JP2006085466A - Design support device and usage for it - Google Patents

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support apparatus
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Kazunari Fujiyama
一成 藤山
Yujiro Nakatani
祐二郎 中谷
Takao Inukai
隆夫 犬飼
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a design support device having a material characteristic evaluation curve applicable to a plurality of production lots as secondary data and a design support method for easily and properly making a selection among a various material types/characteristics only by inputting design specifications. <P>SOLUTION: This design support device is constructed of a design specification input means 11 inputting design specifications, a material characteristic selection means 12 selecting material characteristics matching the design specifications, a material characteristic calculation means deciding material specifications from the material characteristics selected by the material characteristic selection means 18 and creating an individual index for a design material by using an index standardized for the specifications to calculate material characteristics, a material/design selection means comparing the calculated material characteristics with the decided material specifications to select optimum material and design condition, and a display means 19 displaying a selection result of the optimum material and design condition. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、機械構造物などの構造設計を支援する設計支援技術に係り、特に物質・材料データベースを用いて構造設計のための適切な材種・材料の選択を簡便に行なうことができる設計支援装置およびその使用方法に関する。   The present invention relates to design support technology that supports structural design of mechanical structures and the like, and in particular, design support that can easily select an appropriate material type / material for structural design using a material / material database. The present invention relates to an apparatus and a method for using the same.

材料データベースは、機械構造物などの構造設計に用いられる。材料データベースの構築および整備は、新材料の開発、材料の最適な使用、最適な材料の選択を行なう上で極めて重要である。蓄積・整備した材料情報を材料データベースに整備して標準化し、電子情報として発信することで、社会と多様なコミュニケーションを行なうことができ、社会のニーズを的確に把握することが可能となる。   The material database is used for structural design of machine structures and the like. The construction and maintenance of a material database is extremely important in the development of new materials, the optimal use of materials, and the selection of optimal materials. By accumulating and standardizing the accumulated and maintained material information in the material database and transmitting it as electronic information, it is possible to communicate with society in a variety of ways and to accurately grasp the needs of society.

電子情報化された物質や材料の生データ(実測データ:1次データ)が、検索エンジンと解析ツールによって加工され、設計者が所望する材料情報をグラフや数値としてインタフェースやインターネットを通じて表示・伝達し、ユーザが利用できるようになっている。   Raw data (actual measurement data: primary data) of materials and materials converted into electronic information is processed by search engines and analysis tools, and the material information desired by the designer is displayed and transmitted as an interface or the Internet as graphs or numerical values. , Available to users.

我が国の物質・材料データベースとして代表的なものに物質・材料研究機構のクリープデータシートや疲労データシートがあり(非特許文献1参照)、この物質・材料データベースは、発電プラント機器、原子炉機器を始め、様々な分野で機械構造物の構造設計の際の強度設計に参照されている。   Representative material and material databases in Japan include the Creep Data Sheet and Fatigue Data Sheet of the National Institute for Materials Science (see Non-Patent Document 1). This substance and material database includes power plant equipment and nuclear reactor equipment. At first, it is referred to strength design in the structural design of machine structures in various fields.

また、設計者が所望する物質・材料データの検索方法に関しても、既存のどの材料が所望の特性の組合せに最も適合する材料であるかを選択するシステムが開発され(例えば、特許文献1参照)、設計者が使い易いように工夫され、製品開発時間の短縮化を図っている。   Further, a system for selecting which existing material is the most suitable material for a desired combination of properties has also been developed with respect to a method for retrieving substance / material data desired by a designer (see, for example, Patent Document 1). The product is designed to be easy for designers to use and shortens product development time.

一方、材料の種々の特性は一義的ではなく、同種の材料であっても製造日時や製造環境条件によってバラツキが生じる。材料の特性がばらつくために、機械構造物などの構造設計に、最適近似のマスタカーブと材料特性の統計的信頼区間のデータが用いられることが多い。
特開2004−145879号公報 第52期 学術講演会公演論文集、「物質・材料研究機構における材料データベースの新展開」、物質・材料研究機構 材料基盤情報ステーション 山崎政義氏、平成15年5月17日(土),18日(日)、社団法人日本材料学会
On the other hand, various characteristics of the material are not unambiguous, and even if the same kind of material is used, variations occur depending on the manufacturing date and the manufacturing environment conditions. Due to the variation in material properties, the optimal approximate master curve and the statistical confidence interval data of material properties are often used for structural design of mechanical structures and the like.
JP 2004-145879 A Proceedings of the 52nd Academic Lecture Meeting, “New Development of Materials Database in National Institute for Materials Science,” National Institute for Materials Science Masayoshi Yamazaki, May 17th (Sat), 18th, 2003 (Japan), Japan Society for Materials Science

機械構造物の構造設計を行なう際、設計者にとって物質・材料データベースを有効かつ簡便に活用する上で障害となるのは、部品・材料の1次データ(計測された生データ)をどのように加工すれば、構造設計に適合する材料情報が得られるか、よく分らないことである。   When designing the structure of a mechanical structure, the primary obstacle for the designer to effectively and easily use the substance / material database is how to use the primary data (measured raw data) of the parts / materials. If processed, material information that conforms to the structural design can be obtained or not well understood.

また、構造設計に用いられる部品・材料は、同種材料であっても、製造ロット毎に材料特性が異なるため、材料特性が異なる部品や部材の材料を一律に統計解析することによるバラツキの増大が設計の合理化、迅速化にとって障害となる。   In addition, even if the parts and materials used in the structural design are the same type of materials, the material characteristics differ from production lot to production lot, so there is an increase in variation due to uniform statistical analysis of parts and materials with different material characteristics. This is an obstacle to streamlining and speeding up the design.

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、複数の製造ロットに適用できる材料特性の規格化評価カーブを2次データとして備え、設計仕様を入力するだけで、多くの材種・材料特性の中から適切な材料の選択を簡便にかつ適確に行なうことができる設計支援装置およびその使用方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and includes a standardized evaluation curve of material characteristics applicable to a plurality of production lots as secondary data. It is an object of the present invention to provide a design support apparatus and a method of using the same that can easily and accurately select an appropriate material from material characteristics.

本発明の他の目的は、材料の適切な活用、最適な材料の選択に有益な材料特性2次データベースを用い、リスクを評価した上で設計対象機器や部品、部材に適切な材料を選択し、構造設計を迅速かつ適確に支援できる設計支援装置およびその使用方法を提供するにある。   Another object of the present invention is to use a secondary database of material properties that is useful for appropriate utilization of materials and selection of optimal materials, evaluate risks, and select appropriate materials for design target devices, parts, and members. Another object of the present invention is to provide a design support apparatus capable of supporting structural design quickly and accurately and a method of using the same.

本発明の別の目的は、設計仕様を入力するだけでなく、材料と設計の最適な組合せを選択して表示し、最適な材料を容易に効率よく選択して構造設計を簡便かつ確実に行なうことができる設計支援装置およびその使用方法を提供するにある。   Another object of the present invention is not only to input design specifications, but also to select and display the optimal combination of materials and designs, and to easily and efficiently select the optimal materials to perform structural design simply and reliably. The present invention provides a design support apparatus and a method of using the same.

本発明に係る設計支援装置は、上述した課題を解決するために、請求項1に記載したように、設計仕様で要求される事項と設計条件を入力する設計仕様入力手段と、設計仕様に対応する材料特性を選択する材料特性選択手段と、材料特性選択の際に、検索される材料特性項目を選択指示する設計−材料関係データベースと、材料製造時に必要な材料仕様項目を格納した材料仕様データベースと、実測した材料特性の生データを記憶した材料特性1次データベースと、前記材料特性の生データをデータ加工し、材料仕様パラメータにより規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標を格納した材料特性2次データベースと、前記材料特性選択手段で選択された材料特性に、材料仕様データベースの材料仕様パラメータを参照して材料仕様を決定し、この材料仕様に規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標を用いて個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標を作成し、設計に用いられる材料特性を算出する材料特性算出手段と、算出された材料特性と決定された材料仕様を照合して最適材料および設計条件の選択を行なう材料・設計選択手段と、最適材料および設計条件の選択結果を表示する表示手段とから構成されるものである。   In order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention, as described in claim 1, corresponds to the design specification input means for inputting the items and design conditions required by the design specification, and corresponds to the design specification. Material property selection means for selecting material properties to be selected, a design-material relation database for selecting and instructing material property items to be searched when selecting material properties, and a material specification database storing material specification items necessary for material production And a material property primary database storing raw data of measured material properties, a material property master curve obtained by processing the raw data of the material properties, and standardizing with material specification parameters, and a material property 2 storing statistical indices Refer to the material specification parameter of the material specification database for the material specification selected by the next database and the material property selection means, and specify the material specification. Material property calculation means that calculates material properties used for design by creating material property master curves and statistical indexes for individual materials using material property master curves and statistical indexes that are standardized to this material specification Material / design selection means for selecting the optimum material and design conditions by collating the determined material properties with the determined material specifications, and a display means for displaying the selection result of the optimum material and design conditions. is there.

また、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項2に記載したように、前記設計仕様入力手段は、設計対象機器、部品または部材の形状寸法とその使用条件から設計仕様を入力し、前記材料特性算出手段は、上記形状寸法と使用条件に対する許容範囲条件に対応させて材料仕様データベースを参照して材料仕様を決定し、この材料仕様に材料特性2次データベース材料特性量範囲から材料仕様の範囲を算出し、前記材料・設計選択手段は、算出された材料仕様の範囲を満たす設計に用いられる材料を選択するように構成したものである。   Further, in order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention is characterized in that, as described in claim 2, the design specification input means includes the shape dimensions of the design target device, part or member and the use conditions thereof. The material characteristic calculation means determines the material specification by referring to the material specification database in accordance with the allowable range condition for the above-described shape dimensions and use conditions, and the material characteristic secondary database is included in this material specification. The material specification range is calculated from the material characteristic amount range, and the material / design selection means is configured to select a material used for the design that satisfies the calculated material specification range.

また、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項3に記載したように、前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は室温引張強度、室温引張耐力または硬さであり、算出される材料特性量は高温引張強度または高温引張耐力であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性のマスタカーブで表わされる相関関数数値データは前記高温引張強度を室温引張強度で除した規格化引張強度と使用温度の関係、もしくは、高温引張耐力を室温引張耐力で除した規格化引張耐力と使用温度の関係、またはそれぞれ硬さで規格化したときの関係を最適近似した係数値であり、材料使用時の材料特性量に対する設計要求条件は、許容引張強度または許容耐力と使用温度であることを特徴とするものであり、また、請求項4に記載したように、前記高温引張強度と室温引張強度の比、または高温引張強度と硬さの比と温度の関係の最適近似によって求めた係数の数値データを用いるものである。   In order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention provides a material specification determined by the material property calculating means as described in claim 3, wherein the material specification is a room temperature tensile strength, a room temperature tensile strength, or a hardness. The calculated material property quantity is high-temperature tensile strength or high-temperature tensile strength, and the correlation function numerical data represented by the master curve of the standardized material property of the material property secondary database indicates the high-temperature tensile strength at room temperature. The relationship between the normalized tensile strength divided by the tensile strength and the operating temperature, or the relationship between the normalized tensile strength and the operating temperature obtained by dividing the high-temperature tensile strength by the room temperature tensile strength, or the relationship when normalized by the hardness, respectively, is optimal. It is an approximate coefficient value, and the design requirement for the material characteristic amount at the time of using the material is an allowable tensile strength or an allowable proof stress and an operating temperature. As described Motomeko 4, it is to use a numerical data of the high-temperature tensile strength and room temperature the ratio of the tensile strength or high-temperature tensile strength and hardness of the ratio and the coefficient determined by the optimum approximation of the temperature relationship.

