JP2014137747A - Structure analyzer, structure analysis method, and structure analysis program - Google Patents

Structure analyzer, structure analysis method, and structure analysis program Download PDF

Info

Publication number
JP2014137747A
JP2014137747A JP2013006650A JP2013006650A JP2014137747A JP 2014137747 A JP2014137747 A JP 2014137747A JP 2013006650 A JP2013006650 A JP 2013006650A JP 2013006650 A JP2013006650 A JP 2013006650A JP 2014137747 A JP2014137747 A JP 2014137747A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particle
state
stress
elastic
calculating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013006650A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Suzuki
勝也 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2013006650A priority Critical patent/JP2014137747A/en
Publication of JP2014137747A publication Critical patent/JP2014137747A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure analyzer capable of accurately analyzing even a structure switched from an elastic state to a plastic state.SOLUTION: A structure analyzer 1 includes: material state computation means 3 which computes an acceleration of each particle of model data 2 and computes incremental strain after time increment, from the acceleration; material state determination means 4 which determines which of an elastic state and a plastic state the particle after time increment is in, in accordance with a stored state of each particle and the incremental strain; breakdown determination means 5 which, if the particle is in the elastic state, computes elastic stress of the particle to determine whether the particle is broken down or not; stress correction computation means 6 which, if it is broken down, computes corrected stress of the particle and corrects and stores the state of the particle; and termination determination processing means 7 which outputs the stored state of each particle to the outside.

Description

本発明は、構造解析装置、構造解析方法、および構造解析プログラムに関し、特に構造物が弾性状態から塑性状態に遷移する際にも正確な解析を可能とする構造解析装置等に関する。   The present invention relates to a structure analysis apparatus, a structure analysis method, and a structure analysis program, and more particularly to a structure analysis apparatus that enables accurate analysis even when a structure transitions from an elastic state to a plastic state.

構造物の変形、たとえば金属の切削加工やプレス加工などにおいて加工が行われている最中の当該構造物の挙動をシミュレーションする手法の一つとして、有限要素法が知られている。その一例として、非特許文献1には金属板の切削加工に対して有限要素法を適用し弾塑性解析を行うための手法が記載されている。   A finite element method is known as one of the techniques for simulating the behavior of a structure during the process of deformation of the structure, for example, metal cutting or pressing. As an example, Non-Patent Document 1 describes a technique for performing an elasto-plastic analysis by applying a finite element method to cutting of a metal plate.

金属は、切削加工が進むと変形して、弾性状態から永久変形が残る塑性状態に遷移する。その際、弾性の応力増分−歪増分の関係式から応力増分を算出してこれを時間増分前の応力に加算し、現時間の応力を算出する。弾塑性理論では応力は降伏曲面の方程式を満たすと考えられているが、弾性の応力増分−歪増分の関係式から算出した応力はその方程式を満たさない。そのため、状態の遷移に応じて歪や応力を修正する必要がある。   The metal is deformed as the cutting process proceeds, and transitions from an elastic state to a plastic state in which permanent deformation remains. At that time, the stress increment is calculated from the relational expression of elastic stress increment-strain increment, and this is added to the stress before the time increment to calculate the current stress. In the elastoplastic theory, it is considered that the stress satisfies the equation of the yield surface, but the stress calculated from the relational expression of elastic stress increment-strain increment does not satisfy the equation. Therefore, it is necessary to correct distortion and stress according to the state transition.

一方、そのような構造物の挙動をシミュレーションする手法で、近年活発に研究がなされ注目されている手法の一つとして、粒子法がある。その中でも特に、SPH(Smoothed Particle Hydrodynemics)やMPS(Moving Particle Simulation)などの手法が広く用いられている。   On the other hand, as a method for simulating the behavior of such a structure, there is a particle method as one of the methods that have been actively researched and attracted attention in recent years. Among them, methods such as SPH (Smoothed Particle Hydrodynemics) and MPS (Moving Particle Simulation) are widely used.

粒子法は、大きさが同一の複数の粒子によって構造物をモデル化するので、要素単位でモデルを作成しなければならない有限要素法に比べて、複雑な形状の構造物でも短時間で容易にモデルを作成できるという利点がある。また、構造物が大きく変形する場合には、有限要素法では要素が潰れるので解析のために要素作成を何回もやり直すことが必要になるが、粒子法ではその必要がないという利点もある。   In the particle method, a structure is modeled by a plurality of particles of the same size, so it is easier and quicker for structures with complex shapes than the finite element method, in which a model must be created for each element. There is an advantage that a model can be created. In addition, when the structure is greatly deformed, the element is crushed by the finite element method, so it is necessary to repeat element creation for analysis, but the particle method has an advantage that it is not necessary.

これに関連する技術文献として、以下の各々がある。その中でも特許文献1には、シェル要素モデルによって金属のプレス加工をシミュレートするという解析方法が記載されている。特許文献2には、第1及び第2構造体の接触による変形を、粒子モデルによってシミュレートするという方法が記載されている。特許文献3には、アルミニウムの鋳塊形状の予測を凝固温度解析と弾塑性応力解析によって行うという技術が記載されている。   As technical literature related to this, there are the following. Among them, Patent Document 1 describes an analysis method of simulating metal pressing by a shell element model. Patent Document 2 describes a method of simulating deformation due to contact between the first and second structures using a particle model. Patent Document 3 describes a technique in which the ingot shape of aluminum is predicted by solidification temperature analysis and elastoplastic stress analysis.

特許文献4には、動的陽解法有限要素法で応力の計算結果の過度な振動を抑制するという技術が記載されている。特許文献5には、多孔質部材が破壊応力に達した場合に要素応力=0とするという非線形計算解析方法が記載されている。特許文献6には、弾性応力テンソルから弾性ストレス状態を算出するという材料解析方法が記載されている。   Patent Document 4 describes a technique of suppressing excessive vibration of a stress calculation result by a dynamic explicit finite element method. Patent Document 5 describes a nonlinear calculation analysis method in which element stress = 0 when a porous member reaches a fracture stress. Patent Document 6 describes a material analysis method in which an elastic stress state is calculated from an elastic stress tensor.

特許文献7には、非線形固体問題を有する対象物に対しても重合メッシュ法を適用可能という有限要素解析方法が記載されている。特許文献8には、人体の血管内部の血流を分析するという超音波診断装置が記載されている。特許文献9には、構造物を複数の要素に分割して有限要素法によって解析するという構造解析装置が記載されている。   Patent Document 7 describes a finite element analysis method in which the superposition mesh method can be applied to an object having a nonlinear solid problem. Patent Document 8 describes an ultrasonic diagnostic apparatus that analyzes blood flow inside a blood vessel of a human body. Patent Document 9 describes a structure analysis apparatus in which a structure is divided into a plurality of elements and analyzed by a finite element method.

特開2004−042098号公報JP 2004-042098 A 特開2008−152423号公報JP 2008-152423 A 特開平11−057947号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-057947 特開2001−201408号公報JP 2001-201408 A 特開2005−308595号公報JP 2005-308595 A 特開2006−313094号公報JP 2006-313094 A 特開2009−086807号公報JP 2009-086807 A 特開2010−125203号公報JP 2010-125203 A 特開2010−230644号公報JP 2010-230644 A

真鍋他、「陰解法弾塑性有限要素法による切削機構の解析−radial return法による定式化と切りくずカール解析−」、精密工学会誌、vol.62、No.8、1996年Manabe et al., “Analysis of Cutting Mechanism by Implicit Elastic-Plastic Finite Element Method: Formulation and Chip Curl Analysis by Radial Return Method”, Journal of Precision Engineering, vol. 62, no. 8, 1996

金属の切削加工など、構造物の弾塑性特性を考慮する必要がある構造解析においても、粒子法を適用できれば、上記のような利点を生かして高精度のシミュレーションを短時間で行うことができるであろうと考えられており、実際にそのような試みも一部で行われている。   Even in structural analysis that needs to take into account the elasto-plastic properties of structures, such as metal cutting, if the particle method can be applied, high-precision simulations can be performed in a short time by taking advantage of the above advantages. It is thought that this is the case, and in fact, such attempts have been made in some areas.

しかしながら、既存技術に係る粒子法では、構造物の弾性状態から塑性状態への遷移は考慮されていない。構造物の変形に伴ってこの遷移が行われる場合に、前述の非特許文献1に記載の有限要素法と同様に、歪や応力の修正が必要となる。この修正がないと解析精度が大きく低下することとなる。   However, in the particle method according to the existing technology, the transition from the elastic state to the plastic state of the structure is not considered. When this transition is performed along with the deformation of the structure, it is necessary to correct the strain and stress as in the finite element method described in Non-Patent Document 1 described above. Without this correction, the analysis accuracy will be greatly reduced.

この点を解決し、弾性状態から塑性状態への遷移が行われる構造物に対しても粒子法を適用した構造解析を可能とする技術は、前述の特許文献1〜9および非特許文献1には記載されていない。   Techniques for solving this point and enabling structural analysis by applying the particle method to a structure in which a transition from an elastic state to a plastic state is performed are described in Patent Documents 1 to 9 and Non-Patent Document 1 described above. Is not listed.

本発明の目的は、弾性状態から塑性状態に遷移する構造物に対しても粒子法を適用して正確な解析を可能とする構造解析装置、構造解析方法、および構造解析プログラムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a structure analysis apparatus, a structure analysis method, and a structure analysis program that enable accurate analysis by applying a particle method to a structure that transitions from an elastic state to a plastic state. is there.

