JP2013088365A - 塑性に伴う体積変化に関係するパラメータを考慮した機械特性作成システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、塑性に伴う体積変化に関係するパラメータを考慮した「真ひずみ−真応力」関係を求める方法を、塑性に伴う体積変化に関係するパラメータがポアソン比と等価で変化の無い物として仮の「真ひずみ−真応力」関係を推定し、仮の「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係を思考錯誤して推定し、材料構成則に入力する適正な機械特性の作成に多大な労力が掛かる二つの要因を独立した推定を行う思考錯誤のプロセス1と思考錯誤のプロセス2を用いることにより飛躍的に少ない繰返しで適正な機械特性を作成する。
【選択図】図1
Description
詳細なアルゴリズムとして後に説明するステップ1からステップ10で構成される手段を有することを特徴とするシステムである。
体積変化に関係するパラメータはポアソン比、体積塑性ひずみ、塑性変形に伴うボイド率など様々あるが、以下の説明ではポアソン比を用いる。
一つに、体積変化に関係するパラメータを測定できる試験法を導入し、ネッキング状態の局部塑性を含む測定データから精度の高い比較基準「S−P」関係を得ることで、思考錯誤の回数が少なくても従来の手法より大幅に精度の高い機械特性を得ることが出来ることにある。
二つ目に、推定の試行錯誤の回路を二つに分けることでそれぞれの回路が短縮され、推定を容易にすることで試行錯誤の繰り返し数が減ることにある。
三つ目に、推定の試行錯誤の回路を二つに分け独立した試行錯誤をすることで、思考錯誤の繰返し回数は、二つの試行錯誤を同じ回路で行う場合の回数に対し大幅に少なくなることである。推定の容易さからg>n、h>mは明らかであり、試行錯誤の繰り返し回数は(g×h)>(n×m)>(n+m)、(ただし、g、h、m、nはすべて2以上)となる。
四つ目に、思考錯誤の繰り返しが削減されるため、遺伝的アルゴリズム等の導入による機械特性決定の自動化を促進できることにある。
五つ目に、弾性ひずみ増分および塑性ひずみ増分を直列結合する種類の弾塑性材料構成則すべてに適用できる汎用性があり、体積塑性ひずみ増分を0として金属材料構成則にも適用できることにある。
これらの総合効果は、幅広い種類の弾塑性材料構成則に適用でき、精度の高い機械特性を早く作成することができる。
本発明によるシステムは、初めに運用する材料構成則を定めシミュレーションとの関係で必要な相関条件を設定する。次に対象とする材料を用いてステップ1で、縦ひずみ・横ひずみ・応力等データを取得する。材料試験の方法は一軸引張り試験法、二軸引張り試験法、一軸圧縮試験法、二軸圧縮試験法の何れかを適用する事が出来る。全ひずみの縦横比を取得するためにデジタル画像相関法を用いた試験データから「変位−荷重」関係(A1)及び「真ひずみ−見かけポアソン比」関係(B1) 、「公称ひずみ−公称応力」関係(C1)を出力する。
判定がYESを得たときA2を正とする仮の「S-S」関係(A4)を得る。
判定がNoであれば思考錯誤法のプロセス1を用いた推定と判定の繰返しを行う。
判定がYESを得たときにA2又はA5-iを正とする仮の「S-S」関係(A4)を得る。
判定がNoであれば試行錯誤法プロセス1を用いた推測と判定を繰返して行う。
判定がYESを得たときB6又はB10-jを正とする仮の「S-P」関係(B9)を得る。同時に、A7-jを正とするA9を得る。
判定がNoであれば試行錯誤法プロセス2を用いた推定と判定の繰返しを行う。
判定がYESを得たときB10-jを正とする「S-P」関係(B9)を得る。同時に、A7を正とするA9を得る。
判定がNoであれば試行錯誤法プロセス2を用いた推定と判定を繰返して行う。
本実施例で扱う樹脂用材料構成則SAMP-1は非関連塑性構成式で記述される(非特許文献1)。数10に降伏関数 f 、数7に塑性ポテンシャルgを示す.数10に示す係数は、3種類の静的材料試験結果から決定する。例えば、引張・圧縮・せん断特性の「真応力−塑性ひずみ」曲線を入力することで、それら係数は決まる。塑性ポアソン比は体積塑性ひずみ増分を決定するパラメータである。例えば、1軸引張状態では、体積塑性ひずみ増分は数12のように比例する。塑性ポアソン比が 0.5 の場合は体積ひずみ増分が0となり、つまり塑性変形は非圧縮性となる。一方、塑性ポアソン比が0より大きく0.5より小さい場合は体積ひずみ分が0 より大きくなるため、塑性変形に伴い体積は変化する.クレイズ現象のボイド拡張は、この材料構成則では、塑性ポアソン比によって表現することが可能である。
従って、シミュレーションとの関係する相関条件は、仮の「真ひずみ−真応力」関係と仮の「相当塑性ひずみー塑性ポアソン比」をダイレクトに入力する条件とする。
従来手法の誤差30%を大幅に上回る成果を得た。
2 : 仮の「相当塑性ひずみ−塑性ポアソン比」関係の試行錯誤法プロセス
3 : 仮の「相当塑性ひずみ−塑性ポアソン比」関係を既知のものと断定して設定した場合の短絡プロセス
Claims (13)
- 有限要素法等シミュレーションに用いる機械特性を求めるシステムにおいて、塑性ポアソン比がポアソン比と異なる材料からなる構造体の「真ひずみ−真応力」関係と「相当塑性ひずみ−運用するところの材料構成則に応じた塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係を作成するシステムであって、材料引張試験又は圧縮試験で「変位−荷重」関係および「公称ひずみ−公称応力」関係とともに「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係を測定によって得て、その試験を模擬するシミュレーションによって「変位−荷重」関係と「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係を得て、両者の一致性を判定して材料構成則へ入力される機械特性を作成する