JP2006258588A - Aquiring method of physical properties of impact analyzing material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire the physical properties of an impact analyzing material with high precision. <P>SOLUTION: Actual machine testing processes (S101 and S102) for allowing the actual object of a test piece being the same material as a structure to collide with a colliding target to perform an impact test, an analyzing process (S104) for performing the impact analysis corresponding to the impact test based on the assumed value of the physical properties of the material at the time of impact of the test piece and a correction process (S101) for correcting the assumed value so as to reduce the difference between impact characteristics obtained by the impact test and the impact characteristics obtained by impact analysis are performed. In the actual machine testing processes (S101 and S102), impact characteristics are acquired on the basis of the analyzing result of the image obtained by imaging the transition of the impact of the test piece in the impact test, and both of an analyzing process (S104) and a correction process (S108), to which the assumed value corrected by the correction process (S101) is adapted, are repeated (S106) and the assumed value when the difference is received in an allowable range is set as the physical properties of the material at the time of impact of the structure (S107). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は衝撃解析の技術に関し、特に、衝撃解析の精度を向上させる技術に関する。   The present invention relates to a technique for impact analysis, and more particularly to a technique for improving the precision of impact analysis.

衝撃問題は製品における重要な品質課題であり、製品の開発段階での検証が不可欠である。
製品の落下強度は実機を用いた落下試験の実施により確認がなされているのが現状である。つまり、実機が入手可能となる、製品開発段階においての下流である製品出荷の間際になってから落下試験が実施されているため、この時点になってから強度不足の問題が発覚すると、製品出荷の日程に遅れを生じさせてしまいかねない。
The impact problem is an important quality issue in products, and verification at the product development stage is indispensable.
At present, the drop strength of products has been confirmed by performing drop tests using actual machines. In other words, since the drop test has been carried out after the product shipment, which is downstream in the product development stage, where the actual machine is available, if the problem of insufficient strength is detected after this point, the product shipment Could cause a delay in the schedule.

また、実機の落下試験においては、試行毎の落下の振る舞いを一定にすることが極めて困難である等の理由により、実験結果に大きなばらつきの存在することが少なくない。
そこで、昨今、製品の落下強度を、コンピュータを利用した数値解析(コンピュータ・シミュレーション)により取得する試みがなされている。
Also, in actual machine drop tests, there are often large variations in experimental results because it is extremely difficult to make the drop behavior of each trial constant.
Therefore, recently, attempts have been made to obtain the drop strength of products by numerical analysis (computer simulation) using a computer.

コンピュータ・シミュレーションによる製品の強度評価は製品開発の上流で行うことが可能であり、得られる結果も実機試験に似た傾向を呈するので、用途によっては有効な開発ツールとして利用することができる。   The strength evaluation of products by computer simulation can be performed upstream of product development, and the obtained results also tend to be similar to actual machine tests, so that it can be used as an effective development tool depending on the application.

コンピュータ・シミュレーションはその精度が高い方が好ましいことは当然のことである。コンピュータ・シミュレーションによる製品の強度評価においてその精度に影響を与えるものに製品の材料の物性情報があり、その中のひとつとして、材料に加わる応力(力)と当該材料に生じる歪(変形)との関係がある。   As a matter of course, it is preferable that the computer simulation has higher accuracy. Information on the physical properties of product materials affects the accuracy of product strength evaluation by computer simulation. One of them is the stress (force) applied to the material and the strain (deformation) generated in the material. There is a relationship.

材料の応力と歪との関係は、その応力が静的なものである場合には、精度の高いデータを実験により比較的容易に得ることができる。しかし、衝突のような、応力が動的なものである場合には、材料の変形速度が速いほど同一の応力に対する歪が少なくなるという傾向程度は得ることができるものの、精度の高いデータを実験により得ることは非常に困難である。   As for the relationship between stress and strain of a material, when the stress is static, highly accurate data can be obtained relatively easily by experiment. However, when the stress is dynamic, such as a collision, it is possible to obtain a tendency that the higher the material deformation rate, the less the strain against the same stress, but the highly accurate data is tested. It is very difficult to obtain.

現状、このような材料の応力と歪との関係における歪速度依存性のデータを取得する手法として、例えば、試験片の両端を固定部材で高速に引っ張る試験を行うことで得るという手法がある。しかしながら、この手法では、固定部材と試験片との間の固定部分がずれてしまう、試験片に生じる亀裂が引っ張りによって生じる衝撃波の影響によって増大してしまう、試験片が樹脂材料である場合においては規格化されている試験片では繊維の配向が揃っているため実物の製品の状態と大きく異なってしまっている、等の理由により試験結果がばらついてしまい、高い精度のデータを得ることが難しい。   At present, as a technique for acquiring data on the strain rate dependency in the relationship between stress and strain of such a material, for example, there is a technique of obtaining by performing a test in which both ends of a test piece are pulled at high speed with a fixing member. However, in this method, the fixing part between the fixing member and the test piece is displaced, the crack generated in the test piece is increased by the influence of the shock wave caused by the tension, and the test piece is a resin material. In standardized test pieces, the fiber orientation is uniform, so that the test results vary due to the fact that it is greatly different from the actual product state, and it is difficult to obtain highly accurate data.

