JP2003139627A - Method for finding physical quantity - Google Patents

Method for finding physical quantity

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JP2003139627A
JP2003139627A JP2001339121A JP2001339121A JP2003139627A JP 2003139627 A JP2003139627 A JP 2003139627A JP 2001339121 A JP2001339121 A JP 2001339121A JP 2001339121 A JP2001339121 A JP 2001339121A JP 2003139627 A JP2003139627 A JP 2003139627A
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map
physical quantity
stress
sum
difference
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JP2001339121A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihisa Masuki
彰久 増喜
Kikuo Kishimoto
喜久雄 岸本
Hirotsugu Inoue
裕嗣 井上
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for finding physical quantities such as stress components σx , σy , σz , τxy , τyz , τzx , etc., with a high precision in a short time by positively using, for computation, information on conventional boundary conditions (i.e., estimated actual external forces) which have not been used until now. SOLUTION: This method is provided with a step for making a first map which represents the difference between a main stress sum map of each nodal point formed by computation from the boundary conditions, and a measured main stress sum map of each nodal point found from infrared stress images, a step for making a second map which represents the difference between a main stress sum map of each nodal point found by computation from the boundary conditions, and a main stress sum map of each nodal point obtained when a predetermined force is superposed on a specific external force in an internal region computed form the boundary conditions, and a step for finding an external force distribution which gives a map of main stress sum differences as near as possible to the first map, by the principle of superposition and a least square, utilizing the second map.

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、実物で測定された
第1の物理量の値と、実物と同形状のモデルとパラメー
タとを用いた数値解析により推定された第1の物理量の
値とを合わせ用いて、実物における第2の物理量の値を
求める方法に関し、特に、熱弾性効果による弾性体表面
の温度変化パターンデータと数値応力解析による解析デ
ータとから弾性体の応力分布を求める方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a value of a first physical quantity measured in an actual object and a value of a first physical quantity estimated by a numerical analysis using a model and parameters of the same shape as the actual object. The present invention also relates to a method of obtaining the value of the second physical quantity in the actual product, and more particularly to a method of obtaining the stress distribution of the elastic body from the temperature change pattern data of the elastic body surface due to the thermoelastic effect and the analysis data obtained by numerical stress analysis.

【0002】[0002]

【従来の技術】弾性体の任意の1点における応力は、
(x,y,z)直交座標で表わして、一般に6つの成
分、σ、σ、σ、τxy、τyz、τzxで表わ
される。このうち、σ、σ、σは、それぞれx、
y、z軸に垂直な平面に作用する垂直応力成分、τxy
は、x=一定の面でy方向に作用、及び、y=一定の
面でx方向に作用する剪断応力であり、τyz、τzx
も、添字に関して同じ定義に従う剪断応力である。ま
た、その点に関して適当な座標系を選ぶと、剪断応力成
分は全て消え、垂直応力成分のみが存在することにな
り、その垂直応力成分は、主応力成分σ、σ、σ
と呼ばれる。
2. Description of the Related Art The stress at any one point of an elastic body is
Expressed in (x, y, z) Cartesian coordinates, it is generally represented by six components, σ x , σ y , σ z , τ xy , τ yz , and τ zx . Of these, σ x , σ y , and σ z are x,
A normal stress component acting on a plane perpendicular to the y and z axes, τ xy
Is a shear stress that acts in the y direction on a plane where x = constant and in the x direction on a plane where y = constant, and τ yz and τ zx
Is also a shear stress that follows the same definition for subscripts. If an appropriate coordinate system is selected for that point, all shear stress components will disappear and only normal stress components will exist. The normal stress components will be the principal stress components σ 1 , σ 2 , and σ 3.
Called.

【0003】ところで、弾性体に断熱的に応力変化を与
えると、それに比例して温度変化が生じることが、熱弾
性効果(thermoelastic effect)として、19世紀か
ら、Weber、Kelvin等によって知られていた。この熱弾
性効果により生じる応力印加前後の温度差をΔTとする
と、ΔT=−KT(σ+σ+σ)の関係がある。
ここで、Kは材料に固有の定数で熱弾性定数、Tは絶対
温度である。なお、ここで、主応力和(σ+σ+σ
)は、第1次応力不変量であり、座標軸(x,y,
z)の取り方とは無関係に、(σ+σ+σ)に等
しいことが、弾性論によって証明されている。ΔTが主
応力和に比例するのは、弾性体の体積の変化が第1次応
力不変量によって決まり、剪断応力成分τxy
τyz,τzxによっては、弾性体の体積変化は起きな
いからである。
By the way, it has been known by Weber, Kelvin and others since the 19th century that the temperature change occurs in proportion to the adiabatic stress change to an elastic body, which is a thermoelastic effect. . Letting ΔT be the temperature difference before and after applying stress due to this thermoelastic effect, there is a relationship of ΔT = −KT (σ 1 + σ 2 + σ 3 ).
Here, K is a thermoelastic constant that is specific to the material, and T is an absolute temperature. Here, the sum of principal stresses (σ 1 + σ 2 + σ
3 ) is the first-order stress invariant, which has coordinate axes (x, y,
It is proved by the theory of elasticity that it is equal to (σ x + σ y + σ z ), regardless of how z) is taken. ΔT is proportional to the sum of principal stresses because the change in the volume of the elastic body is determined by the first-order stress invariant, and the shear stress component τ xy ,
This is because the volume change of the elastic body does not occur depending on τ yz and τ zx .