上記目的を達成するため、本発明に係る構造解析装置は、構造物を複数の粒子でモデル化し、各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置であって、モデルデータの各粒子に対して加速度を計算し、この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する材料状態計算手段と、記憶された各粒子の状態と歪増分とから、時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する材料状態判定手段と、当該粒子の状態が弾性状態である場合にその粒子の弾性応力を計算して降伏したか否かを判断する降伏判定手段と、粒子が降伏した場合に当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する応力修正計算手段と、記憶された各粒子の状態を外部に出力する終了判定処理手段とを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a structural analysis apparatus according to the present invention models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structural analysis by particle method on the model data. A structural analysis apparatus that calculates acceleration for each particle of model data, calculates a strain increment after a time increment from the acceleration, and stored state and strain of each particle The material state determining means for determining whether the particle after the time increment has passed is in an elastic state or a plastic state from the increment, and when the state of the particle is in an elastic state, the elastic stress of the particle is calculated. Yield determination means for determining whether or not the particles yielded, stress correction calculation means for correcting and calculating the stress of the particles when the particles yield, and the state of each stored particle To the outside And having a termination determination processing means for force.

上記目的を達成するため、本発明に係る構造解析方法は、構造物を複数の粒子でモデル化し、各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置にあって、モデルデータの各粒子に対して材料状態計算手段が加速度を計算し、この加速度から時間増分経過後の歪増分を材料状態計算手段が計算し、記憶された各粒子の状態に材料状態判定手段が歪増分を加算し、時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを材料状態判定手段が判断し、当該粒子の状態が弾性状態である場合に降伏判定手段がその粒子の弾性応力を計算し、この弾性応力からその粒子が降伏したか否かを降伏判定手段が判断し、粒子が降伏した場合に応力修正計算手段が当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶し、記憶された各粒子の状態を終了判定処理手段が外部に出力することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a structural analysis method according to the present invention models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structural analysis by a particle method for the model data. The material state calculating means calculates the acceleration for each particle of the model data, and the material state calculating means calculates the strain increment after the lapse of time from this acceleration. The material state determination means adds the strain increment to the particle state, the material state determination means determines whether the particle after the time increment has elapsed is in an elastic state or a plastic state, and the particle state is in an elastic state. In some cases, the yield determination means calculates the elastic stress of the particle, and from this elastic stress, the yield determination means determines whether or not the particle yields, and when the particle yields, the stress correction calculation means Stress Positive calculated by correction storage state of the particles, termination determination processing means the state of each particle stored, characterized in that the output to the outside.

上記目的を達成するため、本発明に係る構造解析プログラムは、構造物を複数の粒子でモデル化し、各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置にあって、構造解析装置が備えるプロセッサに、モデルデータの各粒子に対して加速度を計算する手順、この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する手順、記憶された各粒子の状態に歪増分を加算する手順、時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する手順、当該粒子の状態が弾性状態である場合にその粒子の弾性応力を計算する手順、この弾性応力からその粒子が降伏したか否かを判断する手順、粒子が降伏した場合に当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する手順、および記憶された各粒子の状態を終了判定処理手段が外部に出力する手順を実行させることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the structural analysis program according to the present invention models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structural analysis by the particle method for the model data. In the structural analysis apparatus for performing the above, the processor included in the structural analysis apparatus calculates the acceleration for each particle of the model data, calculates the strain increment after the time increment from the acceleration, each stored Procedure for adding strain increment to particle state, procedure for determining whether the particle is in an elastic state or a plastic state after elapse of time increment, and elastic stress of the particle when the particle state is in an elastic state A procedure to calculate whether or not the particle has yielded from this elastic stress, and a method to correct and store the state of the particle by correcting and calculating the stress of the particle when the particle yields , And the stored end determining processing means the state of each particle was characterized by executing the instructions outputted to the outside.

本発明は、上述したように、当該粒子が降伏したか否かを判断して、降伏した場合にその粒子の応力を修正計算するよう構成したので、降伏による弾性状態から塑性状態への遷移を含めた解析が可能となる。これによって、弾性状態から塑性状態に遷移する構造物に対しても粒子法を適用して正確な解析が可能であるという、優れた特徴を持つ構造解析装置、構造解析方法、および構造解析プログラムを提供することができる。   As described above, the present invention is configured to determine whether or not the particle has yielded, and to correct the stress of the particle when yielding, so that the transition from the elastic state to the plastic state due to yielding is performed. Analysis including it becomes possible. As a result, a structural analysis device, a structural analysis method, and a structural analysis program with excellent features that the particle method can be applied to a structure that transitions from an elastic state to a plastic state and an accurate analysis is possible. Can be provided.

本発明の基本形態に係る構造解析装置の構成について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the structure of the structural analysis apparatus which concerns on the basic form of this invention. 本発明の実施形態に係る構造解析装置の構成について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the structure of the structural analysis apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図2に示した構造解析装置の動作について示すフローチャートである。It is a flowchart shown about operation | movement of the structural analysis apparatus shown in FIG. 図3の続きである。It is a continuation of FIG. 図3のステップS112〜113として示した降伏判定手段および応力修正計算手段による処理の詳細について示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the detail of the process by the yield determination means and stress correction calculation means shown as steps S112-113 of FIG. 図2〜4に示した構造解析装置で行う計算の対象となる粒子モデルについて示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the particle | grain model used as the object of the calculation performed with the structural analysis apparatus shown to FIGS. 図6に示した粒子モデルで、板に衝突する直方体の接触面の中央部に位置する粒子に関して、相当塑性歪と相当応力の関係を図2〜4に示した構造解析装置でシミュレートした結果について示すグラフである。In the particle model shown in FIG. 6, the relationship between the equivalent plastic strain and the equivalent stress for the particle located at the center of the contact surface of the rectangular parallelepiped that collides with the plate is simulated by the structural analysis device shown in FIGS. It is a graph shown about.

(基本形態)
以下、本発明の基本形態の構成について添付図1に基づいて説明する。
最初に、基本形態の基本的な内容について説明し、その後でより具体的な内容について説明する。
基本形態に係る構造解析装置1は、構造物を複数の粒子でモデル化し、各粒子の状態を含むモデルデータ2を予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置であり、モデルデータの各粒子に対して加速度を計算し、この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する材料状態計算手段3と、記憶された各粒子の状態と歪増分とから、時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する材料状態判定手段4と、当該粒子の状態が弾性状態である場合にその粒子の弾性応力を計算して降伏したか否かを判断する降伏判定手段5と、粒子が降伏した場合に当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する応力修正計算手段6と、記憶された各粒子の状態を外部に出力する終了判定処理手段7とを有する。
(Basic form)
Hereinafter, the basic configuration of the present invention will be described with reference to FIG.
First, the basic contents of the basic form will be described, and then more specific contents will be described.
A structural analysis apparatus 1 according to a basic form models a structure with a plurality of particles, stores model data 2 including the state of each particle in advance, and performs structural analysis by a particle method on the model data From the material state calculation means 3 for calculating the acceleration for each particle of the model data and calculating the strain increment after the time increment from the acceleration, and the stored state of each particle and the strain increment, the time The material state determining means 4 for determining whether the particle after the incremental progress is in an elastic state or a plastic state, and whether the particle is in an elastic state, is the elastic stress of the particle calculated or yielded? Yield determining means 5 for judging whether or not, stress correction calculating means 6 for correcting and storing the state of the particle when the particle yields, and storing the state of each stored particle End output to And a constant processing means 7.

以上の構成を備える事により、この構造解析装置1は、構造物が弾性状態から塑性状態に遷移する際にも正確な解析を行うことが可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。
With the above configuration, the structural analysis apparatus 1 can perform accurate analysis even when the structure transitions from an elastic state to a plastic state.
Hereinafter, this will be described in more detail.

図1は、本発明の基本形態に係る構造解析装置1の構成について示す説明図である。構造解析装置1には、構造物を複数の粒子でモデル化して各粒子の状態を含むモデルデータ2が予め記憶されている。そして、このモデルデータ2に記憶された各粒子の状態に対して、材料状態計算手段3、材料状態判定手段4、降伏判定手段5、応力修正計算手段6、終了判定処理手段7が順次計算を行い、その結果を外部に対して出力する。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a structural analysis apparatus 1 according to the basic form of the present invention. In the structural analysis apparatus 1, model data 2 including a state of each particle obtained by modeling a structure with a plurality of particles is stored in advance. The material state calculation means 3, the material state determination means 4, the yield determination means 5, the stress correction calculation means 6, and the end determination processing means 7 sequentially calculate the state of each particle stored in the model data 2. And output the result to the outside.

材料状態計算手段3は、各粒子に対して加速度を計算し、この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する。材料状態判定手段4は、記憶された各粒子の状態と歪増分とから、時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する。その粒子の状態が弾性状態である場合に、降伏判定手段5はその粒子の弾性応力を計算して降伏したか否かを判断する。   The material state calculation means 3 calculates an acceleration for each particle, and calculates a strain increment after a lapse of time from this acceleration. The material state determination means 4 determines whether the particle after the time increment has elapsed is in an elastic state or a plastic state from the stored state of each particle and the strain increment. When the state of the particle is an elastic state, the yield determination means 5 calculates the elastic stress of the particle and determines whether or not the yield has occurred.

そして、粒子が降伏した場合に、応力修正計算手段6が当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する。最終的に記憶された各粒子の状態を、終了判定処理手段7が外部に対して出力する。   And when a particle yields, the stress correction calculation means 6 corrects and calculates the stress of the particle and stores the state of the particle. The end determination processing means 7 outputs the state of each particle finally stored to the outside.

この構成を備えることによって、弾性状態から塑性状態に遷移する際の応力が反映された粒子の状態を出力し、より正確な解析結果を得ることが可能となる。なお、上記各処理の具体的な計算内容については、この後の実施形態で詳しく述べる。   By providing this configuration, it is possible to output the state of the particles reflecting the stress when transitioning from the elastic state to the plastic state and obtain a more accurate analysis result. In addition, the specific calculation content of each said process is described in detail by embodiment after this.