また、このような衝撃解析用の物性を取得する技術が例えば特許文献1に開示されている。この技術は、試験片の衝撃解析用の物性の仮定値に基づいた面衝撃解析により算出された衝撃反力及びエネルギー値が、試験片の実物を使用して面衝撃試験を行って得られた衝撃反力及びエネルギー値に近い値となったときの当該仮定値を以って、当該試験片の衝撃解析用の物性データとするというものである。
特開2003−279455号公報
Further, for example, Patent Literature 1 discloses a technique for acquiring such physical properties for impact analysis. In this technology, the impact reaction force and energy value calculated by the surface impact analysis based on the assumed physical properties for the impact analysis of the test piece were obtained by performing the surface impact test using the actual test piece. The assumed value when the impact reaction force and the energy value are close to each other is used as physical property data for impact analysis of the test piece.
JP 2003-279455 A

上述した特許文献1には、面衝撃試験の例として落錘衝撃試験が挙げられており、この試験によって得るデータとして、面衝撃で用いられる錘の変位に対する、試験片から錘に加わる反力の曲線、及び、当該錘が吸収したエネルギーの曲線などがあるとされている。このようなデータの取得手法としては、所定の質量の錘を所定の高さから試験片に落下させたときの床反力をフォースセンサで計測することにより取得することが一般的であるが、このような手法では、床面の衝突部分近傍に設置されるセンサと床面との間で生じるエネルギーロスのため、正確なデータを取得することが困難であると考えられる。   In Patent Document 1 mentioned above, a drop weight impact test is given as an example of the surface impact test. As data obtained by this test, the reaction force applied from the test piece to the weight with respect to the displacement of the weight used in the surface impact is described. It is assumed that there are a curve and a curve of energy absorbed by the weight. As a method for acquiring such data, it is common to acquire a floor reaction force when a weight having a predetermined mass is dropped from a predetermined height onto a test piece by measuring with a force sensor. In such a method, it is considered that it is difficult to acquire accurate data due to an energy loss that occurs between a sensor installed near the collision portion of the floor surface and the floor surface.

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、衝撃解析用の材料物性を高い精度で取得できるようにすることである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and a problem to be solved is to make it possible to acquire material properties for impact analysis with high accuracy.

本発明の態様のひとつである衝撃解析用材料物性の取得方法は、構造物と同一材料である試験片の実物と被衝突物とを衝突させる衝撃試験を実施する実機試験工程と、当該試験片の衝撃時の材料物性の仮定値に基づいて当該衝撃試験に相当する衝撃解析を実施する解析工程と、当該衝撃試験によって得られる衝撃特性と当該衝撃解析によって得られる衝撃特性との差異が減少するように、当該仮定値を修正する修正工程と、を行い、当該実機試験工程においては、当該衝撃試験における当該試験片の衝突の推移の観測であって当該試験片及び当該被衝突物の両者に対して非接触である当該観測の結果に基づいて当該衝撃特性を取得し、当該修正工程により修正された仮定値を適用しての当該解析工程と当該修正工程とを繰り返し、当該差異が許容範囲内に収まったときの当該仮定値を以って当該構造物の衝撃時の材料物性とする、ことを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。   The method for obtaining the physical properties of the material for impact analysis, which is one aspect of the present invention, includes an actual machine test process for performing an impact test in which an actual test piece that is the same material as the structure collides with an impacted object, and the test piece. The difference between the analysis process for performing the impact analysis corresponding to the impact test based on the assumed material physical properties at the time of the impact, and the impact characteristics obtained by the impact test and the impact characteristics obtained by the impact analysis is reduced. In the actual machine test process, the transition of the collision of the test piece in the impact test is observed in both the test piece and the impacted object. On the other hand, the impact characteristics are acquired based on the result of the non-contact observation, and the analysis step and the correction step are repeated by applying the assumed value corrected by the correction step. The material properties at the time of impact of the structure drives out the assumptions when subsided Description range, it is characterized in, that solve the aforementioned problems by the features.

なお、上述した本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法において、当該観測では当該衝突の推移の撮像を行い、当該撮像によって得られた画像の解析によって当該観測の結果を得るようにしてもよい。   In the above-described method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention, in the observation, the transition of the collision is imaged, and the result of the observation is obtained by analyzing the image obtained by the imaging. Good.

また、前述した本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法において、当該観測では当該衝突の推移における当該試験片と当該被衝突物との相対的な位置変化をレーザ光の干渉を利用して測定することで当該観測の結果を得るようにしてもよい。

また、前述した本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法において、当該衝撃特性は衝突の際の当該試験片と当該被衝突物との接触時間であってもよい。
Further, in the above-described method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention, in the observation, the relative position change between the test piece and the object to be collided in the transition of the collision is obtained using the interference of the laser beam. The measurement result may be obtained by measurement.

In the above-described method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention, the impact characteristic may be a contact time between the test piece and the impacted object at the time of collision.

また、前述した本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法において、当該衝撃特性は衝突の際における当該試験片と当該被衝突物との接触時から当該試験片の変形が最大になるまでの時間であってもよい。   Further, in the above-described method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention, the impact characteristics are measured from the time when the test piece and the collided object are in contact with each other until the deformation of the test piece is maximized. It may be time.

また、前述した本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法において、当該衝撃特性は衝突による当該試験片の変形量であってもよい。
また、前述した本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法において、当該衝撃特性は当該試験片が当該被衝突物に衝突する直前と当該被衝突物からの離間直後とにおいて当該試験片が有している運動エネルギーの差であってもよい。
In the above-described method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention, the impact characteristic may be a deformation amount of the test piece due to a collision.
In the above-described method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention, the impact characteristics of the test piece exist immediately before the test piece collides with the colliding object and immediately after the test piece is separated from the colliding object. It may be a difference in kinetic energy.