一方、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項5に記載したように、前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は、室温引張強度であり、算出される材料特性量は、クリープ破断強度であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数数値データは、クリープ破断強度を室温引張強度で除した規格化クリープ破断強度と使用温度の関係を最適近似したときの式の係数値であり、材料の使用時材料特性量に対する設計要求条件は、クリープ強度と使用温度であることを特徴とするものである。   On the other hand, in order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention calculates the material specification determined by the material property calculating means as room temperature tensile strength as described in claim 5. The material characteristic amount is the creep rupture strength, and the correlation function numerical data represented by the standardized material property master curve of the material property secondary database is the normalized creep rupture strength obtained by dividing the creep rupture strength by the room temperature tensile strength. Is a coefficient value of an equation when the relationship between the temperature and the operating temperature is optimally approximated, and the design requirement for the material property amount in use of the material is the creep strength and the operating temperature.

さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項6に記載したように、前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は、室温引張強度であり、算出される材料特性量はクリープひずみ速度であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数数値データは、クリープひずみ速度と、使用応力と室温引張強度の比と、使用温度の関係を最適近似したときの式の係数値であり、材料特性量に対する設計仕様は、クリープひずみ速度から計算される所定使用期間に対する構造部材の変形量であることを特徴とするものである。   Furthermore, in order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention is calculated as described in claim 6, wherein the material specification determined by the material property calculating means is room temperature tensile strength. The material characteristic quantity is the creep strain rate, and the correlation function numerical data represented by the standardized material property master curve of the material property secondary database is the creep strain rate, the ratio of the used stress and room temperature tensile strength, This is the coefficient value of the equation when the temperature relationship is optimally approximated, and the design specification for the material characteristic amount is the deformation amount of the structural member for the predetermined period of use calculated from the creep strain rate. .

また、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項7に記載したように、前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は、室温引張強度と室温ヤング率であり、算出される材料特性量は疲労における弾性ひずみ範囲および塑性ひずみ範囲と破損回数の関係であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数係数値データは、弾性ひずみ範囲に使用温度におけるヤング率を掛けて使用温度における引張強度で割った修正弾性ひずみ範囲と破損回数の関係、または、塑性ひずみ範囲と破損回数の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計仕様条件は、修正弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と、使用温度に対する破損回数であることを特徴とするものである。   Further, in order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention has a material specification determined by the material property calculating means as described in claim 7, wherein the material specifications are room temperature tensile strength and room temperature Young's modulus. Yes, the calculated material property quantity is the relationship between the elastic strain range and plastic strain range in fatigue and the number of breaks, and the correlation function coefficient value data represented by the material property master curve normalized in the material property secondary database is: This is a coefficient value when the elastic strain range is multiplied by the Young's modulus at the operating temperature and divided by the tensile strength at the operating temperature and the relationship between the number of fractures or the relationship between the plastic strain range and the number of failures optimally approximated. The design specification condition for the material characteristic amount is the corrected elastic strain range and plastic strain range, or the total strain range, and the number of breaks with respect to the operating temperature. And it is characterized in and.

さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項8に記載したように、前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は、室温引張強度と室温ヤング率であり、算出される材料特性量は繰返し応力・ひずみ特性における弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と応力範囲であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関係数値データは、弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と、応力範囲と使用温度におけるヤング率と応力範囲の使用温度における引張強度で除した規格化応力範囲の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計仕様条件は、繰返し応力・ひずみ特性と使用時の温度・応力範囲から得られる全ひずみ範囲または塑性ひずみ範囲であることを特徴とするものである。   Furthermore, in order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention provides the material specification determined by the material property calculation means as described in claim 8 with room temperature tensile strength and room temperature Young's modulus. Yes, the calculated material property quantity is the elastic strain range and plastic strain range in the cyclic stress / strain property, or the total strain range and stress range, and is represented by the standardized material property master curve of the material property secondary database. Correlation numerical data optimally approximated the relationship between the elastic strain range and the plastic strain range, or the total strain range, and the normalized stress range divided by the Young's modulus in the stress range and operating temperature and the tensile strength in the operating temperature of the stress range. The design specification condition for the material characteristic amount is the total coefficient obtained from the cyclic stress / strain characteristics and the temperature / stress range during use. It is characterized in that it is seen range or the range of plastic strain.

さらにまた、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項9に記載したように、前記材料特性算出手段で決定された材料仕様は、衝撃値と破面遷移温度と先在欠陥寸法であり、材料特性量は使用応力、使用温度と破壊力学パラメータであり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関係数値データは、破壊靭性値を衝撃値から求めた上部棚靭性値で割った値と破面遷移温度との関係、または、応力拡大係数を引張強度で割った値と亀裂進展速度の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計条件は、所定の時間または回数に対する亀裂寸法とその亀裂寸法に対する破壊力学パラメータと破壊靭性値であることを特徴とするものである。   Furthermore, in order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention provides, as described in claim 9, the material specifications determined by the material property calculating means include an impact value and a fracture surface transition temperature. And the preexisting defect dimensions, the material characteristic amounts are the stress, temperature and fracture mechanics parameters used, and the correlation numerical data represented by the standardized material property master curve in the material property secondary database is the fracture toughness value. Is the coefficient value obtained by optimally approximating the relationship between the value obtained by dividing the upper shelf toughness value obtained from the impact value and the fracture surface transition temperature, or the relationship between the value obtained by dividing the stress intensity factor by the tensile strength and the crack growth rate. The design condition for the material characteristic amount is a crack size for a predetermined time or number of times, a fracture mechanics parameter for the crack size, and a fracture toughness value.

他方、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項10に記載したように、前記材料特性算出手段は、決定される材料仕様と算出される材料特性から、材料の破損または損傷に対する確率分布特性を機器の運転時間または起動回数の関数で不信頼度関数として表わしてその関数式の係数を算出する一方、前記材料特性算出手段と、材料・設計選択手段との間にコスト・リスク評価手段を設け、このコスト・リスク評価手段は、コストデータベースの材料とコストの対応関係を表わすコストテーブルから損害額を呼び出し、この損害額を前記不信頼度関数に乗じてリスクを算出して評価し、さらに、上記リスクの評価とコストに基づいた判定を行なって最適材料を選択する材料・設計選択手段を設けたものである。   On the other hand, in order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention is characterized in that, as described in claim 10, the material property calculation means uses a material specification to be determined and a material property to be calculated based on a material. The probability distribution characteristic for damage or damage of the device is expressed as an unreliability function as a function of the operation time or the number of start-ups of the equipment, and the coefficient of the functional equation is calculated. A cost / risk evaluation unit is provided between the cost database and the cost / risk evaluation unit. Further, there is provided a material / design selection means for selecting the optimum material by performing the evaluation based on the risk and the determination based on the cost.

また、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項11に記載したように、前記材料特性算出手段は、1種類以上の材料について、材料仕様に対する製造時材料特性量の統計分布と、材料特性量について実験値と相関関係数値データから求めた推定値の比の統計分布を予め求めておき、前記コスト・リスク評価手段は、製造時材料特性量が規格値を満たさない確率とそのときの設計対象機器、部品または部材の材料使用時特性量に対する設計要求条件を満たさない確率を計算し、そのときの損害額と掛け合わせてリスクを計算し、このリスクが最小となるような材料の種類を材料・設計選択手段で選択するようにしたものである。   In order to solve the above-described problem, the design support apparatus according to the present invention is characterized in that, as described in claim 11, the material property calculation means includes the material property at the time of manufacture with respect to the material specification for one or more types of materials. The statistical distribution of the quantity and the statistical distribution of the ratio of the estimated value obtained from the experimental value and the correlation numerical data for the material characteristic quantity are obtained in advance, and the cost / risk evaluation means uses the standard value for the material characteristic quantity during production. Calculate the probability of not satisfying the design requirement for the material usage characteristic amount of the target device, part or member at that time, and multiplying it with the amount of damage at that time to calculate the risk. A material / design selection means selects the kind of material that becomes

さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る設計支援装置は、請求項12に記載したように、前記設計仕様入力手段と、表示手段と、材料・設計選択結果に対する承認入力に基づいて課金する課金手段とが、ネットワークを介して前記材料特性選択手段、材料特性算出手段および材料・設計選択手段を備えたサーバ側と結合されたものである。   Furthermore, in order to solve the above-described problem, a design support apparatus according to the present invention is based on the design specification input means, the display means, and the approval input for the material / design selection result as described in claim 12. Billing means for billing is coupled to the server side including the material property selection means, material property calculation means, and material / design selection means via a network.

また、本発明に係る設計支援装置の使用方法は、上述した課題を解決するために、請求項13に記載したように、設計事項で要求される設計仕様を入力するステップと、入力された設計仕様に対応する材料特性を、設計−材料関係データベースの材料特性項目を参照して、選択するステップと、選択された材料特性から材料仕様データベースの材料仕様項目を参照して材料仕様を決定するステップと、材料特性2次データベースの材料仕様パラメータにより規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標を参照して、個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標を取り入れ、設計に用いられる材料特性を算出するステップと、前記決定された材料仕様と算出された材料特性とを照合して最適材料および設計条件の選択を行なうステップと、最適材料および設計条件の選択結果を表示するステップとを有する方法である。   Further, in order to solve the above-described problem, the method for using the design support apparatus according to the present invention includes a step of inputting a design specification required by a design item, and an input design, as described in claim 13. Selecting a material characteristic corresponding to the specification with reference to the material characteristic item of the design-material relational database, and determining a material specification with reference to the material specification item of the material specification database from the selected material characteristic Referring to the material characteristic master curve and the statistical index normalized by the material specification parameter of the material characteristic secondary database, taking in the material characteristic master curve and the statistical index of the individual material, and calculating the material characteristic used for the design And selecting the optimum material and design conditions by comparing the determined material specifications with the calculated material properties Is a method and a step of displaying a selection result of the optimal materials and design conditions.

本発明に係る設計支援装置およびその使用方法においては、複数の製造ロットに適用できる材料特性の規格化評価カーブを2次データとして備え、設計仕様を入力するだけで、多くの材種・材料特性の中から適切な材料の選択を簡便にかつ適確に行なうことができ、さらに、材料の適切な活用、最適な材料の選択に有益な材料特性2次データベースを用い、リスクを評価した上で設計対象機器や部品、部材に最適な材料を選択し、構造設計を迅速かつ適確に支援できる優れた効果を奏する。   In the design support apparatus and the method of using the same according to the present invention, a standardized evaluation curve of material characteristics that can be applied to a plurality of production lots is provided as secondary data. It is possible to easily and accurately select an appropriate material from among the materials, and further evaluate the risks using a secondary database of material properties that is useful for the appropriate use of materials and the selection of the optimal materials. It has the excellent effect of selecting the optimal material for the design target device, parts, and members and supporting the structural design quickly and accurately.

