JP2014006721A - Method of creating brittle fracture model - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of creating a brittle fracture model capable of simulating brittle fracture by generating the brittle fracture in a vertical direction when compression load is applied in the vertical direction.SOLUTION: In S10, a compression stress-distortion measured value and a compression fracture distortion measured value in each compression speed of a different test piece are inputted to a computer 10. In S20, the computer 10 extrapolates and interpolates the compression stress-distortion measured value and the compression fracture distortion measured value and calculates the extrapolated and interpolated values as a physical property of an FEM element group other than the compression speed. A value obtained by mutually multiplying the sum total of surface areas in each FEM shell element, a plate thickness value of the FEM shell element and mass density is balanced to measured mass of the test piece. In S40, at least either one of the plate thickness value and the compression fracture distortion of the column FEM shell element group and that of the row FEM shell element group are inputted to the computer 10 as a correction input so that fracture of the row FEM shell element group is generated prior to fracture of the column FEM shell element group.

Description

本発明は、脆性破壊モデルの作成方法に関する。   The present invention relates to a method for creating a brittle fracture model.

従来から、積雪地帯では車両の走行時に、タイヤの後方に位置するボデー外装部品下面に前記タイヤが跳ね上げた雪が付着してそのまま氷となることがある。この状態で、車両が通行路の高低差がある段差を通過する時に、段差の高い所から高さが低い所にタイヤが移動すると、前記氷が段差の高い所に衝突して、前記氷の上部が前記ボデー外装部品下面に衝撃を与えることがある。   Conventionally, when a vehicle travels in a snowy area, snow bounced up from the tire may adhere to the lower surface of the body exterior part located behind the tire and become ice as it is. In this state, when the vehicle passes through a step with a difference in height of the road, if the tire moves from a high step to a low height, the ice collides with the high step and the ice The upper part may impact the lower surface of the body exterior part.

前記の場合は、車両の着氷についての現象であるが、物に着氷した場合に、着氷した物が他の物に対して、氷を介して当たった場合、その着氷された物の変形、破損の度合いを、予めシミュレーションできれば、物の耐衝撃性の向上等に資することができる。   The above case is a phenomenon related to the icing of the vehicle, but when an object is icing, if the icing object hits another object through the ice, the icing object If the degree of deformation and breakage can be simulated in advance, it can contribute to the improvement of impact resistance of the object.

特許文献1では、車両の衝突解析を行う場合、衝撃吸収体をシェル要素でハニカム構造によりモデル化して、衝撃吸収体の衝突解析を行うことが開示されている。
特許文献5では、氷とゴム材との接触シミュレーション方法が提案され、この中で、氷モデルについて開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151561 discloses that when a vehicle collision analysis is performed, the impact absorber is modeled by a honeycomb structure with shell elements and the impact absorber is analyzed.
Patent Document 5 proposes a method for simulating the contact between ice and a rubber material, in which an ice model is disclosed.

なお、特許文献2乃至特許文献4は、本願出願時の有限要素法を利用するための物のモデル作成方法、モデル化法等が開示されている。   Patent Documents 2 to 4 disclose an object model creation method, a modeling method, and the like for using the finite element method at the time of filing this application.

特開2011−53807号公報JP 2011-53807 A 特開2001−282873号公報JP 2001-282873 A 特開2003−320824号公報JP 2003-320824 A 特開平9−91469号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-91469 特開2004−25963号公報JP 2004-25963 A

ところで、前述のようなシミュレーションを行うためには氷をモデル化して行う方が、実試験で行うよりも、手間などが削減できるため好ましい。
なお、氷を圧縮した場合、条件によって延性破壊、或いは脆性破壊を起こすことが知られている。特に、従来は、氷又は氷と同様に圧縮荷重が印加された際に脆性破壊がされるものについてのモデルがなく、このような脆性破壊モデルを利用して有限要素法(Finite Element Method)で解析を行うことは提案されていない。なお、特許文献1の衝撃吸収体のモデルは、シェル要素でハニカム構造を構成しているため、氷を圧縮したときの脆性破壊を再現するものとはならない。また、特許文献5で開示された氷モデルは、厚さ、幅、長さを有する矩形状の氷板を、小さな6面体ソリッド要素で分割することにより、モデル化されている。このモデルは、圧縮時に氷全体が、縦割りが行われるように想定されたモデルとはなっておらず、脆性破壊モデルとはならない。
By the way, in order to perform the simulation as described above, it is preferable to model the ice as compared with the actual test because it can reduce labor and the like.
It is known that when ice is compressed, ductile fracture or brittle fracture occurs depending on conditions. In particular, there has been no model of ice or brittle fracture that occurs when a compressive load is applied, as in the case of ice. By using such a brittle fracture model, the Finite Element Method is used. No analysis has been proposed. In addition, since the model of the shock absorber of patent document 1 comprises the honeycomb structure with the shell element, it does not reproduce the brittle fracture when ice is compressed. The ice model disclosed in Patent Document 5 is modeled by dividing a rectangular ice plate having a thickness, width, and length into small hexahedral solid elements. This model is not a model that assumes that the entire ice is divided vertically during compression, and is not a brittle fracture model.

本発明の目的は、縦方向に圧縮荷重が印加された場合に縦方向において脆性破壊を生じて該脆性破壊のシミュレーションができる脆性破壊モデルの作成方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for creating a brittle fracture model in which a brittle fracture occurs in the longitudinal direction when a compressive load is applied in the longitudinal direction and the brittle fracture can be simulated.

上記問題点を解決するために、請求項1の発明は、コンピュータを使用する脆性破壊モデルの作成方法であって、前記コンピュータに脆性破壊を起こす対象物のテストピースに関して得られた異なる圧縮速度毎の圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を、鉛直方向へ伸びる複数の縦列のFEMシェル要素群の間を横列のFEMシェル要素群で架橋した構成のFEM要素群における物性として入力する第1ステップと、前記コンピュータが、前記圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を外挿及び内挿補間して、前記圧縮速度以外の前記FEM要素群の物性として演算する第2ステップと、前記コンピュータが、前記FEMシェル要素毎の表面積の総和と前記FEMシェル要素の板厚値と質量密度とを乗じた値が、実測した前記テストピースの質量と釣り合わせる第3ステップと、前記コンピュータに、前記縦列のFEMシェル要素群よりも先に横列のFEMシェル要素群の破断が生ずるように前記縦列及び横列のFEMシェル要素群の前記板厚値及び圧縮破断歪みの少なくともいずれか一方を補正入力する第4ステップを含むことを特徴とする脆性破壊モデルの作成方法を要旨としている。なお、FEMは、有限要素法(Finite Element Method)の略である。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a method for creating a brittle fracture model using a computer for each of different compression speeds obtained for a test piece of an object that causes brittle fracture in the computer. Compressive stress-strain actual measurement value and compressive rupture strain actual measurement value are input as physical properties in the FEM element group having a configuration in which a plurality of vertically extending FEM shell element groups are bridged by a row FEM shell element group. A second step in which the computer extrapolates and interpolates the compression stress-strain actual measurement value and the compression fracture strain actual measurement value to calculate the physical properties of the FEM element group other than the compression speed; The computer measured the value obtained by multiplying the total surface area of each FEM shell element by the thickness value and mass density of the FEM shell element. A third step of balancing the mass of the strike pieces, and the computer of the column and row of FEM shell elements such that the computer breaks the row of FEM shell elements prior to the column of FEM shell elements. The gist of the present invention is a brittle fracture model creation method including a fourth step of correcting and inputting at least one of a thickness value and a compression fracture strain. Note that FEM is an abbreviation for Finite Element Method.

