JP2017111024A - Test piece, test device, measurement device, analysis device, analysis method, and analysis program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、材料特性値を取得するための試験片,試験装置及び材料特性値の測定方法、並びに、取得した材料特性値を利用した解析装置、解析方法及び解析プログラムに関する。 The present invention relates to a test piece, a test apparatus, and a material characteristic value measurement method for acquiring a material characteristic value, and an analysis apparatus, an analysis method, and an analysis program using the acquired material characteristic value.
従来、工業製品の設計開発段階において、その製品をモデル化するとともに、強度,応力分布,変形モード等をCAE解析によってシミュレートすることで、設計検討の効率化が図られている。CAE解析では、一般的に有限要素法(FEM)等が用いられ、CADデータに基づいて作成された製品モデルが複数のメッシュに分割されるとともに、各メッシュに対して材料特性や各種条件(荷重条件,拘束条件等)が入力値として与えられる。なお、部品に外力や強制変形が作用して変形したときの破断について、有限要素法を用いてシミュレートする予測システムとしては、例えば特許文献1に記載のものが存在する。 Conventionally, at the design and development stage of an industrial product, the product is modeled and the strength, stress distribution, deformation mode, and the like are simulated by CAE analysis, thereby improving the efficiency of design examination. In CAE analysis, a finite element method (FEM) or the like is generally used, and a product model created based on CAD data is divided into a plurality of meshes, and material characteristics and various conditions (loads) are applied to each mesh. Conditions, constraint conditions, etc.) are given as input values. In addition, as a prediction system for simulating breakage when a part is deformed by an external force or forced deformation by using the finite element method, there is a system described in Patent Document 1, for example.
ところで、材料の破損(損傷,破壊)問題を解くための方法(モデル)の一つとしてGISSMO(Generalized Incremental Stress-State dependent damage Model)が知られている。すなわち、応力の方向,状態を表す応力3軸度毎に破損ひずみを設定し、破損を表現する手法である。応力3軸度は、ミーゼス応力に対する静水圧応力の比率で定義されるパラメータであり、せん断では0,1軸引張りでは1/3,2軸引張りでは2/3となる。このモデルによれば、応力状態による破損ひずみの変化を考慮することが可能となる。 By the way, GISSMO (Generalized Incremental Stress-State Dependent Damage Model) is known as one of the methods (models) for solving the material damage (damage, destruction) problem. That is, this is a technique for expressing breakage by setting a breakage strain for each triaxial degree of stress representing the direction and state of the stress. Stress triaxiality is a parameter defined by the ratio of hydrostatic stress to Mises stress. It is 0 for shear, 1/3 for uniaxial tension, and 2/3 for biaxial tension. According to this model, it is possible to take into account the change in breakage strain due to the stress state.
ただし、このモデルを用いるためには、応力3軸度と破損ひずみとの関係を予め取得する必要がある。そのため、各応力状態における破損ひずみを測定できる試験装置(試験機及び試験片)を準備しなければならない。しかしながら、せん断,1軸引張り,2軸引張りの各破損ひずみを測定する試験装置は互いに異なるため、試験コストが高額になるという課題がある。 However, in order to use this model, it is necessary to obtain in advance the relationship between the stress triaxiality and the breakage strain. Therefore, it is necessary to prepare a test apparatus (tester and test piece) that can measure the fracture strain in each stress state. However, since the test apparatuses for measuring the breaking strains of shear, uniaxial tension, and biaxial tension are different from each other, there is a problem that the cost of the test becomes high.
また、各応力状態での破損ひずみを別々の試験装置により測定できたとしても、これにより得られるデータ(破損ひずみ)はあくまでも各応力状態での値である。そのため、各応力状態の中間の状態(例えばせん断と1軸引張りの両方が作用した状態)では、正確な破損ひずみの値を用いることができない。実際に物体が変形する場合は、その物体には様々な応力が作用していると考えられる。このため、物体の形状変化に追従して連続的又は断続的に応力状態を変化させ、この応力状態に対応する破損ひずみを用いることができれば、応力分布や変形モード等を高精度にシミュレートすることが可能となる。なお、破損ひずみ以外の材料特性値(例えば伸び,破断後の変形,絞り等)も応力3軸度毎に取得することができれば、これらの値を使ったシミュレーションを行うこともできる。 Moreover, even if the breakage strain in each stress state can be measured by a separate test apparatus, the data (breakage strain) obtained thereby is only a value in each stress state. Therefore, in an intermediate state between the stress states (for example, a state in which both shearing and uniaxial tension are applied), an accurate value of failure strain cannot be used. When an object actually deforms, it is considered that various stresses are acting on the object. For this reason, if the stress state can be changed continuously or intermittently following the shape change of the object and the damage strain corresponding to this stress state can be used, the stress distribution, deformation mode, etc. can be simulated with high accuracy. It becomes possible. In addition, if material characteristic values (for example, elongation, deformation after fracture, drawing, etc.) other than breakage strains can be obtained for each triaxial stress, a simulation using these values can also be performed.