また、本発明の設計支援装置およびその使用方法では、設計仕様を入力するだけでなく、材料と設計の最適な組合せを選択して表示し、最適な材料を容易に効率よく選択して構造設計を簡便かつ確実に行なうことができる。   In addition, in the design support apparatus and the method of using the same according to the present invention, not only the design specification is input, but the optimum combination of material and design is selected and displayed, and the optimum material is easily and efficiently selected for structural design. Can be carried out simply and reliably.

本発明に係る設計支援装置およびその使用方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。   Embodiments of a design support apparatus and a method of using the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係る設計支援装置の第1実施形態を概略的に示すブロック図である。設計支援装置10は、設計対象機器や製品・部品・部材の構造設計において、設計仕様で要求される事項と数値(設計条件)の入力を行なう設計仕様入力手段11と、この設計仕様に対応する材料特性を選択する材料特性選択手段12と、材料特性選択の際に参照される設計−材料関係データベース13と、選択された材料の材料仕様を決定し、設計に用いる材料特性(量)を算出する材料特性算出手段14と、この算出手段14で材料特性(量)を算出する際に、参照される材料仕様データベース15および材料特性2次データベース16と、この材料特性2次データベース16を導出するもとになる、材料・物質の生データ(実測データ:1次データ)を格納する材料特性1次データベース17と、材料特性算出手段14で算出された材料特性と決定された設計仕様を照合して最適材料および設計条件の選択を行なう材料・設計選択手段18と、その選択結果を画像表示する表示手段19とから構成される。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing a first embodiment of a design support apparatus according to the present invention. The design support apparatus 10 corresponds to a design specification input means 11 for inputting items and numerical values (design conditions) required by the design specification in the structural design of the design target device or product / part / member, and the design specification. Material property selection means 12 for selecting material properties, design-material relationship database 13 referred to when selecting material properties, material specifications of the selected material are determined, and material properties (quantity) used for design are calculated. The material property calculation unit 14 to be used, and the material property database 15 and the material property secondary database 16 to be referred to when the material property (quantity) is calculated by the calculation unit 14, and the material property secondary database 16 are derived. Material primary database 17 storing raw material / material raw data (actual measurement data: primary data), and material calculated by material characteristic calculation means 14 The material and design selection means 18 by matching design specifications determined a characteristic for selecting a best materials and design conditions, and a display unit 19 for image display to the selection result.

設計仕様入力手段11は、対象機器や製品に関する構造設計仕様、例えば、図2に示すように、設計対象物の部品カテゴリ21および使用条件カテゴリ22の設計使用項目がインデックとして納められ、各カテゴリ21,22の設計仕様項目がパソコン画面等の表示手段19に表示される。部品カテゴリ21の設計仕様項目には、例えば圧力容器23、配管24、回転軸25、摺動部品26、シール部品27および機構部品28の設計対象物(材料仕様)項目があり、使用条件カテゴリ22の設計仕様項目には、内部圧力等の使用応力31、使用温度32、要求寿命33、変形制限34、重量35、コスト36等の材料特性項目がある。設計仕様入力手段11の部品カテゴリ21の中から特定の設計仕様項目の決定により、設計対象物である機器や部品が選択され、使用条件カテゴリ32の設計仕様項目の決定により、設計対象機器や部品の使用条件が選択される。   The design specification input means 11 stores structural design specifications relating to the target device or product, for example, design use items of the part category 21 and the use condition category 22 of the design object as an index as shown in FIG. , 22 are displayed on the display means 19 such as a personal computer screen. The design specification items of the component category 21 include, for example, design objects (material specifications) items of the pressure vessel 23, the piping 24, the rotary shaft 25, the sliding component 26, the seal component 27, and the mechanism component 28. The design specification items include material characteristic items such as a use stress 31 such as an internal pressure, a use temperature 32, a required life 33, a deformation limit 34, a weight 35, and a cost 36. By determining a specific design specification item from among the component categories 21 of the design specification input means 11, a device or component that is a design object is selected, and by determining a design specification item of the use condition category 32, the device or component to be designed is selected. The usage conditions are selected.

部品カテゴリ21や使用条件カテゴリ22の各項目は、表示手段19によって表示され、表示された各項目の選択と所望する数値範囲(設計仕様)の入力が設計仕様入力手段11で行なわれる。各設計仕様項目の選択および数値範囲の入力は、キーボード操作あるいはマウス、タッチパネルの操作により行なわれる。   Each item of the component category 21 and the use condition category 22 is displayed by the display means 19, and selection of each displayed item and input of a desired numerical range (design specification) are performed by the design specification input means 11. Selection of each design specification item and input of a numerical value range are performed by keyboard operation or mouse / touch panel operation.

設計仕様入力手段11で入力された設計仕様項目と数値範囲の設計仕様データに基づき、材料特性選択手段12は、設計−材料関係データベース13を参照して材料特性が選択される。   Based on the design specification items input by the design specification input means 11 and the design specification data in the numerical range, the material characteristic selection means 12 refers to the design-material relation database 13 and selects the material characteristics.

設計−材料関係データベース13は、設計−材料関係のインデックス用辞書としての検索エンジン機能を備えるもので、部品カテゴリ21と使用条件カテゴリ22の各設計仕様項目(図2に示された個別項目)に対して、図3に示すように構造設計に必要な材料特性40の項目がインデックスとして用意される。材料特性項目には、例えば引張特性41、クリープ破断特性42、クリープ変形特性43、低サイクル疲労特性44、亀裂進展特性45、破壊靭性46等の個別インデックス項目がある。材料特性40の各項目には具体的な材料特性に関する数値データは入力されていない。   The design-material relation database 13 has a search engine function as a design-material relation index dictionary. Each design specification item (individual item shown in FIG. 2) of the component category 21 and the use condition category 22 is provided. On the other hand, as shown in FIG. 3, the item of the material characteristic 40 required for the structural design is prepared as an index. The material property items include individual index items such as tensile property 41, creep rupture property 42, creep deformation property 43, low cycle fatigue property 44, crack growth property 45, fracture toughness 46, and the like. Numerical data relating to specific material characteristics is not input to each item of the material characteristics 40.

構造設計に必要な材料仕様項目の中から、部品カテゴリ21と使用条件カテゴリ22の組合せに対応した個別項目の材料特性が選択され、材料特性選択手段12で材料特性40が用意される。   From the material specification items necessary for the structural design, the material characteristics of the individual items corresponding to the combination of the part category 21 and the use condition category 22 are selected, and the material characteristics 40 are prepared by the material characteristics selection means 12.

材料特性選択手段12が参照する設計−材料関係データベース13では、例えば、内圧が加わって高温で使用される機器では、引張特性41、クリープ破断特性42、クリープ変形特性43の個別材料特性項目が選択され、繰返し荷重が加わる機器では、疲労特性44が選択される。亀裂を許容して使うことが前提となっている機器については、亀裂進展特性や破壊靭性46の材料特性項目が選択される。   In the design-material relational database 13 referred to by the material property selection means 12, for example, in the case of equipment that is used at a high temperature with internal pressure applied, individual material property items such as a tensile property 41, a creep rupture property 42, and a creep deformation property 43 are selected. The fatigue characteristic 44 is selected for a device to which a repeated load is applied. For equipment premised on using cracks, material characteristics items such as crack growth characteristics and fracture toughness 46 are selected.

設計−材料関係データベース13を参照して材料特性選択手段12で材料特性項目が選択されると、この材料特性項目は材料特性算出手段14に送られて選択された材料の設計に用いる材料特性量が算出される。   When a material property item is selected by the material property selection unit 12 with reference to the design-material relationship database 13, the material property item is sent to the material property calculation unit 14 and used for designing the selected material. Is calculated.

材料特性算出手段14では、材料特性40が選択されると、材料仕様データベース15を参照して、必要な材料製造時における材料仕様情報48が用意される。材料仕様データベース15には、材料仕様項目として、例えば、材料名50、化学成分範囲51、熱処理範囲52、引張特性範囲53、硬さ範囲54、衝撃値範囲55の項目がインデックスとして納められている。   When the material characteristic 40 is selected, the material characteristic calculation unit 14 refers to the material specification database 15 and prepares material specification information 48 at the time of manufacturing the necessary material. In the material specification database 15, as material specification items, for example, items of a material name 50, a chemical component range 51, a heat treatment range 52, a tensile property range 53, a hardness range 54, and an impact value range 55 are stored as indexes. .

具体的には、対象機器や製品用に特定の材料が部品カテゴリ21で選択され、使用条件カテゴリ22で材料使用スペックが選択されると、設計−材料関係データベース13では、その材料特性の特定項目、例えば引張特性、クリープ破断特性およびクリープ変形特性を考慮するように必要な材料特性項目が選択されて、これらの材料特性項目を適用するように指示させる。指示された材料特性項目が材料特性選択手段12から材料特性算出手段14に送られる。   Specifically, when a specific material for the target device or product is selected in the part category 21 and a material use specification is selected in the use condition category 22, the design-material relation database 13 specifies the specific item of the material characteristic. For example, necessary material property items are selected to take into account tensile properties, creep rupture properties, and creep deformation properties, and instruct them to apply these material property items. The instructed material property item is sent from the material property selection unit 12 to the material property calculation unit 14.

材料特性選択手段12で材料特性項目が選択されると、図4に示す材料特性算出手段14では、材料仕様データベース15の材料仕様スペックを参照して、必要な材料製造時の材料仕様項目が選択されて材料仕様情報48が決定される。材料仕様項目における材料仕様パラメータの代表的なものに、例えば室温における配管の引張り強さがある。   When the material characteristic item is selected by the material characteristic selection unit 12, the material characteristic calculation unit 14 shown in FIG. 4 selects the material specification item at the time of manufacturing the necessary material with reference to the material specification specification in the material specification database 15. Thus, material specification information 48 is determined. A typical material specification parameter in the material specification item is, for example, the tensile strength of piping at room temperature.

材料特性算出手段14で材料仕様情報48が決定された段階で、材料特性2次データベース16を参照し、材料仕様パラメータにより規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標(以下、規格化指標という。)58を用いて、個別材料に関する材料特性マスタカーブおよび統計指標(以下、個別化指標という。)59を算出する。   When the material specification information 48 is determined by the material characteristic calculation means 14, the material characteristic master curve and the statistical index (hereinafter referred to as the standardized index) normalized by the material specification parameter with reference to the material characteristic secondary database 16 are referred to. 58 is used to calculate a material characteristic master curve and statistical index (hereinafter referred to as individualized index) 59 relating to the individual material.