請求項2の発明は、前記第1〜第4ステップを実行して作成された脆性破壊モデルを規定するデータを前記コンピュータに記憶する第5ステップを備えることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2において、前記第1ステップでは、前記圧縮応力−歪み実測値が、ヤング率が補正された圧縮応力−歪み実測値であることを特徴とする。
The invention of claim 2 includes a fifth step of storing in the computer data defining a brittle fracture model created by executing the first to fourth steps.
The invention of claim 3 is characterized in that, in the first step, the measured compressive stress-strain value is a measured compressive stress-strain value corrected for Young's modulus in the first step. .

請求項4の発明は、請求項1又は請求項2において、前記第1ステップでは、前記圧縮破断歪み実測値が、補正された圧縮破断歪み実測値であることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項において、前記縦列のFEMシェル要素群が複数の四辺形シェル要素を節点で連結してなる四角筒部の群を含むとともに、前記横列のFEMシェル要素群が四辺形シェル要素を連結してなることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, in the first step, the actual measured value of compressive fracture strain is a corrected actual value of compressed fracture strain.
The invention of claim 5 includes a group of quadrangular cylindrical portions in which the columnar FEM shell element group is formed by connecting a plurality of quadrilateral shell elements at nodes in any one of claims 1 to 4. In addition, the FEM shell element group in the row is formed by connecting quadrilateral shell elements.

請求項1の発明によれば、縦方向に圧縮荷重が印加された場合に縦方向において脆性破壊を生じて該脆性破壊のシミュレーションができる脆性破壊モデルの作成方法を提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a method for creating a brittle fracture model in which a brittle fracture occurs in the longitudinal direction when a compressive load is applied in the longitudinal direction and the brittle fracture can be simulated.

請求項2の発明によれば、脆性破壊モデルを規定するデータが記憶されることにより、この脆性破壊モデルを再構成してシミュレータを行うことが可能となる。
請求項3の発明によれば、テストピースから得られたヤング率が補正されていることにより、脆性破壊モデルの圧縮時の脆性破壊時期を変えることができる。
According to the invention of claim 2, by storing data defining the brittle fracture model, it is possible to reconfigure the brittle fracture model and perform a simulator.
According to the invention of claim 3, since the Young's modulus obtained from the test piece is corrected, the brittle fracture time during compression of the brittle fracture model can be changed.

請求項4の発明によれば、圧縮破断歪み実測値が補正されていることにより、脆性破壊モデルの圧縮時の脆性破壊時期を変えることができる。
請求項5の発明によれば、縦列のFEMシェル要素群が複数の四辺形シェル要素を節点で連結してなる四角筒部の群からなるとともに、前記横列のFEMシェル要素群が四辺形シェル要素を連結してなることにより、請求項1の発明の脆性破壊モデルを容易に実現することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the actual measurement value of the compression fracture strain is corrected, the brittle fracture time at the time of compression of the brittle fracture model can be changed.
According to the invention of claim 5, the columnar FEM shell element group is composed of a group of quadrangular cylindrical portions formed by connecting a plurality of quadrilateral shell elements at nodes, and the row of FEM shell element groups is a quadrilateral shell element. By connecting these, the brittle fracture model of the invention of claim 1 can be easily realized.

脆性破壊モデルの概略斜視図。The schematic perspective view of a brittle fracture model. (a)は脆性破壊モデルの縦列のFEMシェル要素群の概略斜視図、(b)は横列のFEMシェル要素群の概略斜視図。(A) is a schematic perspective view of the FEM shell element group of the column of a brittle fracture model, (b) is a schematic perspective view of the FEM shell element group of a row. (a)及び(b)は、真応力−真歪み曲線図、(c)は相当応力−相当塑性歪み曲線図。(A) And (b) is a true stress-true strain curve figure, (c) is an equivalent stress-equivalent plastic strain curve figure. (a)は脆性破壊モデル作成装置の概略ブロック図、(b)は脆性破壊モデルの作成フローチャート。(A) is a schematic block diagram of a brittle fracture model creation device, and (b) is a flowchart for creating a brittle fracture model. (a)はテストピースの圧縮する前の状態の概略説明図、(b)は脆性破壊モデルを圧縮する前の状態の説明図。(A) is schematic explanatory drawing of the state before compressing a test piece, (b) is explanatory drawing of the state before compressing a brittle fracture model. (a)はテストピースの圧縮したときに脆性破壊が生じた状態の概略説明図、(b)は脆性破壊モデルを圧縮したときに脆性破壊が生じた状態の説明図。(A) is a schematic explanatory drawing of the state where the brittle fracture occurred when the test piece was compressed, and (b) was the explanatory diagram of the state where the brittle fracture occurred when the brittle fracture model was compressed. 氷のテストピースを圧縮試験したときに得られた荷重と変位の特性図。Fig. 4 is a characteristic diagram of load and displacement obtained when a compression test is performed on an ice test piece. 相当応力−相当塑性歪みの曲線図。Equivalent stress-equivalent plastic strain curve diagram. テストピースの荷重−時間曲線図。The load-time curve figure of a test piece. テストピースと脆性破壊モデルの荷重−時間曲線図Load-time curve diagram of test piece and brittle fracture model (a)、(b)は、モデルを氷とした場合の適用例の説明図。(A), (b) is explanatory drawing of the example of application when a model is made into ice. (a)、(b)は比較例のモデルの概念図。(A), (b) is a conceptual diagram of the model of a comparative example. 他の実施形態の脆性破壊モデルの概略斜視図。The schematic perspective view of the brittle fracture model of other embodiment.

以下、本発明を具体化した一実施形態の脆性破壊モデルの作成方法を図1〜図12を参照して説明する。
図4に示すように本実施形態の脆性破壊モデルの作成方法に使用する脆性破壊モデル作成装置を示している。本装置のコンピュータ10は、図示はしないが、演算処理を行うCPUと、このCPUの処理手順などが予め記憶されているROMと、前記CPUの作業用メモリとなるRAM、及びハードディスク等の不揮発性の記憶装置を備えている。また、コンピュータ10には、各種コマンド入力、及び各種データ入力を行うためのキーボート、マウス等の入力部12を備えるとともに、コンピュータが演算した結果を出力するためのディスプレイ、プリンタ等の出力部14を備える。この装置により、有限要素法を利用した脆性破壊モデルの作成及び各種の解析が行われる。
Hereinafter, a method for creating a brittle fracture model according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4, a brittle fracture model creating apparatus used in the brittle fracture model creating method of the present embodiment is shown. Although not shown, the computer 10 of this apparatus includes a CPU for performing arithmetic processing, a ROM in which processing procedures of the CPU are stored in advance, a RAM serving as a working memory for the CPU, and a nonvolatile memory such as a hard disk. Storage device. Further, the computer 10 includes an input unit 12 such as a keyboard and mouse for inputting various commands and various data, and an output unit 14 such as a display and a printer for outputting the results calculated by the computer. Prepare. With this device, a brittle fracture model using the finite element method is created and various analyzes are performed.

