CN101657712B - 断裂预测方法、运算处理装置 - Google Patents

Abstract

在将解析对象部件分为多个要素并进行解析时，以解析后结合相邻的2个要素、还是使要素分割的大小变化为2种进行解析中的某一种手段，比较包括相同要素在内等位置上的板厚减少率或最大主应变，将其差大的要素提取为断裂危险区域。根据该结构，在通过有限元法预测断裂时，能够可靠地提取断裂危险部位。

Description

断裂预测方法、运算处理装置

技术领域

本发明涉及在通过有限元法进行变形解析时提取断裂危险部位的断裂预测方法、运算处理装置。 

背景技术

近年来，在汽车行业中，开发能够减轻冲击时对乘客的伤害的车体构造成为当务之急的问题。另外，另一方面，为了改善燃料费，车体的重量减轻也是重要的。为了解决这些问题，探讨了更高强度的材料、特别是钢铁材料中高强度钢板的应用。但是，强度的上升一般招致成形性的劣化，为了扩大应用，成形性的改善、特别是放边性的改善是重要的。 

为了解决这样的问题，正在进行放边性优良的材料的开发。例如在专利文献1中，公开了通过铁素体(ferrite)、贝氏体等微观组织的控制来改善放边性的材料。另外，在专利文献2中，公开了通过规定塑性各向异性和特定方向的拉伸试验中的均匀伸长从而放边性优良的铝合金板。 

但是，实际部件中的成形可能与否并不仅由材料特性决定，模具形状、润滑条件、成形条件等也产生复杂的影响。因此，为了利用优良的材料特性，需要与材料一起恰当地设定这些复杂的因子。出于这样的目的，应用数值解析技术。 

在专利文献3中，公开了利用有限元法对于作为成形时的成形不佳的断裂或折皱的预测方法。由此利用有限元法进行解析，利用关注要素的应变或应力的数据，进行断裂或折皱的发生的判定。但是，在利用这种方法的情况下，需要按照解析对象以合适的大小进行要素分割，在以不合适的要素分割来进行解析的情况下，存在预测成为过大或过小评价而与现实不对应的危险。 

专利文献1：日本特开2002-60898号公报 

专利文献2：日本特开2006-257506号公报 

专利文献3：日本特开平8-339396号公报 

如上所述，在利用有限元法对于作为成形时的成形不佳的断裂或折皱发生进行预测时，在现有技术中，可靠地提取断裂危险部位是极为困难的。 

发明内容

本发明鉴于上述问题做成，其目的在于，提供一种断裂预测方法及装置、运算处理装置、以及程序及记录介质，在通过有限元法预测断裂时，容易且可靠地提取断裂危险部位。 

本发明人着眼于在断裂危险部位上变形集中、在其周围产生大的变形梯度的情况，进行断裂预测方法的探讨，找出了能够可靠地判别断裂危险部位的方案。作为本发明主旨之处如下所述。 

1.一种断裂预测方法，其特征在于，包括： 

第一步骤，利用有限元法，分别以第一区域及比上述第一区域大的第二区域分割解析对象部件，并进行成形解析； 

第二步骤，对于上述各第一区域及上述各第二区域，分别计算最大主应变或板厚减少率；以及 

第三步骤，在相当于上述解析对象部件的同一部位的位置上，将上述第一区域与上述第二区域的上述最大主应变或上述板厚减少率的差分值比规定值大的上述第一区域，提取为上述解析对象部件的断裂危险部位。 

2.如1所记载的断裂预测方法，其特征在于， 

在上述第一步骤中，通过与上述解析对象部件的由拉伸试验求出的表示材料的加工硬化特性的n值之间的关系，来决定上述第一区域的大小及 上述第二区域的大小。 

3.如1或2所记载的断裂预测方法，其特征在于， 

在上述第三步骤中，在没有提取到比上述规定值大的上述第一区域的情况下，在上述第一区域及上述第二区域之中，至少将上述第一区域设定得更小，再次依次执行上述第一步骤、上述第二步骤及上述第三步骤。 

4.如1～3中的某一项所记载的断裂预测方法，其特征在于， 

在上述第一步骤中，分别以上述第一区域及上述第二区域分割上述解析对象部件的端部，并进行成形解析。 

5.一种运算处理装置，用于解析对象部件的断裂预测方法，其特征在于，包括： 

第一构件，利用有限元法，分别以第一区域及比上述第一区域大的第二区域分割解析对象部件，并进行成形解析； 

第二构件，对于上述各第一区域及上述各第二区域，分别计算最大主应变或板厚减少率；以及 

第三构件，在相当于上述解析对象部件的同一部位的位置上，将上述第一区域与上述第二区域的上述最大主应变或上述板厚减少率的差分值比规定值大的上述第一区域，提取为上述解析对象部件的断裂危险部位。 