材料特性2次データベース16には、材料仕様パラメータにより規格化した規格化指標58が格納されており、規格化指標58の材料特性項目には、例えば引張特性60、クリープ破断特性61、クリープ変形特性62、疲労特性63、1種類以上の材料について、亀裂進展特性64および破壊靭性65等がある。材料特性2次データベース16には、各材料特性項目60〜65毎の規格化指標58が規格化評価カーブとして格納され、記憶されている。   The material characteristic secondary database 16 stores a standardized index 58 normalized by material specification parameters. The material characteristic items of the standardized index 58 include, for example, a tensile characteristic 60, a creep rupture characteristic 61, and a creep deformation characteristic. 62, fatigue characteristics 63, crack propagation characteristics 64, fracture toughness 65, etc. for one or more materials. In the material property secondary database 16, the standardized index 58 for each material property item 60 to 65 is stored and stored as a standardized evaluation curve.

材料特性2次データベース16には、材料特性1次データベース17に格納され、記憶された生データ(材料特性実測データ)が送られてデータ加工され、ユニバーサルに規格化された規格化評価カーブとしての材料特性マスタカーブおよび統計指標58が作成され、記録される。   The material property secondary database 16 is stored in the material property primary database 17 and the stored raw data (material property actual measurement data) is sent and processed to obtain a standardized evaluation curve that is universally standardized. Material property master curves and statistical indicators 58 are created and recorded.

材料特性2次データベース16に記憶された材料特性の各規格化指標58の中から、規格化した材料特性マスタカーブおよび標準偏差・信頼区間などの統計指標を選択し、規格化指標58を個別材料の固有値(絶対値)に直して個別材料に関する材料特性マスタカーブおよび統計指標(個別指標)59に変換され、個別材料の材料特性が算出される。   From each standardized index 58 of the material characteristics stored in the secondary database 16 of the material characteristics, a standardized material characteristic master curve and statistical indices such as standard deviation and confidence interval are selected, and the standardized index 58 is selected as an individual material. Is converted into a material characteristic master curve and a statistical index (individual index) 59 relating to the individual material, and the material characteristic of the individual material is calculated.

このように、材料特性2次データベース16に記憶されている規格化評価カーブとしての各種規格化材料特性マスタカーブおよび統計指標58は、材料特性算出手段14において、材料仕様情報48として与えられる個別材料の仕様値を用いて特定の個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標59に変換される。   As described above, the various standardized material characteristic master curves and the statistical index 58 as standardized evaluation curves stored in the material characteristic secondary database 16 are the individual materials given as the material specification information 48 in the material characteristic calculation means 14. Are converted into a material characteristic master curve and a statistical index 59 of a specific individual material.

特定個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標59を用いて算出された材料特性および決定された材料仕様は、材料・設計選択手段18に送られる。材料・設計選択手段18は、算出された個別指標59の材料特性と決定された材料仕様とを照合して個別材料および設計条件の選択が行なわれる。   The material characteristics calculated using the material characteristic master curve and the statistical index 59 of the specific individual material and the determined material specifications are sent to the material / design selection means 18. The material / design selection means 18 selects an individual material and a design condition by collating the calculated material characteristic of the individual index 59 with the determined material specification.

材料・設計選択手段18では、図5に示すように、設計に必要な材料特性を設計パラメータに変換し、設計・材料選択マップ68により複数の材料A,B,C,Dについて、表示手段19で表示するようになっている。   As shown in FIG. 5, the material / design selection means 18 converts the material characteristics necessary for the design into design parameters, and displays a plurality of materials A, B, C, and D using the design / material selection map 68. Is displayed.

材料・設計選択手段18では、例えば、配管のような内圧部材であれば、使用圧力と部材の内外半径の比率の関係を設計温度に対して表示し、設計仕様から与えられる設計範囲69から設計範囲にある材料とその材料を用いた場合の決定された設計条件(設計範囲を限定したもの)を選択することが容易にできる。   In the material / design selection means 18, for example, in the case of an internal pressure member such as a pipe, the ratio between the working pressure and the internal / external radius of the member is displayed with respect to the design temperature, and the design is made from the design range 69 given by the design specification. It is possible to easily select a material in the range and a design condition determined when the material is used (a design range is limited).

この設計支援装置10によれば、設計仕様を入力するだけで、材料と設計の最適な組合せを選択し表示することができ、構造設計において材料の選択を専門家でなくとも簡便かつ確実に行なうことができる。   According to this design support apparatus 10, it is possible to select and display the optimum combination of material and design simply by inputting a design specification, and it is easy and reliable to select a material in a structural design without being an expert. be able to.

[規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標の個別材料への変換機能]
この設計支援装置10の材料特性2次データベース16における規格化評価カーブとしての材料特性マスタカーブおよび統計指標(規格化指標)58から個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標59(個別指標)への変換機能について説明する。
[Function to convert standardized material property master curves and statistical indicators into individual materials]
From the material characteristic master curve and statistical index (standardized index) 58 as the standardized evaluation curve in the material characteristic secondary database 16 of the design support apparatus 10 to the material characteristic master curve and statistical index 59 (individual index) of the individual material The conversion function will be described.

材料特性2次データベース16には、材料仕様パラメータによりユニバーサルに規格化した規格化評価カーブとしての材料特性マスタカーブおよび統計指標(規格化指標)50が記憶されている。規格化指標50の材料特性項目には、例えば材料の引張特性60、クリープ破断特性61、クリープ変形特性62、疲労特性63、亀裂進展特性64、破壊靭性65があり、対応する規格化マスタカーブおよび統計指標が図6ないし図12に表わされている。   The material characteristic secondary database 16 stores a material characteristic master curve and a statistical index (standardized index) 50 as a standardized evaluation curve that is universally standardized by material specification parameters. The material characteristic items of the standardization index 50 include, for example, a material tensile characteristic 60, a creep rupture characteristic 61, a creep deformation characteristic 62, a fatigue characteristic 63, a crack propagation characteristic 64, and a fracture toughness 65. Statistical indicators are shown in FIGS.

図6ないし図12は、材料特性に関して規格化した規格化評価カーブとしてのマスタカーブM〜Mおよび確率分布曲線S〜Sをそれぞれ表わすものである。 6 to 12 represent master curves M 1 to M 7 and probability distribution curves S 1 to S 7 as standardized evaluation curves normalized with respect to material characteristics, respectively.

図6は、引張強度比と温度の関係を示すグラフであり、引張強度に関する規格化した材料特性マスタカーブMを示している。引張強度比は、各温度における引張強度と室温における引張強度の比であり、温度のべき乗多項式(a+aT+a+a:但し、a〜aは定数、Tは温度を示す。)で表わされる。 Figure 6 is a graph showing the relationship between the tensile strength ratio and temperature, shows the material properties master curves M 1 normalized regarding tensile strength. The tensile strength ratio is the ratio of the tensile strength at each temperature to the tensile strength at room temperature, and is a temperature power polynomial (a 0 + a 1 T + a 2 T 2 + a 3 T 3 : where a 0 to a 3 are constants, T is Temperature).

各材料に関する引張強度の実測数値データ(生データである1次データ)は、材料特性1次データベース17に予め保存されており、この保存された1次データをデータ加工することにより、引張強度の2次データが規格化評価カーブとして作成される。   Actual measured numerical data (primary data which is raw data) of each material is stored in advance in the material property primary database 17, and by processing the stored primary data, the tensile strength of the material is processed. Secondary data is created as a standardized evaluation curve.

材料特性2次データベース16の引張特性60の項目には、各材料について、温度のべき乗多項式の係数値と、引張強度比実測値と引張強度比推定値の比の標準偏差(正規分布の場合)または形状母数(ワイブル分布の場合)が確率分布曲線Sとして記憶されている。引張強度比推定値は、材料特性マスタカーブMの中央値として推定した値であり、確率分布曲線Sは、材料特性算出手段14の材料仕様情報48の授受に用いられる。 The item of tensile property 60 of the secondary material property database 16 includes, for each material, the coefficient value of the power polynomial of the temperature and the standard deviation of the ratio of the actually measured tensile strength ratio and the estimated tensile strength ratio (in the case of normal distribution). or shape parameter (for Weibull distribution) is stored as the probability distribution curve S 1. The estimated tensile strength ratio value is a value estimated as the median value of the material property master curve M 1 , and the probability distribution curve S 1 is used for transmission / reception of the material specification information 48 of the material property calculation means 14.

この設計支援装置10では、材料特性算出手段14で決定される材料仕様は室温引張強度、室温引張耐力または硬さであり、算出される材料特性量は高温引張強度または高温引張耐力である。材料特性2次データベース16の規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数数値データは前記高温引張強度を室温引張強度で除した規格化引張強度と使用温度の関係、もしくは、高温引張耐力を室温引張耐力で除した規格化引張耐力と使用温度の関係、またはそれぞれ硬さで規格化したときの関係を最適近似した係数値であり、材料使用時の材料特性量に対する設計要求条件は、許容引張強度または許容耐力と使用温度が用いられる。   In this design support apparatus 10, the material specification determined by the material property calculating means 14 is room temperature tensile strength, room temperature tensile strength or hardness, and the calculated material property amount is high temperature tensile strength or high temperature tensile strength. The correlation function numerical data represented by the standardized material property master curve in the material property secondary database 16 is the relationship between the normalized tensile strength obtained by dividing the high temperature tensile strength by the room temperature tensile strength and the operating temperature, or the high temperature tensile strength at room temperature. It is a coefficient value that optimally approximates the relationship between the normalized tensile strength divided by the tensile strength and the operating temperature, or the relationship when normalized by hardness, and the design requirement for the material characteristic amount when using the material is the allowable tensile Strength or allowable yield strength and operating temperature are used.

この設計支援装置10では、高温引張強度と室温引張強度の比、または高温引張強度と硬さの比と温度の関係の最適近似によって求めた係数の数値データが用いられる。   The design support apparatus 10 uses numerical data of a coefficient obtained by an optimum approximation of the ratio between the high temperature tensile strength and the room temperature tensile strength or the relationship between the high temperature tensile strength and the hardness and the temperature.

なお。図6において、引張強度の代りに、耐力または硬さを用いても同じ処理が可能である。   Note that. In FIG. 6, the same processing can be performed by using proof stress or hardness instead of tensile strength.

図7は、規格化応力とクリープ破断寿命の関係を示す規格化した規格化評価カーブとしての材料特性マスタカーブMを示す。規格化応力は作用応力と室温引張強度の比が用いられ、クリープ破断寿命には、破断時間または破断時間と温度を組み合せたパラメータが用いられる。破断時間と温度を組み合せたパラメータの代表的なものは、ラーソン・ミラーパラメータであり、T(絶対温度)×{C(定数)+logtr(クリープ破断時間の対数)}として計算される。 Figure 7 shows the material properties master curve M 2 as normalized evaluation curve normalized showing the relationship between the normalized stress and creep rupture life. The normalized stress is a ratio of acting stress and room temperature tensile strength, and the creep rupture life is a rupture time or a parameter combining the rupture time and temperature. A typical parameter combining the rupture time and temperature is the Larson-Miller parameter, which is calculated as T (absolute temperature) × {C (constant) + logtr (logarithm of creep rupture time)}.