なお、このとき、当該運動エネルギーの差は当該試験片と当該被衝突物との相対速度及び質量より算出されるものであってもよい。
また、前述した本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法において、当該材料物性には、歪速度依存性を有している応力−歪特性が含まれていてもよい。
At this time, the difference in kinetic energy may be calculated from the relative speed and mass between the test piece and the colliding object.
In the above-described method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention, the material properties may include stress-strain characteristics having strain rate dependency.

また、前述した本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法において、当該画像の解析は、衝突の際に順次撮像された画像に表わされている当該試験片の変形の推移の解析であってもよい。   Further, in the above-described method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention, the analysis of the image is an analysis of the transition of the deformation of the test piece represented in the images sequentially taken at the time of the collision. May be.

以上のようにすることにより、本発明によれば、衝撃解析用の材料物性が高い精度で取得できるようになるという効果を奏する。   As described above, according to the present invention, there is an effect that material properties for impact analysis can be obtained with high accuracy.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず図1について説明する。同図は、本発明の実施に使用する衝撃試験装置の第一の構成例を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 will be described. FIG. 1 shows a first configuration example of an impact test apparatus used for carrying out the present invention.

この衝撃試験装置は、被衝突物である所定質量の錘11を試験片10に落下衝突させたときの試験片10と錘11との衝突の推移を、例えば2000〜6000コマ/秒の撮像が可能である高速度カメラ1で連続撮像し、得られた画像を画像記録装置2へ取り込むものである。この装置では、端部12aが固定されていてスタンド13a及び13bに掛けられている糸12に錘11が吊り下げられて試験片10の上方に配置されており、糸12を切断すると、載置台14に立設した透明ガラス管内を錘11が自由落下して載置台14上の試験片10に衝突する。   In this impact test apparatus, the transition of the collision between the test piece 10 and the weight 11 when the weight 11 having a predetermined mass, which is a collision object, is dropped and collided with the test piece 10, for example, imaging of 2000 to 6000 frames / second is performed. The high-speed camera 1 that can capture images continuously, and the obtained images are taken into the image recording device 2. In this apparatus, the end 12a is fixed, the weight 11 is suspended from the thread 12 hung on the stands 13a and 13b, and is placed above the test piece 10. When the thread 12 is cut, The weight 11 freely falls in the transparent glass tube erected on 14 and collides with the test piece 10 on the mounting table 14.

なお、後述するように、衝突の推移を撮像した画像の解析を行うことを考慮すると、試験片10は衝突により大きな変形を生じるものの方が好ましい。ここでは、試験片10の形状を円筒状とし、その側面に錘11を衝突させるようにしている。   As will be described later, in consideration of performing analysis of an image obtained by capturing the transition of the collision, it is preferable that the test piece 10 is largely deformed by the collision. Here, the shape of the test piece 10 is a cylindrical shape, and the weight 11 is made to collide with the side surface.

以下、本発明に係る衝撃解析用材料物性の取得方法の具体例として、試験片10の高速変形域での応力−歪特性を取得する手順について説明する。
まず、この装置を使用して錘11と試験片10との衝撃試験を実施し、その衝突の推移を撮像した画像を得る。そして、得られた画像の解析を行う。具体的には、得られた画像における試験片10の変形の推移の解析により、(1)試験片10と被衝突物との衝突における両者が接触している時間、(2)その衝突による試験片10の変形量の推移、(3)その衝突直前及び離間直後における試験片10と錘11との相対速度、のうちの少なくともいずれかを求める。そして、この値を衝撃試験の結果とする。
Hereinafter, a procedure for acquiring stress-strain characteristics in a high-speed deformation region of the test piece 10 will be described as a specific example of the method for acquiring material properties for impact analysis according to the present invention.
First, an impact test between the weight 11 and the test piece 10 is performed using this apparatus, and an image obtained by imaging the transition of the collision is obtained. Then, the obtained image is analyzed. Specifically, by analyzing the transition of deformation of the test piece 10 in the obtained image, (1) the time during which the test piece 10 and the colliding object are in contact with each other, (2) the test by the collision At least one of the transition of the deformation amount of the piece 10 and (3) the relative speed between the test piece 10 and the weight 11 immediately before the collision and immediately after the separation is obtained. This value is taken as the result of the impact test.

ここで、上記(1)については、例えば、一定の時間間隔を保って連続撮像された画像において、両者が接触している状態が表わされている画像の枚数を計数し、その枚数に高速度カメラ1の撮像間隔時間を乗じることにより求めることができる。また、上記(2)については、例えば、試験片10の任意の2点に印を付しておき、各画像においてこの2点間の距離を求め、一定の時間間隔を保って連続撮像された画像の撮像順にこの距離を並べることで得ることができる。また、上記(3)については、例えば、両者の衝突直前の2枚の画像(離間直後の2枚の画像)における両者の相対位置の変化量を求め、その2枚の画像の撮像間隔時間でこの変化量を除することにより求めることができる。なお、これらの解析は、汎用の画像解析プログラムを実行させているコンピュータに各画像を入力して機械的に行うようにしてもよく、また、作業者が各画像を目視で確認して行うようにしてもよい。   Here, for the above (1), for example, in an image continuously captured at a constant time interval, the number of images showing a state in which both are in contact is counted, and the number is increased. It can be obtained by multiplying the imaging interval time of the speed camera 1. As for the above (2), for example, two arbitrary points on the test piece 10 are marked, the distance between the two points is obtained in each image, and images are continuously captured at a constant time interval. This distance can be obtained by arranging the distances in the order of image capturing. For (3) above, for example, the amount of change in the relative positions of the two images immediately before the collision between the two images (two images immediately after the separation) is obtained, and the imaging interval time between the two images is obtained. It can be obtained by dividing this amount of change. These analyzes may be performed mechanically by inputting each image into a computer that is executing a general-purpose image analysis program, and may be performed by an operator visually confirming each image. It may be.