6.如5所记载的运算处理装置，其特征在于， 

上述第一构件通过与上述解析对象部件的由拉伸试验求出的表示材料的加工硬化特性的n值之间的关系，来决定上述第一区域的大小及上述第二区域的大小。 

7.一种程序，使计算机执行以下步骤： 

第一步骤，利用有限元法，分别以第一区域及比上述第一区域大的第二区域分割解析对象部件，并进行成形解析； 

第二步骤，对于上述各第一区域及上述各第二区域，分别计算最大主应变或板厚减少率；以及 

第三步骤，在相当于上述解析对象部件的同一部位的位置上，将上述第一区域与上述第二区域的上述最大主应变或上述板厚减少率的差分值比规定值大的上述第一区域，提取为上述解析对象部件的断裂危险部位。 

8.如7所记载的程序，其特征在于， 

在上述第一步骤中，通过与上述解析对象部件的n值之间的关系，来决定上述第一区域的大小及上述第二区域的大小。 

9.如7或8所记载的程序，其特征在于， 

在上述第三步骤中，在没有提取到比上述规定值大的上述第一区域的情况下，在上述第一区域及上述第二区域之中，至少将上述第一区域设定得更小，再次依次执行上述第一步骤、上述第二步骤及上述第三步骤。 

10.如7～9中的某一项所记载的程序，其特征在于， 

在上述第一步骤中，分别以上述第一区域及上述第二区域分割上述解析对象部件的端部，并进行成形解析。 

11.一种程序，使计算机执行以下步骤： 

第一步骤，利用有限元法，将解析对象部件分割为多个区域，并进行成形解析； 

第二步骤，对于上述各区域，分别计算最大主应变或板厚减少率； 

第三步骤，对相邻的2个以上的上述区域进行结合，计算结合的上述区域的上述最大主应变或上述板厚减少率；以及 

第四步骤，将上述区域的结合的前后的上述最大主应变或上述板厚减少率的差分值比规定值大的上述区域，提取为上述解析对象部件的断裂危险部位。 

12.如11所记载的程序，其特征在于， 

在上述第一步骤中，以上述区域分割上述解析对象部件的端部，并进行成形解析。 

13.一种记录介质，能够由计算机读取，其特征在于，记录了7～12 的某一项所记载的程序。 

通过根据本发明进行加工部件的断裂预测，从而能够减轻对解析条件的选择的依赖性，容易且可靠地提取断裂危险部位。由此，能够减少开发所需的成本，并且通过将强度更高的材料应用于加工部件，从而实现重量减轻。 

附图说明

图1是本发明的断裂预测方法(装置)的流程图。 

图2是表示决定粗和密的要素分割的上下限时的模拟的结果的图。 

图3是表示决定粗的要素分割的上下限时的模拟的结果的特性图。 

图4是表示决定密的要素分割的上下限时的模拟的结果的特性图。 

图5是本发明的断裂预测方法(装置)的流程图。 

图6是用于成形实验的素板形状的说明图。 

图7A是表示凸缘立起(flange up)成形试验的开始前的纵剖面的示意图。 

图7B是表示凸缘立起(flange up)成形试验的开始前的平面的示意图。 

图7C是表示凸缘立起(flange up)成形试验的结束后的纵剖面的示意图。 

图8A是表示用于成形解析的要素分割中尺寸小的要素分割的示意图。 

图8B是表示用于成形解析的要素分割中尺寸大的要素分割的示意图。 

图9是表示要素大及小中的最大主应变分布的解析结果的特性图。 

图10是表示个人用户终端装置的内部结构的示意图。 

具体实施方式

本发明人首先详细调查了解析对象部件的断裂部位的变形状态。结果， 得知以下情况：在实际发生破损的位置上具有峰值，在该峰值的附近，板厚减少率或应变量等的变形量逐渐减少。即，可以认为：在解析对象部件的规定的区域(要素)中变形集中之后，进而在该区域内发生变形的局部化，最终导致断裂。该情况换而言之，意味着：在解析对象部件的断裂部位，所谓变形梯度较大。所谓变形梯度，指的是解析对象部件的某部位的、板厚减少率或应变量等变形量的因位置引起的变化量(斜度)。变形梯度是由位置(距离)对变形量进行微分的微分系数，若考虑微小区域，则例如由变形梯度＝[变形量/距离(mm)]表示。 

作为通过有限元法进行解析对象部件的变形解析，并判别断裂的现有方法，一般采用以下方法，即：将通过计算求出的各区域(分割为网状的各要素)的变形量与通过其他方法求出的材料的断裂极限进行比较。即，在现有方法中，在利用有限元法的变形解析中，在某要素的变形量超过了根据解析对象部件的材料的断裂极限来规定的断裂极限的情况下，判定该部位为断裂危险部位。 

但是，在该情况下，产生了如下的各种问题。 

在有限元法中，各要素中计算的变形量为各要素内的平均值。因此，如果将要素尺寸设定得比较大，则在存在变形量大的部位的要素中，该部位局限于该要素内的狭小范围内。此时，即使在该部位局部性地超过了断裂极限，有时也由于在要素内将变形量平均化，可以说该部位的变形量被埋没于平均值中，作为要素内的平均的输出值不超过断裂极限。此时，无法判定该部位为断裂危险部位。 