方法で、少なくとも「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係を測定によって得て、その試験を模擬するシミュレーションによって「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係を得て、両者の一致性を判定する手段を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係を得るために、デジタル画像相関法等による試験片の微細な領域の塑性の変化の全塑性領域を2次元ないし3次元変形データで取得する手段を有することを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、仮の「真ひずみ−真応力」関係を推定し材料引張試験又は圧縮試験を模擬するシミュレーションによって得られる「変位−荷重」関係と材料引張試験又は圧縮試験で得た「変位−荷重」関係の一致性を判定する手段と、仮の「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係を推定し材料引張試験又は圧縮試験を模擬するシミュレーションによって得られる「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係と材料引張試験又は圧縮試験で得た「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係の一致性を判定する手段を有し、それぞれが独立して思考錯誤法を繰り返して適正なそれぞれの関係を見出すことを特徴とするシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、塑性に伴う体積変化に関係するパラメータが弾性変形時と等価で変化の無い物として仮の「真ひずみ−真応力」関係を作成することを特徴とするシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「真ひずみ−真応力」関係を体積変化に関係するパラメータから推定した仮の「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係に対応した真の「真ひずみ−真応力」関係を作成することを特徴とするシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「真ひずみ−真応力」関係を複数推定しそれらを同時に比較し最適な関係を選択し材料引張試験又は圧縮試験を模擬するシミュレーションによって得られる「変位−荷重」関係と材料引張試験又は圧縮試験で得た「変位−荷重」関係の一致性を判断する手段を有し、試行錯誤法プロセス1の思考錯誤法を最少回数繰り返すことを特徴とするシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係を複数推定しそれらを同時に比較し最適な関係を選択し材料引張試験又は圧縮試験を模擬するシミュレーションによって得られる「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係と材料引張試験又は圧縮試験で得た「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係の一致性を判断する手段を有し、試行錯誤法プロセス2の思考錯誤法を最少回数繰り返すことを特徴とするシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係を既知のものと断定して設定しステップ8‐j、ステップ9−jでの判定を省略してステップ9−jでB6をB9と定義することを可能にする特長とするシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係の推定を非圧縮性モデルを用いて実施することで、金属材料の「真ひずみ−真応力」関係を決定することを特徴としたシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「真ひずみ−真応力」関係の推定と判定の試行錯誤法プロセスが最少で3ステップ数であることを特長とするシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係の推定と判定の試行錯誤法プロセスが最少で4ステップであることを特長とするシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「真ひずみ−真応力」関係推定手段と、材料試験を模擬したシミュレーションにより「変位−荷重」関係を求める手段と、材料試験により得られた「変位−荷重」関係と引張試験を模擬したシミュレーションにより求めた「変位−荷重」関係を比較し、その一致性を判定する手段の繰り返しを、遺伝的アルゴリズム等により自動的に繰返し最適な仮の「真ひずみ−真応力」関係を決定する手段を有することを特徴としたシステム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、仮の「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係推定手段と、材料試験を模擬したシミュレーションにより「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係を求める手段と材料試験により得られた「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係と材料試験を模擬したシミュレーションにより求めた「真ひずみ−体積変化に関係するパラメータ」関係を比較し、その一致性を判定する手段の繰り返しを、遺伝的アルゴリズムにより自動的に繰返し最適な「相当塑性ひずみ−塑性に伴う体積変化に関係するパラメータ」関係を決定する手段を有することを特徴としたシステム。
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