本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、連続的又は断続的な材料特性値を低コストで測定,取得できるようにした、試験片,試験装置及び測定方法、並びに解析装置,解析方法及び解析プログラムを提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。 This case has been devised in view of such problems, and a test piece, a test apparatus, a measurement method, and an analysis apparatus, which can measure and acquire continuous or intermittent material property values at low cost, An object is to provide an analysis method and an analysis program. The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiment for carrying out the invention described later, and has another function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. is there.
(1)ここで開示する試験片は、矩形平板状の基材の長手方向両端部に設けられ、試験機に固定される固定部と、前記基材の長手方向中間部に設けられ、前記基材の長手方向及び幅方向の両中心点を対称点として点対称形状に形成された測定部と、を備え、前記測定部は、前記基材に穿設されるとともに前記対称点を中心とした円周上に各中心点が配置された二つの孔部と、前記基材の幅方向両縁部のそれぞれから切り欠かれて前記二つの孔部のそれぞれに到達するスリットと、を有することを特徴としている。 (1) The test pieces disclosed herein are provided at both ends in the longitudinal direction of a rectangular flat base material, and are provided at a fixing portion fixed to a testing machine, and at a middle portion in the longitudinal direction of the base material. And a measurement part formed in a point-symmetric shape with respect to both center points in the longitudinal direction and the width direction of the material, and the measurement part is drilled in the base material and centered on the symmetry point Having two holes in which each center point is arranged on the circumference, and slits notched from both edges in the width direction of the base material and reaching each of the two holes. It is a feature.
(2)前記スリットは、前記孔部の前記長手方向における両縁端のそれぞれから前記基材の幅方向の縁部に伸ばした二本の垂線で挟まれた範囲内に配置されていることが好ましい。
(3)前記スリットは、前記基材の幅方向の縁部に対して直交方向に延設されていることが好ましい。
(2) The slit may be disposed within a range sandwiched between two perpendiculars extending from each of both edge ends in the longitudinal direction of the hole to the edge in the width direction of the base material. preferable.
(3) It is preferable that the said slit is extended in the orthogonal direction with respect to the edge part of the width direction of the said base material.
(4)ここで開示する試験装置は、前記試験機としての単軸引張試験機又は高速引張試験機と、上記の(1)〜(3)の何れか1つに記載の複数の前記試験片と、を具備し、複数の前記試験片は、それぞれの前記二つの孔部の位置が互いに異なることを特徴としている。
(5)ここで開示する測定方法は、上記の(4)に記載の前記試験装置を用い、それぞれの前記試験片の前記固定部を前記試験機に固定して引張試験を行うことで前記試験片における前記対称点の特性値を測定することを特徴としている。
(4) A test apparatus disclosed herein includes a uniaxial tensile tester or a high-speed tensile tester as the tester, and the plurality of test pieces according to any one of (1) to (3) above. The plurality of test pieces are characterized in that the positions of the two holes are different from each other.
(5) The measurement method disclosed herein uses the test apparatus described in (4) above, and performs the tensile test by fixing the fixing portion of each test piece to the test machine. The characteristic value of the symmetrical point in the piece is measured.
(6)ここで開示する解析装置は、上記の(1)〜(3)の何れか1つに記載の前記試験片と同じ材料からなる物体に荷重が作用したときの応力分布又は変形モードをCAE解析によってシミュレートする解析装置であって、少なくとも前記物体の形状データ及び材料特性データを含む入力値を用いて、前記CAE解析を実行するCPUと、前記CPUによる前記CAE解析の解析結果を出力する出力装置と、を備え、前記材料特性データには、上記の(5)に記載の前記測定方法により測定された前記特性値が含まれることを特徴としている。 (6) The analysis device disclosed herein has a stress distribution or a deformation mode when a load is applied to an object made of the same material as the test piece according to any one of (1) to (3). An analysis apparatus for simulating by CAE analysis, using at least input values including shape data and material property data of the object, a CPU for executing the CAE analysis, and outputting an analysis result of the CAE analysis by the CPU And the material property data includes the property value measured by the measurement method described in (5) above.
(7)ここで開示する解析方法は、上記の(1)〜(3)の何れか1つに記載の前記試験片と同じ材料からなる物体の少なくとも形状データ及び材料特性データを入力値として、前記物体に荷重が作用したときの応力分布又は変形モードをCAE解析によりシミュレートする処理をコンピュータに実行させる解析方法であって、前記CAE解析の解析モデルを作成するモデル作成工程と、前記CAE解析の条件を設定する条件設定工程と、前記解析モデルと前記条件とを用いて前記CAE解析を実行する解析工程と、を備え、前記材料特性データには、上記の(5)に記載の前記測定方法により測定された前記特性値が含まれることを特徴としている。 (7) The analysis method disclosed here uses, as input values, at least shape data and material property data of an object made of the same material as the test piece according to any one of (1) to (3) above. An analysis method for causing a computer to execute a process of simulating a stress distribution or a deformation mode when a load is applied to the object by CAE analysis, a model creation step for creating an analysis model of the CAE analysis, and the CAE analysis A condition setting step for setting the conditions of the above, and an analysis step for executing the CAE analysis using the analysis model and the conditions. The material property data includes the measurement according to (5) above The characteristic value measured by the method is included.