因此，为了与变形的局部化相对应，可以考虑分割为充分小的要素。 

但是，在有限元法中，处理时间很大程度依赖于要素尺寸和总要素数，在分割为能够与变形的局部化相对应的充分小的要素时，变形解析需要极长的时间。具体而言，处理时间与要素的大小的减小率的3次方的倒数成比例。例如，如果将要素的大小设为1/2，则处理时间大致为8倍，如果将要素的大小设为1/4，则处理时间大致为64倍。在使用一边为2mm的要素的情况下，例如在通常的解析对象部件的规模下，需要10小时左右的处理时间，而如果为了提高精度而使用一边为0.5mm的要素，则需要大致64倍的640小时左右的处理时间，缺乏实用性。 

另外，如果要素尺寸小，还产生如下的问题。即，在使用比求出解析对象部件的材料的断裂极限时的测量长度(计测断裂部的应变时作为基准的标点间距离)小的要素尺寸的情况下，无法直接比较来自要素的输出值和断裂极限。此时，需要某种校正。 

进而，本来就存在无论将要素尺寸分割得如何小，也无法正确判定有无断裂发生的情况。即，存在以下情况：即使在解析对象部件中，存在变形量大到足以发生断裂的程度的部位，也由于该部位是在比较广的范围内具有大致均匀的变形量的部分，没有变形的集中，因而不发生断裂。例如，可以举出：在形成于解析对象部件上的孔部的周缘上发生大致均匀的变形量，即所谓内缘翻边变形。在这种情况下，尽管实际上没发生断裂，却存在与该部位对应的要素的输出值超过断裂极限、被判定为断裂危险部位的情况。 

如上所述，在现有的断裂判定方法中，在进行正确的断裂判定时需要高度的专门知识，并且根据变形的发生方式和设定条件，还存在放过断裂危险部位的可能性。 

本发明人为了改善上述情况，着眼于在断裂危险部位周围变形梯度大的情况，想到了利用基于有限元法的解析进行依赖于要素尺寸的平均化的新的断裂判定方法。 

在本发明中，对于存在变形梯度的部位，通过有限元法，利用分割的大小不同的2种要素(在此为了方便，将较小的作为第一要素，将较大的作为第二要素)来进行解析。在有限元法中，将该要素内的变形量平均化并输出。因此，在某要素内存在变形梯度大的变形部位的情况下，在该要素为第一要素时和为第二要素时，前者成为比后者大的输出值。 

在本发明中，利用第一要素与第二要素之间的平均值的差异，在相当于解析对象部件的同一部位的位置上，分别以第一要素及第二要素进行解析。此时，在第一要素和第二要素中平均值的输出不同时，可以认为在该要素内存在变形梯度。该输出值的差异与变形梯度的大小相对应。变形梯度越大，断裂的危险度越高，能够以解析值的差的大小来判别断裂危险度。 

在本发明中，也可以构成为在规定的大小的要素中进行解析之后，结合2个以上的要素，取要素的结合的前后的输出值的差，来替代如上所述 利用分割的大小不同的2种要素。在该情况下，在要素的结合的前后的平均值的输出不同时，可以认为在该要素内存在变形梯度，变形梯度越大，断裂的危险度越高，能够以解析值的差的大小来判别断裂危险度。 

在此所说的解析值，可以利用通常断裂判定中所使用的板厚，板厚减少率，最大主应变，最大、最小主应变所显示出的成形边界线图上的成形富余度等的任意值。根据解析上的处理的容易程度，优选利用板厚减少率或最大主应变。另外，在成形加工的有限元法解析中，一般作为要素，利用在板厚方向不具有节点而由板面方向的多个节点构成的平面(2维)要素，本发明适用于该要素，但对于用于棒状的加工品的1维要素(棒要素)、或为了更详细地提高板厚方向的变形的解析精度而使用的3维要素(立体要素)，本发明也全都可以同样进行适用。 

可知，通过利用这种方法，能够简便且可靠地进行以往由于依赖于断裂危险部位地局部变形的程度、或决定断裂极限时的计测方法等，因而如果要素尺寸没有最优化则难以进行的断裂判定。 

具体而言，根据本发明，能够完全解决上述现有技术中的各个问题。 

即，在本发明中，作为第一要素或结合前的要素，不需要利用现有技术那样的极小尺寸的要素，所以实现了处理时间的大幅缩短。另外，在该情况下，不需要利用比求出解析对象部件的材料的断裂极限时的测量长度更小的要素尺寸，所以能够将来自要素的输出值与断裂极限直接比较。 

在本发明中，对于通过有限元法在要素内将变形量平均化，可以说是出其不意，利用尺寸不同的2种要素。因此，在以往由于在要素内将变形量平均化，而可以说是将变形量大的部位的贡献埋没于平均值中，与此相对，在本发明中，能够正确地判定断裂危险部位。 

另外，在存在像内缘翻边变形这样，即使在解析对象部件上存在变形量大到足以发生断裂的程度的部位，也由于该部位是在比较广的范围内具有大致均匀的变形量的部分，没有变形的集中，因而不发生断裂的情况下，本发明也能够充分对应。即，该情况下，由于在该部位，变形梯度小(或几乎没有变形梯度)，所以如果在第一要素与第二要素中取输出值的差分，则其成为比较小的值，能够正确地判定为不是断裂危险部位。 