【0004】本出願人は、この熱弾性効果を利用して、
弾性体に圧縮・引っ張り荷重を繰り返し加え、それに伴
う弾性体表面の温度変化パターンを赤外線カメラで検出
することにより、簡単に応力分布を測定する方法を特公
昭62−1204〜5号、同63−7333号等におい
て提案している。
The applicant of the present invention utilizes this thermoelastic effect to
A method for easily measuring the stress distribution by repeatedly applying a compressive / tensile load to an elastic body and detecting the temperature change pattern of the elastic body surface accompanying it is disclosed in JP-B-62-1204-5 and 63-63- 7333 and the like.

【0005】一方、弾性体の応力分布を数値解析的に求
める方法として、有限要素法、境界要素法、差分法等が
知られている。これらは、実物と同じ形状のモデルに弾
性定数と加える外力を境界条件として与え、近似的に弾
性体内部及びその表面の応力分布等を求める数値解析的
手法である。
On the other hand, finite element method, boundary element method, difference method and the like are known as methods for numerically determining the stress distribution of an elastic body. These are numerical analysis methods in which an elastic constant and an external force to be applied are given as boundary conditions to a model having the same shape as an actual object, and stress distributions inside the elastic body and its surface are approximately obtained.

【0006】上記のように、熱弾性効果による弾性体表
面の温度変化パターンは、主応力和(σ+σ
σ)の分布に比例するが、この温度変化パターンデー
タからは、応力成分σ、σ、σ、τxy
τyz、τzxそれぞれを分離して知ることはできな
い。一方、有限要素法等の数値応力解析法においては、
境界条件を適正に与えることが容易ではなく、そのた
め、得られた結果が実物の応力分布に対応するかは、必
ずしも確実ではない。
As described above, the temperature change pattern on the surface of the elastic body due to the thermoelastic effect is the sum of principal stresses (σ 1 + σ 2 +
Although it is proportional to the distribution of σ 3 ), from this temperature change pattern data, stress components σ x , σ y , σ z , τ xy ,
It is not possible to separately know τ yz and τ zx . On the other hand, in numerical stress analysis methods such as the finite element method,
It is not easy to give the boundary conditions properly, and therefore it is not always certain that the obtained results correspond to the stress distribution of the real thing.

【0007】このような問題点を解決する目的で、特許
第2698029号では、次のような方法が提案されて
いる。図1は、弾性体表面の温度変化パターンから、応
力成分σ、σ、σ、τxy、τyz、τzxそれ
ぞれを分離して求める方法のフロー図を示したものであ
る。
In order to solve such a problem, Japanese Patent No. 2698029 proposes the following method. FIG. 1 shows a flow chart of a method for separately obtaining stress components σ x , σ y , σ z , τ xy , τ yz , and τ zx from a temperature change pattern of an elastic body surface.

【0008】尚、この方法の前提として、弾性体実物に
所定の応力変化を与えた時の温度変化パターンは、本出
願人による特公昭62−1204〜5号、同63−73
33号等の熱弾性効果を利用した方法により検出され、
そのパターンデータから、弾性体実物表面における主応
力和(σ+σ+σ)の分布が、予め求められてい
るものとする(尚、この主応力和(σ+σ+σ
は、(σ+σ+σ )に等しい。)。また、この実
物に対応する形状のモデルに弾性定数を与え、その境界
に境界条件として外力を与えることにより、そのモデル
の内部及びその表面の応力分布が、有限要素法等の数値
応力解析により求まるものとする。
As a premise of this method, a real elastic body is used.
The temperature change pattern when a predetermined stress change is given is
Japanese Patent Publication Nos. 62-1204-5 and 63-73 by the applicant
It is detected by the method utilizing the thermoelastic effect such as No. 33,
From the pattern data, the
Force sum (σ1+ ΣTwo+ ΣThree) Distribution is calculated in advance
(Note that this principal stress sum (σ1+ ΣTwo+ ΣThree)
Is (σx+ Σy+ Σ z)be equivalent to. ). Also this fruit
The elastic constant is given to the model of the shape corresponding to the object, and its boundary
By applying an external force as a boundary condition to the model
The stress distribution inside and on the surface of the
It should be obtained by stress analysis.