(実施形態)
続いて、本発明の実施形態の構成について添付図2に基づいて説明する。
最初に、本実施形態の基本的な内容について説明し、その後でより具体的な内容について説明する。
本実施形態に係る構造解析装置10は、構造物を複数の粒子でモデル化し、各粒子の状態を含むモデルデータ27を予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置である。この構造解析装置10は、モデルデータの各粒子に対して加速度を計算し、この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する材料状態計算手段21と、記憶された各粒子の状態と歪増分とから、時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する材料状態判定手段22と、当該粒子の状態が弾性状態である場合にその粒子の弾性応力を計算して降伏したか否かを判断する降伏判定手段23と、粒子が降伏した場合に当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する応力修正計算手段24と、記憶された各粒子の状態を外部に出力する終了判定処理手段25とを有する。
(Embodiment)
Subsequently, the configuration of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
First, the basic content of the present embodiment will be described, and then more specific content will be described.
The structural analysis apparatus 10 according to the present embodiment models a structure with a plurality of particles, stores in advance model data 27 including the state of each particle, and performs structural analysis on the model data by a particle method. Device. This structural analysis apparatus 10 calculates an acceleration for each particle of the model data, calculates a strain increment after a time increment from the acceleration, and a state and strain increment of each stored particle. From the above, the material state determining means 22 for determining whether the particle after the lapse of time is in an elastic state or a plastic state, and when the state of the particle is in an elastic state, the elastic stress of the particle is calculated. Yield determination means 23 for determining whether or not the particles yielded, stress correction calculation means 24 for correcting and storing the state of the particles by correcting the stress of the particles when the particles yield, and each stored particle And end determination processing means 25 for outputting the state of the above to the outside.

また、終了判定処理手段25は、対象となる全ての粒子および時間に対して処理が終了したか否かを判断し、この処理が終了したと判断された場合に記憶された各粒子の状態を外部に出力する。そして降伏判定手段23は、当該粒子の試行相当応力を計算することによってその粒子が降伏したか否かを判断する機能を有し、応力修正計算手段24が、粒子が降伏した場合に試行相当応力に基づいて当該粒子の応力を修正計算する機能を有する。   Further, the end determination processing means 25 determines whether or not the processing has been completed for all the target particles and time, and the state of each particle stored when it is determined that the processing has been completed. Output to the outside. The yield determination means 23 has a function of determining whether or not the particle yields by calculating the trial equivalent stress of the particle, and the stress correction calculation means 24 performs the trial equivalent stress when the particle yields. Based on the above, it has a function of correcting and calculating the stress of the particle.

さらに材料状態計算手段21は、各粒子に対して近傍粒子を探索して異材料間の接触の有無を判定し、接触がある場合に離散化された運動方程式から算出された加速度を当該粒子の加速度に加算する機能を有する。そして降伏判定手段23は、当該粒子の状態が塑性状態である場合に、その粒子の弾塑性応力を計算して降伏したか否かを判断する機能を有する。   Further, the material state calculation means 21 searches the neighboring particles for each particle to determine whether or not there is a contact between different materials, and when there is a contact, the acceleration calculated from the discretized equation of motion is calculated for the particle. It has a function to add to the acceleration. The yield determining means 23 has a function of determining whether or not the yield is obtained by calculating the elastoplastic stress of the particle when the state of the particle is a plastic state.

以上の構成を備える事により、この構造解析装置1は、構造物が弾性状態から塑性状態に遷移する際にも、粒子法を適用して正確な解析を行うことが可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。
With the above configuration, the structural analysis apparatus 1 can perform an accurate analysis by applying the particle method even when the structure transitions from an elastic state to a plastic state.
Hereinafter, this will be described in more detail.

図2は、本発明の実施形態に係る構造解析装置10の構成について示す説明図である。構造解析装置10は、一般的なコンピュータ装置としての構成を備えるものである。即ち、コンピュータプログラムを実行する主体であるプロセッサ11と、処理中のデータを一時的に記憶する主記憶手段12(RAM:Random Access Memory)と、プログラムやデータを非一時的に記憶する固定記憶手段13とを備える。固定記憶手段13は、典型的にはハードディスクドライブやフラッシュメモリなどである。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the structural analysis apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. The structural analysis device 10 has a configuration as a general computer device. That is, a processor 11 which is a main body for executing a computer program, a main storage means 12 (RAM: Random Access Memory) for temporarily storing data being processed, and a fixed storage means for temporarily storing programs and data 13. The fixed storage unit 13 is typically a hard disk drive or a flash memory.

構造解析装置10はさらに、処理対象のデータを外部から入力する入力手段14と、処理結果を外部に出力する出力手段15とを備える。典型的には、入力手段14はキーボードやマウスなどであり、出力手段15はディスプレイやプリンタなどであるが、ネットワークを介して接続された他の装置を入力手段14および出力手段15として機能させることももちろん可能である。   The structural analysis apparatus 10 further includes an input unit 14 that inputs data to be processed from the outside, and an output unit 15 that outputs a processing result to the outside. Typically, the input unit 14 is a keyboard, a mouse, and the like, and the output unit 15 is a display, a printer, or the like, but other devices connected via a network function as the input unit 14 and the output unit 15. Of course it is possible.

プロセッサ11は、塑性変形解析プログラムが動作することにより、後述する材料状態計算手段21、材料状態判定手段22、降伏判定手段23、応力修正計算手段24、終了判定処理手段25の各々として機能する。また、主記憶手段12には後述する材料状態識別情報26が一時的に記憶され、固定記憶手段13には解析に使用されるモデルデータ27が予め記憶されている。モデルデータ27は、より具体的には粒子の粒子番号、粒子の座標、粒子の速度、粒子の加速度、粒子の材料番号、材料特性値などのような各々の数値を含む。また、モデルデータ27には処理後の材料状態識別情報26が反映される。   The processor 11 functions as a material state calculation unit 21, a material state determination unit 22, a yield determination unit 23, a stress correction calculation unit 24, and an end determination processing unit 25, which will be described later, by operating the plastic deformation analysis program. Further, material state identification information 26 described later is temporarily stored in the main storage unit 12, and model data 27 used for analysis is stored in the fixed storage unit 13 in advance. More specifically, the model data 27 includes respective numerical values such as a particle number, a particle coordinate, a particle velocity, a particle acceleration, a particle material number, a material property value, and the like. The model data 27 reflects the processed material state identification information 26.

(解析の基本概念)
本実施形態では、粒子法の中でもSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)を用いた解析を実施する。公知のように、SPHは構造物を複数の粒子でモデル化し、その中でも注目する粒子の物理量については重み関数を用いて近似的に表現する。以下、その基本概念について説明する。
(Basic concept of analysis)
In the present embodiment, analysis using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) is performed among the particle methods. As is well known, SPH models a structure with a plurality of particles, and among them, the physical quantity of the particle of interest is approximately expressed using a weight function. The basic concept will be described below.

重み関数として、3次スプライン関数を用いることができる。xを注目する粒子の中心の位置、x’を注目する粒子の近傍粒子の中心の位置、hを粒子の直径、Dを空間次元、さらにzを以下の数1のように定義する。   A cubic spline function can be used as the weight function. x is the position of the center of the particle of interest, x 'is the position of the center of the neighboring particle of the particle of interest, h is the diameter of the particle, D is the spatial dimension, and z is defined as

Figure 2014137747
Figure 2014137747

重み関数W(z)は、以下の数2のように定義することができる。   The weight function W (z) can be defined as the following Expression 2.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

注目する粒子の物理量f(x)は、この重み関数Wを用いて、以下の数3のように近似的に表現することができる。   The physical quantity f (x) of the particle of interest can be expressed approximately using the weighting function W as in the following Equation 3.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

さらに、Jを近傍粒子の番号、xを粒子Jの中心の位置、mを粒子Jの質量、ρを粒子Jの密度とすると、注目する粒子の物理量f(x)は、以下の数4のように離散化して表現することができる。 Further, when J is the number of the neighboring particle, x J is the position of the center of the particle J, m J is the mass of the particle J, and ρ J is the density of the particle J, the physical quantity f (x) of the particle of interest is It can be expressed by discretization as shown in Equation 4.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

また、f(x)の勾配および発散は各々、以下の数5および数6のように表現することができる。   Further, the gradient and divergence of f (x) can be expressed as the following equations 5 and 6, respectively.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

Figure 2014137747
Figure 2014137747

(フローチャート)
図3〜4は、図2に示した構造解析装置10の動作について示すフローチャートである。図3〜4は、紙面の都合で、1枚のフローチャートを2枚に分けて示している。まず、材料状態計算手段21がモデルデータ27を読み込み、この中から必要な情報を主記憶手段12に一時保存する(ステップS101)。この中には、後述の材料状態識別情報26も含まれる。
(flowchart)
3 to 4 are flowcharts showing the operation of the structural analysis apparatus 10 shown in FIG. 3 to 4 show one sheet divided into two sheets for the sake of space. First, the material state calculation means 21 reads the model data 27, and necessary information is temporarily stored in the main storage means 12 (step S101). This includes material state identification information 26 described later.

次に、材料状態計算手段21は、モデルデータ27の中のi番目の粒子である粒子Iを中心とする半径の球内部に位置する粒子を探索し、粒子Iの粒子番号と、球内部に位置する粒子I以外の粒子の粒子番号を関連付けて主記憶手段12に一時保存する(ステップS102)。   Next, the material state calculation means 21 searches the model data 27 for particles located inside a sphere having a radius centering on the particle I, which is the i-th particle, and sets the particle number of the particle I and the inside of the sphere. The particle numbers of the particles other than the positioned particles I are associated and temporarily stored in the main storage unit 12 (step S102).