进而，本发明人着意探讨的结果可知：在各种断裂之中，利用被称为 放边断裂的变形方式，断裂判定的精度与现有方法相比尤为提高。所谓放边成形，可见于作为体侧板的一部分的中间立柱的根部的部位、或用于构件类的焊接的凸缘立起加工部位等，变形状态接近于单轴拉伸。在这种变形方式中，断裂危险部位的变形梯度极大。另外，变形与其他断裂方式相比更加局部性。因此，在通常利用有限元法进行解析的情况下，需要利用极小的要素，计算时间过大，并且难以将计算值与以某特定的测量长度来测定的材料的断裂极限值进行联系。 

与此相对，在本发明中，可知通过改变计算解析值的要素的大小，从而能够将变形梯度作为解析值的差来进行评价，能够可靠地提取断裂危险部位。本发明若适用于放边断裂因为与变形梯度的关系而容易表现出来的拉伸强度为440MPa级以上的高强度钢板，则其预测精度尤为提高，因而是优选的。 

另外，在本发明中，不限于有限元法，只要是进行要素分割的解析方法就能够适用。另外，不仅是成形时的断裂，在冲击变形时的材料的断裂预测等中也是有效的。 

以下，具体说明本发明。 

1所涉及的本发明，如图1所示，在将解析对象部件分割为多个区域(要素)并通过有限元法进行成形解析时，利用尺寸小的要素(第一要素)和比第一要素大的要素(第二要素)这2种要素来进行成形解析(分割构件(工序)11)，对于各要素的每个，计算板厚减少率或最大主应变(解析构件(工序)12)之后，在相当于解析对象部件的同一部位的位置上，将第一区域与第二区域的上述最大主应变或上述板厚减少率的差分值比规定值大的上述第一区域，提取为解析对象部件的断裂危险区域(提取构件(工序)15)。 

在此，分割构件11、解析构件12及提取构件15例如作为计算机的中央处理装置(CPU)的各功能来实现。 

另外，在图1及图5中，实线表示必须的构件或工序，虚线表示选择性的构件或工序。 

首先，在将解析对象部件分割为多个要素(分割构件(工序)11)中，三维的部件形状的数字数据(CAD数据或形状测定数据)表现为二维的平 面区域的集合。此时，由于部件的角部的形状变化较大，因此以充分小的要素来分割，确保形状再现性。另外，在解析端部处的拉边断裂的情况下，优选以部件的外周线不凹凸而平滑方式进行要素分割。另外，在使要素分割为大小不同的第一要素及第二要素时，可以将解析对象部件的整体均匀地细分(或粗分)，也可以将进行断裂判定的部位进行细分或粗分。在操作工序数的角度上，前者方便，而对于计算时间的缩短，后者有利，因此，考虑整体的负担而适当选择或组合即可。 

在此，在分割构件(工序)11中，通过与解析对象部件的n值的关系来决定第一要素的大小及第二要素的大小。 

在本发明中，在通过有限元法进行要素分割并进行解析时，为了再现对象部位的几何学的形状、即例如端部的曲率或角部的曲率半径等，需要充分细致地进行要素分割。另外，进而，在本发明中，在将要素分割改变为第一要素及第二要素这2种来进行解析之后，在第一要素和第二要素中取板厚减少率或最大主应变地差分时，对于2个要素分割的大小(粗及密)，需要进行充分的考虑。本发明人们对于粗和密的要素分割的大小的设定方法进行了着意探讨，发现其与材料的加工硬化特性相关联。可知，在一般通过由拉伸试验求出的n值来代表材料的加工硬化特性时，粗的要素分割的平均大小L coarse(单位mm)与密的要素分割的平均大小L fine(单位mm)满足以下关系时，能够得到优良的断裂预测精度。 

f(2，n)≤L coarse≤f(10，n)   (1) 

f(0.5，n)≤L fine≤f(5，n)    (2) 

在此，n为材料的n值，n≥0.05时上式成立。n＜0.05时，利用n＝0.05的值求出L coarse及L fine即可。另外，函数f(L*，n)如下给出。 

f(L*，n)＝L*(1-exp(0.37/n)/3200)  (3) 

上式(1)～(3)换言之，如下所述。 

2(1-exp(0.37/n)/3200)≤L coarse≤10(1-exp(0.37/n)/3200)  (4) 

0.5(1-exp(0.37/n)/3200)≤L fine≤5(1-exp(0.37/n)/3200)   (5) 

该函数f的值与n一起增大。n值大的情况下，变形的局部化不容易发生，所以要素分割较大也能够确保断裂预测精度。另一方面，n值小的情况下，变形容易局部性发生，因此断裂危险部位的变形梯度变大，若不进行充分小的要素分割，则断裂预测精度下降，因此与之对应地根据需要将要素分割的尺寸缩小的情况而定。 

可知，在n值极端小比0.05还小的情况下，预想最好进行更小的要素分割，但太小的要素分割招致计算时间的增大因而不优选，所以利用将n值定为0.05的粗密的要素分割，在现在的有限元法的数值解析精度的范围内，在实用上也不存在问题。因此，在n值为0.05以下的情况下，将n值作为0.05来确定要素分割即可。在图2中示出决定粗及密的要素分割的上下限时的模拟的结果，在图3及图4中示出其特性图。 