次に、コンピュータを使用して、図1に示した衝撃試験に相当する衝撃解析を実施する。
図2は、この衝撃解析を行わせるコンピュータの構成を示している。
Next, an impact analysis corresponding to the impact test shown in FIG. 1 is performed using a computer.
FIG. 2 shows the configuration of a computer that performs this impact analysis.

このコンピュータはごく標準的な構成のものであり、制御プログラムの実行によってコンピュータ全体の動作制御を司るCPU(Central Processing Unit )21、CPU21によって実行される基本制御プログラムが予め格納されているROM(Read Only Memory)22、このCPU21が必要に応じてワークメモリとして使用するRAM(Random Access Memory)23、各種のプログラムやデータを記憶しておく補助記憶装置であるハードディスク(HDD)24、作業者からの各種の指示を取得するためのマウスやキーボード等である入力部25、この他の機器との間で各種データの授受を管理するI/F(インタフェース)部26、及び、コンピュータからの各種の情報を出力して作業者に提示する表示装置やプリンタ装置等の出力部27を備えている。なお、このコンピュータのHDD24には衝撃解析プログラムが予め格納されており、CPU21がこのプログラムを実行することによってこのコンピュータに衝撃解析を行わせることができるようになる。なお、衝撃解析プログラムとしては、例えば、有限要素法による汎用の構造解析プログラムである、アバカス(ABAQUS)社のABAQUS/Explicit を利用することができる。   This computer has a very standard configuration. A CPU (Central Processing Unit) 21 that controls operation of the entire computer by executing a control program, and a ROM (Read Read) in which a basic control program executed by the CPU 21 is stored in advance. Only Memory) 22, RAM (Random Access Memory) 23 used as a work memory by the CPU 21 as necessary, a hard disk (HDD) 24 as an auxiliary storage device for storing various programs and data, and from an operator An input unit 25 such as a mouse or a keyboard for acquiring various instructions, an I / F (interface) unit 26 that manages the exchange of various data with other devices, and various information from the computer Output unit 27 such as a display device or a printer device that outputs the information to the operator. Note that an impact analysis program is stored in advance in the HDD 24 of the computer, and the CPU 21 can cause the computer to perform an impact analysis by executing the program. As the impact analysis program, for example, ABAQUS / Explicit of ABAQUS, which is a general-purpose structural analysis program based on the finite element method, can be used.

このコンピュータに実施させる、所定質量の錘11の試験片10への自由落下による衝撃解析において、試験片10の材料物性として高速変形域での応力−歪特性の仮定値を入力する。なお、この仮定値の初期値としては、例えば、従来の高速引っ張り試験により得られたデータを使用するとよい。そして、この衝撃解析の結果として、前述した衝撃試験で取得した画像の解析によって得ていた上記(1)、(2)、若しくは(3)の値を算出する。   In the impact analysis by the free fall of the weight 11 having a predetermined mass on the test piece 10 to be executed by this computer, the assumed value of the stress-strain characteristic in the high speed deformation region is inputted as the material physical property of the test piece 10. As the initial value of this assumed value, for example, data obtained by a conventional high-speed tensile test may be used. Then, as a result of the impact analysis, the value (1), (2), or (3) obtained by the analysis of the image acquired in the impact test described above is calculated.

次に、上述した衝撃解析の結果を前述した衝撃試験の結果と比較する。
この比較においては、[A]上記(1)の値である錘11と試験片10との接触時間の比較、[B]上記(2)から明らかとなる、錘11と試験片10との接触時から試験片10の変形が最大となるまでの時間の比較、[C]上記(2)から明らかとなる試験片10の変形量の比較、[D](3)の速度と試験片10及び錘11の質量とより明らかとなる、試験片10が錘11に衝突する直前と錘11からの離間直後とにおいて試験片10が有している運動エネルギーの差の比較、のうちの少なくとも1つ以上を行う。
Next, the result of the impact analysis described above is compared with the result of the impact test described above.
In this comparison, [A] a comparison of the contact time between the weight 11 and the test piece 10 that is the value of (1) above, and [B] the contact between the weight 11 and the test piece 10 that is apparent from (2) above. Comparison of the time from the time until the deformation of the test piece 10 is maximized, [C] Comparison of the deformation amount of the test piece 10 that is apparent from (2) above, [D] The speed of the test piece 10 and the test piece 10 and At least one of the difference in kinetic energy of the test piece 10 immediately before the test piece 10 collides with the weight 11 and immediately after the test piece 10 is separated from the weight 11, which becomes more apparent from the mass of the weight 11. Do the above.