(8)ここで開示する解析プログラムは、上記の(1)〜(3)の何れか1つに記載の前記試験片と同じ材料からなる物体の少なくとも形状データ及び材料特性データを入力値として、前記物体に荷重が作用したときの応力分布又は変形モードをCAE解析によりシミュレートする処理をコンピュータに実行させる解析プログラムであって、前記CAE解析の解析モデルを作成するモデル作成工程と、前記CAE解析の条件を設定する条件設定工程と、前記解析モデルと前記条件とを用いて前記CAE解析を実行する解析工程と、を備え、前記材料特性データには、上記の(5)に記載の前記測定方法により測定された前記特性値が含まれることを特徴としている。 (8) The analysis program disclosed here uses, as input values, at least shape data and material property data of an object made of the same material as the test piece according to any one of (1) to (3) above. An analysis program for causing a computer to execute processing for simulating stress distribution or deformation mode when a load is applied to the object by CAE analysis, a model creation step for creating an analysis model of the CAE analysis, and the CAE analysis A condition setting step for setting the conditions of the above, and an analysis step for executing the CAE analysis using the analysis model and the conditions. The material property data includes the measurement according to (5) above The characteristic value measured by the method is included.
連続的又は断続的な材料特性値を低コストで測定,取得することができる。 Continuous and intermittent material property values can be measured and acquired at low cost.
図面を参照して、実施形態としての試験片及び試験装置並びにこの試験装置を用いた測定方法について説明するとともに、測定結果を用いた解析装置,解析方法及び解析プログラムについて説明する。以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。 With reference to the drawings, a test piece, a test apparatus, a measurement method using the test apparatus, and an analysis apparatus, an analysis method, and an analysis program using the measurement result will be described. Each embodiment shown below is only an example, and there is no intention of excluding various modifications and application of technology that are not clearly shown in each of the following embodiments. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof. Further, they can be selected as necessary, or can be appropriately combined.
本実施形態に係る試験装置は、所定の材料で形成され、かつ、その形状を変化させた複数の試験片のそれぞれについて引張試験を行うものである。本試験装置で得たデータは、その後のCAE解析において、例えば、その材料で成形された部品に対して外力が作用したときの応力分布や変形モードをシミュレートするための入力値として用いられる。つまり、本試験装置による試験は、本処理であるCAE解析に先立って実施される前処理であり、CAE解析の精度向上のために実施される。 The test apparatus according to the present embodiment performs a tensile test on each of a plurality of test pieces that are formed of a predetermined material and whose shape is changed. Data obtained by this test apparatus is used as an input value for simulating stress distribution and deformation mode when an external force is applied to a part molded with the material, for example, in the subsequent CAE analysis. That is, the test by this test apparatus is a pre-process that is performed prior to the CAE analysis that is the main process, and is performed to improve the accuracy of the CAE analysis.
[1.試験装置]
図1は、本実施形態の試験装置1の模式的な斜視図である。試験装置1は、単軸引張試験機(以下「試験機2」と呼ぶ)と試験片3とから構成される。試験機2は、ヘッド部2Aに固定された荷重計2Bと、これに連結された上側のチャック2Cとを有する。試験機2の台座部2Dには下側のチャック2Eが固定されている。試験片3は、上下のチャック2C,2Eでその上下両端部が挟み込まれる。ヘッド部2Aは、枠体2Fに対して、例えば図示しないモータにより上下に移動する。これにより、試験片3が一定速度で引き伸ばされる。試験片3の伸びは、例えば試験片3に直接的に取り付けられた変位計2Gで検出され、コンピュータ2Hに伝達される。