続いて材料状態計算手段21は、粒子Iの加速度を計算して、粒子Iの粒子番号とその加速度とを関連づけて主記憶手段12に一時保存する(ステップS103)。そして材料状態計算手段21は、異材料間の接触の有無を判定する(ステップS104)。より具体的には、粒子Iの中心と異材料の粒子Jの中心の距離が粒子の直径以下であればその2粒子は接触したと判定する。接触したらステップS105に、接触していなければステップS106に各々進む。   Subsequently, the material state calculation unit 21 calculates the acceleration of the particle I, and temporarily stores the particle number of the particle I in association with the acceleration in the main storage unit 12 (step S103). And the material state calculation means 21 determines the presence or absence of the contact between different materials (step S104). More specifically, if the distance between the center of the particle I and the center of the particle J of the different material is equal to or less than the diameter of the particle, it is determined that the two particles are in contact. If contacted, the process proceeds to step S105, and if not contacted, the process proceeds to step S106.

ステップS104で異材料間の接触があると判断された場合、材料状態計算手段21は、以下の数7で示される運動方程式を離散化した数8の式を利用して、粒子Iの加速度を求め、これをステップS103で求めた粒子Iの加速度に加算する。材料状態計算手段21は、粒子Iの粒子番号とその加速度とを関連づけて主記憶手段12に一時保存する(ステップS105)。ここで、a は粒子Iの加速度成分、σij I,nは時間増分がn回進んだ時点の粒子Iの応力成分である。この処理が終了したらステップS106に進む。 When it is determined in step S104 that there is contact between different materials, the material state calculation means 21 uses the equation of Equation 8 obtained by discretizing the equation of motion shown in Equation 7 below to calculate the acceleration of the particle I. This is obtained and added to the acceleration of the particle I obtained in step S103. The material state calculation unit 21 temporarily stores the particle number of the particle I in association with the acceleration in the main storage unit 12 (step S105). Here, a i I is the acceleration component of the particle I, and σ ij I, n is the stress component of the particle I when the time increment has advanced n times. When this process ends, the process proceeds to step S106.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

Figure 2014137747
Figure 2014137747

続いて材料状態計算手段21は、粒子の速度計算の処理を行う(ステップS106)。時間増分がn回進んだ時点での粒子の速度をv I,nとすると、時間増分がΔt進んだ現時間での加速度をv I,n+1は、ステップS103および105で求められた現時間での粒子Iの速度a I,n+1を用いて、以下の数9で示すように求められる。ここで、速度や加速度に限らず、他の変数についてもこのvやaと同様に時間を表記するものとする。材料状態計算手段21は、算出されたこの速度についても、粒子Iの粒子番号と速度とを関連づけて主記憶手段12に一時保存する。 Subsequently, the material state calculation means 21 performs a particle velocity calculation process (step S106). Assuming that the particle velocity at the time when the time increment has advanced n times is v i I, n , the acceleration at the current time at which the time increment has advanced Δt is v i I, n + 1 is the current value obtained in steps S103 and S105. Using the velocity a i I, n + 1 of the particle I in time, the following equation 9 is obtained. Here, not only the speed and acceleration but also other variables are expressed in the same manner as v and a. The material state calculation means 21 also temporarily stores the calculated speed in the main storage means 12 in association with the particle number of the particle I and the speed.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

材料状態計算手段21は、ステップS106で算出した粒子Iの速度から、この粒子と近傍の粒子との間の速度勾配を計算する(ステップS107)。この速度勾配は、以下の数10で示すように求められる。   The material state calculation means 21 calculates a velocity gradient between this particle and neighboring particles from the velocity of the particle I calculated in step S106 (step S107). This velocity gradient is obtained as shown in the following equation (10).

Figure 2014137747
Figure 2014137747

そして、材料状態計算手段21は、ステップS107で算出した粒子Iの速度勾配から、この粒子Iの歪速度を計算する(ステップS108)。粒子Iの歪速度は、以下の数11で示すように求められる。また、これに時間増分Δtを乗算すれば、数12で示される現時間の歪増分Δεij I,n+1を求めることもできる。材料状態計算手段21による処理はここまでである。 Then, the material state calculation means 21 calculates the strain rate of the particle I from the velocity gradient of the particle I calculated in step S107 (step S108). The strain rate of the particle I is obtained as shown in the following formula 11. Further, by multiplying this by the time increment Δt, the current time strain increment Δε ij I, n + 1 shown in Equation 12 can be obtained. The processing by the material state calculation means 21 is up to here.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

Figure 2014137747
Figure 2014137747

以上の処理に引き続いて、材料状態判定手段22は、主記憶手段12に記憶された材料状態識別情報26を読み出す(ステップS109)。材料状態識別情報26は、前述のステップS101、および後述のステップS114とS117とで主記憶手段12に記憶されるものであり、当該材料が弾性状態であるか塑性状態であるかを示す二値データを含むものである。   Subsequent to the above processing, the material state determination unit 22 reads the material state identification information 26 stored in the main storage unit 12 (step S109). The material state identification information 26 is stored in the main storage means 12 in the above-described step S101 and steps S114 and S117 described later, and is a binary value indicating whether the material is in an elastic state or a plastic state. It contains data.

そして材料状態判定手段22は、読み出した材料状態識別情報26が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する(ステップS110)。「弾性状態」であればステップS111に、「塑性状態」であればステップS115に、各々処理が進む。   Then, the material state determination unit 22 determines whether the read material state identification information 26 is an elastic state or a plastic state (step S110). If “elastic state”, the process proceeds to step S111, and if “plastic state”, the process proceeds to step S115.

ステップS110で「弾性状態」と判定された場合、降伏判定手段23はまず、粒子の弾性の応力計算を行う(ステップS111)。この計算では、ステップS108で算出した粒子Iの歪増分のベクトル{Δεij I,n+1}を弾性マトリクス[D]に乗算して、以下の数13に示す粒子Iの応力増分のベクトル{Δσij I,n+1}を算出する。さらに、この応力増分Δσij I,n+1を時間増分Δt前の応力σij I,nに加算し、数14に示す現時間の応力σij I,n+1を算出する。 If it is determined in step S110 that the state is “elastic state”, the yield determination means 23 first calculates the elastic stress of the particles (step S111). In this calculation, the particle I strain increment vector {Δε ij I, n + 1 } calculated in step S108 is multiplied by the elastic matrix [D e ], and the particle I stress increment vector {Δσ shown in Equation 13 below. ij I, n + 1 } is calculated. Further, the stress increment Δσ ij I, n + 1 is added to the stress σ ij I, n before the time increment Δt to calculate the current time stress σ ij I, n + 1 as shown in Equation 14.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

Figure 2014137747
Figure 2014137747

ここで、弾性マトリクス[D]は、以下の数15にように表される。また、Eは粒子Iのヤング率、νは粒子Iのポアソン比である。 Here, the elastic matrix [D e ] is expressed as the following Expression 15. E is the Young's modulus of the particle I, and ν is the Poisson's ratio of the particle I.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

そして降伏判定手段23が粒子の降伏判定を行い(ステップS112)、これに引き続いて応力修正計算手段24が粒子の応力修正を行う(ステップS113)。図5は、図3のステップS112〜113として示した降伏判定手段23および応力修正計算手段24による処理の詳細について示すフローチャートである。以下、この図5によって、これらの処理について説明する。   The yield determination means 23 determines the yield of the particles (step S112), and subsequently the stress correction calculation means 24 corrects the stress of the particles (step S113). FIG. 5 is a flowchart showing details of processing by the yield determination means 23 and the stress correction calculation means 24 shown as steps S112 to S113 in FIG. Hereinafter, these processes will be described with reference to FIG.

降伏判定手段23は、まず粒子の静水圧歪増分を算出する(ステップS201)。この静水圧歪増分Δε I,n+1は、前述のステップS108で算出された粒子Iの歪増分Δεij I,n+1を用いて、以下の数16に示されるように算出される。 The yield determination means 23 first calculates the hydrostatic pressure strain increment of the particles (step S201). The hydrostatic strain increment Δε m I, n + 1 is calculated as shown in the following equation 16 using the strain increment Δε ij I, n + 1 of the particle I calculated in the above-described step S108.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

続いて降伏判定手段23は、前述のステップS108で算出された現時間の歪増分Δεij I,n+1から、ステップS201で算出された現時間の静水圧歪増分Δε I,n+1を減算して、以下の数17で示される現時間の偏差歪増分Δeij I,n+1を算出する(ステップS202)。 Subsequently yield determination unit 23, the distortion increment [Delta] [epsilon] ij I of the current time calculated at step S108 described above, from n + 1, the current time of the hydrostatic strain increment [Delta] [epsilon] m I calculated in step S201, by subtracting the n + 1 The deviation distortion increment Δe ij I, n + 1 of the current time expressed by the following equation 17 is calculated (step S202).

Figure 2014137747
Figure 2014137747

続いて降伏判定手段23は、粒子の時間増分Δt前の静水圧応力Δσ I,nを、前述のステップS111で算出された現時間の応力を用いて、以下の数18で示されるように算出する(ステップS203)。 Subsequently, the yield determination means 23 uses the hydrostatic pressure stress Δσ m I, n before the time increment Δt of the particles, using the current time stress calculated in the above-described step S111, as shown in the following Expression 18. Calculate (step S203).

Figure 2014137747
続いて降伏判定手段23は、粒子の時間増分Δt前の偏差応力sij I,nを、応力σij I,nからステップS203で算出された静水圧応力Δσ I,nを減算して、以下の数19で示されるように算出する(ステップS204)。
Figure 2014137747
Subsequently, the yield determining means 23 subtracts the deviation stress s ij I, n before the time increment Δt of the particle from the hydrostatic pressure stress Δσ m I, n calculated in step S203 from the stress σ ij I, n . Calculation is performed as shown in the following equation 19 (step S204).