そして、この比較の結果、衝撃解析の結果と衝撃試験の結果との差異が所定の許容範囲内(例えば10%以内)であると判定されたときには、衝撃解析に用いた試験片10の応力−歪特性の仮定値は適切なものであったとみなし、この仮定値を試験片10の高速変形域での応力−歪特性値とする。   As a result of this comparison, when it is determined that the difference between the result of the impact analysis and the result of the impact test is within a predetermined allowable range (for example, within 10%), the stress of the test piece 10 used for the impact analysis− It is assumed that the assumed value of the strain characteristic is appropriate, and this assumed value is used as the stress-strain characteristic value in the high-speed deformation region of the test piece 10.

一方、両者の差異が当該許容範囲を超えていたと判定されたときには、衝撃解析に用いた試験片10の応力−歪特性の仮定値は不適切なものであったとみなし、試験片10の応力−歪特性の仮定値を修正した上で再度衝撃解析をコンピュータに行わせる。   On the other hand, when it is determined that the difference between the two exceeds the allowable range, the assumed value of the stress-strain characteristic of the test piece 10 used for the impact analysis is regarded as inappropriate, and the stress of the test piece 10− The computer analyzes the impact again after correcting the assumed strain characteristics.

この後、この衝撃解析の結果を衝撃試験の結果と再度比較し、両者の差異が当該許容範囲内であると判定されたときには、この変更後の仮定値を試験片10の応力−歪特性値とする。一方、両者の差異が当該許容範囲を超えていたと判定されたときには、以降、試験片10の応力−歪特性の仮定値を更に修正した上での衝撃解析、及び、解析結果と試験結果との比較判定に基づく材料物性の仮定値の修正を繰り返す。そして、両者の差異が当該許容範囲内であるときにおける試験片10の応力−歪特性値の仮定値を求め、この仮定値を試験片10の高速変形域での応力−歪特性値とする。   Thereafter, the result of the impact analysis is compared again with the result of the impact test, and when it is determined that the difference between the two is within the allowable range, the assumed value after the change is used as the stress-strain characteristic value of the test piece 10. And On the other hand, when it is determined that the difference between the two exceeds the allowable range, the impact analysis after further correcting the assumed value of the stress-strain characteristic of the test piece 10, and the analysis result and the test result The correction of the assumed value of the material property based on the comparison determination is repeated. Then, an assumed value of the stress-strain characteristic value of the test piece 10 when the difference between the two is within the allowable range is obtained, and this assumed value is set as the stress-strain characteristic value in the high-speed deformation region of the test piece 10.

以上の手順により、試験片10の高速変形域での応力−歪特性を取得することができる。
次に図3について説明する。同図は、上述した試験片10の高速変形域での応力−歪特性の取得方法の手順をフローチャートで示したものである。
By the above procedure, the stress-strain characteristic in the high-speed deformation region of the test piece 10 can be acquired.
Next, FIG. 3 will be described. This figure shows a flowchart of the procedure of the method for obtaining the stress-strain characteristics in the high-speed deformation region of the test piece 10 described above.

このフローチャートを手順に沿って説明すると、まず、S101において、図1に示した装置による試験片10と錘11とでの衝撃試験を実施し、両者の衝突の推移を高速度カメラ1で連続撮像する。そして、S102において、高速度カメラ1で撮像された画像を解析して衝撃試験の試験結果を取得する。   The flow chart will be described in accordance with the procedure. First, in S101, an impact test is performed on the test piece 10 and the weight 11 using the apparatus shown in FIG. To do. In step S102, the image captured by the high-speed camera 1 is analyzed to obtain the impact test result.

次に、S103において、試験片10の高速変形域での応力−歪特性の仮定値として初期値を設定する。
S104では、S101の衝撃試験と同一の条件の下、試験片10の高速変形域での応力−歪特性の現在の仮定値を使用して試験片10と錘11との衝撃解析をコンピュータで実施し、解析結果を取得する。
Next, in S103, an initial value is set as an assumed value of the stress-strain characteristic in the high-speed deformation region of the test piece 10.
In S104, the impact analysis between the test piece 10 and the weight 11 is performed by a computer using the current assumed value of the stress-strain characteristic in the high-speed deformation region of the test piece 10 under the same conditions as the impact test of S101. And obtain the analysis result.

S105では、S104の衝撃解析による解析結果とS101の衝撃試験による試験結果とを比較する。そして、S106において、この解析結果と試験結果との差異が10%(所定の許容範囲)以内であるか否かを判定する。ここで、この判定結果がYesならばS107の手順を実行し、この判定結果がNoならばS108の手順を実行する。   In S105, the analysis result of the impact analysis of S104 is compared with the test result of the impact test of S101. In S106, it is determined whether or not the difference between the analysis result and the test result is within 10% (predetermined allowable range). If the determination result is Yes, the procedure of S107 is executed. If the determination result is No, the procedure of S108 is executed.

S107では、試験片10の高速変形域での応力−歪特性の現在の仮定値を、試験片10の材料物性値として取得し、その後はこの図3の手順を終了する。
一方、S106の判定結果がNoであったときには、S108において、試験片10の高速変形域での応力−歪特性の現在の仮定値を修正する。その後はS104へと手順を戻し、この仮定値を使用して試験片10と錘11との衝撃解析をコンピュータで再度実施し、以降は上述した手順を繰り返す。
In S107, the current assumed value of the stress-strain characteristic in the high-speed deformation region of the test piece 10 is acquired as the material property value of the test piece 10, and thereafter, the procedure of FIG.
On the other hand, when the determination result in S106 is No, in S108, the current assumed value of the stress-strain characteristic in the high-speed deformation region of the test piece 10 is corrected. Thereafter, the procedure is returned to S104, and the impact analysis between the test piece 10 and the weight 11 is performed again by the computer using this assumed value. Thereafter, the above-described procedure is repeated.