規格化応力(あるいはその対数)は、クリープ破断寿命(あるいはその対数)の多項式として表わされ、統計分布はクリープ破断寿命に対して計算され、確率分布曲線Sで表わされる。 Normalized stress (or its logarithm) is represented as a polynomial of creep rupture life (or its logarithm), statistical distributions are calculated for creep rupture life, is represented by a probability distribution curve S 2.

元の1次データである各種材料試験における実測数値データは材料特性1次データベース17内に予め保存されているが、材料1次データベース17にその都度アクセスすることなく、材料特性2次データベース16内のクリープ破断特性61の項目には、1次データのデータ処理で予め作成されたクリープ破断寿命に関する材料特性マスタカーブMと確率分布曲線Sが記憶されている。 Actually measured numerical data in various material tests as original primary data is stored in advance in the material property primary database 17, but without accessing the material property primary database 17 each time, it is stored in the material property secondary database 16. the items in creep rupture properties 61, material property master curve M 2 and the probability distribution curve S 2 on creep rupture life created in advance by data processing of the primary data is stored.

材料特性マスタカーブMには、各材料について、多項式の係数値と、クリープ破断寿命実績値とクリープ破断寿命推定値(即ち材料特性マスターカーブMの中央値として推定した値)の比の標準偏差(正規分布の場合)または形状母数(ワイブル分布の場合)が確率分布曲線Sとして記憶され、材料特性算出手段14との情報の授受に用いられる。 The material properties master curve M 2, for each material, and the coefficient values of the polynomial, the ratio of the standard creep rupture life actual value and the creep rupture life estimate (i.e. the estimated value as the center value of the material property master curve M 2) deviation (for a normal distribution) or shape parameter (for Weibull distribution) is stored as the probability distribution curve S 2, is used to exchange information with the material characteristics calculator 14.

この設計支援装置10では、材料特性算出手段14で決定される材料仕様は、室温引張強度であり、算出される材料特性量は、クリープ破断強度である。材料特性2次データベース16の規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数数値データは、クリープ破断強度を室温引張強度で除した規格化クリープ破断強度と使用温度の関係を最適近似したときの式の係数値であり、材料の使用時材料特性量に対する設計要求条件は、クリープ強度と使用温度が用いられる。   In the design support apparatus 10, the material specification determined by the material property calculating means 14 is room temperature tensile strength, and the calculated material property amount is creep rupture strength. The correlation function numerical data represented by the standardized material property master curve in the material property secondary database 16 is an equation obtained by optimally approximating the relationship between the normalized creep rupture strength obtained by dividing the creep rupture strength by the room temperature tensile strength and the service temperature. As a design requirement for the material characteristic amount at the time of use of the material, creep strength and use temperature are used.

図8は、クリープ速度(単位時間あたりのクリープひずみの変化率)と規格化応力の関係を示す規格化した材料特性マスタカーブMおよびその確率分布曲線Sを開示している。 FIG. 8 discloses a normalized material property master curve M 3 and its probability distribution curve S 3 showing the relationship between the creep rate (change rate of creep strain per unit time) and the normalized stress.

クリープ速度は規格化応力のべき乗式で表わされ、さらに温度依存性を表わす項が掛け合わされる。クリープ速度と規格化応力の関係の係数および指数、温度依存性項の係数が材料特性2次データベース16に記憶されている。統計分布を表わす材料特性マスタカーブMはクリープ速度のバラツキとなって表われる。 The creep rate is expressed by a power expression of normalized stress, and is further multiplied by a term representing temperature dependence. The coefficient and index of the relationship between the creep rate and the normalized stress, and the coefficient of the temperature dependence term are stored in the material property secondary database 16. Material property master curve M 3 representing the statistical distribution appearing as variations of the creep rate.

この設計支援装置10では、材料特性算出手段14で決定される材料仕様は、室温引張強度であり、算出される材料特性量はクリープひずみ速度である。前記材料特性2次データベース16の規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数数値データは、クリープひずみ速度と、使用応力と室温引張強度の比と、使用温度の関係を最適近似したときの式の係数値であり、材料特性量に対する設計仕様は、クリープひずみ速度から計算される所定使用期間に対する構造部材の変形量が用いられる。   In this design support apparatus 10, the material specification determined by the material property calculating means 14 is room temperature tensile strength, and the calculated material property quantity is a creep strain rate. The correlation function numerical data represented by the standardized material property master curve of the material property secondary database 16 is an equation obtained by optimally approximating the relationship between the creep strain rate, the ratio of the use stress and the room temperature tensile strength, and the use temperature. As the design specification for the material characteristic amount, the deformation amount of the structural member with respect to the predetermined use period calculated from the creep strain rate is used.

図9は、疲労における規格化ひずみ範囲と疲労の破損回数の関係を規格化した材料特性マスタカーブMおよび確率分布曲線Sを示す。規格化ひずみ範囲は、弾性ひずみ範囲(%)に各温度でのヤング率(縦弾性係数、温度のべき乗の多項式として表わされる)を掛け、さらに各温度での引張強度(図6の関係から、室温引張強度の関数として計算される)で割って、調整のための係数(例えば1/100)を掛けたものと、塑性ひずみ範囲(%)を足し合わせたものである。 Figure 9 shows the material properties master curve M 4 and a probability distribution curve S 4 obtained by normalizing the relationship damage number of fatigue normalized strain range in fatigue. The normalized strain range is obtained by multiplying the elastic strain range (%) by the Young's modulus at each temperature (expressed as a longitudinal elastic modulus, a polynomial of a power of temperature), and further the tensile strength at each temperature (from the relationship of FIG. (Calculated as a function of room temperature tensile strength), multiplied by a coefficient for adjustment (eg, 1/100) and the plastic strain range (%).

規格化ひずみ範囲は破損回数のべき乗の和で表わされ、それぞれの係数と指数の値が材料特性2次データベース16に記憶されている。統計分布を表わす確率分布曲線Sは破損回数側にとり、破損回数の統計分布を表わしている。 The normalized strain range is expressed as the sum of power of the number of breakage, and the coefficient and index values are stored in the material property secondary database 16. Probability distribution curve S 4 representing the statistical distribution taken damage number side, represents a statistical distribution of damage number.

この設計支援装置10では、材料特性算出手段14で決定される材料仕様は、室温引張強度と室温ヤング率であり、算出される材料特性量は疲労における弾性ひずみ範囲および塑性ひずみ範囲と破損回数の関係である。材料特性2次データベース16の規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数係数値データは、弾性ひずみ範囲に使用温度におけるヤング率を掛けて使用温度における引張強度で割った修正弾性ひずみ範囲と破損回数の関係、または、塑性ひずみ範囲と破損回数の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計仕様条件は、修正弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と、使用温度に対する破損回数が用いられる。   In this design support apparatus 10, the material specifications determined by the material property calculating means 14 are the room temperature tensile strength and the room temperature Young's modulus, and the calculated material property values are the elastic strain range and the plastic strain range in fatigue and the number of failures. It is a relationship. Correlation function coefficient value data expressed by the standardized material property master curve in the material property secondary database 16 is obtained by multiplying the elastic strain range by the Young's modulus at the service temperature and dividing by the tensile strength at the service temperature and the damage. This is a coefficient value when the relationship between the number of times or the relationship between the plastic strain range and the number of breakage is optimally approximated. The design specification conditions for the material property amount are the modified elastic strain range and the plastic strain range, or the total strain range. The number of breaks with respect to temperature is used.

さらに、設計支援装置10において、材料特性算出手段14で決定される材料仕様は、室温引張強度と室温ヤング率であり、算出される材料特性量は繰返し応力・ひずみ特性における弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と応力範囲である。材料特性2次データベース16の規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関係数値データは、弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と、応力範囲と使用温度におけるヤング率と応力範囲の使用温度における引張強度で除した規格化応力範囲の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計仕様条件は、繰返し応力・ひずみ特性と使用時の温度・応力範囲から得られる全ひずみ範囲または塑性ひずみ範囲を用いてもよい。   Further, in the design support apparatus 10, the material specifications determined by the material property calculating means 14 are room temperature tensile strength and room temperature Young's modulus, and the calculated material property values are the elastic strain range and plastic strain in the cyclic stress / strain characteristics. Range, or the total strain and stress range. The correlation numerical data represented by the standardized material property master curve of the material property secondary database 16 includes the elastic strain range and the plastic strain range, or the total strain range, and the use of the Young's modulus and the stress range at the stress range and operating temperature. This is a coefficient value obtained by optimally approximating the relationship of the normalized stress range divided by the tensile strength at temperature. The design specification conditions for the material characteristic amount are all obtained from the cyclic stress / strain characteristics and the temperature / stress range during use. A strain range or a plastic strain range may be used.

図10は、疲労の繰返し応力・ひずみ特性にかかわる規格化応力振幅とひずみ振幅の関係を示す規格化した材料特性マスタカーブMと確率分布曲線Sをそれぞれ示す。規格化応力振幅は応力振幅を各温度での引張強度または耐力によって除した値とする。このとき、ひずみ振幅は規格化応力振幅のべき乗の和として表わされ、その時の係数値と指数値が材料特性2次データベース16に記憶されている。統計分布を表わす確率分布曲線Sは規格化応力振幅の側にとり、規格化応力振幅の統計分布を表わしている。 Figure 10 shows normalized showing the relationship between the amplitude and strain normalized stress amplitude related to repetitive stress-strain properties of fatigue and material properties master curve M 5 and the probability distribution curve S 5, respectively. The normalized stress amplitude is a value obtained by dividing the stress amplitude by the tensile strength or yield strength at each temperature. At this time, the strain amplitude is expressed as the sum of the power of the normalized stress amplitude, and the coefficient value and the index value at that time are stored in the material property secondary database 16. Probability distribution curve S 5 representing the statistical distribution takes on the side of the normalized stress amplitude represents the statistical distribution of the normalized stress amplitude.

図11は、き裂進展にかかわる規格化応力拡大係数とき裂進展速度(単位時間当りき裂寸法の変化率)を示す規格化した材料特性マスタカーブMと確率分布曲線Sをそれぞれ表わしている。 Figure 11 represents the material properties master curve M 6 and the probability distribution curve S 6 obtained by normalizing showing the crack growth rate when the normalized stress intensity factor (rate of change of裂寸method Ki per unit time) relating to crack propagation respectively Yes.

規格化応力拡大係数は、応力拡大係数を各温度での引張強度で除した値である。き裂進展速度は規格化応力拡大係数のべき乗で表わされ、その係数および指数値が材料特性2次データベース16に記憶されている。統計分布を表わす確率分布曲線Sはき裂進展速度側にとって、亀裂進展速度の統計分布を表わしている。 The normalized stress intensity factor is a value obtained by dividing the stress intensity factor by the tensile strength at each temperature. The crack growth rate is expressed as a power of a normalized stress intensity factor, and the coefficient and index value are stored in the material property secondary database 16. For a probability distribution curve S 6 feeling crack growth rate side representing the statistical distribution, which represents a statistical distribution of crack growth rates.

図12は、き裂からの破壊に関する規格化破壊じん性と規格化温度の関係を示規格化した材料特性マスタカーブMと確率分布曲線Sをそれぞれ示す。 FIG. 12 shows a material characteristic master curve M 7 and a probability distribution curve S 7 which show the relationship between the normalized fracture toughness and the normalized temperature related to the fracture from the crack, respectively.