次に、本実施形態では、前記コンピュータ10により圧縮時に脆性破壊が行われる物のテストピースの脆性破壊モデルを作成する。
圧縮時に脆性破壊をする脆性破壊モデルの対象は、例えば、陶器、コンクリート、ガラス、氷等がある。なお、物によっては歪み速度、すなわち圧縮速度によって延性破壊を起こす場合と脆性破壊を起こす場合がある。
Next, in the present embodiment, the computer 10 creates a brittle fracture model of a test piece of an object that undergoes brittle fracture during compression.
Examples of the brittle fracture model that undergoes brittle fracture during compression include ceramics, concrete, glass, and ice. Depending on the object, ductile fracture or brittle fracture may occur depending on the strain rate, that is, the compression rate.

例えば、氷は、歪み速度に応じて延性破壊を起こす場合と、脆性破壊を起こす場合があり、歪み速度が大きいと脆性破壊を生ずることが知られている。このため、氷等のように圧縮速度によって脆性破壊又は延性破壊を生ずる場合は、脆性破壊を生ずる圧縮速度を選択する。   For example, ice is known to cause ductile fracture or brittle fracture depending on the strain rate, and it is known that brittle fracture occurs when the strain rate is high. For this reason, when brittle fracture or ductile fracture is caused by the compression speed, such as ice, the compression speed at which brittle fracture occurs is selected.

(脆性破壊モデルの対象物の物性データの取得)
次に、脆性破壊モデルの対象物に関する物性データの取得について説明する。
脆性破壊モデルの対象物が氷の場合、テストピースが環境温度により溶けない温度にするため氷点下の温度で圧縮試験を行う。なお、脆性破壊モデルの対象物が氷でない場合には、環境温度は、常温でよい。
(Acquisition of physical property data of objects of brittle fracture model)
Next, acquisition of physical property data related to the object of the brittle fracture model will be described.
When the object of the brittle fracture model is ice, the compression test is performed at a temperature below the freezing point so that the test piece does not melt due to the environmental temperature. When the object of the brittle fracture model is not ice, the ambient temperature may be room temperature.

図5(a)に示すように公知の圧縮試験機50のクロスヘッド52とテーブル54の間に脆性破壊モデルの対象物のテストピース40を挟み込みした状態にして、圧縮試験機50を作動させる。このことにより、図6(a)に示すように、脆性破壊が生ずるまでのテストピース40に掛かる負荷(荷重)と変位、及び脆性破壊が生じたときの破断歪み(圧縮破断歪み実測値)を取得する。このときの負荷(荷重)と変位が、それぞれ公称応力と、公称歪みとなる。   As shown in FIG. 5A, the compression tester 50 is operated with the test piece 40 of the object of the brittle fracture model sandwiched between the crosshead 52 and the table 54 of the known compression tester 50. As a result, as shown in FIG. 6A, the load (load) and displacement applied to the test piece 40 until the brittle fracture occurs, and the fracture strain when the brittle fracture occurs (compressed fracture strain measured value). get. The load (load) and displacement at this time become the nominal stress and the nominal strain, respectively.

本実施形態では、テストピース40に対する圧縮試験機50の圧縮速度を、複数の異なる速度でおこなって、それぞれの圧縮速度でテストピース40の公称応力σn及び公称歪みεnを取得するとともに脆性破壊が生じたときの破断歪み(圧縮破断歪み実測値)を取得する。   In this embodiment, the compression speed of the compression tester 50 with respect to the test piece 40 is performed at a plurality of different speeds, and the nominal stress σn and the nominal strain εn of the test piece 40 are obtained at each compression speed, and brittle fracture occurs. Fracture strain at the time (compressed fracture strain measured value) is acquired.

次に、上記のように得られた公称応力σnと公称歪みεnから下記式(1)及び式(2)に基づいてそれぞれ、真歪みεtrueと真応力σtrueを算出する。
εtrue=ln(1+εn) ……(1)
σtrue=σn(1+εn) ……(2)
さらに、図3(a)に示すように、この真応力σtrueと真歪みεtrueのグラフから、それぞれの圧縮速度におけるヤング率E及び降伏応力を求める。なお、脆性破壊の場合、降伏応力は破壊強度となる。
Next, the true strain εtrue and the true stress σtrue are calculated from the nominal stress σn and the nominal strain εn obtained as described above based on the following formulas (1) and (2), respectively.
εtrue = ln (1 + εn) (1)
σtrue = σn (1 + εn) (2)
Further, as shown in FIG. 3A, the Young's modulus E and the yield stress at each compression rate are obtained from the graph of the true stress σtrue and the true strain εtrue. In the case of brittle fracture, the yield stress is the fracture strength.

次に、相当応力σと相当塑性歪みεを式(3)、式(4)から求め、グラフ化する。
ε=εtrue−σtrue/E ……(3)
σ=σtrue ……(4)
図3(b)及び図3(c)は、式(3)に基づいて、図3(b)で示されている真応力−真歪み曲線Aが、図3(c)の相当応力−相当塑性歪み曲線Bに変わるところを示している。
Next, the equivalent stress σ and the equivalent plastic strain ε are obtained from the equations (3) and (4) and plotted.
ε = εtrue−σtrue / E (3)
σ = σtrue ...... (4)
3 (b) and 3 (c) show that the true stress-true strain curve A shown in FIG. 3 (b) is equivalent to the equivalent stress-of FIG. 3 (c) based on the equation (3). A place where a plastic strain curve B is changed is shown.

この相当応力−相当塑性歪み曲線Bは、圧縮で使用し、引っ張りでは使用しないため、図3(c)に示すように、プラス値であったものをマイナス値にして、これをテストピースの物性データとして使用する。相当応力−相当塑性歪み曲線は圧縮応力−歪み実測値に相当する。   Since this equivalent stress-equivalent plastic strain curve B is used for compression and not used for tension, as shown in FIG. 3C, the positive value is changed to a negative value, and this is the physical property of the test piece. Use as data. The equivalent stress-equivalent plastic strain curve corresponds to the actual measured value of compressive stress-strain.

(実施形態の作用:脆性破壊モデルの作成)
次に上記脆性破壊モデルの作成を図4(b)のフローチャートに従って説明する。なお、前述したテストピースの物性の取得が行われて、テストピースの物性データが得られているものとする。
(Operation of embodiment: creation of brittle fracture model)
Next, the creation of the brittle fracture model will be described with reference to the flowchart of FIG. It is assumed that the physical property data of the test piece has been obtained by acquiring the physical property of the test piece described above.

