CN109844492A - 断裂判定装置、断裂判定程序和断裂判定方法 - Google Patents

断裂判定装置、断裂判定程序和断裂判定方法 Download PDF

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Abstract

提供一种能够预测超高强度的钢材的断裂的断裂判定装置。一种断裂判定装置(1)，具有：基准成形极限值生成部(22)，其基于基准成形极限值信息来生成作为成为基准的单元尺寸的基准单元尺寸下的基准成形极限值；对象成形极限值生成部(23)，其使用钢材的抗拉强度，来变更基准成形极限值，预测单元尺寸下的成形极限值，从而生成对象成形极限值；模拟执行部(24)，其使用输入信息来执行变形模拟，输出包含各单元的应变的变形信息；主应变确定部(25)，其确定变形信息中所包含的各单元的最大主应变以及最小主应变；以及，断裂判定部(26)，其基于所确定的各单元的最大主应变以及最小主应变和对象成形极限值，来判定解析模型中的各单元是否断裂。

Description

断裂判定装置、断裂判定程序和断裂判定方法
技术领域
本发明涉及断裂判定装置、断裂判定程序和断裂判定方法。
背景技术
近年来，从碰撞安全性及轻量化的要求出发，高强度钢板向汽车车体的应用正在快速发展。汽车车体所使用的高强度钢板，通过不增加板厚而提高碰撞时的反作用力，能够提高吸收能。然而，随着钢板的高强度化，钢板的延展性降低，由此在冲压成形时以及汽车等车辆碰撞变形时，有可能钢板断裂。为了判定冲压成形时以及碰撞变形时的钢板的状态，而进行基于有限元法(Finite Element Method：FEM)的成形模拟以及碰撞变形模拟，对这些模拟中的高精度的断裂判定的需求不断提高。
已知：为了评价成形性评价时、碰撞性能评价时的针对断裂的富余度，而使用利用最大主应变与最小主应变的关系来给出断裂极限的成形极限线图(FLD：Forming LimitDiagram)(例如，参照专利文献1及2)。将通过基于FEM模拟冲压成形以及碰撞变形而取得的单元的最大主应变以及最小主应变与成形极限线图所示的成形极限线进行比较，来判定单元的每一个是否断裂。
然而，通过基于FEM的模拟而取得的应变，依赖于作为模拟的解析条件之一的解析模型的单元尺寸(计量长度(gauge longth)、网格尺寸)，因此存在断裂判定结果根据单元尺寸的大小而不同的问题。
因此，已知：在利用FEM进行冲压成形模拟时，根据单元尺寸来运算断裂极限应变，使用运算出的断裂极限应变来判定单元是否断裂(例如，参照专利文献3)。根据专利文献3所记载的断裂判定方法，在对抗拉强度270MPa级钢板及440MPa级钢板等强度较低的钢板进行冲压成形时，能够预测与单元尺寸相应的钢板的断裂。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-107818号公报
专利文献2：日本特开2009-61477号公报
专利文献3：日本特开2011-147949号公报
发明内容
近年来，开发了一种被称为超高强度的抗拉强度为980MPa以上的超高强度钢板。在专利文献3所记载的断裂判定方法中，对于抗拉强度270MPa级钢板及440MPa级钢板等强度较低的钢材，能够适当地预测与单元尺寸相应的断裂，但对于抗拉强度980MPa以上的超高强度钢材，不能够适当地预测与单元尺寸相应的断裂。
因此，本发明的目的是提供能够适当地预测也包括抗拉强度980MPa以上的超高强度钢在内的钢材的与单元尺寸相应的断裂的断裂判定装置。
用于解决这样的课题的本发明，其主旨是以下所记载的断裂判定装置、断裂判定程序、以及断裂判定方法。
(1)一种断裂判定装置，其特征在于，具有：
存储部，其存储单元的输入信息、和基准成形极限值信息，所述单元的输入信息表示钢材的材料特性和板厚以及在基于有限元法的钢材的变形模拟中使用的解析模型中的单元尺寸，所述基准成形极限值信息表示基准成形极限值，所述基准成形极限值表示基准单元尺寸下的成形极限值，所述基准单元尺寸是成为基准的单元尺寸；
基准成形极限值生成部，其基于基准成形极限值信息来生成与输入信息中所包含的材料特性和板厚相应的基准成形极限值；
对象成形极限值生成部，其使用钢材的抗拉强度来变更基准成形极限值，预测单元尺寸下的成形极限值，从而生成对象成形极限值；