規格化破壊じん性は破壊じん性を上部棚破壊じん性値で除した値であり、上部棚破壊じん性値は、衝撃値の関数として予め実験的に求めておいた関係から計算して求める。規格化温度は、実際の温度から衝撃破面の脆性破面率が50%となる温度、即ち延性−脆性遷移温度を引いた値を用いる。規格化破壊じん性値と規格化温度の関係を表わした多項式の係数と指数が材料特性2次データベース(6)に記憶されている。統計分布を表わす確率分布曲線Sは規格化破壊じん性側にとって、破壊靭性の統計分布を表わしている。 Normalized fracture toughness is the value obtained by dividing the fracture toughness by the upper shelf fracture toughness value, and the upper shelf fracture toughness value is calculated from a relationship that has been experimentally obtained in advance as a function of the impact value. . As the normalization temperature, a value obtained by subtracting the temperature at which the brittle fracture surface ratio of the impact fracture surface is 50%, that is, the ductile-brittle transition temperature, is used from the actual temperature. A polynomial coefficient and an index representing the relationship between the normalized fracture toughness value and the normalized temperature are stored in the material property secondary database (6). Probability distribution curve S 7 representing the statistical distribution for the normalized fracture toughness side represents the statistical distribution of fracture toughness.

この設計支援装置10では、材料特性2次データベース16の材料特性項目に記憶されている各種規格化材料特性マスターカーブM〜Mは、材料特性算出手段14において材料仕様情報として与えられる仕様値を用いて個別の仕様に対応する材料特性の絶対値のマスターカーブ、すなわち、個別材料のマスタカーブに変換される。 In this design support apparatus 10, various standardized material property master curves M 1 to M 7 stored in the material property item of the material property secondary database 16 are specification values given as material specification information in the material property calculation means 14. Is converted into a master curve of absolute values of material characteristics corresponding to individual specifications, that is, a master curve of individual materials.

この設計支援装置では、材料特性算出手段14で決定された材料仕様は、衝撃値と破面遷移温度と先在欠陥寸法であり、材料特性量は使用応力、使用温度と破壊力学パラメータである。材料特性2次データベース16の規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関係数値データは、破壊靭性値を衝撃値から求めた上部棚靭性値で割った値と破面遷移温度との関係、または、応力拡大係数を引張強度で割った値と亀裂進展速度の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計条件は、所定の時間または回数に対する亀裂寸法とその亀裂寸法に対する破壊力学パラメータと破壊靭性値が用いられる。   In this design support apparatus, the material specifications determined by the material property calculation means 14 are the impact value, the fracture surface transition temperature, and the preexisting defect size, and the material property values are the use stress, the use temperature, and the fracture mechanics parameter. The correlation numerical data represented by the standardized material property master curve in the material property secondary database 16 is the relationship between the fracture toughness value divided by the upper shelf toughness value obtained from the impact value and the fracture surface transition temperature, or The coefficient value obtained by optimally approximating the relationship between the value obtained by dividing the stress intensity factor by the tensile strength and the crack growth rate, and the design condition for the material characteristic amount is the crack size for a given time or number of times and the fracture for that crack size. Mechanical parameters and fracture toughness values are used.

次に本発明に係る設計支援装置の作用を説明する。   Next, the operation of the design support apparatus according to the present invention will be described.

この設計支援装置10の使用方法は、設計事項で要求される設計仕様を入力するステップと、入力された設計仕様に対応する材料特性を、設計−材料関係データベース13の材料特性項目を参照して、選択するステップと、選択された材料特性から材料仕様データベース15の材料仕様項目を参照して材料仕様を決定するステップと、材料特性2次データベース16の材料仕様パラメータにより規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標58を参照して、個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標59を取り入れ、設計に用いられる材料特性を算出するステップと、前記決定された材料仕様と算出された材料特性とを照合して最適材料および設計条件の選択を行なうステップと、最適材料および設計条件の選択結果を表示するステップとを有する。   The method of using the design support apparatus 10 includes a step of inputting a design specification required by a design item, a material characteristic corresponding to the input design specification, referring to a material characteristic item of the design-material relation database 13. A step of selecting, a step of determining a material specification by referring to a material specification item of the material specification database 15 from the selected material property, and a material characteristic master curve normalized by a material specification parameter of the material characteristic secondary database 16 Referring to the statistical index 58, the material characteristic master curve of the individual material and the statistical index 59 are taken in, and the step of calculating the material characteristic used for the design is compared with the determined material specification and the calculated material characteristic. To select the optimum material and design conditions and to display the results of selecting the optimum material and design conditions. Tsu and a flop.

図13は、本発明に係る設計支援装置およびその使用方法の第2実施形態を示すものである。   FIG. 13 shows a second embodiment of the design support apparatus and the method for using the same according to the present invention.

この実施形態に示された設計支援装置10Aは、図1に示された設計支援装置10の材料特性算出手段14と材料・設計選択手段18との間にコスト・リスク計算手段70を設け、このコスト・リスク計算手段70にはコストデータベース71から材料とコストの対応データが入力されてコスト計算され、コストとリスク評価に基づいた判定を行なうようになっている。   The design support apparatus 10A shown in this embodiment is provided with a cost / risk calculation means 70 between the material characteristic calculation means 14 and the material / design selection means 18 of the design support apparatus 10 shown in FIG. The cost / risk calculation means 70 is inputted with the correspondence data between the material and the cost from the cost database 71 and the cost is calculated, and the determination based on the cost and risk evaluation is performed.

設計支援装置10Aの他の構成は、図1に示された設計支援装置10と異ならないので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。   Since the other configuration of the design support apparatus 10A is not different from the design support apparatus 10 shown in FIG. 1, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図13に示された設計支援装置10Aのコストデータベース71には、材料とそのコストの関係を示す例えば対応表形式のデータがコストテーブルとして記憶される一方、材料破壊に至ったときの損害額が部品カテゴリ21および材料特性項目に対応したデータとして記憶されている。   In the cost database 71 of the design support apparatus 10A shown in FIG. 13, for example, correspondence table format data indicating the relationship between materials and their costs is stored as a cost table, while the amount of damage when the material is destroyed is shown. It is stored as data corresponding to the component category 21 and material characteristic items.

また、材料特性算出手段14では、材料の破損または損傷に対する確率分布特性が、故障の累積確率、すなわち、不信頼度関数として設計機器の運転時間または起動時間の関数として表わされ、その関係式の係数が算出される。   Further, in the material characteristic calculation means 14, the probability distribution characteristic with respect to the breakage or damage of the material is expressed as a function of the operation time or start-up time of the design equipment as a function of the cumulative probability of failure, that is, an unreliability function. Is calculated.

コスト・リスク計算手段70では、例えば図14に示すように、材料の応力σと材料寿命Lの関係を示す材料寿命曲線のマスタカーブMおよび設計寿命における確率分布曲線Sが表わされる一方、材料の累積破損確率Iと材料寿命Lとの関係を示す累積破損確率曲線Iが不信頼度関数として格納され、記録されている。 In cost and risk calculation means 70, for example, as shown in FIG. 14, while the probability distribution curve S L in the master curve M L and design life of the material life curve showing the relationship between the stress of the material σ and material life L T is represented cumulative failure probability curve I C showing the relationship between the cumulative failure probability I P and the material life L T of the material is stored as a degree of unreliability function, are recorded.

コスト・リスク計算手段70では、コストデータベース71のコストテーブルから損害額を呼び出し、この損害額に材料固有の破損確率、例えば10万時間運転で10%破損が生じる累積破損確率を掛け合わせることにより、リスクを求める。   The cost / risk calculation means 70 calls the damage amount from the cost table of the cost database 71, and multiplies the damage amount by a material-specific failure probability, for example, a cumulative failure probability that causes 10% breakage after 100,000 hours of operation. Ask for risk.

また、設計機器に対し、補修をしてリスクを防止することが、設計時に計画されている場合は、設計機器の部品の使用全期間に亘る補修するごとにリスクがリセットされるように設定する。   In addition, if it is planned to repair the design equipment to prevent risks, set the risk so that the risk is reset every time the design equipment parts are repaired over the entire period of use. .

材料・設計選択手段18においては、図5の設計・材料選択マップ上での材料選択候補に対し、コスト・リスク評価手段70でのリスクコストと補修費の累計値と初期費用とを加算した総額が、できるだけ低くなる条件での材料と設計条件を絞り込んで選択し、決定する。   In the material / design selection means 18, the total amount obtained by adding the risk cost, the cumulative value of repair costs, and the initial cost in the cost / risk evaluation means 70 to the material selection candidates on the design / material selection map of FIG. However, the material and design conditions under the lowest possible conditions are selected and determined.

この設計支援装置10Aによれば、材料特性と設計仕様からのみの材料と設計条件の最適な組合せの選択だけではなく、コストとリスクの観点も考慮して、材料と設計条件の最適な組合せを選択し表示することができ、構造設計を材料の専門家でなくとも簡便かつ確実に適確に行うことができる。   According to this design support apparatus 10A, not only selecting the optimum combination of material and design conditions only from the material characteristics and design specifications, but also considering the viewpoint of cost and risk, the optimum combination of materials and design conditions is selected. It is possible to select and display, and the structural design can be performed simply, reliably and accurately without being a material specialist.

この設計支援装置10Aでは、材料特性算出手段14は、1種類以上の材料について、材料仕様に対する製造時材料特性量の統計分布と、材料特性量について実験値と相関関係数値データから求めた推定値の比の統計分布を予め求めておく。コスト・リスク評価手段70は、製造時材料特性量が規格値を満たさない確率とそのときの設計対象機器の材料使用時特性量に対する設計要求条件を満たさない確率を計算し、そのときの損害額と掛け合わせてリスクを計算し、このリスクが最小となるような材料の種類を材料・設計選択手段18で選択するようにしたものである。   In this design support apparatus 10A, the material property calculation means 14 for one or more types of materials, the statistical distribution of the material property value during production with respect to the material specification, and the estimated value obtained from the experimental value and the correlation numerical data for the material property value. The statistical distribution of the ratio is obtained in advance. The cost / risk evaluation means 70 calculates the probability that the material property quantity during manufacture does not satisfy the standard value and the probability that the design requirement for the material use characteristic quantity of the device to be designed at that time will not be satisfied, and the amount of damage at that time And the risk is calculated, and the material / design selection means 18 selects the material type that minimizes this risk.

図16は、本発明に係る設計支援装置およびその使用方法の第3実施形態を示すものである。   FIG. 16 shows a third embodiment of the design support apparatus and the method for using the same according to the present invention.

