structures. Input from the outside, including an analysis model file that stores an analysis model for stress-strain analysis using the element method, and a material database that stores the constants of the materials for some typical materials of the structure According to the instruction from the outside, the material constant selected from the material database is set as the material constant of the structure of the analysis model, and the necessary material constant is stored in the database. 4. If not, the material constant is generated to generate an analytical model thereof.
To the stress strain analysis system according to claim 11.
【請求項13】 少なくとも負荷条件の時間や温度によ
る変化を入力自在としたことを特徴とする請求項3から
請求項12のいずれか記載の応力ひずみ解析システム。
13. The stress-strain analysis system according to claim 3, wherein at least changes in load conditions due to time and temperature can be input.
【請求項14】 前記材料の定数を生成する際に、ばら
つきのある材料実験結果であっても少なくともワイブル
分布を含む統計処理によって最適な定数を生成するとと
もに、得られた寿命を表す定数から前記統計処理によっ
て任意の負荷条件における構造物の破断予測値を算出し
て表示することを特徴とする請求項3から請求項13の
いずれか記載の応力ひずみ解析システム。
14. When the constant of the material is generated, an optimum constant is generated by a statistical process including at least a Weibull distribution even if the result of the material experiment has variations, and the constant representing the obtained life is used to generate the constant. The stress-strain analysis system according to any one of claims 3 to 13, wherein a predicted fracture value of the structure under an arbitrary load condition is calculated and displayed by statistical processing.
【請求項15】 有限要素法を用いて材料のひずみを解
析する応力ひずみ解析方法であって、前記有限要素法の
モデルの一覧及び前記材料の一覧を外部に表示するステ
ップと、前記有限要素法のモデルの一覧に基づいた外部
からの指示内容に応じて前記有限要素法のモデルを作成
するステップと、前記材料の一覧に基づいた外部からの
指示内容に応じて力学的構成式及びその定数を決定する
ステップと、前記有限要素法のモデル及び前記力学的構
成式を用いて前記材料の応力−ひずみ関係を予測するス
テップと、これら応力−ひずみ関係から負荷に対する破
断寿命を予測するステップとを有することを特徴とする
応力ひずみ解析方法。
15. A stress-strain analysis method for analyzing strain of a material using a finite element method, the step of displaying a list of models of the finite element method and the list of materials to the outside, and the finite element method. The step of creating a model of the finite element method according to the instruction content from the outside based on the list of models, and the mechanical constitutive equation and its constant according to the instruction content from the outside based on the material list. The method includes a step of determining, a step of predicting a stress-strain relationship of the material using the model of the finite element method and the mechanical constitutive equation, and a step of predicting a fracture life against a load from the stress-strain relationship. A stress-strain analysis method characterized by the above.
【請求項16】 有限要素法を用いて材料のひずみを解
析する応力ひずみ解析方法のプログラムであって、コン
ピュータに、前記有限要素法のモデルの一覧及び前記材
料の一覧を外部に表示する処理と、前記有限要素法のモ
デルの一覧に基づいた外部からの指示内容に応じて前記
有限要素法のモデルを作成する処理と、前記材料の一覧
に基づいた外部からの指示内容に応じて力学的構成式及
びその定数を決定する処理と、前記有限要素法のモデル
及び前記力学的構成式を用いて前記材料の応力−ひずみ
関係を予測する処理と、これら応力−ひずみ関係から負
荷に対する破断寿命を予測する処理とを実行させるため
のプログラム。
16. A program of a stress-strain analysis method for analyzing strain of a material by using the finite element method, the method comprising: displaying a list of models of the finite element method and a list of the materials on a computer. A process for creating a model of the finite element method according to an instruction content from the outside based on a list of the model of the finite element method, and a mechanical configuration according to an instruction content from the outside based on the list of the materials A process of determining an equation and its constant, a process of predicting the stress-strain relationship of the material by using the model of the finite element method and the mechanical constitutive equation, and a fracture life against a load from the stress-strain relationship. A program for executing the processing to be performed.
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