S10では、概略すると、作業者は、コンピュータ10に対して脆性破壊モデルの作成及び物性データ等の入力を行う。
本実施形態の脆性破壊モデルを図1、及び図2(a)、図2(b)を参照して説明する。図1に示すように、脆性破壊モデルのFEM要素群は、縦列の複数のFEMシェル要素群100と、横列の複数のFEMシェル要素群200からなる。縦列のFEMシェル要素群100は、図2(a)に示すように、4つの四角板形状のシェルSにて形成されるとともに上下端を開放する四角筒部104が縦に複数個連結された筒部体106と、モデルの外周に配置された筒部体106の横に連結され、又は独立して配置された縦連結シェル体108を含む。縦連結シェル体108は、四角板形状のシェルSが縦に複数個連結されている。なお、FEMシェル要素群100及び後述するFEMシェル要素群200を構成している四角板状のシェルSは、同一の大きさを有するものも、異なる大きさを有するものも、説明の便宜上、同一符号を付すものとする。
In general, in S10, the operator creates a brittle fracture model and inputs physical property data and the like to the computer 10.
The brittle fracture model of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.1, FIG.2 (a) and FIG.2 (b). As shown in FIG. 1, the FEM element group of the brittle fracture model is composed of a plurality of FEM shell element groups 100 in a column and a plurality of FEM shell element groups 200 in a row. As shown in FIG. 2 (a), the vertical FEM shell element group 100 is formed of four square plate-shaped shells S and a plurality of rectangular cylinder portions 104 that open upper and lower ends are vertically connected. It includes a cylindrical body 106 and a longitudinally connected shell body 108 that is connected to the side of the cylindrical body 106 arranged on the outer periphery of the model or is independently arranged. In the vertically connected shell body 108, a plurality of square plate-shaped shells S are vertically connected. Note that the rectangular plate-like shells S constituting the FEM shell element group 100 and the FEM shell element group 200 described later have the same size or different sizes for the convenience of explanation. A sign shall be attached.

前記筒部体106は、平面視した場合、相互に直交する方向において、1つ置きに点在配置されている。また、縦連結シェル体108は、モデルの外形形状を形成するために設けられている。本実施形態では、筒部体106の各四角筒部104の高さ(鉛直方向長さ)は同じにするとともに、縦連結シェル体108の各シェルの高さ(鉛直方向長さ)を同じにしている。なお、鉛直方向の各層の高さは、同じにしてもよく、或いは層毎に異なる高さとしてもよい。   When the planar view is seen in plan view, the cylindrical body bodies 106 are alternately arranged in the directions orthogonal to each other. The longitudinally connected shell body 108 is provided to form the outer shape of the model. In the present embodiment, the height (vertical length) of each rectangular tube portion 104 of the cylindrical body 106 is made the same, and the height (vertical length) of each shell of the vertically connected shell body 108 is made the same. ing. Note that the height of each layer in the vertical direction may be the same, or may be different for each layer.

このようにして、本実施形態では、前記筒部体106及び縦連結シェル体108の鉛直方向(高さ方向)の各層における前記筒部体106及び縦連結シェル体108のシェルの節点は、同じ高さすなわち、同一平面上に位置するように配置されている。   In this way, in the present embodiment, the nodes of the shells of the cylindrical portion 106 and the vertical connection shell body 108 in the respective layers in the vertical direction (height direction) of the cylindrical portion 106 and the vertical connection shell body 108 are the same. It arrange | positions so that it may be located in height, ie, the same plane.

なお、必ずしも、各層の前記筒部体106及び縦連結シェル体108のシェルの節点は同じ高さにする必要はなく、例えば、共通の斜面上に配置するようにしてもよい。
図2(b)に示すように、横列のFEMシェル要素群200は、各層において四角板状のシェルSが、前記縦列の筒部体106において隣接するもの同士を架橋するように、各層の各四角筒部104の上下両端の節点に連結されている。図2(b)では、最上層における横列のFEMシェル要素群200のシェルSを明示するため、ハッチングで描かれた部分で示している。また、最上層を除く下方の層は二点鎖線で概略の鉛直方向の位置関係を示している。本実施形態において、四角板状のシェルSは、四辺形シェル要素の例である。
Note that the nodes of the cylindrical portion 106 and the vertically connected shell body 108 of each layer do not necessarily have to have the same height, and may be arranged on a common slope, for example.
As shown in FIG. 2 (b), the FEM shell element group 200 in the row includes a rectangular plate-like shell S in each layer so that adjacent ones in the columnar body 106 are bridged. The rectangular tube portion 104 is connected to the nodes at both upper and lower ends. In FIG. 2B, in order to clearly indicate the shells S of the row FEM shell element group 200 in the uppermost layer, the shells are shown by hatching. The lower layers excluding the uppermost layer show the approximate vertical positional relationship with a two-dot chain line. In the present embodiment, the square plate-like shell S is an example of a quadrilateral shell element.

本実施形態において、縦列の筒部体106において隣接するもの同士を架橋するとは、図2(a)に示すように、P位置の筒部体106に対して、その360度の周囲に隣接したP1〜P8位置の筒部体106が、図2(b)に示すようにシェルSにより架橋されていることを意味している。図2(b)において、P,P1〜P8は、図2(a)におけるP,P1〜P8の筒部体106の位置を示している。   In the present embodiment, the adjacent cylinder parts 106 in the column are cross-linked with each other, as shown in FIG. 2A, adjacent to the 360 degree periphery of the P part cylinder 106. This means that the cylindrical body 106 at positions P1 to P8 is cross-linked by the shell S as shown in FIG. In FIG. 2B, P and P1 to P8 indicate the positions of the cylindrical portion 106 of P and P1 to P8 in FIG.

また、モデル周辺部の縦連結シェル体108の各層のシェルSに対しては、FEMシェル要素群200において各層のシェルSの節点に適宜連結されている。
なお、縦連結シェル体108は、本実施形態ではモデルの周辺形状を規定するものであるが、前記筒部体106の配置状態によっても代替することができるため、省略してもよい。
Further, the shell S of each layer of the vertically connected shell body 108 in the peripheral part of the model is appropriately connected to the node of the shell S of each layer in the FEM shell element group 200.
Note that the longitudinally connected shell body 108 defines the peripheral shape of the model in this embodiment, but may be omitted because it can be replaced by the arrangement state of the cylindrical body 106.

なお、上記脆性破壊モデルの全体の形状は、図1では円柱状にしているが、円柱状に限定するものではなく、脆性破壊モデル全体の形状は、テストピースの形状に相似した形状でよい。従って、テストピースの形状が断面多角形の柱状、円錐、四角柱、四角錐などの立体形状であれば、その形状に相似するモデルの形状とすればよい。   In addition, although the whole shape of the said brittle fracture model is made into the column shape in FIG. 1, it is not limited to a column shape, The shape similar to the shape of a test piece may be sufficient as the shape of the whole brittle fracture model. Accordingly, if the shape of the test piece is a three-dimensional shape such as a column having a polygonal cross section, a cone, a quadrangular column, or a quadrangular pyramid, the shape of the model similar to that shape may be used.

本実施形態では、シェルSを四角板状としているが、縦列のFEMシェル要素群間を横列のFEMシェル要素群200で架橋できる形状であれば、四角板状に限定するものではない。   In the present embodiment, the shell S has a square plate shape. However, the shell S is not limited to a square plate shape as long as the FEM shell element groups 200 in a row can be bridged by the FEM shell element groups 200 in a row.