模拟执行部，其使用输入信息来执行变形模拟，从而输出包含各单元的应变的变形信息；
主应变确定部，其确定变形信息中所包含的各单元的主应变；和
断裂判定部，其基于主应变已被确定的各单元的最大主应变和最小主应变、以及由对象成形极限值规定的对象成形极限线，来判定解析模型中的各单元是否断裂。
(2)根据(1)所述的断裂判定装置，对象成形极限值生成部使用单元尺寸和由钢材的抗拉强度得到的第1系数来预测成形极限值。
(3)根据(2)所述的断裂判定装置，对象成形极限值生成部使用第1系数、第2系数、和单元尺寸来预测单元尺寸下的最大主应变，所述第2系数包含基准单元尺寸下的最大主应变以及第1系数。
(4)根据(3)所述的断裂判定装置，第2系数是基准单元尺寸下的最大主应变以及第1系数的函数。
(5)根据(4)所述的断裂判定装置，第2系数与基准单元尺寸下的最大主应变除以第1系数所得到的值的对数成比例。
(6)根据(2)～(5)的任一项所述的断裂判定装置，对象成形极限值生成部使用第1系数与以第2系数为指数且以单元尺寸为底的幂运算的运算结果的积来预测单元尺寸下的最大主应变。
(7)根据(1)所述的断裂判定装置，对象成形极限值生成部使用单元尺寸和由钢材的抗拉强度得到的第2系数来预测成形极限值。
(8)根据(7)所述的断裂判定装置，第2系数是基准单元尺寸下的最大主应变以及第1系数的函数。
(9)根据(8)所述的断裂判定装置，第2系数与基准单元尺寸下的最大主应变除以第1系数所得到的值的对数成比例。
(10)根据(1)所述的断裂判定装置，对象成形极限值生成部使用成形极限值预测式来生成对象成形极限值，所述成形极限值预测式是单元尺寸以及钢材的抗拉强度的函数，
在ρ为应变比，M为表示在基于FEM的模拟中使用的解析模型的单元的大小的单元尺寸，ε1为单元尺寸M下的最大主应变，ε2为单元尺寸M下的最小主应变时，成形极限值预测式由第1系数k1和第2系数k2用下述式：
ε1＝k1·M-k2
ε2＝ρε1
表示，
第1系数k1由钢板的材料的抗拉强度TS、以及系数γ和δ用下述式：
k1＝γTS+δ
表示，
第2系数k2由基准单元尺寸下的最大主应变ε1B以及系数η用下述式：
k2＝-In(ε1B/(γTS+δ))/η＝-In(ε1B/k1)/η
表示。
(11)根据(1)～(10)的任一项所述的断裂判定装置，
在确定出的单元的最大主应变以及最小主应变超过由对象成形极限线给出的阈值时，断裂判定部判定为单元断裂。
(12)根据(1)～(10)的任一项所述的断裂判定装置，还具有：
对象成形极限应力生成部，其变更对象成形极限值来生成对象成形极限应力；和
应变应力转换部，其将确定出的各单元的最大主应变以及最小主应变转换成为最大主应力以及最小主应力，
在转换成的单元的最大主应力以及最小主应力超过对象成形极限应力时，断裂判定部判定为单元断裂。
(13)根据(1)～(12)的任一项所述的断裂判定装置，变形模拟是采用钢材来形成的车辆的碰撞变形模拟。
(14)一种断裂判定方法，其特征在于，包括：
基于基准成形极限值信息，来生成与单元的输入信息中所包含的钢材的材料特性和板厚相应的基准成形极限值，所述基准成形极限值信息表示与基准单元尺寸下的成形极限线对应的成形极限值，所述基准单元尺寸表示成为基准的单元尺寸，所述单元的输入信息表示在基于有限元法的钢材的变形模拟中使用的解析模型中的单元尺寸；
使用单元尺寸和钢材的抗拉强度来变更基准成形极限值，预测单元尺寸下的成形极限值，从而生成对象成形极限值；
使用输入信息来执行变形模拟，从而输出包含各单元的应变的变形信息；
确定变形信息中所包含的各单元的最大主应变和最小主应变；
基于主应变已被确定的各单元的最大主应变和最小主应变、以及由对象成形极限值规定的对象成形极限线，来判定解析模型中的各单元是否断裂。
(15)一种断裂判定程序，其特征在于，使计算机执行以下处理：
基于基准成形极限值信息，来生成与单元的输入信息中所包含的钢材的材料特性和板厚相应的基准成形极限值，所述基准成形极限值信息表示与基准单元尺寸下的成形极限线对应的成形极限值，所述基准单元尺寸表示成为基准的单元尺寸，所述单元的输入信息表示在基于有限元法的钢材的变形模拟中使用的解析模型中的单元尺寸；