Figure 2014137747
Figure 2014137747

続いて降伏判定手段23は、粒子の時間増分Δt前の偏差応力sij I,nに、ステップS202で算出された偏差歪み増分に横弾性係数Gを乗算して求められる試行偏差応力増分2GΔeij I,n+1を加算して、以下の数20で示される現時間の試行偏差応力(sij I,n+1を算出する(ステップS205)。 Subsequently, the yield determination means 23 obtains the trial deviation stress increment 2GΔe ij obtained by multiplying the deviation stress increment s ij I, n before the particle time increment Δt by the deviation strain increment calculated in step S202 by the transverse elastic modulus G. I, n + 1 is added to calculate the trial deviation stress (s ij I, n + 1 ) T of the current time expressed by the following equation 20 (step S205).

Figure 2014137747
Figure 2014137747

そして降伏判定手段23は、ステップS205で算出された試行偏差応力から、以下の数21で示される試行相当応力を算出する(ステップS206)。   Then, the yield determination means 23 calculates a trial equivalent stress expressed by the following formula 21 from the trial deviation stress calculated in step S205 (step S206).

Figure 2014137747
Figure 2014137747

降伏判定手段23は、ここまでの計算結果に基づいて、ステップS206で算出された粒子Iの現時間の試行相当応力が降伏応力Y以上であるか否かの判断、即ち粒子Iが降伏したか否かの判断を行う(ステップS207)。この試行相当応力が降伏応力Y未満であれば、粒子Iは降伏していないので「弾性状態」であると判断できる。この場合は以下のステップS208〜213に示す応力修正(図3のステップS113)を省略して図3のステップS114へ進む。   Based on the calculation results so far, the yield determination means 23 determines whether or not the trial equivalent stress of the particle I for the current time calculated in step S206 is greater than or equal to the yield stress Y, that is, whether the particle I has yielded. It is determined whether or not (step S207). If this trial equivalent stress is less than the yield stress Y, it can be determined that the particles I are in an “elastic state” because they have not yielded. In this case, the stress correction (step S113 in FIG. 3) shown in the following steps S208 to 213 is omitted, and the process proceeds to step S114 in FIG.

試行相当応力が降伏応力Y以上となった場合(ステップS207がイエス)、この場合は粒子Iが降伏して「弾性状態」となったと判断されるので、応力修正計算手段24が以下の数22で示される粒子Iの相当塑性歪増分を計算する(ステップS208)。ここでHは、相当塑性歪と相当応力との間の関係を示す以下の数23の関数である。   When the trial equivalent stress is equal to or greater than the yield stress Y (Yes in step S207), in this case, it is determined that the particle I yields and is in the “elastic state”. The equivalent plastic strain increment of the particle I indicated by is calculated (step S208). Here, H is a function of the following Expression 23 indicating the relationship between the equivalent plastic strain and the equivalent stress.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

Figure 2014137747
Figure 2014137747

ここで、数23の関数Hが非線形な関数である場合には、この相当塑性歪増分を求めるには非線形方程式の反復法、例えばニュートン法を用いることができる。Hが線形な関数である場合には、この相当塑性歪増分は容易に求めることができる。   Here, when the function H in Expression 23 is a non-linear function, an iterative method of a non-linear equation, for example, a Newton method can be used to obtain the equivalent plastic strain increment. When H is a linear function, the equivalent plastic strain increment can be easily obtained.

そして、応力修正計算手段24は、ステップS208で求められた相当塑性歪増分を利用して、以下の数24で示される粒子Iの相当応力σを計算する(ステップS209)。ここで、モデルデータ27で仮定された材料の塑性が等方性硬化であると登録されている場合には、これを降伏した粒子Iの相当応力を時間増分Δt後に用いる降伏応力として、粒子Iの粒子番号と関連付けて主記憶手段12に一時的に保存する。   Then, the stress correction calculation unit 24 calculates the equivalent stress σ of the particle I expressed by the following formula 24 using the equivalent plastic strain increment obtained in step S208 (step S209). Here, when it is registered that the plasticity of the material assumed in the model data 27 is isotropic hardening, the equivalent stress of the yielded particle I is used as the yield stress to be used after the time increment Δt. The particle number is temporarily stored in the main storage means 12.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

これに引き続いて応力修正計算手段24は、ステップS209で求められた相当応力σを利用して、以下の数25で示される粒子Iの現時間の偏差応力sij I,n+1を計算する(ステップS210)。 Subsequently, the stress correction calculation means 24 calculates the current time deviation stress s ij I, n + 1 of the particle I expressed by the following equation 25 using the equivalent stress σ obtained in step S209 (step 209). S210).

Figure 2014137747
Figure 2014137747

さらに応力修正計算手段24は、ステップS201で求められた静水圧歪増分Δε I,n+1を利用して、以下の数26で示される粒子Iの現時間の静水圧応力増分Δσ I,n+1を算出する(ステップS211)。ここで、Kは体積弾性率である。 Furthermore, the stress correction calculation means 24 uses the hydrostatic pressure strain increment Δε m I, n + 1 obtained in step S201, and the hydrostatic pressure stress increment Δσ m I, n + 1 of the particle I represented by the following equation (26) at the current time. Is calculated (step S211). Here, K is a bulk modulus.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

引き続いて応力修正計算手段24は、ステップS211で求められた静水圧応力増分Δσ I,n+1を利用して、以下の数27で示される粒子Iの現時間の静水圧応力σ I,n+1を算出する(ステップS212)。 Subsequently, the stress correction calculation means 24 uses the hydrostatic stress increment Δσ m I, n + 1 obtained in step S211 to use the hydrostatic stress σ m I, n + 1 at the current time of the particle I expressed by the following equation (27). Is calculated (step S212).

Figure 2014137747
そして応力修正計算手段24は、粒子Iの現時間の偏差応力に静水圧応力を加算して、以下の数28で示される粒子Iの応力を算出する(ステップS212)。
Figure 2014137747
Then, the stress correction calculation unit 24 adds the hydrostatic stress to the deviation stress of the particle I at the current time, and calculates the stress of the particle I expressed by the following formula 28 (step S212).

Figure 2014137747
Figure 2014137747

図3に戻って、応力修正計算手段24は、材料状態識別情報26を更新する(ステップS114)。S112〜113(図5)で示した処理の結果に従い、粒子Iが降伏していれば「塑性状態」、降伏していなければ「弾性状態」を粒子番号と対応づけて保存する。   Returning to FIG. 3, the stress correction calculation means 24 updates the material state identification information 26 (step S114). According to the result of the processing shown in S112 to 113 (FIG. 5), the “plastic state” is stored if the particle I yields, and the “elastic state” is stored in correspondence with the particle number if it does not yield.

一方、前述のステップS110で「塑性状態」と判定された場合、降伏判定手段23は、粒子Iの弾塑性の応力を計算する(ステップS115)。より具体的には、以下の数29によって、ステップS108で求められた現時間の歪増分のベクトル{Δεij I,n+1}を弾塑性マトリクス[Dep]に乗算して、粒子Iの応力増分のベクトル{Δσij I,n+1}を算出する。さらに、ステップS111(前述の数14)と同様に、求められた応力増分Δσij I,n+1を時間増分Δt前の応力σij I,nに加算し、現時間の応力σij I,n+1を算出する。 On the other hand, when it is determined in the above-described step S110 that it is “plastic state”, the yield determination means 23 calculates the elastoplastic stress of the particles I (step S115). More specifically, the stress increment of the particle I is obtained by multiplying the elastoplastic matrix [D ep ] by the current strain increment vector {Δε ij I, n + 1 } obtained in step S108 by the following equation 29. Vector {Δσ ij I, n + 1 } is calculated. Further, similarly to step S111 (the above-described equation 14), the obtained stress increment Δσ ij I, n + 1 is added to the stress σ ij I, n before the time increment Δt, and the current stress σ ij I, n + 1 is obtained. calculate.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

ここで、弾塑性マトリクス[Dep]は以下の数30で定義される。[D]は対象行列、Gは横弾性係数、σは相当応力、H’は数23で示される関数Hの微分値、siiは偏差応力成分、τijは剪断応力成分を表す。 Here, the elastic-plastic matrix [D ep ] is defined by the following Equation 30. [D p ] is a target matrix, G is a transverse elastic modulus, σ is equivalent stress, H ′ is a differential value of the function H expressed by Equation 23, s ii is a deviation stress component, and τ ij is a shear stress component.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

そして降伏判定手段23は、粒子の降伏判定を行う(ステップS116)。ステップS115で求められた現時間の現時間の相当応力σが降伏応力Y以上であるか否かの判断、即ち粒子Iが降伏したか否かの判断を行う。この相当応力が降伏応力Y未満であれば粒子Iは降伏していないので「弾性状態」、降伏応力Y以上であれば粒子Iは降伏しているので「塑性状態」であると判断できる。さらに、モデルデータ27で仮定された材料の塑性が等方性硬化であると登録されている場合には、これを降伏した粒子Iの相当応力を時間増分Δt後に用いる降伏応力として、粒子Iの粒子番号と関連付けて主記憶手段12に一時的に保存する。   And the yield determination means 23 performs the yield determination of particle | grains (step S116). It is determined whether or not the equivalent stress σ of the current time obtained in step S115 is greater than or equal to the yield stress Y, that is, whether or not the particles I have yielded. If this equivalent stress is less than the yield stress Y, the particle I has not yielded, so it can be determined to be “elastic state”. Further, when the plasticity of the material assumed in the model data 27 is registered as isotropic hardening, the equivalent stress of the yielded particle I is used as the yield stress after the time increment Δt. It is temporarily stored in the main storage means 12 in association with the particle number.

さらに降伏判定手段23は、前述のステップS114と同様に、粒子Iが降伏していれば「塑性状態」、降伏していなければ「弾性状態」を粒子番号と対応づけて材料状態識別情報26を更新して保存する(ステップS117)。   Further, similarly to the above-described step S114, the yield determination means 23 associates the “plastic state” with the particle number if the particle I yields and the “elastic state” with the particle number if it does not yield the material state identification information 26. Update and save (step S117).