従って、S10では、作業者は、図4(a)に示されている脆性破壊モデル作成装置の入力部12を使用して、モデルの作成に必要な種々の情報、例えば、脆性破壊モデルの形状、大きさ、総要素数、要素サイズ等をコンピュータ10に入力する。前記要素サイズでは、要素の板厚を含む。   Therefore, in S10, the operator uses the input unit 12 of the brittle fracture model creation apparatus shown in FIG. 4A to provide various information necessary for creating the model, for example, the shape of the brittle fracture model. , Size, total number of elements, element size, etc. are input to the computer 10. The element size includes the thickness of the element.

なお、前記要素サイズの中には、FEMシェル要素群100のシェルSの板厚及びFEMシェル要素群200のシェルSの板厚があり、この場合、FEMシェル要素群200のシェルSの板厚は、FEMシェル要素群100板厚よりも小さい値にして入力する。   The element sizes include the thickness of the shell S of the FEM shell element group 100 and the thickness of the shell S of the FEM shell element group 200. In this case, the thickness of the shell S of the FEM shell element group 200 Is input with a value smaller than the plate thickness of the FEM shell element group 100.

また、作業者は、FEMシェル要素群200のシェルSの破壊塑性歪みを、FEMシェル要素群100の破壊塑性歪みよりも小さい値にしてそれぞれコンピュータ10に入力する。ここで、FEMシェル要素群200のシェルSの板厚及び破壊塑性歪みを、FEMシェル要素群100のシェルSの板厚及び破壊塑性歪みよりも小さい値にするのは、縦方向に脆性破壊を生じやすくするためである。   In addition, the operator inputs the fracture plastic strain of the shell S of the FEM shell element group 200 to the computer 10 with a value smaller than the fracture plastic strain of the FEM shell element group 100. Here, to make the plate thickness and fracture plastic strain of the shell S of the FEM shell element group 200 smaller than the plate thickness and fracture plastic strain of the shell S of the FEM shell element group 100, brittle fracture is caused in the longitudinal direction. This is to make it easier to occur.

また、作業者は、入力部12を使用して、コンピュータ10に仮想のポアソン比及び脆性破壊モデルの仮想の質量密度を入力する。
また、S10では、作業者は、異なる圧縮速度で得られた前記テストピースの物性データ、すなわち、質量、相当応力−相当塑性歪み曲線(圧縮応力−歪み実測値)、及び破断歪み(圧縮破断歪み実測値)をコンピュータ10に入力する。
In addition, the operator inputs the virtual Poisson's ratio and the virtual mass density of the brittle fracture model to the computer 10 using the input unit 12.
In S10, the operator can also obtain physical property data of the test piece obtained at different compression speeds, that is, mass, equivalent stress-equivalent plastic strain curve (compressed stress-strain measured value), and fracture strain (compression fracture strain). (Actual measurement value) is input to the computer 10.

さらに、有限要素法を使用するために、脆性破壊モデルの境界条件(例えば、上下両端を拘束する拘束条件及び荷重条件)を入力する。前記荷重条件には、圧縮速度が含まれる。   Further, in order to use the finite element method, boundary conditions (for example, a constraint condition and a load condition for constraining both upper and lower ends) of the brittle fracture model are input. The load condition includes a compression speed.

S20では、コンピュータ10は、S10で入力された、前記脆性破壊モデル及び各種データに基づいて、各圧縮速度における前記相当応力−相当塑性歪み曲線(圧縮応力−歪み実測値)、及び破断歪み(圧縮破断歪み実測値)に基づいて、前記圧縮速度以外の圧縮速度について、外挿及び内挿補間する。この、外挿及び内挿補間は公知の方法であるため、説明を省略する。   In S20, the computer 10 calculates the equivalent stress-equivalent plastic strain curve (compressed stress-strain measured value) and the fracture strain (compression compression) at each compression speed based on the brittle fracture model and various data input in S10. Extrapolation and interpolation are performed for compression speeds other than the compression speed based on the fracture strain measurement value. Since extrapolation and interpolation are known methods, description thereof is omitted.

さらに、コンピュータ10は、前記入力されたFEMシェル要素群100の総和面積及びFEMシェル要素群200の総和面積をそれぞれ算出する。
また、コンピュータ10は、FEMシェル要素群100の総和面積と板厚と質量密度を乗じてFEMシェル要素群100の質量を算出するとともに、FEMシェル要素群200の総和面積と板厚と質量密度を乗じてFEMシェル要素群200の質量を算出し、両者の合計質量を脆性破壊モデルの質量とする。そして、コンピュータ10は、その脆性破壊モデルの質量を、テストピースの質量に釣り合わせるように補正する。補正は、例えば、質量密度、板厚等を修正することにより行う。なお、この場合にも、FEMシェル要素群200のシェルSの板厚とFEMシェル要素群100のシェルSの板厚の大小関係はくずさないものとする。
Further, the computer 10 calculates the total area of the input FEM shell element group 100 and the total area of the FEM shell element group 200, respectively.
The computer 10 calculates the mass of the FEM shell element group 100 by multiplying the total area, the plate thickness, and the mass density of the FEM shell element group 100, and calculates the total area, the plate thickness, and the mass density of the FEM shell element group 200. Multiply and calculate the mass of the FEM shell element group 200, and the total mass of both is taken as the mass of the brittle fracture model. Then, the computer 10 corrects the mass of the brittle fracture model so as to balance the mass of the test piece. The correction is performed, for example, by correcting the mass density, the plate thickness, and the like. In this case as well, the magnitude relationship between the thickness of the shell S of the FEM shell element group 200 and the thickness of the shell S of the FEM shell element group 100 is not broken.

次に、コンピュータ10は、前記入力された各種データに基づいて作成された前記脆性破壊モデルを前記境界条件の下で圧縮してシミュレートを行い、当該境界条件の下での荷重(反力)−時間カーブを作成し、出力部14(例えばディスプレイ)に出力する。   Next, the computer 10 compresses and simulates the brittle fracture model created based on the various input data under the boundary condition, and loads (reaction force) under the boundary condition. Create a time curve and output it to the output unit 14 (for example, a display).

S30では、作業者は、出力された荷重(反力)−時間カーブが、テストピースを下にして得られた荷重(反力)−時間カーブとの相違が大きければ、「NO」と判定して、S40で、入力部12から補正入力を行う。補正入力では、例えば、縦列及び横列のFEMシェル要素群の板厚値を増加、或いは減少させることを含む。又、圧縮破断歪みを補正してもよい。また、縦列及び横列のFEMシェル要素群の板厚値及び圧縮破断歪みをともに補正するようにしてもよい。この後、S20の処理をコンピュータ10に行わせる。   In S30, the operator determines “NO” if the output load (reaction force) -time curve is largely different from the load (reaction force) -time curve obtained with the test piece down. In step S40, correction input is performed from the input unit 12. The correction input includes, for example, increasing or decreasing the thickness value of the FEM shell element group in the column and the row. Further, the compression breaking strain may be corrected. Moreover, you may make it correct | amend both the plate | board thickness value and compression fracture | rupture distortion of the FEM shell element group of a column and a row. Thereafter, the computer 10 is caused to perform the process of S20.