使用单元尺寸和钢材的抗拉强度来变更基准成形极限值，预测单元尺寸下的成形极限值，从而生成对象成形极限值；
使用输入信息来执行变形模拟，从而输出包含各单元的应变的变形信息；
确定变形信息中所包含的各单元的最大主应变和最小主应变；
基于主应变已被确定的各单元的最大主应变和最小主应变、以及由对象成形极限值规定的对象成形极限线，来判定解析模型中的各单元是否断裂。
在一实施方式中，能够适当地预测抗拉强度980MPa以上的超高强度钢材的断裂。
附图说明
图1是表示使用成形极限值预测式生成的成形极限线与实测值的关系的图。
图2是表示第1实施方式涉及的断裂判定装置的图。
图3是采用第1实施方式涉及的断裂判定装置进行的断裂判定处理的流程图。
图4是表示第2实施方式涉及的断裂判定装置的图。
图5是采用第2实施方式涉及的断裂判定装置进行的断裂判定处理的流程图。
图6是表示作为实施方式涉及的断裂判定装置的应用例的一例的模具制造系统的图。
图7是表示比较例涉及的断裂判定装置的拉伸试验的模拟结果中的载荷-标点间应变的关系的图。
图8是表示采用第1实施方式涉及的断裂判定装置得到的拉伸试验的模拟结果中的位移的图，(a)表示单元尺寸为2[mm]时的情况，(b)表示单元尺寸为3[mm]时的情况，(c)表示单元尺寸为5[mm]时的情况。
图9是表示采用第1实施方式的断裂判定装置得到的拉伸试验的模拟结果中的载荷-标点间应变的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对断裂判定装置、断裂判定程序以及断裂判定方法进行说明。但是，本发明的技术范围并不限定于这些实施方式。
(实施方式涉及的断裂判定装置的概要)
实施方式涉及的断裂判定装置，利用成形极限值预测式来变更由通过实测等制成的基准成形极限值信息和基于有限元法的单元的输入信息中所包含的材料特性和板厚决定的、基准单元尺寸下的基准成形极限值，所述成形极限值预测式是解析模型中的单元的大小即单元尺寸和钢材的抗拉强度的函数。实施方式涉及的断裂判定装置，通过使用利用成形极限值预测式进行变更而成的对象成形极限值，能够使用与抗拉强度相应的对象成形极限值，所述成形极限值预测式是解析模型中的单元的大小即单元尺寸和钢材的抗拉强度的函数。实施方式涉及的断裂判定装置，由于能够使用与抗拉强度相应的对象成形极限值，因此能够预测抗拉强度980MPa以上的超高强度的钢材的断裂。以下，在对实施方式涉及的断裂判定装置进行说明之前，对实施方式涉及的断裂判定装置中的断裂判定处理的原理进行说明。
本发明的发明人发现了：变更由通过实测等制成的成形极限线所对应的基准成形极限值信息和作为判定对象的钢板的材料特性和板厚决定的、基准单元尺寸下的基准成形极限值，基于作为判定对象的钢板的解析模型中的单元尺寸与基准单元尺寸下的最大主应变的关系，来预测单元尺寸下的最大主应变的成形极限值预测式。即，本发明的发明人发现：通过使用对象成形极限值能判断有无断裂，所述对象成形极限值是通过利用成形极限值预测式变更与成为基准的基准成形极限线对应的基准成形极限值而生成的，所述成形极限值预测式是钢材的抗拉强度及单元尺寸的函数。通过根据单元尺寸，使用成形极限值预测式来变更成形极限值，能够进行与单元尺寸相应的断裂判断。
以下所示的式(1)是由本发明的发明人发现的成形极限值预测式。
ε1＝k1·M-k2
ε2＝ρε1 (1)
在此，ρ是应变比，M是表示在基于FEM的模拟中作为对象的单元的大小的单元尺寸[mm]，ε1是单元尺寸M下的最大主应变，ε2是单元尺寸M下的最小主应变。单元尺寸M的乘数k1是第1系数，单元尺寸M的指数k2是如参照以下所示的式(2)和式(4)所说明的那样依赖于基准单元尺寸下的最大主应变的第2系数。式(1)是基于单元尺寸M与基准单元尺寸下的最大主应变的关系来预测单元尺寸M下的最大主应变ε1的式子。在式(1)中示出：单元尺寸M下的最大主应变ε1是将第1系数k1与通过运算而运算出的运算结果相乘而生成的，所述运算是以第2系数k2为指数且以单元尺寸M为底的幂运算。
以下所示的式(2)是更详细地表示式(1)的式子。
ε2＝ρε1 (2)
在此，TS表示钢板等材料的抗拉强度[MPa]，ε1B表示基准单元尺寸下的最大主应变，γ、δ和η表示系数。Γ为负值，δ为正值。系数γ和δ与应变比ρ相应地变化。系数η由基准单元尺寸确定。根据式(1)和式(2)，第1系数k1用