【0009】まず、ステップ1において、例えば特公昭
62−1204〜5号、同63−7333号等の方法を
用いて、熱弾性効果を利用して、実物表面の温度変化Δ
Tパターンを検出し、次に、ステップ2において、ΔT
=−KT(σ+σ+σ)の関係から、実物表面の
主応力和(σ+σ+σ=Z(j))を求める。さら
に、ステップ3において、この主応力和を求めた実物と
同形状のモデルの数値応力解析に必要な節点の座標、拘
束条件、弾性定数(ヤング率、ポアソン比等)、外力P
(i)のかかる座標、ステップ2で求めた内点jでの主応
力和Z(j)を入力する。そして、ステップ4において、
例えば有限要素法を適用して、数値応力解析により、特
定の1つの外力にP(i)=1を印加した時の主応力和F
(i,j)を求める。この時、弾性体が釣合い条件を保つ
ように、境界の任意の部分を拘束しておく(拘束部分の
節点に作用する力は、最終的に解が求まった時点で正し
い値が求まる。)。そして、ステップ5において、これ
らZ(j)、F(i,j)から、重ね合わせ原理及び最小自
乗法により、実測主応力和分布Z(j)に近い主応力和分
布を与える外力P(i)の分布を求める。その後、ステッ
プ6において、ステップ5において得られた外力分布P
(i)から、数値応力解析により、応力成分σ 、σ
σ、τxy、τyz、τzx等を求めている。
First, in step 1, for example, Japanese Patent Publication Sho
62-1204-5, 63-7333, etc.
Using the thermoelastic effect, the temperature change Δ of the actual surface
T pattern is detected, and then in step 2, ΔT
= -KT (σ1+ ΣTwo+ ΣThree) Of the actual surface
Principal stress sum (σx+ Σy+ Σz= Z (j)). Furthermore
Then, in step 3, with the actual product for which this principal stress sum was obtained,
Coordinates of nodes and constraints required for numerical stress analysis of models of the same shape
Bundle condition, elastic constant (Young's modulus, Poisson's ratio, etc.), external force P
The coordinates of (i), the master at the interior point j obtained in step 2
Enter the force sum Z (j). Then, in step 4,
For example, applying the finite element method and performing numerical stress analysis,
Principal stress sum F when P (i) = 1 is applied to one fixed external force
Find (i, j). At this time, the elastic body maintains the balance condition
Constrain any part of the boundary like
The force acting on the node is correct when the solution is finally obtained.
I can find a good value. ). And in step 5, this
From Z (j) and F (i, j), the superposition principle and minimum
By the multiplication method, the principal stress sum near the measured principal stress sum distribution Z (j)
The distribution of the external force P (i) that gives the cloth is obtained. Then step
In P6, the external force distribution P obtained in Step 5
From (i), the stress component σ is obtained by numerical stress analysis. x, Σy,
σz, Τxy, Τyz, ΤzxAnd so on.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このような方法におい
て、目的物に加わる応力成分σ、σ、σ
τxy、τyz、τzx等を求める場合に、その都度、
実際に目的物を作って実験していたのでは、手間やコス
トがかかって大変なので、最近では、急速に発展してき
たコンピュータを利用し、目的物と同形状のモデルを仮
想的にコンピュータの中で構築し、数値応力解析に必用
な節点座標、拘束条件、材料定数、外力のかかる座標、
内点での主応力和等を入力し、目的物と同形状のモデル
に設定された複数の節点上での主応力和を計算によって
求める方向に進んでいる。
In such a method, stress components σ x , σ y , σ z , which are applied to the object,
When obtaining τ xy , τ yz , τ zx, etc., each time,
It is difficult to actually make and experiment with the target object, so it takes a lot of time and money, so recently, using a rapidly developing computer, a model of the same shape as the target object is virtually stored in the computer. Nodal coordinates, constraint conditions, material constants, external force applied coordinates, which are necessary for numerical stress analysis.
The principal stress sum at the inner points is input, and the principal stress sum at a plurality of nodes set in the model of the same shape as the target object is being calculated.

【0011】ところが、特許第2698029号の方法
では、従来の境界条件(すなわち、予測される実際の外
力)の情報を計算に用いることなく、測定された赤外応
力装置のデータのみから、有限要素法の境界条件と同等
のものを作り上げ、その作り上げられた擬似的な境界条
件を使って、応力成分σ、σ、σ、τxy、τ
yz、τzx等を求めているため、計算のもとになって
いる赤外応力装置のデータにノイズが含まれていたり、
対象節点の数が少ないような場合には、最終的に正しい
境界条件を導き出すのが困難な場合が多かった。
However, the method of Japanese Patent No. 2698029
So the traditional boundary conditions (ie
Force is not used in the calculation and the measured infrared
Equivalent to the boundary condition of the finite element method only from force device data
And the created pseudo-boundary line.
The stress component σx, Σy, Σz, Τxy, Τ
yz, ΤzxSince we are seeking
There is noise in the data of the infrared stress device,
When the number of target nodes is small, it is finally correct.
It was often difficult to derive boundary conditions.

