JP2007232715A - Method and device for breaking estimation, program and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属材料からなる薄板の破断予測方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体に関し、特にプレス成形を受けた自動車部材の衝突過程での材料破断の破断判定基準として好適である。 The present invention relates to a method and an apparatus for predicting a fracture of a thin plate made of a metal material, a program, and a recording medium, and is particularly suitable as a fracture judgment criterion for a material fracture in a collision process of an automobile member subjected to press molding.
破断に対する余裕度は、一般に、板厚減少率や成形限界線図(FLD)を用いて判断される。FLDは、破断限界を与える最大主歪みを最小主歪み毎に示した図であり、衝突解析で用いることもできる。実験によるFLDの測定方法は、一般に、あらかじめ金属板の表面にエッチングなどによりサークル状あるいは格子状の模様を描いておき、液圧成形や剛体工具での張出し成形で破断させた後に、サークルの変形量から破断限界歪みを測定する。破断限界線は、様々な面内歪み比について金属板を比例負荷し、それぞれの歪み比での破断限界歪みを主歪み軸上にプロットして線で結ぶことで得られる。 The margin for fracture is generally determined using a plate thickness reduction rate or a forming limit diagram (FLD). FLD is a diagram showing the maximum principal strain that gives the fracture limit for each minimum principal strain, and can also be used in a collision analysis. The experimental FLD measurement method generally involves drawing a circle or lattice pattern on the surface of a metal plate in advance by etching, etc., and then breaking it by hydroforming or overhanging with a rigid tool. The fracture limit strain is measured from the amount. The fracture limit line is obtained by proportionally loading a metal plate for various in-plane strain ratios, plotting the fracture limit strain at each strain ratio on the main strain axis, and connecting them with a line.
図1に実験により測定した破断限界線を示す。
FLD予測手法としては、Hillの局部くびれモデルとSwiftの拡散くびれモデルの併用、Marciniak-Kuczynski法、
などがあり、Keelerの経験則で板厚の影響を補正することで得られる。従来の破断評価方法は、これら破断限界線と塑性変形過程の有限要素法によるシミュレーションの結果から得られる各部位の歪み状態との位置関係を比較することで評価し、変形過程の歪みがこの限界歪みに達したときに破断、もしくは、その危険性が高いと判断する。
FIG. 1 shows the fracture limit line measured by experiment.
As FLD prediction methods, a combination of Hill's local constriction model and Swift's diffusion constriction model, Marciniak-Kuczynski method,
It can be obtained by correcting the influence of plate thickness according to Keeler's rule of thumb. The conventional fracture evaluation method evaluates by comparing the positional relationship between these fracture limit lines and the strain state of each part obtained from the simulation results of the plastic deformation process by the finite element method. When strain is reached, it is judged that the fracture or the risk is high.
図2の破断限界線に示されるように、破断限界線は歪み経路に依存して大きく変化することが知られている。例えば、(1)変形経路の変化がなく線形の経路変化で負荷したときの破断限界線に比べ、(2)単軸引張り予歪み後に等2軸引張り変形を施す経路変化の場合、破断限界線は大きく増加し、(3)等2軸引張り予歪み後に単軸引張りを施す経路変化や、(4)等2軸引張り予歪み後に平面歪み引張り変形を施す経路変化の場合、破断限界線は減少することが多くの実験や数値解析から明らかになっている。 As shown by the breaking limit line in FIG. 2, it is known that the breaking limit line changes greatly depending on the strain path. For example, (1) In the case of a path change where biaxial tensile deformation is applied after uniaxial tension pre-strain, compared to the fracture limit line when there is no change in the deformation path and a linear path change is applied, the fracture limit line In the case of (3) the path change that applies uniaxial tension after biaxial tension pre-strain, etc. or (4) the path change that applies plane strain tension deformation after bi-axial tension pre-strain, etc., the fracture limit line decreases. It has become clear from many experiments and numerical analysis.
プレス成形あるいはプレス成形での予変形を受けた自動車車体部品の衝突変形過程では変形経路が大きく変化することが多く、実験から得られる破断限界線を用いて破断を評価する場合、変形経路に応じて無数の限界線を準備せざるを得ない。従って、実用上、破断の評価は比例負荷経路に対する破断限界線を用いることとなり、高い予測精度は期待できない。 In the impact deformation process of car body parts that have undergone press deformation or pre-deformation in press molding, the deformation path often changes greatly, and when evaluating fracture using the fracture limit line obtained from experiments, depending on the deformation path I have to prepare myriad limit lines. Therefore, in practical use, the fracture evaluation uses a fracture limit line with respect to the proportional load path, and high prediction accuracy cannot be expected.
更に、伸びフランジ破断は材料端部の周方向の伸び歪みが材料固有の限界値に達したときに発生する。材料端部の応力状態は単軸引張りに近いが、材料端部から内側に向かって急激な応力と歪みの勾配が存在するため、破断限界は単軸引張試験で得られる破断限界歪みや応力と比べて大きく異なる値を示す。即ち、伸びフランジ破断の場合、材料端部が塑性不安定条件に達し局部くびれ(板厚くびれ)が生じても材料、端部を除いた内側の材料ではまだ塑性不安定条件を満たしていないので、内側の材料に拘束され、全体として塑性不安定条件とはなり得ず、板厚くびれの進展が遅延する。 Further, the stretch flange break occurs when the elongation strain in the circumferential direction of the material end reaches a limit value specific to the material. The stress state of the material edge is close to uniaxial tension, but there is a steep stress and strain gradient inward from the material edge, so the fracture limit is the fracture limit strain or stress obtained in the uniaxial tensile test. Compared with a significantly different value. That is, in the case of stretch flange breakage, even if the material end reaches the plastic instability condition and local constriction (thickness constriction) occurs, the material and the inner material excluding the end do not yet satisfy the plastic instability condition. Restrained by the inner material, the plastic instability condition cannot be obtained as a whole, and the progress of the plate thickness constriction is delayed.
更には、伸びフランジ破断では、材料端部の周方向に多数の板厚くびれが生じるため、破断が遅延する。例えば、材料端部の一箇所に板厚くびれが生じたとすると、板厚くびれ近傍の周方向の応力は緩和される。しかしながら、板厚くびれから遠ざかるにつれ、この応力緩和の影響は少なくなり、更に変形が進行すると、最初の板厚くびれから離れたところに次の板厚くびれが生じる。更に変形が進展すると、新たなくびれが生じる。この過程を繰り返すことで材料端部の周方向に多数の板厚くびれが生じるとともに、板厚くびれが成長する。ここで、それ以前に生じた板厚くびれが成長して破断に至らないのは、歪みの少ない材料に拘束され、材料端部周方向全体で塑性不安定を満たさないからである。従って、伸びフランジ破断では、材料端部の周方向一箇所に板厚くびれが生じても破断に至らずに遅延する。 Furthermore, in the stretch flange break, a large number of plate thickness constrictions occur in the circumferential direction of the material end portion, so that the break is delayed. For example, if a plate thickness constriction occurs in one part of the material end, the circumferential stress in the vicinity of the plate thickness constriction is relaxed. However, as the distance from the thickness constriction increases, the effect of this stress relaxation decreases, and when the deformation proceeds further, the next sheet thickness constriction occurs away from the initial thickness constriction. As deformation further develops, new necking occurs. By repeating this process, a large number of sheet thickness constrictions occur in the circumferential direction of the material edge, and the sheet thickness constrictions grow. Here, the plate thickness constriction generated before that grows and does not break, because it is constrained by a material with little distortion and does not satisfy plastic instability in the entire circumferential direction of the material end. Therefore, in the stretch flange break, even if a plate thickness constriction occurs at one place in the circumferential direction of the material end, it is delayed without leading to the break.