k1＝γTS+δ (3)
表示。在式(3)中示出：第1系数k1在应变比ρ恒定时与钢材的抗拉强度TS成比例、即是应变比ρ以及钢材的抗拉强度的函数。式(3)示出第1系数k1与钢材的抗拉强度TS成比例，示出随着钢材的抗拉强度TS增加，最大主应变ε1以及最小主应变ε2增加。由于第1系数k1为正值，γ为负值，δ为正值，因此随着钢材的抗拉强度TS增加，第1系数k1变小。另外，根据式(1)和式(2)，第2系数k2用
k2＝-In(ε1B/(γTS+δ))/η＝-In(ε1B/k1)/η (4)
表示。在式(4)中示出：第2系数k2是基准单元尺寸下的最大主应变ε1B以及第1系数k1的函数。更详细而言，在式(4)中示出：第2系数k2与基准单元尺寸下的最大主应变ε1B以及第1系数k1的函数的对数成比例。更详细而言，在式(4)中示出：第2系数k2与基准单元尺寸下的最大主应变ε1B除以第1系数k1所得到的值的对数成比例。
图1是表示使用利用参照式(1)～(4)说明过的成形极限值预测式变更出的对象成形极限值生成的成形极限线与实测值的关系的图。在图1中，横轴表示最小主应变ε2，纵轴表示最大主应变ε1。另外，圆形标记表示计量长度为10[mm]时的实测值，方形标记表示计量长度为6[mm]时的实测值，三角形标记表示计量长度为2[mm]时的实测值。曲线101是使用由计量长度为10[mm]时的实测数据生成的基准成形极限值信息和由材料特性和板厚计算出的基准成形极限值制成的基准成形极限线。曲线102以及曲线103表示使用利用参照式(1)～(4)说明过的成形极限线预测式由曲线101所示的基准成形极限值变更出的对象成形极限值生成的对象成形极限线。曲线102表示计量长度为6[mm]时的成形极限线，曲线103表示计量长度为2[mm]时的成形极限线。再者，图1所示的实测以及成形极限线的生成所使用的、作为钢板的材料特性的抗拉强度为1180[MPa]，板厚为1.6[mm]。一般地，在断裂部附近应变局部化，因此越接近断裂部，产生越高的应变。因此，读取断裂部的应变的计量长度越短，读取到在断裂部附近产生的越高的应变，因此成形极限值的值越高。也就是说，在图1中成形极限线位于更上方。另外，在与其他的材料特性的钢材比较的情况下，一般地，当钢材的抗拉强度TS变大时，由于钢材的延展性降低，因此断裂部附近的应变的值变小。因此，图1中的成形极限曲线位于更下方。
如图1所示，从基准成形极限线使用基准成形极限值而变更出的对象成形极限线，在计量长度为2[mm]以及6[mm]的情况下均与实测值精度良好地一致，显示出本发明涉及的成形极限线预测式具有高的精度。
(第1实施方式涉及的断裂判定装置的构成以及功能)
图2是表示第1实施方式涉及的断裂判定装置的图。
断裂判定装置1具有通信部11、存储部12、输入部13、输出部14和处理部20。通信部11、存储部12、输入部13、输出部14和处理部20经由总线15相互连接。断裂判定装置1，利用使用了钢材的抗拉强度的成形极限值预测式，来变更基准成形极限值，生成表示单元尺寸下的成形极限值的对象成形极限值，并且，执行基于FEM的汽车等车辆的碰撞变形模拟。断裂判定装置1，基于生成的对象成形极限值，由通过碰撞变形模拟而输出的各单元的最大主应变以及最小主应变来判定各单元是否断裂。在一例中，断裂判定装置1是能够执行基于FEM的模拟的个人计算机。
通信部11具有以太网(注册商标)等有线通信接口电路。通信部11经由LAN与未图示的服务器等进行通信。
存储部12例如具备半导体存储装置、磁带装置、磁盘装置、和光盘装置之中的至少一个。存储部12存储在处理部20中的处理所使用的操作系统程序、驱动程序、应用程序、数据等。例如，存储部12存储作为应用程序的、用于执行断裂判定处理的断裂判定处理程序，所述断裂判定处理是判定各单元是否断裂的处理。而且，存储部12存储作为应用程序的、用于执行使用了FEM的碰撞变形模拟的碰撞变形模拟程序等。断裂判定处理程序和碰撞变形模拟程序等，可以从例如CD-ROM、DVD-ROM等的计算机能够读取的可移动型记录介质，使用公知的安装程序等安装于存储部12。
另外，存储部12存储在断裂判定处理以及碰撞变形模拟中使用的各种数据。例如，存储部12存储在断裂判定处理以及碰撞变形模拟中使用的输入信息120以及基准成形极限值信息121等。