[1. Test equipment]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a test apparatus 1 according to the present embodiment. The test apparatus 1 includes a uniaxial tensile tester (hereinafter referred to as “
本試験装置1では、複数個の試験片3を予め用意し、それぞれの試験片3を試験機2にセットして引張試験を行う。複数の試験片3は、その形状が互いに異なるものであって形状が断続的に変化するように形成されている。複数の試験片3のそれぞれは、長手方向中心線と幅方向中心線とが交わる中心点(負荷中心)での応力3軸度が断続的に変化するような形状とされる。ここでいう応力3軸度とは、応力の方向や状態を表す値であり、ミーゼス応力に対する静水圧応力の比率で定義される。
In this test apparatus 1, a plurality of
本実施形態の試験装置1は、このような複数の試験片3を用いることで、試験機2を使用しながら、1軸(単軸)引張力が作用したときの材料特性値(荷重,伸び,破断後の変形,絞り,破損ひずみ等)だけでなく、せん断力や2軸引張力、あるいはこれらが混在した力が作用したときの材料特性値を取得することができる。なお、試験機2に代えて、高速引張試験機を用いれば、試験片3を勢いよく引き伸ばしたときの材料特性(動的破損)を取得することができる。以下、試験片3の形状を具体的に説明する。
The test apparatus 1 according to the present embodiment uses such a plurality of
[2.試験片]
図2は、複数の試験片3のうちの一つを例示した正面図である。図2に示すように、本実施形態の試験片3は、矩形平板状の基材4の長手方向両端部に設けられた固定部3Aと、長手方向中間部に設けられた測定部3Bとを備える。基材4は、長手方向に直交する断面形状が一様な矩形状の平板であり、その材質は、取得したい材料特性のものとされる。
[2. Test pieces]
FIG. 2 is a front view illustrating one of the plurality of
二つの固定部3Aは、試験機2の上下のチャック2C,2Eに固定される部位である。一方、測定部3Bは、二つの固定部3Aの間に位置し、試験中に変形してその伸びが測定される部位である。測定部3Bは、基材4の幅方向中心線CWと長手方向の中心線CLとが交わる中心点5を対称点として点対称形状に形成されている。以下、基材4の長手方向及び幅方向の両中心点5を「対称点5」と呼ぶ。
The two fixing
測定部3Bは、基材4に穿設された二つの孔部7と、基材4の幅方向における両側の縁部4eのそれぞれから切り欠かれて形成されたスリット8とを有する。図3に示すように、孔部7は、その中心点7cが対称点5を中心とした所定半径の円周6上に配置される。二つの孔部7は、対称点5に対して点対称に配置されることから、孔部7の両中心点7c,7cを結んだ直線は対称点5を通る。孔部7の孔径φDは、円周6の直径よりも小さい寸法に設定される。
The
スリット8は、基材4を厚み方向に貫通して形成され、基材4の縁部4eから孔部7に到達して孔部7と連続して設けられる。測定部3Bは、試験機2により引き伸ばされたときに、孔部7及びスリット8が形成されていない部位が伸びる。すなわち、図2中に破線の矢印で示すように、測定部3Bには孔部7とスリット8とを回避したルートFに引張力が作用して伸びる。これにより、二つの孔部7,7間の中心に位置する対称点5が負荷中心となる。
The
本実施形態の試験片3は、孔部7の位置(中心点7cの位置)を調整することで負荷中心(対称点5)における応力3軸度をコントロールする。実際に試験片3を加工する場合には、孔部7の孔径φDと、二つの孔部7,7間の最小距離W1と、縁部4eから孔部7までの最大距離W2とが設定,管理される。なお、スリット8は、引張力が通るルートFを作るためのものであり、二つの孔部7のそれぞれから、両側に位置する二つの縁部4eのうちの近い一方へ延設されていればよく、試験片3の長手方向における位置や幅寸法L2は特に限定されない。ただし、加工性を考慮すると、スリット8は、図3中の二点鎖線で示すように、孔部7における基材4の長手方向の両縁端7b,7bのそれぞれから、基材4の縁部4eに伸ばした二本の垂線で挟まれた範囲R内に配置されることが好ましい。図2及び図3に示す試験片3では、スリット8が各孔部7の固定部3A側の縁端7bから基材4の縁部4eに対して直交方向に延設される。
The
複数の試験片3は、孔部7の位置が互いに異なるように設けられる。具体的には、複数の試験片3は、孔部7の中心点7cが、幅方向中心線CW上から長手方向中心線CL上までの90度の範囲以内に位置するように設けられる。すなわち、二つの孔部7が何れも幅方向中心線CW上に位置する試験片3、及び、二つの孔部7が何れも長手方向中心線CL上に位置する試験片3が形成されるとともに、二つの孔部7が幅方向中心線CWに対して所定角度だけずれた複数の試験片3が形成される。なお、複数の試験片3における所定角度の間隔を小さくすることで試験により取得できるデータ数が増え、より連続に近いデータを取得することが可能となる。そのため、この所定角度は、取得したいデータ数や試験コスト等を考慮して設定されることが好ましい。
The plurality of
図4(a)〜(f)は、二つの孔部7を順に回転させた試験片3の測定部3Bの拡大図である。図中の模様は、各試験片3についてCAE解析を行って取得した応力3軸度σTRの分布を示したものである。対称点5の応力3軸度σTRは、図4(a)の試験片3では0となり、図4(c)の試験片3では1/3となり、図4(f)の試験片3では2/3となることを読み取ることができる。また、図4(b)の試験片3の対称点5における応力3軸度σTRは、0よりも大きく1/3よりも小さな値となり、図4(d),(e)の各試験片3の対称点5における応力3軸度σTRは、1/3よりも大きく2/3よりも小さな値となることを読み取ることができる。すなわち、図4(a)〜(f)に示すように、二つの孔部7を円周6に沿って断続的に変化させることで、応力3軸度σTRを0から2/3まで断続的に変化させることができる。