このように、伸びフランジ破断の予測方法は、材料端部から内側に向かう歪み勾配の存在と、周方向一箇所が局部くびれを満たしても破断しない遅延効果により容易ではなく、これまでに提案されていない。 Thus, the method for predicting the stretch flange breakage is not easy due to the existence of a strain gradient inward from the end of the material and the delay effect that does not break even if one circumferential direction fills the local constriction. Not.
本発明は上述した従来技術の問題を解決することを技術課題としており、1つ以上の変形経路変化を含む過程における薄板の破断発生の有無を予測するに際して、破断限界線を容易且つ効率的に求め、高い予測精度をもって破断発生の有無を予測することを可能とし、プレス成形や衝突時の破断の危険性を定量的に評価することができ、材料・工法・構造を同時に考慮した自動車車体の効率的・高精度な開発を実現させる破断予測方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。 The present invention has a technical problem to solve the above-described problems of the prior art, and when predicting the occurrence of breakage of a thin plate in a process including one or more deformation path changes, the break limit line is easily and efficiently determined. It is possible to predict the occurrence of rupture with high prediction accuracy and quantitatively evaluate the risk of rupture during press molding and collision. An object of the present invention is to provide a fracture prediction method and apparatus, a program, and a recording medium that realize efficient and highly accurate development.
本発明の破断予測方法は、金属材料からなる薄板の破断限界を評価する破断予測方法であって、1つ以上の変形経路変化に応じた塑性変形過程における前記薄板の破断発生を予測するにするに際して、歪み空間の破断限界線を応力空間の破断限界線に変換する手順と、得られた前記応力空間の破断限界線を用いて前記破断発生の有無を予測する手順とを含む。 The fracture prediction method of the present invention is a fracture prediction method for evaluating the fracture limit of a thin plate made of a metal material, and predicts the occurrence of fracture of the thin plate in a plastic deformation process according to one or more deformation path changes. At this time, a procedure for converting a fracture limit line in a strain space into a fracture limit line in a stress space and a procedure for predicting the occurrence of the fracture using the obtained fracture limit line in the stress space are included.
本発明の破断予測装置は、金属材料からなる薄板の破断限界を評価する破断予測装置であって、1つ以上の変形経路変化に応じた塑性変形過程における前記薄板の破断発生を予測するに際して、歪み空間の破断限界線を応力空間の破断限界線に変換する変換手段と、得られた前記応力空間の破断限界線を用いて前記破断発生の有無を予測する予測手段とを含む。 The fracture prediction device of the present invention is a fracture prediction device that evaluates the fracture limit of a thin plate made of a metal material, and predicts the occurrence of fracture of the thin plate in a plastic deformation process according to one or more deformation path changes. Conversion means for converting the fracture limit line of the strain space into a fracture limit line of the stress space, and prediction means for predicting the occurrence of the fracture using the obtained fracture limit line of the stress space.
更に、本発明者らは、上記した課題を解決すべく鋭意研究した結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。伸びフランジ破断限界と良い相関がある穴広げ率を破断のクライテリアに用いること、更に、歪み空間ではなく変形履歴の影響を考慮することができる応力空間上で破断判定をすることで、高い精度で予測可能なことを明らかにした。 Furthermore, as a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventors have conceived various aspects of the invention described below. By using a hole expansion ratio that has a good correlation with the stretch flange rupture limit for fracture criteria, and by determining fracture in a stress space that can take into account the influence of deformation history, not strain space, with high accuracy Clarified what can be predicted.
本発明によれば、1つ以上の変形経路変化を含む過程における薄板の破断発生の有無を予測するに際して、破断限界線を容易且つ効率的に求め、高い予測精度をもって破断発生の有無を予測することが可能となる。これにより、プレス成形や衝突時の破断の危険性を定量的に評価することができ、材料・工法・構造を同時に考慮した自動車車体の効率的・高精度な開発が実現する。 According to the present invention, when predicting the occurrence of fracture of a thin plate in a process including one or more deformation path changes, the fracture limit line is easily and efficiently obtained, and the presence or absence of fracture is predicted with high prediction accuracy. It becomes possible. This makes it possible to quantitatively evaluate the risk of press forming and breakage at the time of collision, and realizes efficient and highly accurate development of an automobile body that simultaneously considers materials, construction methods, and structures.
成形性評価時の破断に対する余裕度は、一般に、板厚減少率やFLDを用いて判断され、これは衝突解析での破断予測にも用いることができる。このうち、FLDは変形経路に依存し大きく変化することが知られており、プレス成形やプレス成形での予変形を受けた自動車車体部品の衝突のように、変形経路が大きく変化するような塑性変形過程の破断評価方法としては高い予測精度が期待できない。 The margin for breakage at the time of formability evaluation is generally determined using a plate thickness reduction rate or FLD, which can also be used for fracture prediction in a collision analysis. Of these, it is known that FLD changes greatly depending on the deformation path, and plasticity such that the deformation path changes greatly, such as collision of automobile body parts that have undergone pre-deformation in press molding or press molding. A high prediction accuracy cannot be expected as a method for evaluating the fracture of the deformation process.
しかしながら、最近、桑原ら(非特許文献1,2を参照)は、アルミ押し出し材や軟鋼板を対象に、応力空間内で表記した破断限界線を用いると変形の経路によらず、破断限界をほぼ一義的に表現できることを実験と解析で検証している。これら知見は、アルミや軟鋼板に関するものであり、引張強さにして440MPa級以上の鋼板では明らかにされておらず、現在のように高強度鋼板を多用した自動車車体の開発には用いることはできない。
Recently, however, Kuwahara et al. (See Non-Patent
そこで本発明者らは、以下の事項に初めて想到した。
(1) 440MPa以上の引張強さの高強度鋼板について詳細な実験を行い、応力空間内で表記した破断限界線を用いると変形の経路によらず、単一の破断限界線で表現できること。(2) 応力空間に表記した破断限界線を用いることで、プレス成形やプレス成形での予変形を受けた自動車車体部品の衝突のように、変形経路が大きく変化するような塑性変形過程の破断評価を高い精度で予測できること。
Therefore, the present inventors have conceived for the first time the following matters.
(1) When a detailed experiment is performed on a high-strength steel sheet having a tensile strength of 440 MPa or more and the fracture limit line expressed in the stress space is used, it can be expressed by a single fracture limit line regardless of the deformation path. (2) By using the fracture limit line indicated in the stress space, the plastic deformation process breaks such that the deformation path changes greatly, such as the collision of a car body part that has undergone pre-deformation in press molding or press molding. The evaluation can be predicted with high accuracy.
以下、本発明の概括的構成について説明する。 The general configuration of the present invention will be described below.