【0012】しかしながら、最近では、研究の蓄積の結
果、従来の境界条件(すなわち、予測される実際の外
力)の情報を使った有限要素法の計算精度が著しく向上
し、100%の精度は無理としても、80%ぐらいの精
度で、正しい結果が得られるようになってきている。し
たがって、応力成分σ、σ、σ、τxy
τyz、τzx等を求める際には、従来の境界条件(す
なわち、予測される実際の外力)の情報を使った有限要
素法の計算結果を積極的に利用した方が、かえって都合
が良いと考えられるようになってきている。
However, recently, as a result of the accumulation of research, the calculation accuracy of the finite element method using the information of the conventional boundary condition (that is, the predicted actual external force) is significantly improved, and the accuracy of 100% is impossible. Even so, the correct results are being obtained with an accuracy of about 80%. Therefore, the stress components σ x , σ y , σ z , τ xy ,
When obtaining τ yz , τ zx, etc., it is more convenient to positively use the calculation result of the finite element method using the information of the conventional boundary condition (that is, the predicted actual external force). Is being considered.

【0013】本発明の目的は、上述した点に鑑み、これ
まで用いられることのなかった従来の境界条件(すなわ
ち、予測される実際の外力)の情報を積極的に計算に用
いることにより、より高い精度で、短時間に、応力成分
σ、σ、σ、τxy、τyz、τzx等の物理量
を求める方法を提供することにある。
In view of the above points, an object of the present invention is to use the information of the conventional boundary condition (that is, the predicted actual external force), which has never been used so far, for the purpose of calculation. It is to provide a method for obtaining physical quantities such as stress components σ x , σ y , σ z , τ xy , τ yz , and τ zx with high accuracy and in a short time.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明にかかる物理量を求める方法は、実物から第
1の物理量の面分布を測定する第1のステップと、実物
と同形状のモデルとパラメータとを用いた数値解析によ
り、第1の物理量の面分布を推定する第2のステップ
と、第1のステップにおいて実物から測定された第1の
物理量の面分布と、第2のステップにおいて実物と同形
状のモデルとパラメータとを用いた数値解析により推定
された第1の物理量の面分布との差を求める第3のステ
ップと、第2のステップにおいて実物と同形状のモデル
とパラメータとを用いた数値解析により推定された第1
の物理量の面分布と、第2のステップで設定されたパラ
メータの内、特定のパラメータの値を所定の量だけ変化
させた時に推定される第1の物理量の面分布との差を求
める第4のステップと、第4のステップで求められた第
1の物理量の面分布の差の値を利用して、重ね合わせ原
理および最小自乗法により、第3のステップで求められ
た第1の物理量の面分布の差の値にできるだけ近い差の
値を与えるパラメータの値を求める第5のステップと、
得られたパラメータの値から、第2の物理量の値を求め
る第6のステップとを備えたことを特徴としている。
In order to achieve this object, a method for obtaining a physical quantity according to the present invention is a method in which a surface distribution of a first physical quantity is measured from an actual object, and a model having the same shape as the actual object. In a second step, a second step of estimating a surface distribution of the first physical quantity by a numerical analysis using the and the parameter, a surface distribution of the first physical quantity measured from an actual object in the first step, and a second step The third step of obtaining the difference between the surface distribution of the first physical quantity estimated by the numerical analysis using the model and the parameter of the same shape as the actual object, and the model and the parameter of the same shape as the actual object in the second step. First estimated by numerical analysis using
Determining a difference between the surface distribution of the physical quantity and the surface distribution of the first physical quantity estimated when the value of the specific parameter among the parameters set in the second step is changed by a predetermined amount. Of the first physical quantity obtained in the third step by the superposition principle and the least squares method using the value of the difference in the surface distribution of the first physical quantity obtained in the step of A fifth step of obtaining the value of the parameter that gives the difference value as close as possible to the difference value of the surface distribution,
And a sixth step of obtaining a value of the second physical quantity from the obtained value of the parameter.

【0015】また、弾性体実物に断熱的に応力変化を与
えて熱弾性効果による実物表面の温度変化パターンを検
出する第1のステップと、検出された温度変化パターン
から、実物表面の内点における主応力和を求める第2の
ステップと、実物と同形状のモデルの数値応力解析に必
用な節点座標、拘束条件、弾性定数、外力のかかる座
標、内点での主応力和を入力する第3のステップと、境
界条件を入力して、実物と同形状のモデルに設定された
複数の節点上での主応力和を計算で求める第4のステッ
プと、境界条件から計算で求めた各節点の主応力和マッ
プと、赤外線応力画像から求めた各節点の実測主応力和
マップとの差を表わす第1のマップを作る第5のステッ
プと、境界条件から計算で求めた各節点の主応力和マッ
プと、境界条件から計算された内部領域の特定の外力に
所定の力を重畳させた時の各節点の主応力和マップとの
差を表わす第2のマップを作る第6のステップと、第2
のマップを利用して、重ね合わせ原理および最小自乗法
により、第1のマップにできるだけ近い主応力和の差の
マップを与える外力分布を求める第7のステップと、得
られた外力分布から、任意の節点上での応力成分を求め
る第8のステップとを備えたことを特徴としている。
Further, the first step of detecting the temperature change pattern of the real surface due to the thermoelastic effect by adiabatically applying stress change to the real elastic body, and the detected temperature change pattern, at the inner point of the real surface The second step of obtaining the principal stress sum, and the third step of inputting the nodal coordinates, constraint conditions, elastic constants, coordinates to which external force is applied, and principal stress sum at the inner point, which are necessary for numerical stress analysis of a model of the same shape as the real thing. And the boundary condition is input, the fourth step of calculating the sum of principal stresses on a plurality of nodes set in the model having the same shape as the actual object by calculation, and the calculation of the boundary condition of each node The fifth step of creating a first map showing the difference between the principal stress sum map and the measured principal stress sum map of each node obtained from the infrared stress image, and the principal stress sum of each node obtained by calculation from boundary conditions From the map and boundary conditions A sixth step of making a second map representing the difference between the principal stresses sum map of each node when the particular external force calculated by internal region overlapped with the predetermined force, the second
From the obtained external force distribution, the seventh step of obtaining the external force distribution that gives the map of the difference of the principal stress sums as close as possible to the first map by the superposition principle and the least squares method using the map of And an eighth step of obtaining a stress component on the node.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図2は、本発明にかかる物理量
を求める方法の一実施例を示したものであって、その一
例として、弾性体表面の温度変化パターンから、応力成
分σ、σ、σ、τxy、τyz、τzxそれぞれ
を分離して求める方法のフロー図を示したものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows an embodiment of a method for obtaining a physical quantity according to the present invention. As an example thereof, stress components σ x , σ y , σ z , τ xy are calculated from a temperature change pattern on the surface of an elastic body. , Τ yz and τ zx are separately obtained.