S30において、作業者は、出力された荷重(反力)−時間カーブが、テストピースを下にして得られた荷重(反力)−時間カーブとの相違が少なければ、適正な脆性破壊モデルが作成されたとして、作業者は、S50において、前記作成した脆性破壊モデルを規定する各種データを、コンピュータ10の図示しない記憶装置に記憶させた後、この作業を終了する。   In S30, if the output load (reaction force) -time curve is little different from the load (reaction force) -time curve obtained with the test piece down, an appropriate brittle fracture model can be obtained. In step S50, the worker stores the various data defining the created brittle fracture model in a storage device (not shown) of the computer 10 and then ends this work.

上記のように作成された脆性破壊モデルは、例えば、図11(a)に示すように、車両のタイヤTの後方に位置するボデー外装部品M下面にタイヤTが跳ね上げた雪が付着してそのまま氷となった場合を脆性破壊モデルMDとして設けることができる。   For example, as shown in FIG. 11 (a), the brittle fracture model created as described above is the same as the snow which the tire T jumps up on the lower surface of the body exterior part M located behind the tire T of the vehicle. The case where it becomes ice can be provided as the brittle fracture model MD.

この場合、図11(b)に示すように、車両が通行路の高低差がある段差Dを通過する時に、段差Dの高い所から高さが低い所にタイヤTが移動すると、前記脆性破壊モデルMDが段差の高い所に衝突して、前記脆性破壊モデルMDの上部が前記ボデー外装部品下面に衝撃を与える場合のシミュレーションが可能となる。   In this case, as shown in FIG. 11 (b), when the vehicle passes through a step D having a difference in height of the passage, if the tire T moves from a place where the step D is high to a place where the height is low, the brittle fracture occurs. It is possible to perform a simulation when the model MD collides with a high step and the upper part of the brittle fracture model MD gives an impact to the lower surface of the body exterior part.

なお、モデルとして、図12(a)に示すように、シェル要素Shでハニカム構造とした場合、或いは、図12(b)に示すように、ソリッド要素S0で構成した場合は、縦割りが生じないため、共に鉛直方向に、すなわち,縦割りが生じて脆性破壊することは難しいものとなる。   As shown in FIG. 12A, when the honeycomb structure is formed by the shell element Sh as shown in FIG. 12A or when the model is constituted by the solid element S0 as shown in FIG. Therefore, it is difficult to cause brittle fracture in the vertical direction, i.e., vertically split.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1) 本実施形態のコンピュータを使用する脆性破壊モデルの作成方法では、第1ステップ(S10)においては、コンピュータ10に脆性破壊を起こす対象物のテストピースに関して得られた異なる圧縮速度毎の圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を、鉛直方向へ伸びる複数の縦列のFEMシェル要素群100の間を横列のFEMシェル要素群200で架橋した構成のFEM要素群における物性として入力する。また、第2ステップ(S20)として、コンピュータ10が、前記圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を外挿及び内挿補間して、前記圧縮速度以外の前記FEM要素群の物性として演算する。さらに、第3ステップ(S20)として、コンピュータ10が、FEMシェル要素毎の表面積の総和とFEMシェル要素の板厚値と質量密度とを乗じた値を、実測した前記テストピースの質量に釣り合わせる。
This embodiment has the following features.
(1) In the method for creating a brittle fracture model using the computer according to the present embodiment, in the first step (S10), compression at different compression speeds obtained for a test piece of an object that causes brittle fracture in the computer 10 is performed. The stress-strain actual measurement value and the compression rupture strain actual measurement value are input as physical properties in the FEM element group having a configuration in which a plurality of columnar FEM shell element groups 100 extending in the vertical direction are bridged by the row FEM shell element group 200. Further, as the second step (S20), the computer 10 extrapolates and interpolates the measured compressive stress-strain measured value and the measured compressive fracture strain, and calculates the physical property of the FEM element group other than the compression speed. To do. Furthermore, as a third step (S20), the computer 10 balances the value obtained by multiplying the total surface area of each FEM shell element, the thickness value of the FEM shell element, and the mass density with the measured mass of the test piece. .

そして、第4ステップ(S40)として、コンピュータ10に、縦列のFEMシェル要素群100よりも先に横列のFEMシェル要素群200の破断が生ずるように縦列及び横列のFEMシェル要素群の板厚値及び圧縮破断歪みの少なくともいずれか一方を補正入力する。この結果、本実施形態によれば、縦方向に圧縮荷重が印加された場合に縦方向において脆性破壊を生じて該脆性破壊のシミュレーションができる脆性破壊モデルの作成方法を提供することができる。   Then, as the fourth step (S40), the thickness values of the FEM shell element groups in the column and the row are set in the computer 10 so that the fracture of the FEM shell element group 200 in the row occurs before the FEM shell element group 100 in the column. And at least one of compression break strain and correction input. As a result, according to the present embodiment, it is possible to provide a method for creating a brittle fracture model in which when a compressive load is applied in the longitudinal direction, brittle fracture occurs in the longitudinal direction and the brittle fracture can be simulated.

(2) 本実施形態の脆性破壊モデルの作成方法では、第5ステップ(S50)として、第1〜第4ステップを実行して作成された脆性破壊モデルを規定するデータをコンピュータ10に記憶する。この結果、本実施形態によれば、脆性破壊モデルを規定するデータが記憶されることにより、この脆性破壊モデルを再構成してシミュレータを行うことが可能となる。   (2) In the brittle fracture model creation method of the present embodiment, as the fifth step (S50), data defining the brittle fracture model created by executing the first to fourth steps is stored in the computer 10. As a result, according to the present embodiment, by storing data defining the brittle fracture model, it is possible to reconfigure the brittle fracture model and perform a simulator.

(3) 脆性破壊モデルの作成方法では、縦列のFEMシェル要素群100が複数の四辺形シェル要素を節点で連結してなる四角筒部104の群を含むとともに、横列のFEMシェル要素群200が四角板状のシェルS(四辺形シェル要素)を連結してなることにより、上記(1)の脆性破壊モデルを容易に実現することができる。   (3) In the method of creating the brittle fracture model, the FEM shell element group 100 in the column includes a group of quadrangular cylindrical portions 104 formed by connecting a plurality of quadrilateral shell elements at nodes, and the FEM shell element group 200 in the row includes The brittle fracture model (1) can be easily realized by connecting the square plate-shaped shells S (quadrangular shell elements).

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・ 前記実施形態では、ヤング率をそのまま使用するようにしたが、ヤング率を補正してもよい。補正の仕方は補正倍数を乗算したり、所定値を加算又は減算することにより行うことができる。この補正後のヤング率を使用することにより、ヤング率が補正された圧縮応力−歪み実測値を使用することになる。このようにすると、テストピースから得られたヤング率が補正されていることにより、脆性破壊モデルの圧縮時の脆性破壊時期を変えることができる。
In addition, embodiment of this invention is not limited to the said embodiment, You may change as follows.
In the embodiment, the Young's modulus is used as it is, but the Young's modulus may be corrected. The correction can be performed by multiplying the correction multiple or adding or subtracting a predetermined value. By using the corrected Young's modulus, the measured compressive stress-strain value in which the Young's modulus is corrected is used. In this way, the correction of the Young's modulus obtained from the test piece makes it possible to change the brittle fracture time during compression of the brittle fracture model.