4A to 4F are enlarged views of the
この結果によれば、せん断力が作用した場合の材料特性値を取得したい場合には、図4(a)に示した孔部7を有する形状の試験片3を作成すればよい。すなわち、図5(a)に示すように、二つの孔部7を幅方向中心線CW上に並べて配置するとともに、各孔部7に繋がるスリット8を形成すればよい。なお、スリット8の位置及び幅寸法L2は、図4(a)に示すものであってもよいし、図5(a)に示すものであってもよい。
According to this result, when it is desired to obtain the material characteristic value when the shearing force is applied, the
同様に、1軸引張力,2軸引張力のそれぞれが作用したときの材料特性値を取得したい場合には、図4(c),(f)に示した孔部7を有する形状の試験片3をそれぞれ作成すればよい。すなわち、1軸引張りの場合には、図5(b)に示すように、孔部7を幅方向中心線CWに対して45度ずらした位置に配置するとともに、各孔部7に繋がるスリット8を形成すればよい。また、2軸引張りの場合には、図5(c)に示すように、孔部7を長手方向中心線CL上の位置に配置するとともに、各孔部7に繋がるスリット8を形成すればよい。
Similarly, when it is desired to obtain the material characteristic value when each of the uniaxial tensile force and the biaxial tensile force is applied, the test piece having the shape of the
なお、せん断力と1軸引張力とが混合した応力が作用したときの材料特性値を取得したい場合には、図5(a)に示す孔部7の位置と図5(b)に示す孔部7の位置との中間に孔部7を配置した形状の試験片3〔例えば図4(b)に示すような試験片3〕を形成すればよい。同様に、1軸引張力と2軸引張力とが混合した応力が作用したときの材料特性値を取得したい場合には、図5(b)に示す孔部7の位置と図5(c)に示す孔部7の位置との中間に孔部7を配置した形状の試験片3〔例えば図4(d),(e)に示すような試験片3〕を形成すればよい。
In addition, when it is desired to obtain a material characteristic value when a stress obtained by mixing a shearing force and a uniaxial tensile force is applied, the position of the
[3.測定方法]
上述した試験装置1による測定方法の手順を図7に例示する。まず、上述した互いに形状の異なる複数の試験片3を、取得したい材料特性値の材料で成形して用意する(ステップS1)。次いで、各試験片3の固定部3Aを試験機2に固定して引張試験を行う。これを試験片3の個数分だけ繰り返し実施する(ステップS2)。これにより、全ての試験片3の対称点5における材料特性値(荷重,伸び,破断後の変形,絞り,破損ひずみ等)を測定する。
[3. Measuring method]
The procedure of the measurement method using the test apparatus 1 described above is illustrated in FIG. First, a plurality of
そして、これらの測定結果に基づき、例えば図6に示すような応力3軸度σTRに対する破損ひずみεFAを示す連続的なグラフを作成し、コンピュータ2Hのメモリや記憶媒体等に記憶しておく(ステップS3)。なお、実際に試験で得られる破損ひずみεFAは断続的な値であるが、離散した点(破損ひずみεFAの値)を補間することで連続的なグラフを作成可能である。この結果やグラフ(以下「材料特性データ」と呼ぶ)は、次に説明するCAE解析で用いられる。
また、上述した複数の試験片3を成形し、各試験片3を高速引張試験機に固定して引張試験を行うことで、その試験片3の対称点5における特性値として動的破損を測定し、同様に材料特性データとして記憶しておけば、衝突試験のCAE解析に活用できる。
Based on these measurement results, for example, a continuous graph showing the failure strain ε FA with respect to the stress triaxiality σ TR as shown in FIG. 6 is created and stored in the memory or storage medium of the
In addition, the above-described plurality of
[4.解析装置,解析方法]
本実施形態に係る解析装置,解析方法は、CAE解析ソフトウェアを用いて、物体に荷重(応力)が作用したときの応力分布や変形モードをシミュレートする装置,方法である。本解析装置,解析方法では、上述した測定方法によって、シミュレートの対象となる物体の材料特性データを予め取得しておき、入力値の一つとしてその材料特性データを用いる。
[4. Analysis device, analysis method]
The analysis apparatus and analysis method according to the present embodiment are an apparatus and method for simulating a stress distribution and a deformation mode when a load (stress) is applied to an object using CAE analysis software. In the analysis apparatus and the analysis method, material characteristic data of an object to be simulated is acquired in advance by the measurement method described above, and the material characteristic data is used as one of input values.