(実施例1)
先ず、応力空間の破断限界線の取得方法について説明する。以下の表1に示す鋼板を対象に、(1)比例負荷経路での破断限界歪み、(2)変形経路変化下での破断限界歪みを測定した。ここで、tは薄板の厚み、YPは降伏強さ、TSは引張り強さ、U.Elは均一伸び、Elは全伸び、rmは平均r値(ランクフォード値を示し、圧延方向のr値をr0,圧延方向に対し45゜方向のr値をr45,圧延方向に対し90゜方向のr値をr90とした場合、rm=(r0+2r45+r90)/4で表される。)、K,ε0,nは単軸引張試験から得られる応力−歪み曲線を
First, a method for obtaining the fracture limit line of the stress space will be described. For the steel sheets shown in Table 1 below, (1) the breaking limit strain in the proportional load path and (2) the breaking limit strain under the deformation path change were measured. Here, t is the thickness of the thin plate, YP is yield strength, TS is tensile strength, U.El the uniform elongation, El extends all, r m represents the average r value (Lankford value, the rolling direction of the r When the value is r0, the r value in the 45 ° direction with respect to the rolling direction is r45, and the r value in the 90 ° direction with respect to the rolling direction is r90, r m = (r 0 + 2r 45 + r 90 ) / 4. ), K, ε 0 , and n are stress-strain curves obtained from uniaxial tensile tests.
比例負荷経路での破断限界歪みは、スクライブドサークル径を6mmとし、単軸引張、中島法(テフロン(登録商標)シートを用いた球頭張出し)、液圧バルジ試験での破断歪みを測定した。一方、変形経路変化下での破断限界線は、1次変形として圧延方向に10%の引張を施した後、1次引張方向より90゜の方向が最大主応力となるよう単軸引張、中島法により破断歪みを測定した。 The fracture limit strain in the proportional load path was measured with a scribed circle diameter of 6 mm, uniaxial tension, Nakajima method (bulb head extension using Teflon (registered trademark) sheet), and hydraulic bulge test. . On the other hand, the fracture limit line under the change of the deformation path is uniaxial tension, Nakajima so that the maximum principal stress is 90 ° from the primary tension direction after applying 10% tension in the rolling direction as the primary deformation. The breaking strain was measured by the method.
歪みから応力へは、(1)体積一定則、(2)Misesの降伏関数、(3)加工硬化則による等方硬化、(4)垂直則、(5)平面応力を仮定することで換算することができる。以下に、歪み空間の破断限界線を応力空間に変換する具体的な方法について説明する。 Strain to stress is converted by assuming (1) constant volume rule, (2) Mises yield function, (3) isotropic hardening by work hardening law, (4) vertical law, and (5) plane stress. be able to. A specific method for converting the fracture limit line of the strain space into the stress space will be described below.
歪み空間のFLDは破断限界を与える最大主歪みε11を最小主歪みε22ごとに示した図であり、板厚歪みε33はこれらと体積一定則
相当塑性歪みεeqは、例えば降伏曲面にMisesの降伏関数を用いれば、
なお、必要に応じて高度な異方性降伏関数を用いても良いが、パラメータが多く、処理の際に板面内の方向まで考慮する必要が生じるため、煩雑な割には精度の向上代が十分ではなく、実用上は面内等方性を仮定した降伏関数で十分である。いずれの降伏関数でも、相当塑性歪み増分dεeqを歪み経路で積分した相当塑性歪みεeqと加工硬化則を用いることで、変形経路変化を考慮した相当塑性応力σeqを求めることができる。 Note that a sophisticated anisotropic yield function may be used if necessary, but since there are many parameters and it is necessary to consider the direction in the plate surface during processing, the cost of improving accuracy is complicated. However, the yield function assuming in-plane isotropy is sufficient in practice. In any yield function, by using the equivalent plastic strain ε eq obtained by integrating the equivalent plastic strain increment dε eq with the strain path and the work hardening rule, the equivalent plastic stress σ eq considering the deformation path change can be obtained.
次に、偏差応力成分σij 'は、図3に示す降伏曲面の等方硬化と垂直則
なお、図4に示すように、歪みの主軸と圧延方向が一致しない場合は下記に示す座標変換操作が必要である。図中、xiは材料座標系の座標軸であるx1軸//RD、x2軸//TD、x3軸//NDを表し、Xiはn次変形での歪みの主軸を表す。
座標変換テンソルをRとすると、(1)実験座標系で計測した歪み成分εijは座標変換則により材料座標系を基準座標とした歪み成分
を求め、最後に、(3)座標変換則を用いて実験座標系を基準座標とした応力成分
If the coordinate transformation tensor is R, (1) the strain component ε ij measured in the experimental coordinate system is the strain component with the material coordinate system as the reference coordinate according to the coordinate transformation rule
Finally, (3) Using the coordinate transformation rule, the stress component with the experimental coordinate system as the reference coordinate
図5に、実験により測定したFLDと、これを前記した方法で最大主応力と最小主応力の応力空間に変換した破断限界線を示す。
歪み空間のFLDは変形経路に依存し破断限界線は大きく変化するが、応力空間に表記した破断限界線は単一の破断限界線となる。
FIG. 5 shows the FLD measured by experiment and the fracture limit line obtained by converting the FLD into the stress space of the maximum principal stress and the minimum principal stress by the method described above.
The FLD in the strain space depends on the deformation path, and the fracture limit line changes greatly, but the fracture limit line described in the stress space becomes a single fracture limit line.
更に本発明者らは、以下の表2に示す440MPa〜980MPa級の高強度鋼板について実験を行い調べた結果、材料の引張強さや強化機構によらず、幅広い範囲で単一の破断限界線となることを明らかにした。この応力空間に表記した破断限界線を用いることで、プレス成形やプレス成形での予変形を受けた自動車車体部品の衝突のように、変形経路が大きく変化するような塑性変形過程の破断評価を高い精度で予測することができる。 Furthermore, as a result of experiments conducted on the high strength steel sheets of 440 MPa to 980 MPa class shown in Table 2 below, the present inventors have found a single fracture limit line in a wide range regardless of the tensile strength and strengthening mechanism of the material. Clarified that By using the fracture limit line described in this stress space, it is possible to evaluate the fracture of plastic deformation processes in which the deformation path changes greatly, such as collision of automobile body parts that have undergone pre-deformation in press molding or press molding. It can be predicted with high accuracy.
なお、当然のことながら、中島法以外の実験方法で測定したFLDを応力空間に変換した破断限界線を用いても良いし、Hillの局部くびれモデルやSwiftの拡散くびれモデル、Marciniak-Kuczynski法、Storen-Riceモデルなどの理論FLDを応力空間に変換した破断限界線を破断予測に用いても良い。 Of course, a fracture limit line obtained by converting FLD measured by an experimental method other than the Nakajima method into a stress space may be used, a Hill's local constriction model, a Swift's diffusion constriction model, the Marciniak-Kuczynski method, A fracture limit line obtained by converting a theoretical FLD such as a Storen-Rice model into a stress space may be used for fracture prediction.
次に、破断限界の評価方法について説明する。
有限要素法(FEM)による数値シミュレーションで材料の破断を予測するには、以下に
示す技術的な課題がある。
(1)実験により測定したFLDは、評点間距離や摩擦状態の影響を強く受けるため、これを破断判定基準として用いる場合、数値シミュレーションの解析条件に合わせ補正が必要である。
(2)数値シミュレーションでは、均一変形までの歪みの増加は正確にシミュレーションできるが、板厚程度の領域に生じる局部くびれや、更に狭い領域内に歪みが局所化したせん断帯をシミュレーションするためには有限要素を十分細分化しなければならず、現状の計算機能力では予測が困難である。
(3)汎用ソフトウェアで標準的に採用されている材料構成則では歪みの局所化が遅れるため、実測したFLDを破断判定基準とした場合、危険側での評価を与える。
Next, a method for evaluating the fracture limit will be described.