・ 前記実施形態では、破断歪み(圧縮破断歪み実測値)をそのまま使用するようにしたが、第1ステップにおいて、圧縮破断歪み実測値が、補正された圧縮破断歪み実測値としてもよい。このように、圧縮破断歪み実測値が補正されていることにより、脆性破壊モデルの圧縮時の脆性破壊時期を変えることができる。   In the embodiment, the fracture strain (actual compression fracture strain measurement value) is used as it is. However, in the first step, the compression fracture strain measurement value may be a corrected compression fracture strain measurement value. As described above, by correcting the actual measurement value of the compression fracture strain, the brittle fracture time at the time of compression of the brittle fracture model can be changed.

・ 前記実施形態の脆性破壊モデルでは、縦列のFEMシェル要素群100において、上下端を開放する四角筒部104が縦に複数個連結された筒部体106は、隣接する他の筒部体106とは間隔を置いて配置されるとともに、横列のFEMシェル要素群200のシェルSを介して、隣接する他の筒部体106の四角筒部と連結するように配置したが、脆性破壊モデルは前記実施形態の構成に限定されるものではない。   In the brittle fracture model of the above-described embodiment, in the FEM shell element group 100 in the column, the cylindrical part 106 in which a plurality of the rectangular cylindrical parts 104 that open the upper and lower ends are vertically connected is the other adjacent cylindrical part 106. Are arranged so as to be connected to a rectangular cylinder part of another adjacent cylinder part 106 through the shell S of the FEM shell element group 200 in a row, but the brittle fracture model is It is not limited to the structure of the said embodiment.

例えば、図13に示すように、各筒部体106を、四角筒部104が一列の升目状に連接された構成にする。そして、FEMシェル要素群200により、間隔を置いて配置された各列の筒部体106間を、上下に各層配置した複数のFEMシェル要素群200にて連結する。なお、図13において、最上層のFEMシェル要素群200では、シェルSの一部をハッチングで示し、残りを仮想線で示すとともに、最上層から下層のFEMシェル要素群200を、仮想線で示す。   For example, as shown in FIG. 13, each tubular body 106 is configured such that the rectangular tubular portions 104 are connected in a row of grids. Then, the FEM shell element group 200 connects the cylindrical body members 106 of each row arranged at intervals with a plurality of FEM shell element groups 200 arranged in layers above and below. In FIG. 13, in the uppermost FEM shell element group 200, a part of the shell S is indicated by hatching, the rest is indicated by virtual lines, and the FEM shell element group 200 from the uppermost layer to the lower layer is indicated by virtual lines. .

また、図示はしないが、各筒部体106を、四角筒部104が一列の升目状以外に、二列以上の升目状としても良いことをもちろんのことである。
・ 前記実施形態において、氷以外の陶器、コンクリート、ガラス等の脆性破壊モデルとして使用することはもちろんのことである。
In addition, although not shown, it goes without saying that each cylindrical body 106 may have a square shape of two or more rows, in addition to the square shape of the square cylindrical portion 104.
-In the said embodiment, of course, it uses as brittle fracture models, such as earthenware other than ice, concrete, and glass.

(実施例)
次に、実施例を図5〜10を参照して説明する。本実施例は、図1、図2に示す脆性破壊モデルの実施例である。まず、円柱状の氷のテストピース40(上下高さ:100mm、直径:40mm)を作成し、図5(a)に示す圧縮試験機50のテーブル54と52間にテストピース40を挟み込みして、4つの異なる圧縮速度で、テストピース40を圧縮して脆性破壊を生じさせて、各圧縮速度における変位と荷重を取得した。なお、圧縮試験は、環境温度−15℃で行った。また、圧縮速度は、10mm/min,50mm/min、500mm/min及び1000mm/minで行った。このとき得られた荷重−変位曲線(F−S線図)を図7に示す。
(Example)
Next, an example will be described with reference to FIGS. This example is an example of the brittle fracture model shown in FIGS. First, a cylindrical ice test piece 40 (vertical height: 100 mm, diameter: 40 mm) is prepared, and the test piece 40 is sandwiched between the tables 54 and 52 of the compression tester 50 shown in FIG. The test piece 40 was compressed at four different compression speeds to cause brittle fracture, and the displacement and load at each compression speed were obtained. The compression test was performed at an ambient temperature of -15 ° C. The compression speed was 10 mm / min, 50 mm / min, 500 mm / min, and 1000 mm / min. The load-displacement curve (FS diagram) obtained at this time is shown in FIG.

取得したデータに基づいて、各圧縮速度の真応力と真歪みのグラフを作成し、このグラフに基づいて、各圧縮速度のヤング率と降伏応力を求めた。
取得した各圧縮速度の真応力と真歪みのグラフから、相当応力−相当塑性歪み(圧縮応力−歪み実測値)曲線を求めた(図8参照)。
Based on the acquired data, a graph of the true stress and true strain at each compression rate was created, and the Young's modulus and yield stress at each compression rate were determined based on this graph.
An equivalent stress-equivalent plastic strain (compressed stress-strain measured value) curve was obtained from the obtained graph of true stress and true strain at each compression rate (see FIG. 8).

次に、コンピュータ10にこれらの物性データを入力するとともに、図1、図2のモデルの作成のために、実施形態で説明した、S10の入力を行った。
S10で入力した値は下記の通りである。
Next, these physical property data were input to the computer 10, and the input of S10 described in the embodiment was performed to create the models of FIGS.
The values input in S10 are as follows.

要素サイズ(メッシュサイズ)は3mm×3mmの四角板状とし、脆性破壊モデルの大きさは鉛直方向の長さ(上下長さ)を、100mm、直径を40mmの円柱とした。
FEMシェル要素群100の板厚を6.0mmとし、破断歪み(破壊塑性歪み)を0.009とした。又、FEMシェル要素群200の板厚を1.0mmとし、破断歪み(破壊塑性歪み)を0.005とした。
The element size (mesh size) was a square plate of 3 mm × 3 mm, and the brittle fracture model was a cylinder with a vertical length (vertical length) of 100 mm and a diameter of 40 mm.
The plate thickness of the FEM shell element group 100 was 6.0 mm, and the breaking strain (breaking plastic strain) was 0.009. The thickness of the FEM shell element group 200 was 1.0 mm, and the breaking strain (breaking plastic strain) was 0.005.

ポアソン比は、一般的な0.3とし、質量密度は、1.0E−9とした。
S20では、コンピュータ10により、各圧縮速度における前記相当応力−相当塑性歪み曲線(圧縮応力−歪み実測値)、及び破断歪み(圧縮破断歪み実測値)に基づいて、前記圧縮速度以外の圧縮速度について、外挿及び内挿補間させた。
The Poisson's ratio was generally 0.3, and the mass density was 1.0E-9.
In S20, a compression speed other than the compression speed is calculated by the computer 10 on the basis of the equivalent stress-equivalent plastic strain curve (compressed stress-strain measured value) and fracture strain (compressed fracture strain measured value) at each compression speed. Extrapolation and interpolation were performed.