以上の手順により、試験片10の高速変形域での応力−歪特性を取得することができる。
上述した方法によれば、前述した高速引っ張り試験による手法よりも、高速変形域での応力−歪特性のデータを精度良く得ることができる。更に、高速度カメラ1による撮像画像から落下衝撃試験の試験結果を得るようにしたことにより、試験片10と錘11との両者の衝突の推移の観測を当該両者に対して非接触で行えるようになり、センサ等の測定具を衝突部分近傍へ設置しないので、この設置に起因するエネルギーロスが無くなる結果、試験結果の測定精度を高めることができる。また、樹脂材料である試験片10と被衝突物との衝突角度を調整することにより、樹脂材料の繊維の配向に基づく異方性を考慮した当該物性の取得が可能となる。
By the above procedure, the stress-strain characteristic in the high-speed deformation region of the test piece 10 can be acquired.
According to the method described above, the stress-strain characteristic data in the high-speed deformation region can be obtained with higher accuracy than the above-described method based on the high-speed tensile test. Furthermore, since the test result of the drop impact test is obtained from the image captured by the high-speed camera 1, the transition of the collision between the test piece 10 and the weight 11 can be observed without contact with the both. Thus, since a measuring instrument such as a sensor is not installed in the vicinity of the collision portion, energy loss due to this installation is eliminated, and as a result, the measurement accuracy of the test result can be increased. In addition, by adjusting the collision angle between the test piece 10 that is a resin material and the colliding object, it is possible to obtain the physical properties in consideration of anisotropy based on the orientation of the fibers of the resin material.

ここで、具体的な実施例を説明する。
ここでは、外径:φ28mm、高さ:17.5mm、肉厚:2mmの円筒形であり、材質がガラス繊維30%を含むポリカーボネート(PC)の試験片10の材料物性を取得するために、質量100グラムの精密分銅を錘11として使用する図1に示した装置で、高さ2cmの位置から錘11を試験片10に落下衝突させる落下試験を実施した。
Here, a specific embodiment will be described.
Here, in order to obtain the material physical properties of a test piece 10 of polycarbonate (PC) having an outer diameter: φ28 mm, a height: 17.5 mm, and a wall thickness: 2 mm, and a material containing 30% glass fiber, With the apparatus shown in FIG. 1 using a precision weight having a mass of 100 grams as the weight 11, a drop test was performed in which the weight 11 was dropped and collided with the test piece 10 from a position having a height of 2 cm.

ここで、図4、図5、及び図6について説明する。これらの図は、いずれもコンピュータによる衝撃解析の結果を示している。
ここで、図4は時間経過と載置台14から試験片10への反力との関係の解析結果を表わしたグラフであり、同図より、試験片10と錘11との接触開始から離間までの時間を求めることができる。
Here, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 will be described. These figures all show the results of impact analysis by a computer.
Here, FIG. 4 is a graph showing the analysis result of the relationship between the passage of time and the reaction force from the mounting table 14 to the test piece 10, from the start of contact between the test piece 10 and the weight 11 to the separation. You can ask for time.

また、図5は、時間経過と試験片10の変形量との関係の解析結果を表わしたグラフであり、同図より、試験片10と錘11との接触開始から試験片10の変形が最大となるまでの時間、及び、試験片10の変形量を求めることができる。   FIG. 5 is a graph showing an analysis result of the relationship between the passage of time and the amount of deformation of the test piece 10. From FIG. 5, the deformation of the test piece 10 is the maximum from the start of contact between the test piece 10 and the weight 11. And the deformation amount of the test piece 10 can be obtained.

更に、図6は、時間経過と錘11の速度変化との関係の解析結果を表わしたグラフであり、同図と錘11の質量とより、試験片10と錘11との衝突直前と離間直後とにおいて試験片10が有している運動エネルギーの差を求めることができる。   Furthermore, FIG. 6 is a graph showing the analysis result of the relationship between the passage of time and the speed change of the weight 11, and from the figure and the mass of the weight 11, just before the collision between the test piece 10 and the weight 11, and immediately after the separation. The difference of the kinetic energy which the test piece 10 has can be calculated | required.

これらの各図において、(a)は試験片10の高速変形域での応力−歪特性の仮定値の初期値、すなわち従来の高速引っ張り試験により得られたデータを使用した場合の解析結果を示しており、(b)は、衝撃解析による解析結果と衝撃試験による試験結果との差異が10%以内になったときの解析結果を示している。   In each of these figures, (a) shows the initial value of the assumed value of the stress-strain characteristic in the high-speed deformation region of the test piece 10, that is, the analysis result when using the data obtained by the conventional high-speed tensile test. (B) shows the analysis result when the difference between the analysis result by the impact analysis and the test result by the impact test is within 10%.