【0017】尚、この方法の前提として、弾性体実物に
所定の応力変化を与えた時の温度変化パターンは、本出
願人による特公昭62−1204〜5号、同63−73
33号等の熱弾性効果を利用した方法により検出され、
そのパターンデータから、弾性体実物表面における主応
力和(σ+σ+σ)の分布が、予め求まるものと
する(尚、この主応力和(σ+σ+σ)は、(σ
+σ+σ)に等しい。)。また、この実物に対応
する形状のモデルに弾性定数を与え、その境界に境界条
件として外力を与えることにより、そのモデルの内部及
びその表面の応力分布が、有限要素法等の数値応力解析
により求まるものとする。
As a premise of this method, the temperature change pattern when a predetermined stress change is applied to the real elastic body is as follows: Japanese Patent Publication Nos. 62-12054-5 and 63-73.
It is detected by the method utilizing the thermoelastic effect such as No. 33,
From the pattern data, the distribution of the principal stress sum (σ 1 + σ 2 + σ 3 ) on the actual surface of the elastic body is obtained in advance (note that the principal stress sum (σ 1 + σ 2 + σ 3 ) is (σ
x + σ y + σ z ). ). Also, by giving an elastic constant to the model of the shape corresponding to this real thing and applying an external force to the boundary as a boundary condition, the stress distribution inside the model and on the surface can be obtained by numerical stress analysis such as the finite element method. I shall.

【0018】まず、ステップ1において、例えば特公昭
62−1204〜5号、同63−7333号等の方法を
用いて、熱弾性効果を利用して、実物表面の温度変化Δ
Tパターンを検出し、次に、ステップ2において、ΔT
=−KT(σ+σ+σ)の関係から、実物表面の
主応力和(σ+σ+σ=Z(j))を求める。さら
に、ステップ3において、この主応力和を求めた実物と
同形状のモデルの数値応力解析に必要な節点の座標、拘
束条件、弾性定数(ヤング率、ポアソン比等)、外力P
(i)のかかる座標、ステップ2で求めた内点jでの主応
力和Z(j)を入力する。そして、ステップ4において、
例えば有限要素法を適用し、従来の境界条件(すなわ
ち、予測される実際の外力)を入力して、数値応力解析
により、応力測定部位の主応力和を計算で求める。
First, in step 1, the temperature change Δ of the actual surface is utilized by utilizing the thermoelastic effect, for example, by using the method of JP-B-62-1204-5 and 63-7333.
T pattern is detected, and then in step 2, ΔT
= −KT (σ 1 + σ 2 + σ 3 ), the principal stress sum (σ x + σ y + σ z = Z (j)) of the surface of the actual object is obtained. Further, in step 3, the coordinates of the nodes, the constraint conditions, the elastic constants (Young's modulus, Poisson's ratio, etc.), the external force P, which are necessary for the numerical stress analysis of the model having the same shape as the actual product for which this principal stress sum is obtained,
The coordinate of (i), the principal stress sum Z (j) at the inner point j obtained in step 2 is input. Then, in step 4,
For example, the finite element method is applied, conventional boundary conditions (that is, predicted actual external forces) are input, and the principal stress sum of the stress measurement site is calculated by numerical stress analysis.