以上ここまでの処理によって更新された材料状態識別情報26を、終了判定処理手段25が固定記憶手段13上のモデルデータ27に反映させて保存し、また出力手段15に描画して出力する(ステップS118)。   The material state identification information 26 updated by the above processing is reflected and stored in the model data 27 on the fixed storage means 13 by the end determination processing means 25, and is drawn and output on the output means 15 (step). S118).

そして終了判定処理手段25は、処理対象となる全ての粒子に対して処理が終了したか否かを判断し(ステップS119)、終了していなければ次の粒子に進んで(ステップS120)ステップS102に戻って処理を繰り返す。全ての粒子に対して処理が終了していれば、処理対象となる全ての時間について終了したか否かを判断し(ステップS121)、終了していなければ時間増分を加算して次の時間に進んで(ステップS122)ステップS102に戻って処理を繰り返す。   Then, the end determination processing means 25 determines whether or not the processing has been completed for all the particles to be processed (step S119), and if not completed, proceeds to the next particle (step S120) and step S102. Return to and repeat the process. If the processing has been completed for all the particles, it is determined whether or not the processing has been completed for all the times (step S121). If not, the time increment is added to the next time. Proceed (step S122) and return to step S102 to repeat the process.

処理対象となる全ての粒子および時間に対して処理が終了すれば、処理終了となる。   When the processing is completed for all particles and time to be processed, the processing ends.

(計算の例)
以上ここまでで説明した動作によって、実際の粒子モデルに対して行う計算の例を以下に示す。
(Example of calculation)
An example of calculation performed on the actual particle model by the operation described above will be shown below.

図6は、図2〜4に示した構造解析装置10で行う計算の対象となる粒子モデル300について示す説明図である。粒子モデル300は、直方体301および板302からなり、粒子の大きさ(直径)を0.25mmとしてモデル化したものである。   FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a particle model 300 that is a target of calculation performed by the structural analysis apparatus 10 illustrated in FIGS. The particle model 300 includes a rectangular parallelepiped 301 and a plate 302, and is modeled with a particle size (diameter) of 0.25 mm.

直方体301は、アルミニウムを材料とし、その材料特性はヤング率7100kgf/mm2(69.6Gpa)、ポアソン比0.33、密度2.752E−10kgf・sec/mm4(2.7g/cm3)、塑性構成則(相当塑性歪と相当応力の関係)が以下の数31のルードウィック則を満たす弾塑性体である。   The rectangular parallelepiped 301 is made of aluminum, and the material properties thereof are Young's modulus 7100 kgf / mm 2 (69.6 Gpa), Poisson's ratio 0.33, density 2.752E-10 kgf · sec / mm 4 (2.7 g / cm 3), and plastic configuration. It is an elasto-plastic body in which the law (relationship between equivalent plastic strain and equivalent stress) satisfies the following Ludwick law.

Figure 2014137747
Figure 2014137747

板302は、ステンレス鋼を材料とし、その材料特性はヤング率21000kgf/mm2(205.8Gpa)、ポアソン比0.33、密度7.954E−10kgf・sec/mm4(7.8g/cm3)の剛体である。   The plate 302 is made of stainless steel, and the material properties thereof are a rigid body having a Young's modulus of 21000 kgf / mm 2 (205.8 Gpa), a Poisson's ratio of 0.33, and a density of 7.954E-10 kgf · sec / mm 4 (7.8 g / cm 3). It is.

以上の条件で、初速4500mm/sec、重力加速度を課した直方体301が0.135mm落下して(直方体の1m自由落下を想定)、全方位拘束された板302に衝突するという解析を行った。   Under the above conditions, the analysis was performed such that the rectangular parallelepiped 301 with an initial velocity of 4500 mm / sec and a gravitational acceleration applied dropped 0.135 mm (assuming a 1 m free fall of the rectangular parallelepiped) and collided with the plate 302 constrained in all directions.

図7は、図6に示した粒子モデル300で、板302に衝突する直方体301の接触面の中央部に位置する粒子に関して、相当塑性歪と相当応力の関係を図2〜4に示した構造解析装置10でシミュレートした結果について示すグラフ400である。このグラフ400は、塑性構成則の理論値401、応力修正を行った本実施形態の粒子法による解析結果402、応力修正を行わない従来の粒子法による解析結果403、という3本の曲線を含む。   FIG. 7 shows the particle model 300 shown in FIG. 6, and the structure shown in FIGS. 2 to 4 shows the relationship between the equivalent plastic strain and the equivalent stress for the particles located at the center of the contact surface of the rectangular parallelepiped 301 that collides with the plate 302. It is the graph 400 shown about the result simulated with the analysis apparatus. The graph 400 includes three curves: a theoretical value 401 of the plastic constitutive law, an analysis result 402 by the particle method of the present embodiment in which stress correction is performed, and an analysis result 403 by the conventional particle method in which stress correction is not performed. .

この図7からわかるように、従来の粒子法による解析結果403は、塑性構成則の理論値401と比べて明らかに各相当塑性歪に対応する相当応力が小さくなり、理論値と比べての最大誤差は約42%程度となる。   As can be seen from FIG. 7, in the analysis result 403 by the conventional particle method, the equivalent stress corresponding to each equivalent plastic strain is clearly smaller than the theoretical value 401 of the plastic constitutive law, and the maximum compared to the theoretical value. The error is about 42%.

これに対して本実施形態の粒子法による解析結果402では、塑性構成則の理論値と各相当塑性歪に対応する相当応力は比較的よく一致しており、理論値と比べての最大誤差は約0.9%程度である。従って、本実施形態によれば既存の粒子法と比べて誤差を約40%低減させることが可能であることを確認できた。   On the other hand, in the analysis result 402 by the particle method of the present embodiment, the theoretical value of the plastic constitutive law and the equivalent stress corresponding to each equivalent plastic strain are relatively well matched, and the maximum error compared to the theoretical value is About 0.9%. Therefore, according to this embodiment, it has been confirmed that the error can be reduced by about 40% as compared with the existing particle method.

(実施形態の全体的な動作)
次に、上記の実施形態の全体的な動作について説明する。
本実施形態に係る構造解析方法は、構造物を複数の粒子でモデル化し、各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置10にあって、モデルデータの各粒子に対して材料状態計算手段が加速度を計算し(図3・ステップS103)、この加速度から時間増分経過後の歪増分を材料状態計算手段が計算し(図3・ステップS104〜108)、記憶された各粒子の状態に材料状態判定手段が歪増分を加算し、時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを材料状態判定手段が判断し(図3・ステップS110)、当該粒子の状態が弾性状態である場合に降伏判定手段がその粒子の弾性応力を計算し(図3・ステップS111)、この弾性応力からその粒子が降伏したか否かを降伏判定手段が判断し(図3・ステップS112)、粒子が降伏した場合に応力修正計算手段が当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶し(図3・ステップS113)、記憶された各粒子の状態を終了判定処理手段が外部に出力する(図3・ステップS118)。
(Overall operation of the embodiment)
Next, the overall operation of the above embodiment will be described.
In the structure analysis method according to the present embodiment, a structure is modeled by a plurality of particles, model data including the state of each particle is stored in advance, and a structure analysis apparatus 10 that performs structure analysis by the particle method on the model data. Then, the material state calculation means calculates the acceleration for each particle of the model data (FIG. 3, step S103), and the material state calculation means calculates the strain increment after the time increment from this acceleration (FIG. 3). Steps S104 to 108), the material state determination unit adds the strain increment to the stored state of each particle, and the material state determination unit determines whether the particle after the time increment has elapsed is in an elastic state or a plastic state. Judgment is made (FIG. 3, step S110), and when the state of the particle is an elastic state, the yield determination means calculates the elastic stress of the particle (FIG. 3, step S111), and the particle is calculated from the elastic stress. The yield determination means determines whether or not the yield has occurred (step S112 in FIG. 3), and when the particle yields, the stress correction calculation means corrects the stress of the particle and corrects and stores the state of the particle ( In FIG. 3, step S113), the end determination processing means outputs the stored state of each particle to the outside (FIG. 3, step S118).

ここで、上記各動作ステップについては、これをコンピュータで実行可能にプログラム化し、これらを前記各ステップを直接実行する構造解析装置10が備えるプロセッサ11に実行させるようにしてもよい。本プログラムは、非一時的な記録媒体、例えば、DVD、CD、フラッシュメモリ等に記録されてもよい。その場合、本プログラムは、記録媒体からコンピュータによって読み出され、実行される。
この動作により、本実施形態は以下のような効果を奏する。
Here, each of the above-described operation steps may be programmed to be executable by a computer, and may be executed by the processor 11 included in the structural analysis apparatus 10 that directly executes each of the steps. The program may be recorded on a non-temporary recording medium, such as a DVD, a CD, or a flash memory. In this case, the program is read from the recording medium by a computer and executed.
By this operation, this embodiment has the following effects.

本実施形態によれば、構造物の弾塑性特性を考慮する必要がある構造解析に対しても、その構造物の弾性状態から塑性状態への遷移に伴う歪や応力の修正を行いつつ、粒子法を適用した構造解析を行うことができる。これによって、高精度のシミュレーションを短時間で行うことが可能となる。その実際の成果は、図6〜7で示した通りである。   According to this embodiment, even for structural analysis that needs to take into account the elastoplastic properties of the structure, while correcting the strain and stress accompanying the transition from the elastic state to the plastic state of the structure, Structural analysis can be performed by applying the method. This makes it possible to perform a highly accurate simulation in a short time. The actual results are as shown in FIGS.

これまで本発明について図面に示した特定の実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができる。   The present invention has been described with reference to the specific embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and any known hitherto provided that the effects of the present invention are achieved. Even if it is a structure, it is employable.