为了更高精度地评价变形梯度，最好L coarse与L fine之比L coarse/Lfine为1.5以上，优选2以上。 

接下来，在通过有限元法进行成形解析时，作为出售的软件，例如使用PAM-STAMP、LS-DYNA等逐次解析型，或AutoForm、Hyperform等单步型的软件等，进行部件整体的成形工序的解析，计算每个第一要素及每个第二要素的板厚减少率或最大主应变(解析构件(工序)12)。板厚减少率和最大主应变作为以有限元法根据使用的塑性应变增量的履历来进行断裂判定的在最终形状下的值来计算。作为成形解析，能够用于伴随扩孔加工的成形、凸缘立起成形、突出或冲压成形等任意的压力成形、兼用内压的液压成形、使轴力与内压作用于管而进行成形的液压成形等。 

在此，上述板厚减少率或最大主应变的差以要素分割的大小最小的解析结果为基准，提取最接近于着眼要素的位置的其他解析结果的要素，并作为它们之差来进行计算。 

另外，将上述板厚减少率或最大主应变的差比规定值大的要素作为断裂危险部位提取(提取构件(工序)15)。 

在此，上述规定值可以通过另行的实验作为断裂极限值来求出，或进行简单形状部件的成形解析并作为与结合要素的大小相对应的值来求出。 

具体而言，例如，作为第一要素利用一边为2mm的要素、作为第二要素利用一边为4mm的要素时，将变形量设为最大主应变时的规定值优选为 0.01～0.50的范围内的值。在此，在比0.01小的值中，存在受到数值解析的误差的影响而进行错误判定的可能性，或存在在变形梯度较小的部位也被认定为断裂危险部位的危险，在比0.50大的值中，存在在变形梯度较大的部位也无法被认定为断裂危险部位的危险，所以无法高精度地确定变形部位。因此，0.01～0.50的范围内的值是优选的。 

优选的是，上述范围之中，0.03～0.20的范围内的值是优选的。更加优选的是，0.05～0.10的范围内的值是优选的。 

另一方面，将变形量设为板厚减少率时的规定值优选为0.01～0.25的范围内的值。在此，在比0.01小的值中，存在受到数值解析的误差的影响而进行错误判定的可能性，或存在在变形梯度较小的部位也被认定为断裂危险部位的危险，在比0.25大的值中，存在在变形梯度较大的部位也无法被认定为断裂危险部位的危险，所以无法高精度地确定变形部位。因此，0.01～0.25的范围内的值是优选的。 

优选的是，上述范围之中，0.02～0.15的范围内的值是优选的。更加优选的是，0.025～0.10的范围内的值是优选的。 

可以由相同的计算机执行上述解析(解析构件(工序)12)和提取(提取构件(工序)15)，也可以由一台计算机执行解析(解析构件(工序)12)之后，将其解析结果即改变了要素分割的大小的2种以上的每个要素的板厚减少率或最大主应变输入至其他计算机(输入构件(工序)13)，并执行提取(提取构件(工序)15)。 

在2所涉及的本发明中，如利用图2～图4在上所述，在分割构件(工序)11中，通过与解析对象部件的n值的关系来决定第一要素的大小及第二要素的大小。 

在3所涉及的本发明中，在断裂危险部位的提取(提取构件(工序)15)中，在没有提取到比上述规定值大的上述第一要素的情况下，在上述第一要素及上述第二要素之中，至少将上述第一要素设定得更小，再次依次执行分割(分割构件(工序)11)、每个要素的板厚减少率或最大主应变的计算(解析构件(工序)12)、以及断裂危险部位的提取(提取构件(工序)15)。 

在4所涉及的本发明中，在图1的分割构件(工序)11中，将解析对 象部件的端部分割为多个要素来进行成形解析，在提取构件(工序)15中，将端部的某部位提取为断裂危险部位。 

在将解析对象部件的端部分割为多个要素时，进行分割以使尤其在进行断裂判定的部分上要素分割的大小确实发生变化。进行断裂判定的端部无论在要素分割为大、小的情况的哪种都需要无凹凸且平滑地连接。另外，为了可靠地进行端部处的断裂判定，评价沿着端部的变形梯度是重要的，优选在沿着端部的方向上，要素分割的大小确实发生变化(参照图8A及图8B)。 

在将端部的某部位提取为断裂危险部位时，与1所涉及的发明相同，将每个规定要素的板厚减少率或最大主应变的差大于规定值的要素的部位提取为断裂危险部位。 

5所涉及的本发明如图5所示，将解析对象部件分割为多个要素(分割构件(工序)21)，通过有限元法进行成形解析，对于每个要素计算出板厚减少率或最大主应变(解析构件(工序)22)之后，将相邻的2个以上的要素进行结合，计算结合的要素的板厚减少率或最大主应变(计算构件(工序)24)，将结合的前后的板厚减少率或最大主应变的差大于规定值的要素提取为断裂危险部位(提取构件(工序)25)。 

在此，分割构件21、解析构件22、计算构件24及提取部件25例如作为计算机的中央处理装置(CPU)的各功能来实现。 

首先，在将解析对象部件分割为多个要素(分割构件(工序)21)中，三维的部件形状的数字数据(CAD数据或形状测定数据)表现为二维的平面区域的集合。此时，由于部件的角部的形状变化较大，因此以充分小的要素来分割，确保形状再现性。另外，在解析端部处的拉边断裂的情况下，优选进行要素分割以使部件的外周线不凹凸而平滑。 