【0019】次に、ステップ5において、ステップ1、
2で、赤外線応力画像から求めた各節点の実測主応力和
の面分布(マップ)と、ステップ4で、従来の境界条件
(すなわち、予測される実際の外力)により計算で求め
た各節点の主応力和の面分布(マップ)との差のマップ
A(j)を作る。これは、80%ぐらいの精度で計算され
た主応力和の計算値と、赤外線応力画像から求めた主応
力和の実測値とのズレを明らかにするための作業であ
る。次に、ステップ6において、ステップ4で、従来の
境界条件(すなわち、予測される実際の外力)により計
算で求めた各節点の主応力和の面分布(マップ)と、従
来の境界条件(すなわち、予測される実際の外力)で計
算された内部領域の特定の外力P(i)に単位力1を重畳
させた時の主応力和の面分布(マップ)との差のマップ
B(i,j)を作る。これは、特定の外力P(i)に単位力
1を重畳させた時に、主応力和の面分布(マップ)にど
のような変化が現れるかを系統的に知るための作業であ
る。尚、外力P(i)に重畳させる値は、上記説明では単
位力1としたが、これは、必ずしもこの値に限定される
ことを意味するものではなく、任意の値であって良いこ
とは言うまでもない。次に、ステップ7において、主応
力和の差のマップB(i,j)を利用して、重ね合わせ原
理および最小自乗法により、主応力和の差のマップA
(j)にできるだけ近い主応力和の差のマップを与えるよ
うな外力分布P(i)を求める。このステップ5〜7が、
従来の方法にはない新しい点である。
Next, in step 5, step 1,
In step 2, the surface distribution (map) of the measured principal stress sum of each node obtained from the infrared stress image, and in step 4 of each node calculated by the conventional boundary condition (that is, the predicted actual external force) A map A (j) of the difference between the principal stress sum and the surface distribution (map) is created. This is a work for clarifying the deviation between the calculated principal stress sum calculated with an accuracy of about 80% and the measured principal stress sum obtained from the infrared stress image. Next, in step 6, in step 4, the surface distribution (map) of the principal stress sum of each node calculated by the conventional boundary condition (that is, the predicted actual external force) and the conventional boundary condition (ie, , A predicted actual external force), a map B (i, of the difference between the surface distribution (map) of the principal stress sum when a unit force 1 is superimposed on a specific external force P (i) in the internal region calculated Make j). This is a work for systematically knowing what kind of change appears in the surface distribution (map) of the principal stress sum when the unit force 1 is superimposed on the specific external force P (i). It should be noted that the value to be superimposed on the external force P (i) is set to the unit force 1 in the above description, but this does not necessarily mean that the value is limited to this value, and it may be any value. Needless to say. Next, in step 7, using the map B (i, j) of the difference in the principal stress sum, the map A of the difference in the principal stress sum is calculated by the superposition principle and the least squares method.
An external force distribution P (i) that gives a map of the difference between the principal stress sums as close as possible to (j) is determined. These steps 5-7
This is a new point that the conventional method does not have.

【0020】その後、ステップ8において、ステップ7
で決定された外力分布P(i)から、数値応力解析によ
り、応力成分σ、σ、σ、τxy、τyz、τ
zx等を求める。
Then, in step 8, step 7
The stress components σ x , σ y , σ z , τ xy , τ yz , τ are calculated by numerical stress analysis from the external force distribution P (i) determined by
Find zx, etc.

【0021】尚、上記実施例では、弾性体表面の温度変
化パターンから、応力成分σ、σ 、σ、τxy
τyz、τzxそれぞれを分離して求める方法について
述べたが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、有限要素法で計算可能な物理量は、応力のみ
ではない。応力以外にも、歪み、温度、電磁気、流体な
どの物理量があるが、これらの実測面分布の得られる物
理量で、有限要素法による計算が行なえるものは、すべ
て本発明の対象となる。
In the above embodiment, the temperature change on the surface of the elastic body is changed.
Component, the stress component σx, Σ y, Σz, Τxy,
τyz, ΤzxHow to separate and obtain each
However, the present invention is not limited to this.
That is, the only physical quantity that can be calculated by the finite element method is stress.
is not. In addition to stress, strain, temperature, electromagnetic
What physical quantities are available
All of the physical quantities that can be calculated by the finite element method are
Are the subject of the present invention.

【0022】図3は、本発明にかかる別の実施例を示し
たものであって、その一例として、第1の物理量の面分
布から、第2の物理量を分離して求める方法のフロー図
を示したものである。
FIG. 3 shows another embodiment according to the present invention. As an example thereof, a flow chart of a method for separating the second physical quantity from the surface distribution of the first physical quantity to obtain the second physical quantity is shown. It is shown.

【0023】尚、この方法の前提として、測定対象の実
物から、第1の物理量の面分布が予め求まるものとす
る。また、この実物に対応する形状のモデルに所定のパ
ラメータを与えることにより、そのモデルの内部及びそ
の表面における第1の物理量の分布が、有限要素法等の
数値応力解析により求まるものとする。
As a premise of this method, it is assumed that the surface distribution of the first physical quantity is obtained in advance from the actual object to be measured. Further, by giving a predetermined parameter to a model having a shape corresponding to this real object, the distribution of the first physical quantity inside and on the surface of the model can be obtained by numerical stress analysis such as the finite element method.