In order to predict material breakage by numerical simulation using the finite element method (FEM), there are the following technical problems.
(1) Since the FLD measured by the experiment is strongly affected by the distance between the scores and the frictional state, when this is used as a fracture criterion, it is necessary to correct it according to the analysis conditions of the numerical simulation.
(2) In numerical simulation, the increase in strain up to uniform deformation can be accurately simulated, but in order to simulate a local constriction that occurs in the region of the plate thickness or a shear band in which strain is localized in a narrower region Finite elements must be sufficiently subdivided, and it is difficult to predict with the current computational capabilities.
(3) In the material constitutive law that is standardly adopted in general-purpose software, the localization of strain is delayed. Therefore, when the measured FLD is used as a criterion for fracture determination, an evaluation on the dangerous side is given.
本発明者らは、これら課題に対し鋭意研究した結果、数値シミュレーションに適した破断判定基準を明らかにした。表1に示す鋼板を対象に、球頭張出し成形のFEM数値シミュレーションを行い、要素サイズや材料構成式が歪みの局所化過程におよぼす影響を調査した。 As a result of intensive studies on these problems, the present inventors have clarified a fracture criterion suitable for numerical simulation. FEM numerical simulation of ball head overhang forming was performed on the steel sheets shown in Table 1, and the effects of element size and material constitutive equation on the strain localization process were investigated.
図6にポンチストロークとプレス成形により導入された最大主歪みの関係を示す。
成形初期からポンチストローク25mm程度までは要素サイズ、材料構成式の影響がほとんど現れないが、歪みの局所化が始まる25mm以降では、これらの影響が顕著となる。
FIG. 6 shows the relationship between the punch stroke and the maximum principal strain introduced by press molding.
From the initial stage of molding to the punch stroke of about 25 mm, the effect of element size and material constitutional expression hardly appears, but after 25 mm where strain localization starts, these effects become significant.
図7に種々の解析条件で数値シミュレーションを行い、実験から得られたFLDと局部くびれ発生限界を破断判定基準として用いたときの予測精度の比較を示す。
破断判定基準に実測したFLDを用いた場合、歪みの局所化過程を正確にシミュレーションできないため、破断の予測精度は高くない。一方、局部くびれ発生限界を破断限界に用いた場合、要素サイズや用いる材料構成式によらず比較的高い精度で予測可能であり、かつ安全側の評価を得ることができる。これは、薄鋼板の延性破壊は局部くびれにより変形が局所化した位置で発生し、局部くびれが発生すると極めて短時間で破断に至るため、実用上は局部くびれ発生限界を破断判定基準に用いればよいことを示唆している。
FIG. 7 shows a comparison of prediction accuracy when a numerical simulation is performed under various analysis conditions and the FLD obtained from the experiment and the local necking limit are used as the fracture criterion.
When the measured FLD is used as the fracture criterion, since the strain localization process cannot be simulated accurately, the fracture prediction accuracy is not high. On the other hand, when the local constriction occurrence limit is used as the fracture limit, it can be predicted with relatively high accuracy regardless of the element size and the material composition formula to be used, and an evaluation on the safe side can be obtained. This is because ductile fracture of thin steel sheet occurs at a position where deformation is localized due to local constriction, and when local constriction occurs, it breaks in an extremely short time. Suggests good.
局部くびれ発生限界は塑性不安定性の枠組みで取り扱うことができ、Hillの局部くびれモデルやSwiftの拡散くびれモデル、Marciniak-Kuczynski法、シュテーレン−ライスモデルなどの理論FLDで予測できる。 The local constriction limit can be handled in the framework of plastic instability and can be predicted by theoretical FLDs such as Hill's local constriction model, Swift's diffusion constriction model, Marciniak-Kuczynski method, and Stären-Rice model.
この事例で示すように、本発明者らは鋭意研究をした結果、有限要素法を用いた数値解析シミュレーションで破断を評価する場合、歪み空間でのくびれ開始線を応力空間に変換した破断限界線を破断判定基準に用いることで高い予測精度が確保できることに想到した。 As shown in this example, the present inventors have conducted intensive research.As a result, when evaluating fracture by numerical analysis simulation using the finite element method, the fracture limit line obtained by converting the constriction start line in the strain space into the stress space. It was conceived that high prediction accuracy can be secured by using as a criterion for judging fracture.
次に、破断限界の評価方法の事例について説明する。
表1に示す鋼板を対象に、1次変形として圧延方向に10%の引張を施した後、球頭張出し成形により平面歪み変形を施すような非線形経路での破断予測事例を示す。
図8に数値シミュレーションにより得られた成形過程の応力履歴と歪み空間でのくびれ開始線を応力空間に変換した破断限界線の関係を示す。
Next, an example of a method for evaluating the fracture limit will be described.
An example of fracture prediction in a non-linear path is shown in which the steel sheet shown in Table 1 is subjected to a tensile deformation of 10% in the rolling direction as a primary deformation and then subjected to plane strain deformation by ball head overhang forming.
FIG. 8 shows the relationship between the stress history of the forming process obtained by the numerical simulation and the fracture limit line obtained by converting the constriction start line in the strain space into the stress space.
数値シミュレーションに動的陽解法を用いる場合、得られる応力は時間ステップ内での繰り返し計算を行わず、微小時間刻みで応力波の伝播を解いていくため大きく振動しながら増加する。この応力と破断限界応力の位置関係を比較し破断を評価する方法では高い予測精度を確保することが困難である。 When the dynamic explicit method is used for the numerical simulation, the obtained stress is not repeatedly calculated within the time step, and increases while greatly oscillating because the propagation of the stress wave is solved in minute time steps. It is difficult to ensure high prediction accuracy by a method for evaluating the fracture by comparing the positional relationship between this stress and the fracture limit stress.
本発明者らは鋭意研究をした結果、数値シミュレーションに動的陽解法を用いる場合、塑性歪みをポスト処理で応力へ変換することで応力の振動を回避でき、精度良く破断を判定する方法に想到した。 As a result of diligent research, the present inventors have come up with a method for determining fracture with high accuracy by using a dynamic explicit method for numerical simulation and converting plastic strain into stress by post-processing to avoid stress vibration. .
図9に本発明方法により破断を予測した結果を示す。
従来のFLDによる破断予測方法では、変形経路に依存し破断限界線が大きく変化するため高い精度で予測することは困難であるが、本発明を適用することで変形経路が変化する場合でも良好な精度で破断を予測できることが判る。なお、本発明は、有限要素法を用いた数値シミュレーションの代わりに、実験の歪み測定結果を応力に変換した値と破断限界線の位置関係を比較することでも破断を評価することが可能である。
FIG. 9 shows the result of predicting fracture by the method of the present invention.
In the conventional fracture prediction method using FLD, it is difficult to predict with high accuracy because the fracture limit line greatly changes depending on the deformation path, but it is good even when the deformation path changes by applying the present invention. It can be seen that the fracture can be predicted with accuracy. In the present invention, instead of numerical simulation using the finite element method, it is possible to evaluate fracture by comparing the positional relationship between the value obtained by converting the experimental strain measurement result into stress and the fracture limit line. .