上述した実施形態について、その新規な技術内容の要点をまとめると、以下のようになる。なお、上記実施形態の一部または全部は、新規な技術として以下のようにまとめられるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。   Regarding the embodiment described above, the main points of the new technical contents are summarized as follows. In addition, although part or all of the said embodiment is summarized as follows as a novel technique, this invention is not necessarily limited to this.

(付記1) 構造物を複数の粒子でモデル化し、前記各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置であって、
前記モデルデータの前記各粒子に対して加速度を計算し、この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する材料状態計算手段と、
記憶された前記各粒子の状態と前記歪増分とから、前記時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する材料状態判定手段と、
当該粒子の状態が弾性状態である場合にその粒子の弾性応力を計算して降伏したか否かを判断する降伏判定手段と、
前記粒子が降伏した場合に当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する応力修正計算手段と、
記憶された前記各粒子の状態を外部に出力する終了判定処理手段と
を有することを特徴とする構造解析装置。
(Supplementary Note 1) A structure analysis apparatus that models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structure analysis on the model data by a particle method,
A material state calculation means for calculating an acceleration for each particle of the model data and calculating a strain increment after a time increment from the acceleration;
A material state determining means for determining, from the stored state of each particle and the strain increment, whether the particle after the time increment has elapsed is an elastic state or a plastic state;
Yield determination means for determining whether or not the yield was calculated by calculating the elastic stress of the particle when the state of the particle is an elastic state;
Stress correction calculation means for correcting and storing the state of the particle by correcting and calculating the stress of the particle when the particle yields;
A structural analysis apparatus comprising: an end determination processing means for outputting the stored state of each particle to the outside.

(付記2) 前記終了判定処理手段が、
対象となる全ての粒子および時間に対して処理が終了したか否かを判断し、この処理が終了したと判断された場合に記憶された前記各粒子の状態を外部に出力することを特徴とする、付記1に記載の構造解析装置。
(Supplementary Note 2) The termination determination processing means
It is determined whether or not the processing has been completed for all the particles and time to be processed, and when the processing is determined to be completed, the stored state of each particle is output to the outside. The structural analysis apparatus according to appendix 1.

(付記3) 前記降伏判定手段が、当該粒子の試行相当応力を計算することによってその粒子が降伏したか否かを判断する機能を有すると共に、
前記応力修正計算手段が、前記粒子が降伏した場合に前記試行相当応力に基づいて当該粒子の応力を修正計算する機能を有することを特徴とする、付記1に記載の構造解析装置。
(Additional remark 3) While the said yield determination means has the function to judge whether the particle | grain yielded by calculating the trial equivalent stress of the said particle | grain,
The structural analysis apparatus according to appendix 1, wherein the stress correction calculation unit has a function of correcting and calculating the stress of the particle based on the trial equivalent stress when the particle yields.

(付記4) 前記材料状態計算手段が、前記各粒子に対して近傍粒子を探索して異材料間の接触の有無を判定し、接触がある場合に離散化された運動方程式から算出された加速度を当該粒子の加速度に加算する機能を有することを特徴とする、付記1に記載の構造解析装置。 (Additional remark 4) The said material state calculation means searches the vicinity particle | grain with respect to each said particle | grain, determines the presence or absence of the contact between different materials, and the acceleration calculated from the motion equation discretized when there exists contact The structural analysis apparatus according to appendix 1, characterized by having a function of adding to the acceleration of the particles.

(付記5) 前記降伏判定手段が、当該粒子の状態が塑性状態である場合に、その粒子の弾塑性応力を計算して降伏したか否かを判断する機能を有することを特徴とする、付記1に記載の構造解析装置。 (Additional remark 5) The said yield determination means has a function which judges whether it yielded by calculating the elastic-plastic stress of the particle | grain when the state of the said particle | grain is a plastic state, 1. The structural analysis apparatus according to 1.

(付記6) 構造物を複数の粒子でモデル化し、前記各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置にあって、
前記モデルデータの前記各粒子に対して材料状態計算手段が加速度を計算し、
この加速度から時間増分経過後の歪増分を前記材料状態計算手段が計算し、
記憶された前記各粒子の状態に材料状態判定手段が前記歪増分を加算し、
前記時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを前記材料状態判定手段が判断し、
当該粒子の状態が弾性状態である場合に降伏判定手段がその粒子の弾性応力を計算し、
この弾性応力からその粒子が降伏したか否かを前記降伏判定手段が判断し、
前記粒子が降伏した場合に応力修正計算手段が当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶し、
記憶された前記各粒子の状態を終了判定処理手段が外部に出力する
ことを特徴とする構造解析方法。
(Supplementary Note 6) In a structural analysis apparatus that models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structural analysis by a particle method on the model data,
The material state calculating means calculates acceleration for each particle of the model data,
The material state calculation means calculates the strain increment after the time increment from this acceleration,
The material state determination means adds the strain increment to the stored state of each particle,
The material state determining means determines whether the particle after the time increment has elapsed is in an elastic state or a plastic state,
When the state of the particle is an elastic state, the yield determination means calculates the elastic stress of the particle,
The yield determination means determines whether or not the particles yield from this elastic stress,
When the particle yields, the stress correction calculation means corrects the stress of the particle and corrects and stores the state of the particle,
A structure analysis method, wherein the end determination processing means outputs the stored state of each particle to the outside.

(付記7) 前記終了判定処理手段前記各粒子の状態を外部に出力する処理が、
対象となる全ての粒子および時間に対して処理が終了したか否かを判断し、この処理が終了したと判断された場合に記憶された前記各粒子の状態を外部に出力することを特徴とする、付記6に記載の構造解析方法。
(Additional remark 7) The process which outputs the state of the said completion | finish determination process means each said particle | grain to the outside,
It is determined whether or not the processing has been completed for all the particles and time to be processed, and when the processing is determined to be completed, the stored state of each particle is output to the outside. The structural analysis method according to appendix 6.

(付記8) 前記粒子が降伏したか否かを判断する処理が、当該粒子の試行相当応力を計算することによってその粒子が降伏したか否かを判断するものであると共に、
前記粒子の応力を修正計算する処理が、前記粒子が降伏した場合に前記試行相当応力に基づいて当該粒子の応力を修正計算するものであることを特徴とする、付記6に記載の構造解析方法。
(Supplementary Note 8) The process of determining whether or not the particle yields is to determine whether or not the particle yielded by calculating the trial equivalent stress of the particle,
The structural analysis method according to appendix 6, wherein the process of correcting and calculating the stress of the particle is to correct and calculate the stress of the particle based on the trial equivalent stress when the particle yields .

(付記9) 前記各粒子に対して加速度を計算する処理が、前記各粒子に対して近傍粒子を探索して異材料間の接触の有無を判定し、接触がある場合に離散化された運動方程式から算出された加速度を当該粒子の加速度に加算する処理を含むことを特徴とする、付記6に記載の構造解析方法。 (Additional remark 9) The process which calculates acceleration with respect to each said particle | grain searches the vicinity particle | grain for each said particle | grain, determines the presence or absence of the contact between different materials, and the motion discretized when there exists a contact The structural analysis method according to appendix 6, including a process of adding the acceleration calculated from the equation to the acceleration of the particle.

(付記10) 前記粒子が降伏したか否かを判断する処理が、当該粒子の状態が塑性状態である場合に、その粒子の弾塑性応力を計算して降伏したか否かを判断するものであることを特徴とする、付記6に記載の構造解析方法。 (Additional remark 10) When the process which judges whether the said particle | grain yielded is a state of the said particle | grain, it is judged whether the elastoplastic stress of the particle | grain was calculated and yielded. The structural analysis method according to appendix 6, characterized in that it exists.

(付記11) 構造物を複数の粒子でモデル化し、前記各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置にあって、
前記構造解析装置が備えるプロセッサに、
前記モデルデータの前記各粒子に対して加速度を計算する手順、
この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する手順、
記憶された前記各粒子の状態に前記歪増分を加算する手順、
前記時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する手順、
当該粒子の状態が弾性状態である場合にその粒子の弾性応力を計算する手順、
この弾性応力からその粒子が降伏したか否かを判断する手順、
前記粒子が降伏した場合に当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する手順、
および記憶された前記各粒子の状態を終了判定処理手段が外部に出力する手順
を実行させることを特徴とする構造解析プログラム。
(Supplementary Note 11) In a structural analysis apparatus that models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structural analysis on the model data by a particle method,
In the processor included in the structural analysis device,
A procedure for calculating acceleration for each particle of the model data;
A procedure for calculating the strain increment after the time increment from this acceleration,
Adding the strain increment to the stored state of each particle;
A procedure for determining whether the particles after the time increment have been in an elastic state or a plastic state;
A procedure for calculating the elastic stress of the particle when the particle is in an elastic state;
A procedure to determine if the particle yielded from this elastic stress,
A procedure for correcting and storing the state of the particle by correcting and calculating the stress of the particle when the particle yields,
And a structure analysis program for causing the end determination processing means to output the stored state of each particle to the outside.

本発明は構造物の変形を解析する用途に対して幅広く適用可能であるが、特に金属の切削加工やプレス加工のシミュレーションなどのような、構造物の弾性状態から塑性状態への遷移を伴う変形の解析に適している。   The present invention can be widely applied to applications for analyzing the deformation of structures. However, the deformation accompanying a transition from an elastic state to a plastic state of a structure, such as simulation of metal cutting and pressing. Suitable for analysis.