【0024】まず、ステップ1において、測定対象とな
る実物から、第1の物理量の面分布Z(j)を測定する。
次に、ステップ2において、測定対象の実物と同形状の
モデルに、コンピュータ上で、所定のパラメータを与え
ることにより、そのモデルの内部及びその表面における
第1の物理量の分布Z'(j)を計算する。この計算に
は、有限要素法等の市販の数値応力解析ソフトウェアが
用いられる。
First, in step 1, the surface distribution Z (j) of the first physical quantity is measured from the actual object to be measured.
Next, in step 2, a model having the same shape as the real object to be measured is given a predetermined parameter on a computer to obtain a first physical quantity distribution Z ′ (j) inside and on the surface of the model. calculate. Commercially available numerical stress analysis software such as the finite element method is used for this calculation.

【0025】次に、ステップ3において、実物から求め
られた実測の第1の物理量の面分布Z(j)と、実物と同
形状のモデルとパラメータとを用いた数値解析により推
定された第1の物理量の面分布Z'(j)との差A(j)を
求める。これは、80%ぐらいの精度で計算された第1
の物理量の計算値と、実物の測定により求めた第1の物
理量の実測値とのズレを明らかにするための作業であ
る。次に、ステップ4において、物と同形状のモデルと
パラメータとを用いた数値解析により推定された第1の
物理量の面分布Z'(j)と、設定されたパラメータの
内、特定のパラメータiの値を所定の量だけ変化させた
時に推定される第1の物理量の面分布Z''(j)との差B
(i,j)を求める。これは、特定のパラメータiに単位
量1を重畳させた時に、第1の物理量の面分布にどのよ
うな変化が現れるかを系統的に知るための作業である。
尚、パラメータiに重畳させる値は、上記説明では単位
量1としたが、これは、必ずしもこの値に限定されるこ
とを意味するものではなく、任意の値であって良いこと
は言うまでもない。次に、ステップ5において、第1の
物理量の差B(i,j)を利用して、重ね合わせ原理およ
び最小自乗法により、計算で求めた第1の物理量の計算
値と実物の測定で求めた第1の物理量の実測値との差A
(j)にできるだけ近い第1の物理量の差を与えるような
パラメータiの値を求める。このステップ3〜5が、従
来の方法にはない新しい点である。
Next, in step 3, the first surface distribution Z (j) of the measured first physical quantity obtained from the actual object and the first estimation estimated by the numerical analysis using the model and parameters of the same shape as the actual object The difference A (j) from the surface distribution Z ′ (j) of the physical quantity is calculated. This is the first calculated with an accuracy of about 80%
This is a work for clarifying the discrepancy between the calculated value of the physical quantity and the measured value of the first physical quantity obtained by the measurement of the actual object. Next, in step 4, the surface distribution Z ′ (j) of the first physical quantity estimated by the numerical analysis using the model having the same shape as the object and the parameter, and the specific parameter i among the set parameters The difference B between the surface distribution Z ″ (j) of the first physical quantity estimated when the value of is changed by a predetermined amount
Find (i, j). This is an operation for systematically knowing what kind of change appears in the surface distribution of the first physical quantity when the unit quantity 1 is superimposed on the specific parameter i.
The value to be superimposed on the parameter i is set to the unit amount 1 in the above description, but this does not necessarily mean that the value is limited to this value, and it goes without saying that it may be any value. Next, in step 5, using the difference B (i, j) of the first physical quantities, the calculated value of the first physical quantity calculated by the superposition principle and the least squares method and the actual measurement are obtained. Difference A from the measured value of the first physical quantity A
The value of the parameter i that gives the difference of the first physical quantity as close as possible to (j) is obtained. These steps 3 to 5 are new points that the conventional method does not have.

【0026】その後、ステップ6において、ステップ5
で決定されたパラメータiの値から、数値応力解析によ
り、第2の物理量の値を求める。
Then, in step 6, step 5
The value of the second physical quantity is obtained by numerical stress analysis from the value of the parameter i determined in.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の物理量を求
める方法によれば、実物と同形状のモデルとパラメータ
とを用いた有限要素法等の数値解析により推定された第
1の物理量の面分布と、設定されたパラメータの内、特
定のパラメータの値を所定の量だけ変化させた時に推定
される第1の物理量の面分布との差を利用して、重ね合
わせ原理および最小自乗法により、実物から求められた
実測の第1の物理量の面分布と、実物と同形状のモデル
とパラメータとを用いた数値解析により推定された第1
の物理量の面分布との差にできるだけ近い差の値を与え
るようなパラメータの値を決定するようにしたので、短
時間に、より高い精度で、第2の物理量の値を求めるこ
とが可能になった。
As described above, according to the method for obtaining a physical quantity of the present invention, the surface of the first physical quantity estimated by the numerical analysis such as the finite element method using the model having the same shape as the actual object and the parameters. By using the difference between the distribution and the surface distribution of the first physical quantity estimated when the value of the specific parameter among the set parameters is changed by a predetermined amount, the superposition principle and the least squares method are used. , The first estimated by numerical analysis using the surface distribution of the measured first physical quantity obtained from the actual object and the model and parameters of the same shape as the actual object
Since the value of the parameter that gives a difference value as close as possible to the surface distribution of the physical quantity of is determined, it is possible to obtain the value of the second physical quantity with high accuracy in a short time. became.