次に、破断予測方法を衝突解析に適用した例について説明する。
表1に示す鋼板を対象に、図10に示すハット断面で長さ900mmの部材の3点曲げ衝突解析において本発明の破断予測方法を適用した。
Next, an example in which the fracture prediction method is applied to collision analysis will be described.
The fracture prediction method of the present invention was applied to a steel plate shown in Table 1 in a three-point bending collision analysis of a member having a hat cross section and a length of 900 mm shown in FIG.
先ず、動的陽解法の数値シミュレーションを用いてハット形状の絞り曲げ成形の解析を行った。図11に成形シミュレーションの結果を示す。次に、フランジ部で平板と30mm間隔の点溶接処理(2接点間の相対変位を固定)を施した衝突解析用有限要素モデルを作成した。 First, a hat-shaped drawing bending analysis was performed using a numerical simulation of a dynamic explicit method. FIG. 11 shows the result of the molding simulation. Next, a finite element model for collision analysis was created by performing spot welding processing (fixed relative displacement between two contacts) with a flat plate at a flange part at 30mm intervals.
更に、この衝突解析用有限要素モデルに、得られた成形解析結果を反映させ、衝突解析を動的陽解法による数値シミュレーションにて行った。プレス成形後の衝突過程での材料の破断を評価する場合、プレス成形の数値シミュレーションにより得られる板厚と相当塑性歪み、あるいは板厚と相当塑性歪み、応力テンソル、歪みテンソルを衝突解析の初期条件へ引き継ぐことで成形時の変形履歴を考慮することができる。 Furthermore, the obtained molding analysis result was reflected in this finite element model for collision analysis, and the collision analysis was performed by numerical simulation by the dynamic explicit method. When evaluating the fracture of a material in the collision process after press forming, the plate thickness and equivalent plastic strain, or the plate thickness and equivalent plastic strain, stress tensor, and strain tensor obtained by numerical simulation of press forming are the initial conditions for collision analysis. By taking over, the deformation history at the time of molding can be considered.
なお、当然のことながら、数値シミュレーションの代わりに実験によりプレス成形品の板厚、相当塑性歪みを測定し、これらの何れかを衝突解析の初期条件へ引き継ぐことで成形時の変形履歴を考慮することができる。 As a matter of course, instead of numerical simulation, the thickness and equivalent plastic strain of the press-formed product are measured by experiment, and the deformation history at the time of molding is taken into account by taking any of these to the initial conditions of the collision analysis. be able to.
これまでの事例では、プレス成形のような準静的な塑性変形過程を取り扱っていたが、衝突解析では材料の高速変形挙動を考慮する必要がある。鉄鋼材料には歪み速度依存性があり、変形速度が速いと変形抵抗が上昇することが知られている。自動車の衝突時、変形が集中する稜線部では歪み速度が1000/sまで達することがあり、衝突解析の予測精度を確保するためには正確な高速変形挙動を考慮する必要がある。 In previous cases, we dealt with quasi-static plastic deformation processes such as press forming, but it is necessary to consider the high-speed deformation behavior of materials in collision analysis. Steel materials are known to have strain rate dependence, and it is known that deformation resistance increases when the deformation rate is high. At the ridgeline where deformation is concentrated at the time of automobile collision, the strain rate can reach up to 1000 / s, and accurate high-speed deformation behavior needs to be considered in order to ensure the accuracy of collision analysis prediction.
一般に、有限要素法による数値シミュレーションで衝突解析を行う場合、歪み速度に応じた応力の増加を表現する材料モデルとしてCowper-Symonds式を用いる。
図12に相当塑性歪みと歪み速度に応じた相当応力の関係を、図13に応力空間での動的な破断応力限界線と衝突シミュレーションから得られる動的な応力の位置関係をそれぞれ示す。
In general, when impact analysis is performed by numerical simulation using the finite element method, the Cowper-Symonds equation is used as a material model that represents an increase in stress according to the strain rate.
FIG. 12 shows the relationship between the equivalent plastic strain and the equivalent stress in accordance with the strain rate, and FIG. 13 shows the positional relationship between the dynamic fracture stress limit line in the stress space and the dynamic stress obtained from the collision simulation.
衝突シミュレーションから得られる動的応力を用いて破断を評価する場合、歪み速度に応じて無数の動的な破断応力限界線が必要であり、実用上、破断を予測することは困難である。 When rupture is evaluated using dynamic stress obtained from a collision simulation, an infinite number of dynamic rupture stress limit lines are required according to the strain rate, and it is difficult to predict the rupture practically.
本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究をした結果、衝突シミュレーションから得られる塑性歪みを変換して得た基準歪み速度での応力を用い、破断判定に用いる破断限界(破断クライテリア)は単一の基準歪み速度での破断応力限界線のみを利用すればよいことに想到した。検討の結果、基準歪み速度は準静的な歪み速度として良いことが判った。準静的な歪み速度の範囲は材料により異なるが実用上0.001/s〜1/sの範囲内で計測した破断限界線を用いて良い。 As a result of diligent research to solve this problem, the present inventors have used the stress at the standard strain rate obtained by converting the plastic strain obtained from the collision simulation, and used the fracture limit (break criteria) used for fracture determination. It was conceived that only the breaking stress limit line at a single reference strain rate should be used. As a result of the examination, it was found that the reference strain rate is good as a quasi-static strain rate. Although the range of the quasi-static strain rate varies depending on the material, a fracture limit line measured in the range of 0.001 / s to 1 / s may be used in practice.
図14に本発明の方法により破断を予測した結果を示す。
従来のFLDによる破断予測方法ではプレス成形での予変形を受けた後の衝突現象のように変形経路が大きく変化するような塑性変形過程は高い精度で予測することが困難であったが、本発明を適用することでプレス成形後の衝突プロセスでも良好な精度で破断を予測できることが判る。
FIG. 14 shows the result of predicting fracture by the method of the present invention.
In conventional fracture prediction methods using FLD, it has been difficult to predict with high accuracy a plastic deformation process in which the deformation path changes greatly, such as a collision phenomenon after undergoing pre-deformation in press forming. It can be seen that by applying the invention, fracture can be predicted with good accuracy even in the collision process after press forming.
以上の例に示したように、本発明によれば、薄鋼板のプレス成形、衝突プロセスを有限要素法によりシミュレーションし、得られたデータから破断の危険性を定量的に評価できる。ここでは、変形応力の歪み速度依存性としてCowper-Symonds式を代表例として用いたが、歪み速度依存性を考慮できる任意の構成式、例えばm乗硬化式、Johnson-Cook式等を用いても本発明の有効性は変わらない。 As shown in the above examples, according to the present invention, it is possible to simulate the press forming and collision process of a thin steel plate by a finite element method, and quantitatively evaluate the risk of fracture from the obtained data. Here, the Cowper-Symonds equation is used as a representative example of the strain rate dependency of the deformation stress, but any constitutive equation that can take into account the strain rate dependency, such as the m-th power hardening equation, Johnson-Cook equation, etc. The effectiveness of the present invention remains unchanged.