输入信息120包括表示钢材的材料特性和板厚、以及表示基于有限元法的碰撞变形模拟中的单元的大小的单元尺寸。钢材的材料特性包括应力应变(stress-strain：S-S)曲线、S-S曲线的拟合所使用的Swift式中的各系数、杨氏模量、泊松比以及密度等。基准成形极限值信息121，在相应于各材料特性和板厚而规定基准成形极限值时使用，所述基准成形极限值表示与基准单元尺寸下的成形极限线对应的成形极限值，所述基准单元尺寸表示成为基准的单元尺寸。在一例中，基准成形极限值信息121包括与按各材料特性和板厚实测出的基准成形极限线对应的基准成形极限值。另外，在另一例子中，基准成形极限线信息121包括与由Storen-Rice理论式得到的成形极限线以与实测出的基准成形极限线一致的方式修正而成的基准成形极限线对应的基准成形极限值。
另外，存储部12存储基于FEM的碰撞变形模拟的输入数据。而且，存储单元12也可以暂时地存储与规定的处理有关的暂时的数据。
输入部13只要能够进行数据的输入，则不论是怎样的设备都可以，例如是触摸面板、键盘等。操作者能够使用输入部13来输入文字、数字、记号等。输入部13由操作者操作时，生成与该操作对应的信号。然后，所生成的信号作为操作者的指示而被供给至处理部20。
输出部14只要能够进行影像、图像等的显示，则不论是怎样的设备都可以，例如是液晶显示器或有机EL(Electro-Luminescence)显示器等。输出部14显示与从处理部20供给的影像数据对应的影像、与图像数据对应的图像等。另外，输出部14也可以是在纸等显示介质上印刷影像、图像或文字等的输出装置。
处理部20具有一个或多个处理器及其外围电路。处理部20统括地控制断裂判定装置1的整体的动作，例如是CPU。处理部20基于存储于存储部12的程序(驱动程序、操作系统程序、应用程序等)来执行处理。另外，处理部20能够并行地执行多个程序(应用程序等)。
处理部20具有信息取得部21、基准成形极限值生成部22、对象成形极限值生成部23、模拟执行部24、主应变确定部25、断裂判定部26、和模拟结果输出部27。这些各部分是通过由处理部20所具备的处理器执行的程序实现的功能模块。或者，这些各部分也可以作为固件安装于断裂判定装置1。
(采用第1实施方式涉及的断裂判定装置进行的断裂判定处理)
图3是断裂判定装置1对进行了碰撞变形模拟的各单元是否断裂进行判定的断裂判定处理的流程图。图3所示的断裂判定处理，基于预先存储于存储部12的程序，主要由处理部20与断裂判定装置1的各要素协作来执行。
首先，信息取得部21，从存储部12取得包含抗拉强度等材料特性、板厚及单元尺寸的输入信息120(S101)，并且从存储部12取得基准成形极限值信息121(S102)。
接着，基准成形极限值生成部22，基于在S102的处理中取得的基准成形极限值信息121，来生成与在S101的处理中取得的材料特性和板厚对应的基准成形极限值(S103)。具体而言，基准成形极限值生成部22，例如，通过基于输入信息120中所包含的材料特性和板厚的组合，从存储于存储部12的多组基准成形极限值中选择一组基准成形极限值，来生成与该材料特性和板厚对应的基准成形极限值。在该情况下，基准成形极限值信息121中所包含的多组基准成形极限值是实测值。另外，基准成形极限值生成部22，例如，通过采用与材料特性和板厚相应的实测值对存储于存储部12的一组基准成形极限值进行修正，从而生成与材料特性和板厚对应的基准成形极限值。在该情况下，基准成形极限值生成部22首先根据Storen-Rice理论式生成成形极限值。接着，基准成形极限值生成部22，基于作为与材料特性和板厚相应的位移量而存储于存储部12的实测值，使根据Storen-Rice理论式生成的成形极限值迁移从而生成与该材料特性和板厚相应的基准成形极限值。
接着，对象成形极限值生成部23，利用式(1)～(4)所示的成形极限值预测式，来变更在S103的处理中生成的基准成形极限值，生成表示在S101的处理中取得的单元尺寸下的成形极限值的对象成形极限值(S104)。
接着，模拟执行部24，基于在S101的处理中取得的输入信息，使用存储于存储部12的网格数据，利用FEM执行采用钢材来形成的汽车等车辆的碰撞变形模拟(S105)。模拟执行部24，按各单元来依次输出包含切点的位移、单元的应变以及单元的应力的变形信息来作为模拟的执行结果。