1、10 構造解析装置
2、27 モデルデータ
3、21 材料状態計算手段
4、22 材料状態判定手段
5、23 降伏判定手段
6、24 応力修正計算手段
7、25 終了判定処理手段
11 プロセッサ
12 主記憶手段
13 固定記憶手段
14 入力手段
15 出力手段
26 材料状態識別情報
300 粒子モデル
301 直方体
302 板
400 グラフ
401 理論値
402、403 解析結果
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 Structure analyzer 2,27 Model data 3,21 Material state calculation means 4,22 Material state determination means 5,23 Yield determination means 6,24 Stress correction calculation means 7,25 End determination processing means 11 Processor 12 Main memory Means 13 Fixed storage means 14 Input means 15 Output means 26 Material state identification information 300 Particle model 301 Cuboid 302 Plate 400 Graph 401 Theoretical value 402, 403 Analysis result

Claims (7)

構造物を複数の粒子でモデル化し、前記各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置であって、
前記モデルデータの前記各粒子に対して加速度を計算し、この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する材料状態計算手段と、
記憶された前記各粒子の状態と前記歪増分とから、前記時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する材料状態判定手段と、
当該粒子の状態が弾性状態である場合にその粒子の弾性応力を計算して降伏したか否かを判断する降伏判定手段と、
前記粒子が降伏した場合に当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する応力修正計算手段と、
記憶された前記各粒子の状態を外部に出力する終了判定処理手段と
を有することを特徴とする構造解析装置。
A structure analysis apparatus that models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structural analysis by a particle method on the model data,
A material state calculation means for calculating an acceleration for each particle of the model data and calculating a strain increment after a time increment from the acceleration;
A material state determining means for determining, from the stored state of each particle and the strain increment, whether the particle after the time increment has elapsed is an elastic state or a plastic state;
Yield determination means for determining whether or not the yield was calculated by calculating the elastic stress of the particle when the state of the particle is an elastic state;
Stress correction calculation means for correcting and storing the state of the particle by correcting and calculating the stress of the particle when the particle yields;
A structural analysis apparatus comprising: an end determination processing means for outputting the stored state of each particle to the outside.
前記終了判定処理手段が、
対象となる全ての粒子および時間に対して処理が終了したか否かを判断し、この処理が終了したと判断された場合に記憶された前記各粒子の状態を外部に出力することを特徴とする、請求項1に記載の構造解析装置。
The termination determination processing means is
It is determined whether or not the processing has been completed for all the particles and time to be processed, and when the processing is determined to be completed, the stored state of each particle is output to the outside. The structure analysis apparatus according to claim 1.
前記降伏判定手段が、当該粒子の試行相当応力を計算することによってその粒子が降伏したか否かを判断する機能を有すると共に、
前記応力修正計算手段が、前記粒子が降伏した場合に前記試行相当応力に基づいて当該粒子の応力を修正計算する機能を有することを特徴とする、請求項1に記載の構造解析装置。
The yield determination means has a function of determining whether or not the particle has yielded by calculating a trial equivalent stress of the particle,
The structural analysis apparatus according to claim 1, wherein the stress correction calculation unit has a function of correcting and calculating the stress of the particle based on the trial equivalent stress when the particle yields.
前記材料状態計算手段が、前記各粒子に対して近傍粒子を探索して異材料間の接触の有無を判定し、接触がある場合に離散化された運動方程式から算出された加速度を当該粒子の加速度に加算する機能を有することを特徴とする、請求項1に記載の構造解析装置。   The material state calculation means searches neighboring particles for each particle to determine the presence or absence of contact between different materials, and when there is contact, the acceleration calculated from the discretized equation of motion is calculated for the particle. The structural analysis device according to claim 1, wherein the structural analysis device has a function of adding to acceleration. 前記降伏判定手段が、当該粒子の状態が塑性状態である場合に、その粒子の弾塑性応力を計算して降伏したか否かを判断する機能を有することを特徴とする、請求項1に記載の構造解析装置。   2. The yield determination unit according to claim 1, wherein when the state of the particle is a plastic state, the yield determination unit has a function of determining whether or not the particle has yielded by calculating an elastoplastic stress of the particle. Structural analysis device. 構造物を複数の粒子でモデル化し、前記各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置にあって、
前記モデルデータの前記各粒子に対して材料状態計算手段が加速度を計算し、
この加速度から時間増分経過後の歪増分を前記材料状態計算手段が計算し、
記憶された前記各粒子の状態に材料状態判定手段が前記歪増分を加算し、
前記時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを前記材料状態判定手段が判断し、
当該粒子の状態が弾性状態である場合に降伏判定手段がその粒子の弾性応力を計算し、
この弾性応力からその粒子が降伏したか否かを前記降伏判定手段が判断し、
前記粒子が降伏した場合に応力修正計算手段が当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶し、
記憶された前記各粒子の状態を終了判定処理手段が外部に出力する
ことを特徴とする構造解析方法。
In a structural analysis apparatus that models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structural analysis by a particle method on the model data,
The material state calculating means calculates acceleration for each particle of the model data,
The material state calculation means calculates the strain increment after the time increment from this acceleration,
The material state determination means adds the strain increment to the stored state of each particle,
The material state determining means determines whether the particle after the time increment has elapsed is in an elastic state or a plastic state,
When the state of the particle is an elastic state, the yield determination means calculates the elastic stress of the particle,
The yield determination means determines whether or not the particles yield from this elastic stress,
When the particle yields, the stress correction calculation means corrects the stress of the particle and corrects and stores the state of the particle,
A structure analysis method, wherein the end determination processing means outputs the stored state of each particle to the outside.
構造物を複数の粒子でモデル化し、前記各粒子の状態を含むモデルデータを予め記憶し、このモデルデータに対して粒子法による構造解析を行う構造解析装置にあって、
前記構造解析装置が備えるプロセッサに、
前記モデルデータの前記各粒子に対して加速度を計算する手順、
この加速度から時間増分経過後の歪増分を計算する手順、
記憶された前記各粒子の状態に前記歪増分を加算する手順、
前記時間増分経過後の当該粒子が弾性状態であるか塑性状態であるかを判断する手順、
当該粒子の状態が弾性状態である場合にその粒子の弾性応力を計算する手順、
この弾性応力からその粒子が降伏したか否かを判断する手順、
前記粒子が降伏した場合に当該粒子の応力を修正計算して当該粒子の状態を修正記憶する手順、
および記憶された前記各粒子の状態を終了判定処理手段が外部に出力する手順
を実行させることを特徴とする構造解析プログラム。
In a structural analysis apparatus that models a structure with a plurality of particles, stores model data including the state of each particle in advance, and performs structural analysis by a particle method on the model data,
In the processor included in the structural analysis device,
A procedure for calculating acceleration for each particle of the model data;
A procedure for calculating the strain increment after the time increment from this acceleration,
Adding the strain increment to the stored state of each particle;
A procedure for determining whether the particles after the time increment have been in an elastic state or a plastic state;
A procedure for calculating the elastic stress of the particle when the particle is in an elastic state;
A procedure to determine if the particle yielded from this elastic stress,
A procedure for correcting and storing the state of the particle by correcting and calculating the stress of the particle when the particle yields,
And a structure analysis program for causing the end determination processing means to output the stored state of each particle to the outside.
JP2013006650A 2013-01-17 2013-01-17 Structure analyzer, structure analysis method, and structure analysis program Pending JP2014137747A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013006650A JP2014137747A (en) 2013-01-17 2013-01-17 Structure analyzer, structure analysis method, and structure analysis program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013006650A JP2014137747A (en) 2013-01-17 2013-01-17 Structure analyzer, structure analysis method, and structure analysis program

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014137747A true JP2014137747A (en) 2014-07-28

Family

ID=51415197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013006650A Pending JP2014137747A (en) 2013-01-17 2013-01-17 Structure analyzer, structure analysis method, and structure analysis program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014137747A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113189301A (en) * 2021-04-16 2021-07-30 长沙理工大学 Method and system for constructing elastic-plastic constitutive model

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113189301A (en) * 2021-04-16 2021-07-30 长沙理工大学 Method and system for constructing elastic-plastic constitutive model
CN113189301B (en) * 2021-04-16 2023-02-10 长沙理工大学 Method and system for constructing elastic-plastic constitutive model

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Seifried et al. Numerical and experimental evaluation of the coefficient of restitution for repeated impacts
Schiehlen et al. Elastoplastic phenomena in multibody impact dynamics
JP6544099B2 (en) Simulation apparatus, simulation program and simulation method
Tong et al. Optimal sensor placement for mode shapes using improved simulated annealing
Seifried et al. Viscoplastic effects occurring in impacts of aluminum and steel bodies and their influence on the coefficient of restitution
Venkataramani et al. Crystal plasticity based FE model for understanding microstructural effects on creep and dwell fatigue in Ti-6242
Wang et al. Experimental and theoretical analyses of elastic-plastic repeated impacts by considering wave effects
JP2019125102A (en) Fluid analysis device, fluid analysis method, and fluid analysis program
JPWO2012111082A1 (en) Simulation apparatus, simulation method, and program
JP5704246B2 (en) Object motion analysis apparatus, object motion analysis method, and object motion analysis program
Yalçinkaya Strain gradient crystal plasticity: Thermodynamics and implementation
JP5892257B2 (en) Simulation program, simulation method, and simulation apparatus
US20150186573A1 (en) Analyzing device
Ahmad et al. Design Element Concept of squeeze casting process
Jacobs et al. Modeling Inelastic Collisions With the Hunt–Crossley Model Using the Energetic Coefficient of Restitution
JP2014137747A (en) Structure analyzer, structure analysis method, and structure analysis program
JP4946633B2 (en) Material state estimation method
US20150186572A1 (en) Analyzing method and analyzing device
JP5523364B2 (en) Analysis device
Milenin et al. FEM‐BEM Code for the Multiscale Modeling and Computer Aided Design of Wire Drawing Technology for Magnesium Alloys
JP6065616B2 (en) Simulation program, simulation method, and simulation apparatus
JP6711344B2 (en) Method and apparatus for analyzing motion state of fibrous substance in fluid
JP6176029B2 (en) Simulation device, simulation program, and simulation method
Oliveira et al. Sensitivity study on some parameters in blank design
JP5240148B2 (en) Collision performance evaluation apparatus and method, program, and storage medium