(実施例2)
以下、本発明の具体的な諸実施例として、応力空間で穴広げ率lをクライテリアとした伸びフランジ破談評価方法を示す。
供試材は、冷間圧延−連続焼鈍により製造された板厚1.2mmの複合組織鋼板(Dual Phase)で、表3に示す機械的性質を有する。機械特性値はインストロン型試験機によりクロスヘッド速度10mm/min(歪み速度3×10-3/s)で引張試験をしたもので、試験片は圧延方向と平行に採取したJIS5号試験片を用いた。
(Example 2)
Hereinafter, as specific embodiments of the present invention, stretch flange breakage evaluation methods using the hole expansion ratio l in the stress space as criteria will be described.
The test material is a 1.2 mm thick composite structure steel plate (Dual Phase) manufactured by cold rolling-continuous annealing, and has the mechanical properties shown in Table 3. Mechanical property values were obtained by tensile testing with an Instron type tester at a crosshead speed of 10 mm / min (strain rate of 3 × 10 -3 / s). The test specimen was a JIS5 specimen taken in parallel with the rolling direction. Using.
先ず、供試材を200mm×200mmの大きさにせん断し、ポンチとダイを用いて中央部に径25mmの大きさの穴を打ち抜いた。この中央に穴のあいた素板を直径100mm、ダイ肩R15mmの平底ポンチにより穴縁に破断が生じるまで成形し(テフロン(登録商標)シート潤滑)、破断発生時の穴径と成形限界高さを測定した。実験の概要を図15に示す。更に、数値シミュレーションで破断予測のクライテリアとして用いるため、中島法(テフロン(登録商標)シートを用いた球頭張出し)によりFLDを測定した。 First, the specimen was sheared to a size of 200 mm × 200 mm, and a hole having a diameter of 25 mm was punched out at the center using a punch and a die. This base plate with a hole in the center is molded with a flat bottom punch with a diameter of 100mm and a die shoulder of R15mm until the hole edge breaks (Teflon (registered trademark) sheet lubrication). It was measured. An outline of the experiment is shown in FIG. Furthermore, in order to use it as a criterion for fracture prediction in numerical simulation, the FLD was measured by the Nakajima method (bulb head projection using a Teflon (registered trademark) sheet).
続いて、動的陽解法FEMによる数値シミュレーションを行い、材料端部から破断する伸びフランジ破断の予測精度を検証した。なお、数値シミュレーションに供した材料パラメータは実験に用いたものとし、工具は実験に倣った。解析モデルを図16に示す。要素サイズはFLD測定時の評点間距離と同じ2mmを用い、降伏関数にはHillの2次異方性降伏関数を用いて検討した。 Subsequently, numerical simulation by dynamic explicit FEM was performed to verify the prediction accuracy of stretch flange breakage that breaks from the end of the material. The material parameters used in the numerical simulation were used in the experiment, and the tool was copied from the experiment. The analysis model is shown in FIG. The element size was 2 mm, which was the same as the distance between scores at the time of FLD measurement, and Hill's second-order anisotropic yield function was used as the yield function.
図17に平底ポンチによる伸びフランジ成形のシミュレーション結果、図18に穴縁からの距離と最大主歪みの関係を示す。これらから,材料端部の穴縁に大きな歪みが導入されていることと、穴縁から内側に向けて大きな歪み勾配が存在していることが判る。図19に数値シミュレーションから得られた塑性歪みを応力空間に変換し成形高さごとにプロットした応力履歴と、比例負荷経路で測定した成形限界線を平面歪みでの限界値がn値と等しくなるようにオフセットして得た「くびれ発生限界線」を応力空間に変換した「くびれ発生限界応力線」との関係を示す。穴縁の応力がくびれ発生限界応力線に至るのは14mmの成形高さのときであり、実験で計測した18.5mmの成形限界高さとは大きな乖離がある。これに対し、破断クライテリアを穴広げ率として応力空間で破断を評価した。なお、穴広げ率は次式で定義される。
図20、21に本発明方法により破断を予測した結果を示す。従来の「くびれ発生限界応力線」を伸びフランジ変形での破断クライテリアに用いた場合、材料端部から内側に向かう歪み勾配の存在と、周方向一箇所が局部くびれを満たしても破断しない遅延効果により成形限界高さを低く見積もるが、穴広げ率を応力空間に変換したクライテリアを破断判定に用いることで良好な精度で破断を予測できることが判る。 20 and 21 show the results of predicting fracture by the method of the present invention. When the conventional `` necking limit stress line '' is used for fracture criteria in stretch flange deformation, there is a strain gradient inward from the end of the material and a delay effect that does not break even if one circumferential direction satisfies the local neck Thus, it is understood that the fracture limit can be predicted with good accuracy by using a criterion in which the hole expansion rate is converted into a stress space for fracture determination.
(実施例3)
以下、上述した本発明の概括的構成を踏まえ、具体的な実施例について図面を参照しながら説明する。
図22は、本実施例による破断予測装置の主要構成を示すブロック図である。
この破断予測装置は、金属材料からなる薄板について、1つ以上の変形経路変化を含む過程における薄板の破断発生の有無を予測するものであり、比例負荷経路で歪み空間の破断限界線を推定する推定部1と、比例負荷経路で得られた歪み空間の破断限界線を応力空間の破断限界線に変換する変換部2と、応力空間の破断限界線により破断発生の有無を判断する破断判定部3と、破断判定部3による判定結果等を表示する表示部4とを備えて構成されている。
(Example 3)
Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings based on the above-described general configuration of the present invention.
FIG. 22 is a block diagram showing the main configuration of the fracture prediction device according to this embodiment.
This fracture prediction device predicts whether or not a thin plate breaks in a process including one or more deformation path changes for a thin plate made of a metal material, and estimates a fracture limit line of a strain space using a proportional load path. An
推定部1は、例えば単軸引張試験から得られる応力−歪み曲線の近似式
推定部1は、単軸引張試験から得られる応力−歪み曲線の近似式
なお、本例では、歪み空間の破断限界線を推定部1を用いて理論的に推定する場合について例示したが、歪み空間の破断限界線を推定部1を用いずに実験的に測定しても良い。具体的には、歪み空間の破断限界線は、薄板について複数の面内歪み比を比例負荷実験により求めた後、それぞれの歪み比における最大破断限界歪みε1及び最小破断限界歪みε2の測定値を用いて得られる。
In this example, the case where the rupture limit line of the strain space is theoretically estimated using the
変換部2は、歪み空間の破断限界線を応力空間の破断限界線に変換する際に、塑性歪みの増分則として降伏曲面の垂直則を用いて上記の変換を行う。具体的には、上述したように、相当塑性歪みεeqと各歪み成分εijとの関係式であるMisesの降伏関数
破断判定部3は、変換部1により変換された応力空間の破断限界線と、塑性変形過程の有限要素法によるシミュレーションの結果から得られる各部位の歪み状態との位置関係を比較することで評価し、変形過程の歪みがこの限界歪みに達したときに破断、もしくは、その危険性が高いと判断する。ここで、数値解析の手法として有限要素法の1つである動的陽解法を用いる。この場合、動的陽解法により得られる塑性歪みを応力に変換し、応力空間の破断限界線と比較する。
The
なお、破断判定部3は、上記のシミュレーションを行う代わりに、実験により評価された薄板の変形状態から得られた歪みを応力に換算し、応力空間の破断限界線を用いて破断発生の有無を定量的に評価するようにしても良い。
Instead of performing the above simulation, the
ここで、自動車部材の衝突解析のように、薄板に高速変形が生じる場合には、破断判定部3は、薄板の変形応力の速度依存性を考慮して数値解析を実行し、当該数値解析から得られた塑性歪みを変換して基準歪み速度における応力を算出し、基準歪み速度に対応した応力空間の破断限界線と比較する。
Here, when high-speed deformation occurs in the thin plate as in the collision analysis of the automobile member, the
図23は、本実施例による破断予測方法により、金属材料からなる薄板の成形過程において破断予測を行う場合の各ステップを示すフロー図である。
先ず、ユーザが入力した薄板の材料及び機械的特性値(t,YP,TS,El,U.El,r値、
n乗硬化則/Swift硬化則)に基づき、推定部1は、比例負荷経路で歪み空間の破断限界線を推定する(ステップS1)。
FIG. 23 is a flowchart showing each step in the case where fracture prediction is performed in the process of forming a thin plate made of a metal material by the fracture prediction method according to this embodiment.