接着，主应变确定部25确定在S105的处理中输出的变形信息中所包含的各单元的最大主应变ε1以及最小主应变ε2(S106)。
接着，断裂判定部26基于在S106的处理中确定的各单元的最大主应变ε1以及最小主应变ε2、和由在S103的处理中生成的对象成形极限值规定的对象成形极限线，来判定各单元是否断裂(S107)。断裂判定部26，在通过最大主应变ε1以及最小主应变ε2确定的描绘点没有超过由对象成形极限线给出的阈值时，判定为单元没有断裂，在通过最大主应变ε1以及最小主应变ε2确定的描绘点超过由对象成形极限线给出的阈值时，判定为单元断裂。在一例中，对象成形极限线作为对象成形极限值的近似式而运算。
接着，断裂判定部26在判定为单元断裂(S107-是)时，将表示单元断裂的单元断裂信息向模拟执行部24输出(S108)。模拟执行部也能够将判定为断裂的单元消去、即从碰撞变形模拟用的数据中删除。
接着，模拟结果输出部27输出由模拟执行部24依次输出的变形信息(S109)。接着，模拟执行部24判定规定的模拟结束条件是否成立(S110)。模拟结束时间从输入数据取得。反复进行处理直到判定为模拟结束条件成立为止。
(第1实施方式涉及的断裂判定装置的作用效果)
断裂判定装置1使用对象成形极限值来判定是否断裂，所述对象成形极限值是利用使用了钢材的抗拉强度的成形极限值预测式，根据单元尺寸进行变更而成的，因此，能够不依赖于单元尺寸而进行与钢材的抗拉强度相应的准确的断裂预测。
由于能够利用断裂判定装置1进行准确的断裂预测，因此能够大幅度削减实际的汽车构件的碰撞试验的次数。而且，能够根据情况而省略实际的汽车构件的碰撞试验。
另外，通过利用断裂判定装置1进行准确的断裂预测，能够在计算机上设计防止碰撞时的断裂的构件，因此能够有助于大幅度的成本削减、开发期间的缩短。
(第2实施方式涉及的断裂判定装置的构成和功能)
图4是表示第2实施方式涉及的断裂判定装置的图。
断裂判定装置2，配置有处理部30以代替处理部20，这点与第1实施方式涉及的断裂判定装置1不同。处理部30与处理部30不同之处是：具有对象成形极限应力生成部34和应变应力转换部35，并且，配置有断裂判定部36以代替断裂判定部26。除了对象成形极限应力生成部34、应变应力转换部35和断裂判定部36以外的断裂判定装置2的构成要素的构成和功能，与附带了相同的附图标记的断裂判定装置1的构成要素的构成和功能相同，因此在此省略详细的说明。
(利用第2实施方式涉及的断裂判定装置进行的断裂判定处理)
图5是断裂判定装置2判定进行了碰撞变形模拟的各单元是否断裂的断裂判定处理的流程图。图5所示的断裂判定处理，基于预先存储于存储部12的程序，主要由处理部30与断裂判定装置2的各要素协作来执行。
S201～S204的处理，与S101～S104的处理同样，因此在此省略详细的说明。对象成形极限应力生成部34，变更在S204的处理中生成的基准成形极限值从而生成对象成形极限应力(S205)。
接着，模拟执行部24基于输入信息，使用存储于存储部12的网格数据，采用FEM执行发生了规定的碰撞时的碰撞变形模拟(S206)。接着，主应变确定部25确定在S205的处理中输出的变形信息中所包含的各单元的最大主应变ε1以及最小主应变ε2(S207)。
接着，应变应力转换部35，将在S207的处理中输出的被确定了的各单元的最大主应变ε1以及最小主应变ε2转换成为最大主应力以及最小主应力(S208)。
接着，断裂判定部36，基于在S208的处理中转换成的各单元的最大主应力以及最小主应力、和在S205的处理中生成的对象成形极限应力，来判定各单元是否断裂(S209)。断裂判定部36，在最大主应力以及最小主应力未超过对象成形极限应力时，判定为单元没有断裂，在最大主应力以及最小主应力超过对象成形极限应力时，判定为单元断裂。S210～S212的处理，与S108～S110的处理同样，因此在此省略详细的说明。
(实施方式涉及的断裂判定装置的变形例)
断裂判定装置1和2执行车辆的碰撞变形模拟中的断裂判定处理，但实施方式涉及的断裂判定装置也可以在对钢板进行冲压成形时的变形模拟等的其他的模拟中执行断裂判定处理。另外，在已说明的例子中，以解析模型的单元尺寸均一的情况为例进行了说明，但实施方式涉及的断裂判定装置也可以使用单元尺寸根据部位而不同的解析模型。即，实施方式涉及的断裂判定装置使用的单元模型，也可以是包含多种单元尺寸的单元模型。