接下来，利用与图1的解析(解析构件(工序)12)相同的软件，进行与1的发明相同的成形解析，进行部件整体的成形工序的解析，计算每个关注的要素的板厚减少率或最大主应变(解析构件(工序)22)。板厚减少率、最大主应变的计算与图1的解析(解析构件(工序)12)相同。 

接下来，在结合相邻的2个以上的要素时，需要结合对象的各要素中的计算值和各要素的位置(坐标)的信息。结合后要素的计算值(板厚减 少率或最大主应变)设为各要素中的计算值的算术平均。结合后要素的位置可以是各要素的位置的算术平均，也可以更简便地原样照搬中央部要素的位置。 

另外，要素的结合的前后的板厚减少率的差为：分别将比较结合前后时位置最接近的要素提取出来，计算该要素中的板厚减少率的差。关于最大主应变，也在结合前后位置最接近的要素间计算差。 

另外，将上述要素的结合的前后的板厚减少率或最大主应变的差大于规定值的要素提取为断裂危险部位(提取构件(工序)25)。 

规定值的求法与图1的提取(提取构件(工序)15)相同。 

可以在相同的计算机内接续执行上述解析(解析构件(工序)22)和计算(计算构件(工序)24)，也可以由一台计算机执行解析(解析构件(工序)22)之后，将其解析结果即每个要素的板厚减少率或最大主应变输入至其他计算机(输入构件(工序)23)，并执行计算(计算构件(工序)24)提取(提取构件(工序)25)。 

6所涉及的本发明与4所涉及的本发明相同，为将4所涉及的本发明的结构应用于5所涉及的本发明。 

7所涉及的本发明是与1所涉及的断裂预测方法的发明相对应的运算处理装置的发明，在图1中，将工序替换为构件即可。 

解析构件12可以安装并使用与1所涉及的发明中所说明的出售的软件相同的软件。 

本装置具有将对于分割的每个要素所求出的板厚减少率或最大主应变输入至其他计算机的输入构件13。作为输入构件，可以使用键盘、鼠标、各种数字转换器等。 

在此，也可以使输入构件13及提取构件15与分割构件11及解析构件12构成于不同装置。此时，通过将由1台计算机进行成形解析的结果作为原数据输入至其他计算机，从而能够并行地进行处理，能够得到效率提高的效果。 

8所涉及的本发明是与2所涉及的断裂预测方法的发明相对应的运算处理装置的发明，在图1中，将工序替换为构件即可。 

9所涉及的本发明是与5所涉及的断裂预测方法的发明相对应的运算处 理装置的发明，在图5中，将工序替换为构件即可。 

在此，也可以使输入构件23、计算构件24及提取构件25与分割构件21及解析构件22构成于不同装置。此时，通过将由1台计算机进行成形解析的结果作为原数据输入至其他计算机，从而能够并行地进行处理，能够得到效率提高的效果。 

10所涉及的本发明是与1所涉及的断裂预测方法相对应的计算机程序的发明，在图1中，是用于实施各工序的计算机程序。 

输入工序13可以是通过键盘输入的工序，也可以是在程序内、将由解析工序12计算出的板厚减少率或最大主应变自动输入至提取工序15(读入数据)的工序。 

11所涉及的本发明是与2所涉及的断裂预测方法相对应的计算机程序的发明，在图1中，是用于实施各工序的计算机程序。 

12所涉及的本发明是与3所涉及的断裂预测方法相对应的计算机程序的发明，在图1中，是用于实施各工序的计算机程序。 

13所涉及的本发明是与4所涉及的断裂预测方法相对应的计算机程序的发明，在图1中，是用于实施各工序的计算机程序。 

14所涉及的本发明是与5所涉及的断裂预测方法相对应的计算机程序的发明，在图5中，是用于实施各工序的计算机程序。 

输入工序23可以是通过键盘输入的工序，也可以是在程序内、将由解析工序22计算出的板厚减少率或最大主应变自动输入至计算工序24(读入数据)的工序。 

15所涉及的本发明是与6所涉及的断裂预测方法相对应的计算机程序的发明，在图5中，是用于实施各工序的计算机程序。 

16所涉及的发明是以记录了上述10～15的某一项所涉及的计算机程序为特征的可由计算机读取的记录介质，即软盘、CD-R等。 

[实施例1] 

以下举出实例，对于本发明进行说明。进行对通常所进行的基于圆筒冲头的扩孔试验的素板形状进行分割并模拟凸缘立起成形的成形实验。即，对于在180mm四边形的素板的中心部设置了孔(直径60mm、或40mm、20mm)的对象，如图6所示切断为1/4，如图7A～7C所示，在被加工物4由防皱 装置2约束在台肩R为5mm的106φ冲模1上之后，利用台肩R为10mm的100φ圆筒平底冲头3进行成形。此时，凸缘立起高度5在孔径为60mm的情况下是大致20mm，在孔径为40mm的情况下是大致30mm，孔径为20mm的情况下是大致40mm。素材利用板厚1.6mm的440MPa级冷延钢板。在实验中，以4片一组来进行成形。其结果如汇总至表1中所示，在孔径为60mm的情况下，在中央部发生断裂，而在孔径为40mm及20mm的情况下，不发生断裂，能够进行凸缘立起成形。 