本実施形態の解析装置は、CAE解析用のコンピュータプログラム17(解析プログラム)を実行可能な汎用のコンピュータによって実現される。図8は、コンピュータ10を用いて解析装置を構成する場合の概略構成図である。コンピュータ10(解析装置)は、CPU11(Central Processing Unit),メモリ12〔Read Only Memory(ROM),Random Access Memory(RAM)等〕,外部記憶装置13〔Hard Disk Drive(HDD),Solid State Drive(SSD),光学ドライブ等〕,入力装置14(キーボード,マウス等),出力装置15(ディスプレイ,プリンター装置等)及び通信装置16(無線または有線の送受信装置)を備える。これらは、コンピュータ10の内部に設けられたバス18(制御バス,データバス等)を介して互いに通信可能に接続される。コンピュータプログラム17は、外部記憶装置13にインストールされる。
The analysis apparatus according to the present embodiment is realized by a general-purpose computer that can execute a computer program 17 (analysis program) for CAE analysis. FIG. 8 is a schematic configuration diagram in the case where an analysis apparatus is configured using the
なお、光学ドライブ,フラッシュメモリ,リーダライター等で読み取り可能な記録媒体19にコンピュータプログラム17を記録しておいてもよい。あるいは、コンピュータ10が接続可能なネットワーク上のオンラインストレージにコンピュータプログラム17を記録しておいてもよい。いずれにしても、コンピュータプログラム17をコンピュータ10のHDD,SSD等にダウンロードすることで、あるいはCPU11,メモリ12に読み込むことで実行可能となる。
The
本実施形態のCPU11は、外部記憶装置13にインストールされたプログラムをメモリ12上に読み込んで実行し、計算結果を出力装置15に出力する。解析モデルとしては、例えばボデー,バンパー,ピラー等の車両部品(車両を構成する物体)が挙げられる。解析モデルの形状は、例えば汎用の三次元CAD(Computer Aided Design)ソフトウェアで作成されたデータをコンピュータプログラム17に流用することによって、あるいは入力装置14からの入力によって設定される。また、解析に必要なデータ(入力値)は、入力装置14からの入力に基づいて、あるいは予め与えられた値として設定される。本実施形態では、少なくとも解析対象である物体の形状データ(例えばCADデータ)と材料特性データとがCAE解析の入力値に含まれる。
The
CAE解析のコンピュータプログラム17の機能を図8中に模式的に示す。このコンピュータプログラム17には、モデル作成部17a,条件設定部17b及び解析部17cが設けられる。なお、これらの各要素は、電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
The functions of the
モデル作成部17aは、解析対象のモデルを作成するものである。本実施形態では、車両衝突時のバンパーの変形モードを解析する場合を例に挙げて説明する。この場合、モデル作成部17aは、バンパーの形状をモデル化するとともに複数のメッシュに分割して解析モデルを作成する。
The
条件設定部17bは、解析に用いる条件を設定するものである。この場合であれば、衝突時の荷重条件(荷重の大きさや方向)を設定するとともに、バンパーの拘束条件を設定する。また、バンパーの材料に対応した材料特性値には、上述した測定方法により取得した材料特性データを用いる。すなわち、本処理であるCAE解析の前に、解析対象の物体(この場合であればバンパー)の材料と同じ材料で複数の試験片3を成形するとともに、上述した試験装置1によって試験を行っておき、材料特性データ(材料特性値)を取得しておく。
The
上述した試験装置1を用いた測定方法では、応力3軸度σTRを断続的に変化させて試験をし、材料特性値を連続的な値として取得することができるため、あらゆる応力状態(衝突形態)に対する材料特性値をCAE解析の入力値として与えることが可能である。このため、CAE解析の解析精度が向上する。また、上述した測定方法では、動的破損のデータも取得可能であることから、衝突シミュレーションにおける解析精度も向上する。
解析部17cは、モデル作成部17aで作成された解析モデルと条件設定部17bで設定された条件とを用いてCAE解析を実行し、その解析結果を出力装置15に出力するものである。
In the measurement method using the test apparatus 1 described above, the stress triaxiality σ TR can be intermittently changed and the test can be performed to obtain the material characteristic value as a continuous value. It is possible to provide the material characteristic value for the (form) as an input value for the CAE analysis. For this reason, the analysis accuracy of CAE analysis is improved. Moreover, in the measurement method described above, since dynamic damage data can be acquired, the analysis accuracy in the collision simulation is also improved.