First, the material and mechanical characteristic values (t, YP, TS, El, U.El, r value,
Based on the n-th power hardening law / Swift hardening law), the estimating
続いて、変換部2は、例えばMisesの降伏関数を用いて、実験的に測定された歪み空間の破断限界線を応力空間の破断限界線に変換し、応力FLDを作成する(ステップS2)。
Subsequently, the
続いて、破断判定部3は、変換部1により変換された応力空間の破断限界線と、塑性変形過程の有限要素法(ここでは動的陽解法)によるシミュレーションの結果から得られる各部位の歪み状態との位置関係を比較することで評価し、破断或いはその危険性を判断する(ステップS3)。
Subsequently, the
ステップS3において、限界歪みに達し、薄板に破断が生じる、或いはその危険性が高いと判定された場合には、破断判定部3は、以下の緒処理を実行する(ステップS4)。
要素ID、薄板の板厚、歪み、応力情報をログファイルに出力する。更に、クライテリアに達した要素を消去し、破断後の解析を継続する。
In step S3, when it is determined that the critical strain has been reached and the thin plate is ruptured or has a high risk, the
Outputs element ID, sheet thickness, strain, and stress information to a log file. Furthermore, the elements that have reached the criteria are deleted, and the analysis after the fracture is continued.
続いて、表示部4に以下の各種表示が行われる(ステップS5)。
薄板に破断が生じる危険性がスカラー量でコンター表示される。また、応力空間で破断危険部位の応力履歴及びクライテリアが表示される。併せて、薄板におけるしわ発生の危険性もコンター表示される。ここで、出荷試験値の規格内におけるばらつき(平均値、下限値)に対して、破断の危険性を表示するようにしても良い。
Subsequently, the following various displays are performed on the display unit 4 (step S5).
The risk of breakage of the thin plate is contoured with a scalar amount. In addition, the stress history and criteria of the fracture risk site in the stress space are displayed. At the same time, the risk of wrinkling in the thin plate is displayed in contour. Here, the risk of breakage may be displayed for the variation (average value, lower limit value) within the standard of the shipping test value.
一方、ステップS3において、破断が生じる可能性がない、或いはその危険性が低いと判定された場合には、ステップS6においてその旨が表示部4に表示される。
On the other hand, if it is determined in step S3 that there is no possibility of breakage or that the risk is low, this is displayed on the
図24は、本実施例による破断予測方法により、図23の成形過程における破断予測に引き続き、衝突過程における破断予測を行う場合の各ステップを示すフロー図である。 FIG. 24 is a flowchart showing each step when the fracture prediction in the collision process is performed following the fracture prediction in the molding process of FIG. 23 by the fracture prediction method according to the present embodiment.
この場合、図23のステップS2で作成された応力FLDを引き継いで用いる。
そして、破断判定部3は、薄板の変形応力の速度依存性を考慮して数値解析を実行し、当該数値解析から得られた塑性歪みを変換して基準歪み速度における応力を算出し、基準歪み速度に対応した応力空間の破断限界線と比較し、破断、もしくは、その危険性を判断する(ステップS11)。
In this case, the stress FLD created in step S2 of FIG. 23 is taken over and used.
Then, the
このステップS11において、破断判定部3は、図23の成形過程において数値解析により評価された薄板の変形状態を、衝突過程における数値解析の初期条件として引き継ぐ。この変形状態は、薄板の板厚及び相当塑性歪み、或いは板厚、相当塑性歪み、応力テンソル及び歪みテンソルである。
In step S11, the
ステップS11において、薄板に破断が生じる、或いはその危険性が高いと判定された場合には、破断判定部3は、以下の緒処理を実行する(ステップS12)。
要素ID、薄板の板厚、歪み、応力情報をログファイルに出力する。更に、クライテリアに達した要素を消去し、破断後の解析を継続する。
In Step S11, when it is determined that the thin plate is broken or the risk is high, the
Outputs element ID, sheet thickness, strain, and stress information to a log file. Furthermore, the elements that have reached the criteria are deleted, and the analysis after the fracture is continued.
続いて、表示部4に以下の各種表示が行われる(ステップS13)。
薄板に破断が生じる危険性がスカラー量でコンター表示される。また、応力空間で破断危険部位の応力履歴及びクライテリアが表示される。併せて、薄板におけるしわ発生の危険性もコンター表示される。ここで、出荷試験値の規格内におけるばらつき(平均値、下限値)に対して、破断の危険性を表示するようにしても良い。
Subsequently, the following various displays are performed on the display unit 4 (step S13).
The risk of breakage of the thin plate is contoured with a scalar amount. In addition, the stress history and criteria of the fracture risk site in the stress space are displayed. At the same time, the risk of wrinkling in the thin plate is displayed in contour. Here, the risk of breakage may be displayed for the variation (average value, lower limit value) within the standard of the shipping test value.
一方、ステップS11において、薄板に破断が生じる可能性がない、或いはその危険性が低いと判定された場合には、ステップS14においてその旨が表示部4に表示される。
On the other hand, if it is determined in step S11 that there is no possibility that the thin plate will break or that the risk is low, this is displayed on the
以上説明したように、本実施例によれば、1つ以上の変形経路変化を含む過程における薄板の破断限界を判定するに際して、破断限界線を容易且つ効率的に求め、高い予測精度をもって破断限界を判定することが可能となる。これにより、プレス成形や衝突時の破断の危険性を定量的に評価することができ、材料・工法・構造を同時に考慮した自動車車体の効率的・高精度な開発が実現する。 As described above, according to this embodiment, when determining the fracture limit of a thin plate in a process including one or more deformation path changes, a fracture limit line is easily and efficiently obtained, and the fracture limit is obtained with high prediction accuracy. Can be determined. This makes it possible to quantitatively evaluate the risk of press forming and breakage at the time of collision, and realizes efficient and highly accurate development of an automobile body that simultaneously considers materials, construction methods, and structures.
(実施例4)
上述した実施例等による破断予測装置を構成する各構成要素(表示部4を除く)の機能は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。同様に、破断予測方法の各ステップ(図23のステップS1〜S6,図24のステップS11〜S14等)は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
Example 4
The function of each component (except for the display unit 4) constituting the fracture prediction device according to the above-described embodiment can be realized by operating a program stored in a RAM or ROM of a computer. Similarly, each step (steps S1 to S6 in FIG. 23, steps S11 to S14 in FIG. 24, etc.) of the fracture prediction method can be realized by operating a program stored in a RAM or ROM of a computer. This program and a computer-readable storage medium storing the program are included in the present invention.