进行模拟该实验结果的有限元法解析。准备以区域(被分割为网格状的各要素)尺寸为大致2mm(图8A)和大致4mm(图8B)这2种来进行了要素分割的素板。分割利用由CAD制作的形状数据，在指定了圆周部的要素分割数的基础上，利用计算机自动进行分割。 

此外的解析条件对于两者相同。成形解析通过PAM-STAMP进行。从解析的整体的数据中，对于分割的每个要素，提取成形后的最大主应变和板厚的值，根据成形后板厚，计算(初始板厚-成形后板厚)/(初始板厚)作为板厚减少率。得到的值与圆周部处的各要素的位置信息一起输出，并输入至数据解析用的计算机。 

图9是输入至数据解析用计算机的最大主应变的数据，是对于要素尺寸小(大致2mm)和要素尺寸大(大致4mm)的情况分别示出的特性图。如此处所示，可知在要素尺寸小的情况下，最大主应变的最大值大，另外分布也变得陡峭。这可以认为表示：在该条件下，在圆周的中央部发生大的变形梯度。首先，求出要素尺寸小的情况的最大主应变的成为最大值的要素的位置及其绝对值。然后，在数据解析用计算机内，确定与在要素尺寸大的计算结果之中要素尺寸小的情况的取最大值的要素最接近的位置，并求出其最大主应变的绝对值。最后，在计算机上计算该2个绝对值的差。这样的操作与图9中取要素尺寸大与小的结果的峰值的差相同。 

在表1中表示其结果。另外，在同表中还表示同样求出的板厚减少率的差。孔径60mm的情况下差较大，与此相对，随着孔径变小，差也变小。差较大表示变形梯度较大，在实验中，与孔径60mm时发生断裂相对应。在本实施例中，断裂部位为拉边变形而成为单轴拉伸状态，在各向同性材料中，板厚减少率为最大主应变的大致1/2。因此，虽然可以利用任一方作为 解析判定值，但为了使差更加明显，优选利用绝对值较大的最大主应变。在本实施例中，作为用于判定断裂危险部位的规定值的解析值的差的绝对值根据使用的使用尺寸而变化，因此难以确定，但在本次的探讨范围内，可以认为对于最大主应变使用0.05左右、对于板厚减少率使用0.025左右即可。 

另外，本实施方式中判定的断裂预测部位如图8A的A点所示。 

[表1] 

[实施例2] 

利用实施1中的孔径60mm、要素尺寸小(大致2mm)的解析结果，通过结合相邻的2个以上的要素，从而比较结合前后的差来评价变形梯度，调查是否能够进行断裂判定。 

要素分割及成形解析与实施例1的要素尺寸小的情况相同地进行(图8A)。 

预先根据成形解析结果将要素(尤其是以解析值取峰值的要素的附近为中心)的解析值与其位置信息一起输出。将该数据输入至数据解析用计算机，对于这次所选择的相邻的每2～5个结合要素计算解析值的算术平均，并计算与当初的解析中的解析值的最大值的差。 

根据对相邻的2个要素进行平均化时的最大主应变的分布而求出的最大值与平均化前的最大值之差为0.007，与三个要素的平均值之差为0.02，与4个要素的平均值之差为0.035，与五个要素的平均值之差为0.040。与 实施例1所示的实际使要素尺寸变化而计算的值相比值较小，但可知通过求取在结合相邻的多个要素的要素中计算出的解析值与结合前的解析值之差，能够进行变形梯度的大小、即断裂危险部位的提取。此时，根据变形梯度的大小与结合后要素的大小之比，来决定应该结合几个要素，但优选对于结合的要素的数量取多个，调查解析值的差的依赖性。在本实施例中，如果取结合4个要素的平均值与结合前的解析值之差，则可知通过将最大主应变为0.03左右以上设定为断裂发生的规定值，能够进行断裂判定。 

[实施例3] 

在实施例1的孔径40mm的试验条件下，调查能否进行各种强度的材料的断裂预测。使用的材料是表2所示的从软钢到980MPa级为止的钢板。板厚使用1.6mm。 

进行实验的结果，在980MPa级钢板中，在凸缘立起的部位的中央部发生拉边断裂。在与实验相同条件下进行有限元法解析。要素尺寸以大致2mm和大致4mm的2种来进行解析。端部的分割如图8A及图8B所示，为了端部无凹凸且平滑地连接，而且注意使要素尺寸沿着端部确实发生变化，在指定了圆周部地分割数的基础上通过计算机进行自动分割。成形解析以及各要素中的最大主应变及板厚减少率的计算与实施例1相同地进行。 

在输出成形解析结果的基础上，与实施例1相同地由数据解析用计算机计算各个条件下凸缘立起成形后的最大主应变及板厚减少率的最大值的差。其结果在表2中表示。可知，随着材料强度增高，差也变大，变形集中部位处的变形梯度变大。在与实施例1同样将最大主应变为0.05的差以上判定为断裂的情况下，在980MPa级钢板中判定为断裂，可知与实验结果一致。 