(实施方式涉及的断裂判定装置的应用例)
图6是表示作为实施方式涉及的断裂判定装置的应用例的一例的模具制造系统的图。
模具制造系统100具有断裂判定装置1、模具设计装置111、和模具制造装置112。模具设计装置111是设计用于制造例如汽车车身的模具的装置，是经由LAN113与断裂判定装置1连接的电计算机。模具设计装置111使用由断裂判定装置1进行的断裂判定，来生成表示所期望的模具的模具数据。在图8中，模具设计装置111作为与断裂判定装置1分开的装置而配置，但在其他的例子中也可以与断裂判定装置1一体化。
模具制造装置112具有未图示的放电加工机、铣刀和研磨机等模具制造设备，利用未图示的交换机经由作为广域通信线路网的通信网络114与模具设计装置111连接。模具制造装置102基于从模具设计装置111发送的模具数据，来制造与模具数据对应的模具。
实施例
图7是表示采用比较例涉及的断裂判定装置得到的拉伸试验的模拟结果中的载荷-标点间应变的关系的图。图8是表示采用作为本发明例的断裂判定装置1得到的拉伸试验的模拟结果中的断裂的危险度的图，示出了将判定为断裂、即断裂的危险度超过1的单元消去、试样分断后的状态。图8(a)表示单元尺寸为2[mm]时的情况，图8(b)表示单元尺寸为3[mm]时的情况，图8(c)表示单元尺寸为5[mm]时的情况。图9表示采用作为本发明例的断裂判定装置1得到的拉伸试验的模拟结果中的载荷-标点间应变的关系。在图7和图9中，横轴表示标点间应变，纵轴表示载荷〔kN〕。
比较例涉及的断裂判定装置，对板厚为1.6mm的980MPa级钢板执行了拉伸试验的模拟。另外，比较例涉及的断裂判定装置，使用单元尺寸为2[mm]的FEM模型事先进行解析，来确认断裂应变，使用确认到的断裂应变，对剩余的单元尺寸为3[mm]的模型以及单元尺寸为5[mm]的模型，也设定为相同的标准来执行了断裂判定处理。
在采用比较例涉及的断裂判定装置得到的拉伸试验的模拟结果中，对于事先确认到断裂应变的单元尺寸为2[mm]的模型，当然显示出与实验良好的一致，但在观察了单元尺寸为3[mm]以及单元尺寸为5[mm]的模型的情况下，得到如下结果：断裂时间(timing)按每种单元尺寸而不同，随着单元尺寸变大，判定为断裂的时间延迟。因此，若单元尺寸不同，则成为不能够准确地预测实验结果的结果。
另一方面，在采用断裂判定装置1得到的拉伸试验的模拟结果中，不论单元尺寸如何，均在大致同时的时间判定断裂。另外，在采用断裂判定装置1得到的拉伸试验的模拟结果中，实验结果也被精度良好地判定。

Claims (15)

1.一种断裂判定装置，其特征在于，具有：
存储部，其存储单元的输入信息、和基准成形极限值信息，所述单元的输入信息表示钢材的材料特性和板厚以及在基于有限元法的所述钢材的变形模拟中使用的解析模型中的单元尺寸，所述基准成形极限值信息表示基准成形极限值，所述基准成形极限值表示基准单元尺寸下的成形极限值，所述基准单元尺寸是成为基准的所述单元尺寸；
基准成形极限值生成部，其基于所述基准成形极限值信息来生成与所述输入信息中所包含的所述材料特性和所述板厚相应的所述基准成形极限值；
对象成形极限值生成部，其使用所述钢材的抗拉强度来变更所述基准成形极限值，预测所述单元尺寸下的成形极限值，从而生成对象成形极限值；
模拟执行部，其使用所述输入信息来执行所述变形模拟，从而输出包含各单元的应变的变形信息；
主应变确定部，其确定所述变形信息中所包含的各单元的主应变；和
断裂判定部，其基于所述主应变已被确定的各单元的最大主应变和最小主应变、以及由所述对象成形极限值规定的对象成形极限线，来判定所述解析模型中的各单元是否断裂。
2.根据权利要求1所述的断裂判定装置，所述对象成形极限值生成部使用所述单元尺寸和由所述钢材的抗拉强度得到的第1系数来预测所述成形极限值。
3.根据权利要求2所述的断裂判定装置，所述对象成形极限值生成部使用所述第1系数、第2系数、和所述单元尺寸来预测所述单元尺寸下的最大主应变，所述第2系数包含所述基准单元尺寸下的最大主应变以及所述第1系数。