具体的に、前記プログラムは、例えばCD−ROMのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記録媒体としては、CD−ROM以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワークシステムにおける通信媒体を用いることができる。ここで、コンピュータネットワークとは、LAN、インターネットの等のWAN、無線通信ネットワーク等であり、通信媒体とは、光ファイバ等の有線回線や無線回線等である。 Specifically, the program is recorded on a recording medium such as a CD-ROM or provided to a computer via various transmission media. As a recording medium for recording the program, besides a CD-ROM, a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a nonvolatile memory card, or the like can be used. On the other hand, as the program transmission medium, a communication medium in a computer network system for propagating and supplying program information as a carrier wave can be used. Here, the computer network is a WAN such as a LAN or the Internet, a wireless communication network, or the like, and the communication medium is a wired line such as an optical fiber or a wireless line.
また、本発明に含まれるプログラムとしては、供給されたプログラムをコンピュータが実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるようなもののみではない。例えば、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本発明に含まれる。また、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本発明に含まれる。 Further, the program included in the present invention is not limited to the one in which the functions of the above-described embodiments are realized by the computer executing the supplied program. For example, such a program is also included in the present invention when the function of the above-described embodiment is realized in cooperation with an OS (operating system) or other application software running on the computer. Further, when all or part of the processing of the supplied program is performed by the function expansion board or function expansion unit of the computer and the functions of the above-described embodiment are realized, the program is also included in the present invention.
例えば、図25は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図25において、1200はCPU1201を備えたパーソナルコンピュータ(PC)である。PC1200は、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶された、又はフレキシブルディスクドライブ(FD)1212より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行する。このPC1200は、システムバス1204に接続される各デバイスを総括的に制御する。
For example, FIG. 25 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of a personal user terminal device. In FIG. 25,
PC1200のCPU1201、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶されたプログラムにより、実施例の図23におけるステップS1〜S6や、図24におけるステップS11〜S14の手順等が実現される。
Steps S1 to S6 in FIG. 23 of the embodiment, steps S11 to S14 in FIG. 24, and the like are realized by a program stored in the
1203はRAMで、CPU1201の主メモリ、ワークエリア等として機能する。1205はキーボードコントローラ(KBC)であり、キーボード(KB)1209や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。
A
1206はCRTコントローラ(CRTC)であり、CRTディスプレイ(CRT)1210の表示を制御する。1207はディスクコントローラ(DKC)である。DKC1207は、ブートプログラム、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイルそしてネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク(HD)1211、及びフレキシブルディスク(FD)1212とのアクセスを制御する。ここで、ブートプログラムとは、起動プログラム:パソコンのハードやソフトの実行(動作)を開始するプログラムである。
1208はネットワーク・インターフェースカード(NIC)で、LAN1220を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、あるいは他のPCと双方向のデータのやり取りを行う。
1 推定部
2 変換部
3 破断判定部
4 表示部
DESCRIPTION OF
Claims (27)
1つ以上の変形経路変化に応じた塑性変形過程における前記薄板の破断発生を予測するにするに際して、
歪み空間の破断限界線を応力空間の破断限界線に変換する手順と、
得られた前記応力空間の破断限界線を用いて前記破断発生の有無を予測する手順と
を含むことを特徴とする破断予測方法。 A fracture prediction method for evaluating the fracture limit of a thin plate made of a metal material,
In predicting the occurrence of breakage of the thin plate in the plastic deformation process in response to one or more deformation path changes,
A procedure for converting the fracture limit line of the strain space into the fracture limit line of the stress space;
And a procedure for predicting the presence or absence of the occurrence of the fracture using the obtained fracture limit line of the stress space.
前記薄板の変形状態を数値解析により評価し、得られた歪みを応力に換算し、前記応力空間の破断限界線を用いて前記破断発生の有無を定量的に評価することを特徴とする請求項1に記載の破断予測方法。 In the procedure for predicting the presence or absence of breakage,
The deformation state of the thin plate is evaluated by numerical analysis, the obtained strain is converted into stress, and the presence or absence of the breakage is quantitatively evaluated using the break limit line of the stress space. The fracture prediction method according to 1.
前段階の前記塑性変形過程において前記数値解析により評価された前記薄板の変形状態を、後段階の前記塑性変形過程における前記数値解析の初期条件として引き継がせることを特徴とする請求項2に記載の破断予測方法。 In predicting the occurrence of breakage of the thin plate corresponding to each of the plurality of plastic deformation processes,
The deformation state of the thin plate evaluated by the numerical analysis in the plastic deformation process in the previous stage is inherited as an initial condition of the numerical analysis in the plastic deformation process in the subsequent stage. Fracture prediction method.
前記歪み空間の破断限界線は、実験から得られるものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の破断予測方法。 In the procedure of converting to the fracture limit line of the stress space,
The fracture prediction method according to any one of claims 1 to 5, wherein the fracture limit line of the strain space is obtained from an experiment.
前記歪み空間の破断限界線を、機械的特性値から理論的に推定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の破断予測方法。 In the procedure of converting to the fracture limit line of the stress space,
The fracture prediction method according to any one of claims 1 to 5, wherein the fracture limit line of the strain space is theoretically estimated from a mechanical characteristic value.
実験により評価された前記薄板の変形状態から得られた歪みを応力に換算し、前記応力空間の破断限界線を用いて前記破断発生の有無を定量的に評価することを特徴とする請求項1に記載の破断予測方法。 In the procedure for predicting the occurrence of breakage,
The strain obtained from the deformation state of the thin plate evaluated by an experiment is converted into stress, and the presence or absence of the breakage is quantitatively evaluated using a breakage limit line of the stress space. The fracture | rupture prediction method of description.
前記薄板の変形応力の速度依存性を考慮して前記数値解析を実行し、当該数値解析から得られた塑性歪みを変換して基準歪み速度における応力を算出し、前記基準歪み速度に対応した前記応力空間の破断限界線と比較することを特徴とする請求項1〜8,10,11のいずれか1項に記載の破断予測方法。 In the procedure for predicting the occurrence of breakage,
The numerical analysis is performed in consideration of the speed dependency of the deformation stress of the thin plate, the plastic strain obtained from the numerical analysis is converted to calculate a stress at a reference strain rate, and the stress corresponding to the reference strain rate is calculated. The fracture prediction method according to claim 1, wherein the fracture prediction method is compared with a fracture limit line of a stress space.
1つ以上の変形経路変化に応じた塑性変形過程における前記薄板の破断発生を予測するに際して、
歪み空間の破断限界線を応力空間の破断限界線に変換する変換手段と、
得られた前記応力空間の破断限界線を用いて前記破断発生の有無を予測する予測手段と
を含むことを特徴とする破断予測装置。 A fracture prediction device for evaluating the fracture limit of a thin plate made of a metal material,
In predicting the fracture occurrence of the thin plate in the plastic deformation process according to one or more deformation path changes,
A conversion means for converting the fracture limit line of the strain space into the fracture limit line of the stress space;
And a predicting means for predicting the presence or absence of the occurrence of the fracture using the obtained fracture limit line of the stress space.
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