これらの各図のいずれにおいても(a)の修正前データと(b)の修正後データ(すなわち、上述した方法によって取得された試験片10の高速変形域での応力−歪特性に基づいた解析結果)とは明らかに異なっており、上述した方法により得られた試験片10の材料物性に基づいた解析結果の方が、高速引っ張り試験により得られたデータを使用した場合よりも、試験片10の実物を用いた衝撃試験の試験結果により近いものが得られている。   In any of these figures, the data before correction (a) and the data after correction (b) (that is, analysis based on the stress-strain characteristics in the high-speed deformation region of the test piece 10 obtained by the above-described method). The result of the analysis is based on the material properties of the test piece 10 obtained by the above-described method, rather than the case where the data obtained by the high-speed tensile test is used. The one closer to the test result of the impact test using the actual product is obtained.

次に、図7について説明する。同図は本発明の実施に使用する衝撃試験装置の第二の構成例を示している。上述した本発明の実施においては、図1に示したものに代えて、この装置で衝撃試験を実施してもよい。   Next, FIG. 7 will be described. This figure shows a second configuration example of an impact test apparatus used for carrying out the present invention. In the implementation of the present invention described above, an impact test may be performed with this apparatus instead of the one shown in FIG.

図7において、図1と同様の構成要素には同一の符号を付している。
前述した図1の構成例では、試験片10と錘11との衝突の推移を高速度カメラ1で連続撮像し、得られた画像の解析によってその推移の観測結果を得ていたが、図7の構成例では、その衝突の推移における当該両者の相対的な位置変化をレーザ測長器30で測定することでその推移の観測結果を得るというものである。
In FIG. 7, the same components as those in FIG.
In the configuration example of FIG. 1 described above, the transition of the collision between the test piece 10 and the weight 11 is continuously captured by the high-speed camera 1 and the observation result of the transition is obtained by analyzing the obtained image. In the example of the configuration, the relative position change of the two in the transition of the collision is measured by the laser length measuring device 30, and the observation result of the transition is obtained.

レーザ測長器30による測定では、自身から出力されるレーザ光の光路を2つに分割し、その一方を進むレーザ光を錘11で直接に(あるいは、錘11に取り付けられた不図示の反射鏡により)反射させる。そして、もう一方の光路を進むレーザ光とこの反射光とを干渉させたときに生じる干渉縞の変化を連続して検出する。このようにして得られた干渉縞の変化から、試験片10と錘11との相対位置や相対速度を得る。   In the measurement by the laser length measuring device 30, the optical path of the laser beam output from itself is divided into two, and the laser beam traveling in one is directly reflected by the weight 11 (or a reflection (not shown) attached to the weight 11). Reflect by mirror). And the change of the interference fringe which arises when the laser beam which advances the other optical path, and this reflected light are made to interfere is detected continuously. The relative position and relative speed between the test piece 10 and the weight 11 are obtained from the change in the interference fringes thus obtained.

なお、レーザ測長器30としては、例えば移動変位量が2m/sec.までの物体を追従できるものが好ましく、具体的には、例えばヒューレット・パッカード社製のレーザ測長器:HP55291Aを使用することができる。   As the laser length measuring device 30, for example, the movement displacement amount is 2 m / sec. It is preferable to use a laser length measuring device: HP55291A manufactured by Hewlett-Packard Co., for example.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、図1に示した装置を用いて行う衝撃試験は、被衝突物である所定質量の錘11を試験片10に落下衝突させるものであったが、その代わりに、図8に示すような衝撃試験、すなわち、所定の高さ(例えば10cm)から試験片10を被衝突物である床15に自由落下させる試験であってもよく、このときの試験片10と床15との衝突の推移を、図1と同様の性能の高速度カメラ1で連続撮像して画像を取得すれば、その画像の解析により衝撃試験の試験結果を取得することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to each embodiment mentioned above, A various improvement and change are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, in the impact test performed using the apparatus shown in FIG. 1, a weight 11 having a predetermined mass, which is a collision object, is dropped and collided with the test piece 10, but instead, as shown in FIG. It may be an impact test, that is, a test in which the test piece 10 is freely dropped from a predetermined height (for example, 10 cm) onto the floor 15 as a collision object, and the transition of the collision between the test piece 10 and the floor 15 at this time. If the image is acquired by continuously capturing images with the high-speed camera 1 having the same performance as in FIG. 1, the test result of the impact test can be acquired by analyzing the image.

また、図8に示した衝撃試験による衝突の推移における試験片10と床15との相対的な位置変化を、図7に示したような、レーザ光の干渉を利用して測定することで当該試験の結果を得るようにしてもよい。   Further, the relative position change between the test piece 10 and the floor 15 in the transition of the collision by the impact test shown in FIG. 8 is measured by using the interference of the laser beam as shown in FIG. You may make it obtain the result of a test.

本発明の実施に使用する衝撃試験装置の第一の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of the impact test apparatus used for implementation of this invention. 衝撃解析を行わせるコンピュータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the computer which performs an impact analysis. 試験片の高速変形域での応力−歪特性の取得方法の手順をフローチャートで示した図である。It is the figure which showed the procedure of the acquisition method of the stress-strain characteristic in the high-speed deformation area of a test piece with the flowchart. 時間経過と載置台から試験片への反力との関係の解析結果を表わしたグラフである。It is a graph showing the analysis result of the relationship between time passage and the reaction force from a mounting stand to a test piece. 時間経過と試験片の変形量との関係の解析結果を表わしたグラフである。It is a graph showing the analysis result of the relationship between time passage and the deformation amount of a test piece. 時間経過と錘の速度変化との関係の解析結果を表わしたグラフである。It is a graph showing the analysis result of the relationship between time passage and the speed change of a weight. 本発明を実施する衝撃試験装置の第二の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of the impact test apparatus which implements this invention. 衝撃試験の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of an impact test.