The
上記のコンピュータ10がコンピュータプログラム17を実行する際の手順(解析方法)を図9に示す。ステップT1では、解析モデルとなる物体のデータ(入力値)が用意され、あるいは外部記憶装置13や入力装置14等から入力される。このデータには、少なくとも形状データと材料特性データとが含まれる(準備工程)。ステップT2では、モデル作成部17aによりCAE解析の解析モデルが作成される(モデル作成工程)。
FIG. 9 shows a procedure (analysis method) when the
続くステップT3では、条件設定部17bにより上述した条件が設定される(条件設定工程)。そして、ステップT1及びT3で設定された入力値,解析条件と、ステップT2で作成された解析モデルとを用いて、CPU11によりCAE解析が実行され(ステップT4,解析工程)、解析結果が出力される(ステップT5,出力工程)。
In subsequent step T3, the above-described conditions are set by the
[5.作用,効果]
(1)上述の試験片3では、基材4の対称点5を中心とした円周6上に点対称となるように二つの孔部7を配置することで、対称点5の応力3軸度σTRを変えることができる。例えば、二つの孔部7を幅方向中心線CW上に配置する(長手方向に一直線に並べる)と、対称点5における応力3軸度σTRを0にすることができる。また、二つの孔部7を長手方向中心線CL上に配置する(幅方向に一直線に並べる)と、対称点5における応力3軸度σTRを2/3にすることができる。
[5. Action, effect]
(1) In the
すなわち、上述した試験片3であれば、例えば、せん断の破損ひずみεFA(破断特性)や2軸引張りの破損ひずみεFA、あるいは、せん断と1軸引張りとの間の変形モードにおける破損ひずみεFAといった様々な破損ひずみを、単軸引張り試験機2を使うことで測定することができる。言い換えると、試験片3では、単軸引張り試験機2によって、破損ひずみεFA等の材料特性値を断続的な値として測定することができるため、測定を簡単化することができるとともに、試験コストを低減することができる。さらに、測定で得られた値を補完することで連続的な材料特性値を取得することもできる。
That is, if the
また、試験片3は、矩形平板状の基材4に孔部7とスリット8とを加工するという簡単な加工を施すだけでよいため、加工コストも低減することができる。さらに、本試験片3であれば、対称点5に対して、孔部7及びスリット8の加工時の熱の影響が及びにくく、厚み方向に対する加工もないことから、正確な材料特性値を測定することができる。
また、本試験片3であれば、高速引張試験装置に設置することができるので、2軸引張り力やせん断力等が作用したときの衝突データを取得することができる。つまり、本試験片3であれば、様々な衝突モード(衝突試験)にも活用しうるデータを取得することができる。
Moreover, since the
Moreover, if it is this
(2)上述の試験片3では、スリット8が、孔部7の長手方向における両縁端7b,7bのそれぞれから基材4の縁部4eに伸ばした二本の垂線で挟まれた範囲R内に配置されるため、試験片3の形状を簡素化しながら引張力が通るルートFを作ることができる。
(3)さらに上述した試験片3は、スリット8が基材4の縁部4eに対して直交方向に延設されることから、スリット加工を容易に行うことができる。
(2) In the above-described
(3) Furthermore, since the
(4)上述した試験装置1は、試験機2と、互いに形状の異なる複数の試験片3とを具備している。このような試験装置1によれば、応力3軸度σTRを断続的に変化させた試験片3を用いて、破損ひずみεFA等の材料特性値の連続的又は断続的なデータを取得することができる。なお、単軸引張試験機2は、せん断の破損ひずみを測定する装置や、2軸引張りの破損ひずみを測定する装置と比較して試験コストを低く抑えることができる。そのため、本試験装置1によれば、せん断,2軸引張り専用の試験装置を使用する場合と比較して、試験コストの低減にも貢献することができる。さらに、試験機2として高速引張試験機を使えば、衝突用のデータ(動的破損)を取得することもできる。
(4) The above-described test apparatus 1 includes a
(5)上述した測定方法では、このような試験装置1を使用することから、低コストで材料特性値の連続的又は断続的なデータを取得することができる。
(6)また、上述した解析装置,解析方法及び解析プログラムでは、CAE解析の入力値として、上述した測定方法により取得した材料特性データを用いるため、解析精度を高めることができる。
(5) In the measurement method described above, since such a test apparatus 1 is used, continuous or intermittent data of material property values can be acquired at low cost.
(6) Moreover, in the analysis apparatus, analysis method, and analysis program mentioned above, since the material characteristic data acquired by the measurement method mentioned above is used as an input value of CAE analysis, analysis accuracy can be improved.