そして、コンピュータ10により、前記入力されたFEMシェル要素群100の総和面積及びFEMシェル要素群200の総和面積をそれぞれ算出させ、FEMシェル要素群100の総和面積と板厚と質量密度を乗じてFEMシェル要素群100の質量を算出するとともに、FEMシェル要素群200の総和面積と板厚と質量密度を乗じてFEMシェル要素群200の質量を算出し、両者の合計質量を脆性破壊モデルの質量とした。そして、コンピュータ10は、その脆性破壊モデルの質量を、テストピースの質量に釣り合わせるようにした。   Then, the computer 10 calculates the total area of the input FEM shell element group 100 and the total area of the FEM shell element group 200, respectively, and multiplies the total area, plate thickness, and mass density of the FEM shell element group 100 by FEM. The mass of the shell element group 100 is calculated, and the mass of the FEM shell element group 200 is calculated by multiplying the total area, plate thickness, and mass density of the FEM shell element group 200, and the total mass of both is calculated as the mass of the brittle fracture model. did. The computer 10 balances the mass of the brittle fracture model with the mass of the test piece.

この後、有限要素法により、前記入力された各種データに基づいて作成された前記脆性破壊モデルを前記境界条件の下で圧縮してシミュレートを行い、当該境界条件の下での荷重(反力)−時間カーブを作成し、出力部14(例えばディスプレイ)に出力させた。   Thereafter, the brittle fracture model created on the basis of the various input data is compressed and simulated under the boundary condition by a finite element method, and the load (reaction force) under the boundary condition is simulated. -A time curve was created and output to the output unit 14 (for example, a display).

図5(b)は、シミュレートしたときの、圧縮前の脆性破壊モデルを示している。なお、脆性破壊モデルにおいて、説明の便宜上、FEMシェル要素群100にはハッチングを施して図示されている。図6(b)は、脆性破壊されたときの状態を示す脆性破壊モデルを示している。このようにして、縦方向において、脆性破壊モデルが脆性破壊されたことが確認できた。   FIG. 5B shows a brittle fracture model before compression when simulated. In the brittle fracture model, for convenience of explanation, the FEM shell element group 100 is hatched. FIG. 6B shows a brittle fracture model showing a state when the brittle fracture occurs. Thus, it was confirmed that the brittle fracture model was brittle fracture in the vertical direction.

また、図9は、テストピース40を圧縮速度1000mm/minで行ったときの、荷重(反力)−時間カーブ(荷重−時間曲線)を示している。図10は、テストピース40を圧縮速度1000mm/minで行ったときの前記荷重−時間曲線と、脆性破壊モデルにおいて、圧縮速度1000mm/minで行ったときの荷重−時間曲線を合わせて図示したものである。図10に示すように、脆性破壊モデルと、テストピースの荷重−時間曲線の近似が可能となったことが示されている。   FIG. 9 shows a load (reaction force) -time curve (load-time curve) when the test piece 40 is performed at a compression speed of 1000 mm / min. FIG. 10 illustrates the load-time curve when the test piece 40 is performed at a compression speed of 1000 mm / min and the load-time curve when the test piece 40 is performed at a compression speed of 1000 mm / min in the brittle fracture model. It is. As shown in FIG. 10, it is shown that the brittle fracture model and the load-time curve of the test piece can be approximated.

S…シェル、
10…コンピュータ、12…入力部、14…出力部、
100…FEMシェル要素群、104…四角筒部、106…筒部体、
108…縦連結シェル体、200…FEMシェル要素群。
S ... Shell,
10 ... Computer, 12 ... Input unit, 14 ... Output unit,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... FEM shell element group, 104 ... Square cylinder part, 106 ... Tube part body,
108: longitudinally connected shell body, 200: FEM shell element group.

Claims (5)

コンピュータを使用する脆性破壊モデルの作成方法であって、
前記コンピュータに脆性破壊を起こす対象物のテストピースに関して得られた異なる圧縮速度毎の圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を、鉛直方向へ伸びる複数の縦列のFEMシェル要素群の間を横列のFEMシェル要素群で架橋した構成のFEM要素群における物性として入力する第1ステップと、
前記コンピュータが、前記圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を外挿及び内挿補間して、前記圧縮速度以外の前記FEM要素群の物性として演算する第2ステップと、
前記コンピュータが、前記FEMシェル要素毎の表面積の総和と前記FEMシェル要素の板厚値と質量密度とを乗じた値を、実測した前記テストピースの質量に釣り合わせる第3ステップと、
前記コンピュータに、前記縦列のFEMシェル要素群よりも先に横列のFEMシェル要素群の破断が生ずるように前記縦列及び横列のFEMシェル要素群の前記板厚値及び圧縮破断歪みの少なくともいずれか一方を補正入力する第4ステップを含むことを特徴とする脆性破壊モデルの作成方法。
A method for creating a brittle fracture model using a computer,
The measured compressive stress-strain and measured compressive strain at different compression speeds obtained for the test piece of the object causing the brittle fracture in the computer are measured between a plurality of FEM shell element groups extending in the vertical direction. A first step of inputting as physical properties in a group of FEM elements having a structure crosslinked with a group of FEM shell elements in a row;
A second step in which the computer extrapolates and interpolates the compression stress-strain actual measurement value and the compression rupture strain actual measurement value to calculate the physical property of the FEM element group other than the compression speed;
A third step in which the computer balances the value obtained by multiplying the total surface area of each FEM shell element by the thickness value and mass density of the FEM shell element with the measured mass of the test piece;
At least one of the plate thickness value and compressive fracture strain of the column and row FEM shell element groups so that the computer breaks the row FEM shell element groups before the column FEM shell element groups. A method of creating a brittle fracture model, comprising a fourth step of correcting and inputting
前記第1〜第4ステップを実行して作成された脆性破壊モデルを規定するデータを前記コンピュータに記憶する第5ステップを備えることを特徴とする請求項1に記載の脆性破壊モデルの作成方法。   The brittle fracture model creation method according to claim 1, further comprising a fifth step of storing data defining the brittle fracture model created by executing the first to fourth steps in the computer. 前記第1ステップでは、前記圧縮応力−歪み実測値が、ヤング率が補正された圧縮応力−歪み実測値であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の脆性破壊モデルの作成方法。   3. The method for creating a brittle fracture model according to claim 1, wherein, in the first step, the actual measured value of compressive stress-strain is an actual measured value of compressive stress-strain corrected for Young's modulus. . 前記第1ステップでは、前記圧縮破断歪み実測値が、補正された圧縮破断歪み実測値であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の脆性破壊モデルの作成方法。   3. The method for creating a brittle fracture model according to claim 1, wherein in the first step, the actual measured value of compressive fracture strain is a corrected actual measured value of compressive fracture strain. 前記縦列のFEMシェル要素群が複数の四辺形シェル要素を節点で連結してなる四角筒部の群を含むとともに、前記横列のFEMシェル要素群が四辺形シェル要素を連結してなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の脆性破壊モデルの作成方法。   The FEM shell element group in the column includes a group of quadrangular cylindrical portions formed by connecting a plurality of quadrilateral shell elements at nodes, and the FEM shell element group in the row includes a quadrilateral shell element. The method for creating a brittle fracture model according to any one of claims 1 to 4.
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