4.根据权利要求3所述的断裂判定装置，所述第2系数是所述基准单元尺寸下的最大主应变以及所述第1系数的函数。
5.根据权利要求4所述的断裂判定装置，所述第2系数与所述基准单元尺寸下的最大主应变除以所述第1系数所得到的值的对数成比例。
6.根据权利要求2～5的任一项所述的断裂判定装置，所述对象成形极限值生成部使用所述第1系数与以所述第2系数为指数且以所述单元尺寸为底的幂运算的运算结果的积来预测所述单元尺寸下的最大主应变。
7.根据权利要求1所述的断裂判定装置，所述对象成形极限值生成部使用所述单元尺寸和由所述钢材的抗拉强度得到的第2系数来预测所述成形极限值。
8.根据权利要求7所述的断裂判定装置，所述第2系数是所述基准单元尺寸下的最大主应变以及所述第1系数的函数。
9.根据权利要求8所述的断裂判定装置，所述第2系数与所述基准单元尺寸下的最大主应变除以所述第1系数所得到的值的对数成比例。
10.根据权利要求1所述的断裂判定装置，所述对象成形极限值生成部使用成形极限值预测式来生成所述对象成形极限值，所述成形极限值预测式是所述单元尺寸以及所述钢材的抗拉强度的函数，
在ρ为应变比，M为表示在基于FEM的模拟中使用的解析模型的单元的大小的单元尺寸，ε1为单元尺寸M下的最大主应变，ε2为单元尺寸M下的最小主应变时，所述成形极限值预测式由第1系数k1和第2系数k2用下述式：
ε1＝k1·M-k2
ε2＝ρ ε1
表示，
第1系数k1由所述钢板材料的抗拉强度TS、以及系数γ和δ用下述式：
k1＝γTS+δ
表示，
第2系数k2由所述基准单元尺寸下的最大主应变ε1B以及系数η用下述式：
k2＝-In(ε1B/(γTS+δ))/η＝-In(ε1B/k1)/η
表示。
11.根据权利要求1～10的任一项所述的断裂判定装置，
在所述确定出的单元的最大主应变以及最小主应变超过由所述对象成形极限线给出的阈值时，所述断裂判定部判定为单元断裂。
12.根据权利要求1～10的任一项所述的断裂判定装置，还具有：
对象成形极限应力生成部，其变更所述对象成形极限值来生成对象成形极限应力；和
应变应力转换部，其将所述确定出的各单元的最大主应变以及最小主应变转换成为最大主应力以及最小主应力，
在所述转换成的单元的最大主应力以及最小主应力超过所述对象成形极限应力时，所述断裂判定部判定为单元断裂。
13.根据权利要求1～12的任一项所述的断裂判定装置，所述变形模拟是采用所述钢材来形成的车辆的碰撞变形模拟。
14.一种断裂判定方法，其特征在于，包括：
基于基准成形极限值信息，来生成与单元的输入信息中所包含的钢材的材料特性和板厚相应的所述基准成形极限值，所述基准成形极限值信息表示与基准单元尺寸下的成形极限线对应的成形极限值，所述基准单元尺寸表示成为基准的单元尺寸，所述单元的输入信息表示在基于有限元法的所述钢材的变形模拟中使用的解析模型中的单元尺寸；
使用所述单元尺寸和所述钢材的抗拉强度来变更所述基准成形极限值，预测所述单元尺寸下的成形极限值，从而生成对象成形极限值；
使用所述输入信息来执行所述变形模拟，从而输出包含各单元的应变的变形信息；
确定所述变形信息中所包含的各单元的最大主应变和最小主应变；
基于所述主应变已被确定的各单元的最大主应变和最小主应变、以及由所述对象成形极限值规定的对象成形极限线，来判定所述解析模型中的各单元是否断裂。
15.一种断裂判定程序，其特征在于，使计算机执行以下处理：
基于基准成形极限值信息，来生成与单元的输入信息中所包含的钢材的材料特性和板厚相应的所述基准成形极限值，所述基准成形极限值信息表示与基准单元尺寸下的成形极限线对应的成形极限值，所述基准单元尺寸表示成为基准的单元尺寸，所述单元的输入信息表示在基于有限元法的所述钢材的变形模拟中使用的解析模型中的单元尺寸；
使用所述单元尺寸和所述钢材的抗拉强度来变更所述基准成形极限值，预测所述单元尺寸下的成形极限值，从而生成对象成形极限值；
使用所述输入信息来执行所述变形模拟，从而输出包含各单元的应变的变形信息；
确定所述变形信息中所包含的各单元的最大主应变和最小主应变；
基于所述主应变已被确定的各单元的最大主应变和最小主应变、以及由所述对象成形极限值规定的对象成形极限线，来判定所述解析模型中的各单元是否断裂。
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