[表2] 

(应用了本发明的其他实施方式) 

上述本实施方式所涉及的断裂预测方法(图1的分割工序11～提取工序15、以及图5的分割工序21～提取工序25等)，能够通过存储在计算机的RAM或ROM等中的程序工作来实现。该程序以及记录了该程序的计算机可读取的记录介质也包括在本发明中。 

具体而言，上述程序例如记录在CD-ROM这样的记录介质中，或者经由各种传输介质，提供给计算机。作为记录了上述程序的记录介质，除了CD-ROM以外，可以使用软盘、硬盘、磁带、光磁盘、非易失性存储卡等。另一方面，作为上述程序的传输介质，可以使用用于将程序信息以载波传送并供给的计算机网络系统中的通信介质。在此，所谓计算机网络，指的是LAN、互联网等的WAN、无线通信网络等，所谓通信介质，指的是光纤等有线线线路或无线线路等。 

另外，作为本发明中包含的程序，不仅是通过由计算机执行被供给的 程序从而实现上述实施方式的功能。例如，在该程序与计算机中运行的0S(操作系统，Operation system)或其他应用软件等共同实现上述实施方式的功能时，所涉及的程序也包括在本发明中。另外，被供给的程序的处理的全部或部分通过计算机的功能扩展板或功能扩展单元来进行并实现上述实施方式的功能时，所涉及的程序也包括在本发明中。 

例如，图10是表示个人用户终端装置的内部结构的示意图。在该图10中，1200是具备CPU1201的个人计算机(PC)。PC1200执行被存储在ROM1202或硬盘(HD)1211中的、或通过软盘驱动器(FD)1212供给的设备控制软件。该PC1200总体控制与系统总线1204连接的各设备。 

通过PC1200的CPU1201、ROM1202或硬盘(HD)1211中存储的程序，实现本实施方式的图1的分割工序11～提取工序15、以及图5的分割工序21～提取工序25的步骤等。 

1203是RAM，作为CPU1201的主存储器、工作区域等执行功能。1205是键盘控制器(KBC)，控制来自键盘(KB)1209或未图示的设备等的指示输入。 

1206是CRT控制器(CRTC)，控制CRT显示器(CRT)1210的显示。1207是盘控制器(DKC)。DKC1207控制与存储了导入程序、多个应用、编辑文件、用户文件还有网络管理程序等的硬盘(HD)1211、以及软盘(FD)1212的接入。在此，所谓导入程序，指的是启动程序，即开始个人计算机的硬件、软件的执行(工作)的程序。 

1208是网络接口卡(NIC)，经由LAN1220，与网络打印机、其他网络设备、或其他PC进行双向的数据交互。 

工业可利用性 

通过根据本发明进行加工部件的断裂预测，从而能够减轻对解析条件的选择的依赖性，容易且可靠地提取断裂危险部位。由此，能够减少开发所需的成本，并且通过将强度更高的材料应用于加工部件，从而实现重量减轻。 

Claims (6)

1.一种断裂预测方法，其特征在于，包括：

第一步骤，利用有限元法，分别以第一区域及比上述第一区域大的第二区域分割解析对象部件，并进行成形解析；

第二步骤，对于上述各第一区域及上述各第二区域，分别计算最大主应变或板厚减少率；以及

第三步骤，在相当于上述解析对象部件的同一部位的位置上，将上述第一区域与上述第二区域的上述最大主应变或上述板厚减少率的差分值比规定值大的上述第一区域，提取为上述解析对象部件的断裂危险部位。

2.如权利要求1所述的断裂预测方法，其特征在于，

在上述第一步骤中，通过与上述解析对象部件的由拉伸试验求出的表示材料的加工硬化特性的n值之间的关系，来决定上述第一区域的大小及上述第二区域的大小。

3.如权利要求1或2所述的断裂预测方法，其特征在于，

在上述第三步骤中，在没有提取到比上述规定值大的上述第一区域的情况下，在上述第一区域及上述第二区域之中，至少将上述第一区域设定得更小，再次依次执行上述第一步骤、上述第二步骤及上述第三步骤。

4.如权利要求1所述的断裂预测方法，其特征在于，

在上述第一步骤中，分别以上述第一区域及上述第二区域分割上述解析对象部件的端部，并进行成形解析。

5.一种运算处理装置，用于解析对象部件的断裂预测方法，其特征在于，包括：

第一构件，利用有限元法，分别以第一区域及比上述第一区域大的第二区域分割解析对象部件，并进行成形解析；

第二构件，对于上述各第一区域及上述各第二区域，分别计算最大主应变或板厚减少率；以及

第三构件，在相当于上述解析对象部件的同一部位的位置上，将上述第一区域与上述第二区域的上述最大主应变或上述板厚减少率的差分值比规定值大的上述第一区域，提取为上述解析对象部件的断裂危险部位。

6.如权利要求5所述的运算处理装置，其特征在于，

上述第一构件通过与上述解析对象部件的由拉伸试验求出的表示材料的加工硬化特性的n值之间的关系，来决定上述第一区域的大小及上述第二区域的大小。

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