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

【図1】従来の物理量を求める方法を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a conventional method for obtaining a physical quantity.

【図2】本発明にかかる物理量を求める方法の一実施例
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a method for obtaining a physical quantity according to the present invention.

【図3】本発明にかかる物理量を求める方法の別の実施
例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the method for obtaining a physical quantity according to the present invention.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】実物から第1の物理量の面分布を測定する
第1のステップと、実物と同形状のモデルとパラメータ
とを用いた数値解析により、第1の物理量の面分布を推
定する第2のステップと、第1のステップにおいて実物
から測定された第1の物理量の面分布と、第2のステッ
プにおいて実物と同形状のモデルとパラメータとを用い
た数値解析により推定された第1の物理量の面分布との
差を求める第3のステップと、第2のステップにおいて
実物と同形状のモデルとパラメータとを用いた数値解析
により推定された第1の物理量の面分布と、第2のステ
ップで設定されたパラメータの内、特定のパラメータの
値を所定の量だけ変化させた時に推定される第1の物理
量の面分布との差を求める第4のステップと、第4のス
テップで求められた第1の物理量の面分布の差の値を利
用して、重ね合わせ原理および最小自乗法により、第3
のステップで求められた第1の物理量の面分布の差の値
にできるだけ近い差の値を与えるパラメータの値を求め
る第5のステップと、得られたパラメータの値から、第
2の物理量の値を求める第6のステップとを備えたこと
を特徴とする物理量を求める方法。
1. A first step of measuring a surface distribution of a first physical quantity from an actual object and a first step of estimating a surface distribution of the first physical quantity by a numerical analysis using a model and parameters having the same shape as the actual object. The second step, the surface distribution of the first physical quantity measured from the real object in the first step, and the first step estimated by the numerical analysis using the model and the parameter of the same shape as the real object in the second step. A third step of obtaining a difference between the physical quantity and the surface distribution, a first physical quantity surface distribution estimated by a numerical analysis using a model and a parameter having the same shape as the actual object in the second step, and a second step. Of the parameters set in the step, a fourth step of obtaining a difference from the surface distribution of the first physical quantity estimated when the value of the specific parameter is changed by a predetermined amount, and a fourth step Be Using the value of the difference between the surface profile of the first physical quantity, the superposition principle and method of least squares, the third
The step of obtaining the value of the parameter that gives a difference value as close as possible to the value of the difference of the surface distribution of the first physical quantity obtained in the step, and the value of the second physical quantity from the obtained value of the parameter. And a sixth step of obtaining a physical quantity.
【請求項2】弾性体実物に断熱的に応力変化を与えて熱
弾性効果による実物表面の温度変化パターンを検出する
第1のステップと、検出された温度変化パターンから、
実物表面の内点における主応力和を求める第2のステッ
プと、実物と同形状のモデルの数値応力解析に必用な節
点座標、拘束条件、弾性定数、外力のかかる座標、内点
での主応力和を入力する第3のステップと、境界条件を
入力して、実物と同形状のモデルに設定された複数の節
点上での主応力和を計算で求める第4のステップと、境
界条件から計算で求めた各節点の主応力和マップと、赤
外線応力画像から求めた各節点の実測主応力和マップと
の差を表わす第1のマップを作る第5のステップと、境
界条件から計算で求めた各節点の主応力和マップと、境
界条件から計算された内部領域の特定の外力に所定の力
を重畳させた時の各節点の主応力和マップとの差を表わ
す第2のマップを作る第6のステップと、第2のマップ
を利用して、重ね合わせ原理および最小自乗法により、
第1のマップにできるだけ近い主応力和の差のマップを
与える外力分布を求める第7のステップと、得られた外
力分布から、任意の節点上での応力成分を求める第8の
ステップとを備えたことを特徴とする物理量を求める方
法。
2. A first step of detecting a temperature change pattern of a real surface due to a thermoelastic effect by adiabatically applying a stress change to an elastic body, and from the detected temperature change pattern,
The second step to find the sum of principal stresses at the inner points of the real surface, and the nodal coordinates, constraint conditions, elastic constants, external force applied coordinates, and principal stresses at the inner points, which are necessary for numerical stress analysis of a model of the same shape as the real object. The third step of inputting the sum, the fourth step of inputting the boundary conditions and calculating the sum of principal stresses on a plurality of nodes set in the model of the same shape as the real thing, and calculating from the boundary conditions The fifth step of making the first map showing the difference between the principal stress sum map of each node obtained in step 1 and the measured principal stress sum map of each node obtained from the infrared stress image, and the calculation from boundary conditions A second map is created that represents the difference between the principal stress sum map of each node and the principal stress sum map of each node when a predetermined force is superimposed on a specific external force of the internal region calculated from the boundary conditions. Overlap using 6 steps and 2nd map By Align principles and the method of least squares,
The method further comprises a seventh step of obtaining an external force distribution that gives a map of differences in principal stress sums as close as possible to the first map, and an eighth step of obtaining a stress component on any node from the obtained external force distribution. A method of obtaining a physical quantity characterized by that.
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