符号の説明Explanation of symbols

1 高速度カメラ
2 画像記録装置
10 試験片
11 錘
12 糸
12a 端部
13a、13b スタンド
14 載置台
15 床
21 CPU
22 ROM
23 RAM
24 ハードディスク
25 入力部
26 I/F部
27 出力部
30 レーザ測長器

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High-speed camera 2 Image recording device 10 Test piece 11 Weight 12 Yarn 12a End part 13a, 13b Stand 14 Mounting stand 15 Floor 21 CPU
22 ROM
23 RAM
24 hard disk 25 input unit 26 I / F unit 27 output unit 30 laser length measuring device

Claims (10)

構造物と同一材料である試験片の実物と被衝突物とを衝突させる衝撃試験を実施する実機試験工程と、
前記試験片の衝撃時の材料物性の仮定値に基づいて前記衝撃試験に相当する衝撃解析を実施する解析工程と、
前記衝撃試験によって得られる衝撃特性と前記衝撃解析によって得られる衝撃特性との差異が減少するように、前記仮定値を修正する修正工程と、
を行い、
前記実機試験工程においては、前記衝撃試験における前記衝突の推移の観測であって前記試験片及び前記被衝突物の両者に対して非接触である当該観測の結果に基づいて前記衝撃特性を取得し、
前記修正工程により修正された仮定値を適用しての前記解析工程と前記修正工程とを繰り返し、前記差異が許容範囲内に収まったときの当該仮定値を以って前記構造物の衝撃時の材料物性とする、
ことを特徴とする衝撃解析用材料物性の取得方法。
An actual machine test process for carrying out an impact test in which the actual specimen of the test piece, which is the same material as the structure, collides with the impacted object;
An analysis step for performing an impact analysis corresponding to the impact test based on an assumed value of material physical properties at the time of impact of the test piece;
A correction step of correcting the assumed value so that a difference between an impact characteristic obtained by the impact test and an impact characteristic obtained by the impact analysis is reduced;
And
In the actual machine test step, the impact characteristics are obtained based on the observation result of the transition of the collision in the impact test, which is non-contact with both the test piece and the colliding object. ,
The analysis step and the correction step with the assumption value corrected by the correction step are repeated, and the assumption value when the difference falls within an allowable range is used to change the structure at the time of impact. Material properties,
A method for obtaining physical properties of an impact analysis material.
前記観測では前記衝突の推移の撮像を行い、当該撮像によって得られた画像の解析によって当該観測の結果を得ることを特徴とする請求項1に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。   2. The method for acquiring material properties for impact analysis according to claim 1, wherein in the observation, the transition of the collision is imaged, and the result of the observation is obtained by analyzing an image obtained by the imaging. 前記観測では前記衝突の推移における前記試験片と前記被衝突物との相対的な位置変化をレーザ光の干渉を利用して測定することで当該観測の結果を得ることを特徴とする請求項1に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。   2. The observation is obtained by measuring a relative position change between the test piece and the colliding object in the transition of the collision using interference of laser light. A method for obtaining physical properties of the material for impact analysis described in 1. 前記衝撃特性は衝突の際の前記試験片と前記被衝突物との接触時間であることを特徴とする請求項1に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。   2. The method for obtaining physical properties of an impact analysis material according to claim 1, wherein the impact characteristic is a contact time between the test piece and the colliding object at the time of collision. 前記衝撃特性は衝突の際における前記試験片と前記被衝突物との接触時から当該試験片の変形が最大になるまでの時間であることを特徴とする請求項1に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。   2. The material for impact analysis according to claim 1, wherein the impact characteristic is a time from when the test piece and the colliding object are in contact with each other to the maximum deformation of the test piece. How to get physical properties. 前記衝撃特性は衝突による前記試験片の変形量であることを特徴とする請求項1に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。   2. The method for acquiring material properties for impact analysis according to claim 1, wherein the impact characteristic is a deformation amount of the test piece due to a collision. 前記衝撃特性は前記試験片が前記被衝突物に衝突する直前と当該被衝突物からの離間直後とにおいて当該試験片が有している運動エネルギーの差であることを特徴とする請求項1に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。   The impact characteristic is a difference in kinetic energy of the test piece immediately before the test piece collides with the colliding object and immediately after the test piece is separated from the colliding object. The acquisition method of the physical property for shock analysis of description. 前記運動エネルギーの差は前記試験片と前記被衝突物との相対速度及び質量より算出されることを特徴とする請求項7に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。   The method for obtaining physical properties of an impact analysis material according to claim 7, wherein the difference in kinetic energy is calculated from a relative speed and a mass between the test piece and the colliding object. 前記材料物性には、歪速度依存性を有している応力−歪特性が含まれることを特徴とする請求項1に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。   2. The method for acquiring material properties for impact analysis according to claim 1, wherein the material properties include stress-strain characteristics having strain rate dependency. 前記画像の解析は、衝突の際に順次撮像された画像に表わされている前記試験片の変形の推移の解析であることを特徴とする請求項2に記載の衝撃解析用材料物性の取得方法。

The material analysis for impact analysis according to claim 2, wherein the analysis of the image is an analysis of a transition of deformation of the test piece represented in an image sequentially captured at the time of a collision. Method.

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