[6.変形例]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述した試験片3は、孔部7の中心点7cが、幅方向中心線CW上から長手方向中心線CL上までの90度の範囲以内に位置するように設けられているが、中心点7cがこの範囲を超えて設けられていてもよい。また、スリット8が範囲R以外の部分に設けられていてもよいし、縁部4eに対して直交しない方向に延設されていてもよい。
なお、上述した試験片3を用いて測定したデータ(材料特性値)の使用方法は特に限られず、上述した解析以外に使用してもよい。
[6. Modified example]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
In addition, the usage method of the data (material characteristic value) measured using the
1 試験装置
2 試験機
3 試験片
3A 固定部
3B 測定部
4 基材
4e 幅方向の縁部
5 対称点(中心点)
6 円周
7 孔部
7b 長手方向の縁端
7c 中心点
8 スリット
10 解析装置
11 CPU
15 出力装置
17 コンピュータプログラム(解析プログラム)
σTR 応力3軸度
εFA 破損ひずみ
CW 幅方向中心線
CL 長手方向中心線
R 範囲
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6
15
σ TR stress triaxiality ε FA failure strain
C W width direction center line
C L Longitudinal center line
R range
Claims (8)
前記基材の長手方向中間部に設けられ、前記基材の長手方向及び幅方向の両中心点を対称点として点対称形状に形成された測定部と、を備え、
前記測定部は、前記基材に穿設されるとともに前記対称点を中心とした円周上に各中心点が配置された二つの孔部と、前記基材の幅方向両縁部のそれぞれから切り欠かれて前記二つの孔部のそれぞれに到達するスリットと、を有する
ことを特徴とする、試験片。 A fixed portion that is provided at both ends in the longitudinal direction of a rectangular flat plate-like base material and fixed to a testing machine;
A measuring unit provided in a middle portion in the longitudinal direction of the base material, and formed in a point-symmetric shape with respect to both center points in the longitudinal direction and the width direction of the base material,
The measurement part is formed from each of two hole parts that are drilled in the base material and each center point is arranged on a circumference centered on the symmetry point, and both edges in the width direction of the base material. And a slit that is cut out to reach each of the two holes.
ことを特徴とする、請求項1記載の試験片。 The slit is arranged in a range sandwiched between two perpendiculars extending from each of both edge ends in the longitudinal direction of the hole portion to an edge portion in the width direction of the base material. The test piece according to claim 1.
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の試験片。 The test piece according to claim 1, wherein the slit extends in a direction orthogonal to an edge portion in the width direction of the base material.
請求項1〜3の何れか1項に記載の複数の前記試験片と、を具備し、
複数の前記試験片は、それぞれの前記二つの孔部の位置が互いに異なる
ことを特徴とする、試験装置。 A uniaxial tensile tester or a high-speed tensile tester as the tester;
A plurality of the test pieces according to any one of claims 1 to 3,
The test apparatus according to claim 1, wherein the plurality of test pieces have different positions of the two holes.
ことを特徴とする、測定方法。 Using the test apparatus according to claim 4, measuring the characteristic value of the symmetry point in the test piece by fixing the fixing portion of each test piece to the testing machine and performing a tensile test. A characteristic measuring method.
少なくとも前記物体の形状データ及び材料特性データを含む入力値を用いて、前記CAE解析を実行するCPUと、
前記CPUによる前記CAE解析の解析結果を出力する出力装置と、を備え、
前記材料特性データには、請求項5に記載の前記測定方法により測定された前記特性値が含まれる
ことを特徴とする、解析装置。 An analyzer for simulating stress distribution or deformation mode by a CAE analysis when a load is applied to an object made of the same material as the test piece according to any one of claims 1 to 3,
A CPU that executes the CAE analysis using input values including at least the shape data and material property data of the object;
An output device that outputs an analysis result of the CAE analysis by the CPU;
The analysis device according to claim 5, wherein the material property data includes the property value measured by the measurement method according to claim 5.
前記CAE解析の解析モデルを作成するモデル作成工程と、
前記CAE解析の条件を設定する条件設定工程と、
前記解析モデルと前記条件とを用いて前記CAE解析を実行する解析工程と、を備え、
前記材料特性データには、請求項5に記載の前記測定方法により測定された前記特性値が含まれる
ことを特徴とする、解析方法。 The stress distribution or deformation mode when a load is applied to the object, using at least shape data and material property data of the object made of the same material as the test piece according to any one of claims 1 to 3 as input values. An analysis method for causing a computer to execute a process to be simulated by CAE analysis,
A model creation step of creating an analysis model of the CAE analysis;
A condition setting step for setting conditions for the CAE analysis;
An analysis step of performing the CAE analysis using the analysis model and the conditions,
The analysis method according to claim 5, wherein the material property data includes the property value measured by the measurement method according to claim 5.
前記CAE解析の解析モデルを作成するモデル作成工程と、
前記CAE解析の条件を設定する条件設定工程と、
前記解析モデルと前記条件とを用いて前記CAE解析を実行する解析工程と、を備え、
前記材料特性データには、請求項5に記載の前記測定方法により測定された前記特性値が含まれる
ことを特徴とする、解析プログラム。 The stress distribution or deformation mode when a load is applied to the object, using at least shape data and material property data of the object made of the same material as the test piece according to any one of claims 1 to 3 as input values. An analysis program for causing a computer to execute processing simulated by CAE analysis,
A model creation step of creating an analysis model of the CAE analysis;
A condition setting step for setting conditions for the CAE analysis;
An analysis step of performing the CAE analysis using the analysis model and the conditions,
6. The analysis program according to claim 5, wherein the material property data includes the property value measured by the measurement method according to claim 5.
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