この実施形態に示された設計支援装置10Bは、クライアント75側とサーバ76側とをインターネット等の通信ネットワーク77を介して接続したものであり、図1に示された設計支援装置10と同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。   The design support apparatus 10B shown in this embodiment is obtained by connecting the client 75 side and the server 76 side via a communication network 77 such as the Internet, and has the same configuration as the design support apparatus 10 shown in FIG. Are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図16に示された設計支援装置10Bは、クライアント75側に設計仕様入力手段11と表示手段19と、材料・設計選択結果が表示された後、承認入力に基づいて課金する課金手段78とが備えられ、これらの各手段11,19,78は通信ネットワーク77を介してサーバ76側に通信接続される。   The design support apparatus 10B shown in FIG. 16 includes a design specification input unit 11 and a display unit 19 on the client 75 side, and a charging unit 78 that charges based on an approval input after the material / design selection result is displayed. These means 11, 19 and 78 are communicatively connected to the server 76 via the communication network 77.

サーバ76側には、設計−材料関係データベース13の材料特性項目を参照して材料特性を選択指示する材料特性選択手段12と、材料仕様データベース15および材料特性2次データベース16を参照して材料仕様を決定し、材料特性(量)を算出する材料特性算出手段14と、決定された材料仕様および算出された材料特性(量)を照合して材料および設計条件の選択を行なう材料・設計選択手段18とを備える。材料・設計選択手段18で選択された材料および設計条件の選択結果は、通信ネットワーク77を介してクライアント75側の表示手段19に表示されるようになっている。   On the server 76 side, the material property selection means 12 for selecting and instructing the material property with reference to the material property item of the design-material relation database 13, the material specification with reference to the material specification database 15 and the material property secondary database 16. The material property calculation means 14 for calculating the material property (quantity) and the material / design selection means for selecting the material and the design condition by collating the determined material specification and the calculated material property (quantity). 18. The selection result of the material and design conditions selected by the material / design selection means 18 is displayed on the display means 19 on the client 75 side via the communication network 77.

この設計支援装置10Bは、クライアント75側に設計仕様入力手段11を有し、情報入力機能を有するとともに、表示手段19で選択結果の表示機能を有する。さらに、設計仕様入力手段11は、選択結果の承認入力を促し、承認された時点で課金を行なう課金手段78を備える。また、サーバ76側は第1実施形態および第2実施形態で示された設計支援装置10,10Aと同じ演算・算出・選択機能を備え、これらの機能をネットワーク77でクライアント75側と結合している。   This design support apparatus 10B has the design specification input means 11 on the client 75 side, has an information input function, and also has a display result display function for the display means 19. Further, the design specification input means 11 is provided with a charging means 78 that prompts for an approval input of the selection result and charges when it is approved. Further, the server 76 side has the same calculation / calculation / selection function as the design support apparatuses 10 and 10A shown in the first and second embodiments, and these functions are combined with the client 75 side by the network 77. Yes.

この設計支援装置10Bによれば、材料特性と設計仕様からのみではなく、コストとリスクの観点から、材料と設計の最適な組合せを選択し表示することができ、構造設計を材料の専門家でなくとも簡便かつ確実に行なうことができる。また、この依頼業務に対する対価を処理内容に応じてクライアント75に対して適切に課金できる。   According to this design support apparatus 10B, it is possible to select and display the optimum combination of material and design not only from material characteristics and design specifications but also from the viewpoint of cost and risk. Even if not, it can be carried out easily and reliably. In addition, the client 75 can be charged appropriately for the fee for the requested work in accordance with the processing content.

本発明に係る設計支援装置およびその使用方法の第1実施形態を簡略的に示すブロック図。1 is a block diagram schematically showing a first embodiment of a design support apparatus and a method for using the same according to the present invention. 本発明に係る設計支援装置に備えられる設計仕様入力手段の内容を示す説明図。Explanatory drawing which shows the content of the design specification input means with which the design support apparatus which concerns on this invention is equipped. 本発明に係る設計支援装置に備えられる材料特性選択手段と設計−材料関係データベースの内容と作用を示す説明図。Explanatory drawing which shows the content and effect | action of the material characteristic selection means with which the design support apparatus which concerns on this invention is equipped, and a design-material relationship database. 本発明に係る設計支援装置に備えられる材料特性算出手段と材料・設計選択手段に係る内容と作用を示す図。The figure which shows the content and effect | action which concern on the material characteristic calculation means with which the design support apparatus which concerns on this invention is equipped, and a material and design selection means. 本発明に係る設計支援装置に備えられる材料・設計選択手段に用いる材料マップの例を示す図。The figure which shows the example of the material map used for the material and design selection means with which the design support apparatus which concerns on this invention is equipped. 本発明に係る設計支援装置に組み込まれる材料特性2次データベースを構成する引張強度比と温度の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the tensile strength ratio and temperature which comprise the material characteristic secondary database integrated in the design support apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る設計支援装置に組み込まれる材料特性2次データベースを構成する規格化応力とクリープ破断寿命の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the normalization stress which comprises the material characteristic secondary database integrated in the design support apparatus which concerns on this invention, and a creep rupture life. 本発明に係る設計支援装置に組み込まれる材料特性2次データベースを構成するクリープ速度と規格化応力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the creep rate and the normalization stress which comprise the material characteristic secondary database integrated in the design support apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る設計支援装置に組み込まれる材料特性2次データベースを構成する規格化ひずみ範囲と破損回数の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the normalization distortion | strain range which comprises the material characteristic secondary database integrated in the design support apparatus which concerns on this invention, and the frequency | count of failure. 本発明に係る設計支援装置に組み込まれる材料特性二次データベースを構成する規格化応力振幅とひずみ振幅の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the normalization stress amplitude and distortion amplitude which comprise the material characteristic secondary database integrated in the design support apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る設計支援装置に組み込まれる材料特性2次データベースを構成する亀裂進展速度と規格化応力拡大係数の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the crack growth rate and the normalization stress intensity factor which comprise the material characteristic secondary database integrated in the design support apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る設計支援装置に組み込まれる材料特性2次データベースを構成する規格化破壊靭性と規格化温度の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the normalization fracture toughness and the normalization temperature which comprise the material characteristic secondary database integrated in the design support apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る設計支援装置およびその使用方法の第2実施形態を簡略的に示す図。The figure which shows simply 2nd Embodiment of the design assistance apparatus which concerns on this invention, and its usage method. 図13に示された設計支援装置に備えれるコスト・リスク評価手段に形成される応力と材料寿命の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the stress formed in the cost risk assessment means with which the design support apparatus shown by FIG. 13 is provided, and material lifetime. 図13に示された設計支援装置に備えれるコスト・リスク評価手段に形成される累積破損確率と材料寿命の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the cumulative failure probability formed in the cost risk assessment means with which the design support apparatus shown by FIG. 13 is provided, and material lifetime. 本発明に係る設計支援装置およびその使用方法の第3実施形態を簡略的に示すブロック図。The block diagram which shows simply 3rd Embodiment of the design assistance apparatus which concerns on this invention, and its usage method.

符号の説明Explanation of symbols

10,10A,10B 設計支援装置
11 設計仕様入力手段
12 材料特性選択手段
13 設計−材料関係データベース
14 材料特性算出手段
15 材料仕様データベース
16 材料特性2次データベース
17 材料特性1次データベース
18 材料・設計選択手段
19 表示手段
21 部品カテゴリ
22 使用条件カテゴリ
40 材料特性
48 材料仕様情報
58 材料仕様パラメータにより規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標
59 個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標
68 設計・材料選択マップ
70 コスト・リスク評価手段
71 コストデータベース
75 クライアント
76 サーバ
77 通信ネットワーク
78 課金手段
10, 10A, 10B Design support device 11 Design specification input means 12 Material characteristic selection means 13 Design-material relation database 14 Material characteristic calculation means 15 Material specification database 16 Material characteristic secondary database 17 Material characteristic primary database 18 Material / design selection Means 19 Display means 21 Component category 22 Use condition category 40 Material characteristic 48 Material specification information 58 Material characteristic master curve and statistical index normalized by material specification parameter 59 Material characteristic master curve and statistical index 68 of individual material Design / material selection map 70 Cost / Risk Evaluation Unit 71 Cost Database 75 Client 76 Server 77 Communication Network 78 Billing Unit

Claims (13)

設計仕様で要求される事項と設計条件を入力する設計仕様入力手段と、
設計仕様に対応する材料特性を選択する材料特性選択手段と、
材料特性選択の際に、検索される材料特性項目を選択指示する設計−材料関係データベースと、
材料製造時に必要な材料仕様項目を格納した材料仕様データベースと、
実測した材料特性の生データを記憶した材料特性1次データベースと、
前記材料特性の生データをデータ加工し、材料仕様パラメータにより規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標を格納した材料特性2次データベースと、
前記材料特性選択手段で選択された材料特性に、材料仕様データベースの材料仕様パラメータを参照して材料仕様を決定し、この材料仕様に規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標を用いて個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標を作成し、設計に用いられる材料特性を算出する材料特性算出手段と、
算出された材料特性と決定された材料仕様を照合して最適材料および設計条件の選択を行なう材料・設計選択手段と、
最適材料および設計条件の選択結果を表示する表示手段とから構成されることを特徴とする設計支援装置。
Design specification input means for inputting the requirements and design conditions required by the design specifications,
Material property selection means for selecting material properties corresponding to design specifications;
A design-material relational database for selecting and instructing material characteristic items to be searched when selecting material characteristics;
A material specification database that stores the material specification items required when manufacturing materials,
A primary material property database that stores raw data of measured material properties;
A material property secondary database that stores the material property master curve and the statistical index obtained by processing the raw data of the material property and standardizing the material specification parameter;
The material properties selected by the material property selection means are determined with reference to the material specification parameters in the material specification database, and the material properties master curve and the statistical index normalized to the material specifications are used to determine the material properties. Material characteristic calculation means for creating a material characteristic master curve and a statistical index, and calculating a material characteristic used for design;
A material / design selection means for comparing the calculated material properties with the determined material specifications and selecting an optimum material and design conditions;
A design support apparatus comprising display means for displaying a selection result of an optimum material and design conditions.
前記設計仕様入力手段は、設計対象機器、部品または部材の形状寸法とその使用条件から設計仕様を入力し、前記材料特性算出手段は、上記形状寸法と使用条件に対する許容範囲条件に対応させて材料仕様データベースを参照して材料仕様を決定し、この材料仕様に材料特性2次データベースの材料特性量範囲から材料仕様の範囲を算出し、前記材料・設計選択手段は、算出された材料仕様の範囲を満たす設計に用いられる最適材料を選択するように構成した請求項1記載の設計支援装置。 The design specification input means inputs design specifications from the shape dimensions of the target device, part or member to be designed and the use conditions thereof, and the material property calculation means is a material corresponding to the allowable range conditions for the shape dimensions and the use conditions. A material specification is determined with reference to a specification database, a material specification range is calculated from the material property amount range of the material property secondary database for the material specification, and the material / design selection means calculates the range of the calculated material specification. The design support apparatus according to claim 1, wherein the design support apparatus is configured to select an optimum material used for a design that satisfies the requirements. 前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は室温引張強度、室温引張耐力または硬さであり、算出される材料特性量は高温引張強度または高温引張耐力であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性のマスタカーブで表わされる相関関数数値データは前記高温引張強度を室温引張強度で除した規格化引張強度と使用温度の関係、もしくは、高温引張耐力を室温引張耐力で除した規格化引張耐力と使用温度の関係、またはそれぞれ硬さで規格化したときの関係を最適近似した係数値であり、材料使用時の材料特性量に対する設計要求条件は、許容引張強度または許容耐力と使用温度である請求項1記載の設計支援装置。 The material specification determined by the material property calculating means is room temperature tensile strength, room temperature tensile strength or hardness, and the calculated material property amount is high temperature tensile strength or high temperature tensile strength, and the standard of the material property secondary database. Correlation function numerical data represented by the master curve of the material properties is the relationship between the normalized tensile strength obtained by dividing the high temperature tensile strength by the room temperature tensile strength and the operating temperature, or the normalization obtained by dividing the high temperature tensile strength by the room temperature tensile strength. It is a coefficient value that optimally approximates the relationship between tensile strength and operating temperature, or the relationship when normalized by hardness, and the design requirements for the material properties when using materials are the allowable tensile strength or allowable strength and operating temperature. The design support apparatus according to claim 1, wherein 前記高温引張強度と室温引張強度の比、または高温引張強度と硬さの比と温度の関係の最適近似によって求めた係数の数値データを用いる請求項3記載の設計支援装置。 The design support apparatus according to claim 3, wherein numerical data of a coefficient obtained by optimal approximation of a ratio between the high temperature tensile strength and the room temperature tensile strength, or the relationship between the high temperature tensile strength and the hardness and the temperature is used. 前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は、室温引張強度であり、算出される材料特性量は、クリープ破断強度であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数数値データは、クリープ破断強度を室温引張強度で除した規格化クリープ破断強度と使用温度の関係を最適近似したときの式の係数値であり、材料の使用時材料特性量に対する設計要求条件は、クリープ強度と使用温度である請求項1記載の設計支援装置。 The material specification determined by the material property calculating means is a room temperature tensile strength, and the calculated material property quantity is a creep rupture strength, which is expressed by a standardized material property master curve of the material property secondary database. The correlation function numerical data is the coefficient value of the equation when the relationship between the normalized creep rupture strength divided by the room temperature tensile strength and the operating temperature is optimally approximated. The design support apparatus according to claim 1, which is creep strength and operating temperature. 前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は、室温引張強度であり、算出される材料特性量はクリープひずみ速度であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数数値データは、クリープひずみ速度と、使用応力と室温引張強度の比と、使用温度の関係を最適近似したときの式の係数値であり、材料特性量に対する設計仕様は、クリープひずみ速度から計算される所定使用期間に対する構造部材の変形量である請求項1記載の設計支援装置。 The material specification determined by the material property calculation means is a room temperature tensile strength, the calculated material property quantity is a creep strain rate, and a correlation represented by a standardized material property master curve of the material property secondary database. The numerical data of the function is the coefficient value of the equation when the relationship between the creep strain rate, the ratio of the used stress and room temperature tensile strength, and the operating temperature is optimally approximated. The design specifications for the material property amount are calculated from the creep strain rate. The design support apparatus according to claim 1, wherein the design support apparatus is a deformation amount of the structural member with respect to a predetermined use period. 前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は、室温引張強度と室温ヤング率であり、算出される材料特性量は疲労における弾性ひずみ範囲および塑性ひずみ範囲と破損回数の関係であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関数係数値データは、弾性ひずみ範囲に使用温度におけるヤング率を掛けて使用温度における引張強度で割った修正弾性ひずみ範囲と破損回数の関係、または、塑性ひずみ範囲と破損回数の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計仕様条件は、修正弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と、使用温度に対する破損回数である請求項1記載の設計支援装置。 The material specifications determined by the material property calculating means are room temperature tensile strength and room temperature Young's modulus, and the calculated material property amount is the relationship between the elastic strain range in fatigue and the plastic strain range and the number of breakage, The correlation function coefficient data expressed by the standardized material property master curve in the secondary database is the relationship between the elastic strain range multiplied by the Young's modulus at the operating temperature and divided by the tensile strength at the operating temperature and the number of failures. Or the coefficient value when the relationship between the plastic strain range and the number of failures is optimally approximated, and the design specification conditions for the material characteristic amount are the damage to the modified elastic strain range and the plastic strain range, or the total strain range, and the operating temperature. The design support apparatus according to claim 1, wherein the number is a number of times. 前記材料特性算出手段で決定される材料仕様は、室温引張強度と室温ヤング率であり、算出される材料特性量は繰返し応力・ひずみ特性における弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と応力範囲であり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関係数値データは、弾性ひずみ範囲と塑性ひずみ範囲、または全ひずみ範囲と、応力範囲と使用温度におけるヤング率と応力範囲の使用温度における引張強度で除した規格化応力範囲の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計仕様条件は、繰返し応力・ひずみ特性と使用時の温度・応力範囲から得られる全ひずみ範囲または塑性ひずみ範囲である請求項1記載の設計支援装置。 The material specifications determined by the material property calculating means are the room temperature tensile strength and the room temperature Young's modulus, and the calculated material property amount is an elastic strain range and a plastic strain range or a total strain range and a stress in a cyclic stress / strain property. The correlation numerical data represented by the standardized material property master curve of the material property secondary database is an elastic strain range and a plastic strain range, or a total strain range, a stress range, and a Young's modulus at the operating temperature. This is a coefficient value obtained by optimally approximating the relationship between the normalized stress range divided by the tensile strength at the operating temperature in the stress range. The design specification conditions for the material characteristics are cyclic stress / strain characteristics and temperature / stress range during use. The design support apparatus according to claim 1, wherein the design support apparatus is a total strain range or a plastic strain range obtained from the above. 前記材料特性算出手段で決定された材料仕様は、衝撃値と破面遷移温度と先在欠陥寸法であり、材料特性量は使用応力、使用温度と破壊力学パラメータであり、前記材料特性2次データベースの規格化した材料特性マスタカーブで表わされる相関関係数値データは、破壊靭性値を衝撃値から求めた上部棚靭性値で割った値と破面遷移温度との関係、または、応力拡大係数を引張強度で割った値と亀裂進展速度の関係を最適近似したときの係数値であり、材料特性量に対する設計条件は、所定の時間または回数に対する亀裂寸法とその亀裂寸法に対する破壊力学パラメータと破壊靭性値である請求項1記載の設計支援装置。 The material specifications determined by the material property calculating means are an impact value, a fracture surface transition temperature, and a preexisting defect size, the material property amount is a use stress, a use temperature, and a fracture mechanics parameter, and the material property secondary database. Correlation numerical data represented by the standardized material property master curve in Fig. 5 shows the relationship between the fracture toughness value divided by the upper shelf toughness value obtained from the impact value and the fracture surface transition temperature, or the stress intensity factor. It is a coefficient value when the relationship between the value divided by the strength and the crack growth rate is approximated optimally. The design condition for the material characteristic amount is the crack size for a given time or number of times, the fracture mechanics parameter for that crack size, and the fracture toughness value. The design support apparatus according to claim 1, wherein 前記材料特性算出手段は、決定される材料仕様と算出される材料特性から、材料の破損または損傷に対する確率分布特性を機器の運転時間または起動回数の関数で不信頼度関数として表わしてその関数式の係数を算出する一方、前記材料特性算出手段と、材料・設計選択手段との間にコスト・リスク評価手段を設け、このコスト・リスク評価手段は、コストデータベースの材料とコストの対応関係を表わすコストテーブルから損害額を呼び出し、この損害額を前記不信頼度関数に乗じてリスクを算出して評価し、さらに、上記リスクの評価とコストに基づいた判定を行なって最適材料を選択する材料・設計選択手段を設けた請求項1記載の設計支援装置。 The material characteristic calculation means expresses a probability distribution characteristic for material breakage or damage from a determined material specification and calculated material characteristic as an unreliability function as a function of the operation time or the number of start-ups of the device, and a functional expression thereof. On the other hand, a cost / risk evaluation unit is provided between the material characteristic calculation unit and the material / design selection unit, and the cost / risk evaluation unit represents the correspondence between the material of the cost database and the cost. The amount of damage is called from the cost table, the amount of damage is multiplied by the unreliability function to calculate and evaluate the risk, and further, the risk is evaluated and the determination based on the cost is performed to select the optimum material / The design support apparatus according to claim 1, further comprising a design selection unit. 前記材料特性算出手段は、1種類以上の材料について、材料仕様に対する製造時材料特性量の統計分布と、材料特性量について実験値と相関関係数値データから求めた推定値の比の統計分布を予め求めておき、前記コスト・リスク評価手段は、製造時材料特性量が規格値を満たさない確率とそのときの設計対象機器・部品または部材の材料使用時特性量に対する設計要求条件を満たさない確率を計算し、そのときの損害額と掛け合わせてリスクを計算し、このリスクが最小となるような材料の種類を材料・設計選択手段で選択するようにした請求項1記載の設計支援装置。 The material property calculation means preliminarily calculates a statistical distribution of material property quantities during production with respect to material specifications and a statistical distribution of ratios of estimated values obtained from experimental values and correlation numerical data for material properties for one or more types of materials. The cost / risk evaluation means obtains the probability that the material property quantity at the time of manufacture does not satisfy the standard value and the probability that the design requirement condition for the material use characteristic quantity at the time of the design target device / part or member is not satisfied. The design support apparatus according to claim 1, wherein a risk is calculated by calculating and multiplying the amount of damage at that time, and the material / design selection means selects a material type that minimizes the risk. 前記設計仕様入力手段と、表示手段と、材料・設計選択結果に対する承認入力に基づいて課金する課金手段とが、ネットワークを介して前記材料特性選択手段、材料特性算出手段および材料・設計選択手段を備えたサーバ側と結合された請求項1〜11のいずれかに記載の設計支援装置。 The design specification input means, the display means, and the charging means for charging based on the approval input for the material / design selection result, the material characteristic selection means, the material characteristic calculation means, and the material / design selection means via a network. The design support apparatus according to claim 1, wherein the design support apparatus is combined with a server side provided. 設計事項で要求される設計仕様を入力するステップと、
入力された設計仕様に対応する材料特性を、設計−材料関係データベースの材料特性項目を参照して、選択するステップと、
選択された材料特性から材料仕様データベースの材料仕様項目を参照して材料仕様を決定するステップと、
材料特性2次データベースの材料仕様パラメータにより規格化した材料特性マスタカーブおよび統計指標を参照して、個別材料の材料特性マスタカーブおよび統計指標を取り入れ、設計に用いられる材料特性を算出するステップと、
前記決定された材料仕様と算出された材料特性とを照合して最適材料および設計条件の選択を行なうステップと、
最適材料および設計条件の選択結果を表示するステップとを有することを特徴とする設計支援装置の使用方法。
Entering the design specifications required by the design items;
Selecting material properties corresponding to the input design specifications with reference to material property items in the design-material relational database;
Determining a material specification from a selected material property by referring to a material specification item in a material specification database; and
Taking the material property master curve and the statistical index of the individual material with reference to the material property master curve and the statistical index normalized by the material specification parameter of the material property secondary database, and calculating the material property used for the design;
Collating the determined material specifications with the calculated material properties to select an optimum material and design conditions;
And a step of displaying a selection result of the optimum material and the design condition.
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