JP2023124405A - 破断予測方法及び破断予測装置、並びに破断予測プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のシミュレーション工程を跨いで変形解析を行うに際し、本工程と前工程とで変形経路が変化すると共に、曲げ破断が発生する場合において、その曲げ破断を精度良く予測する。【解決手段】破断予測装置は、応力空間に破断限界線を作成する限界線作成部１と、複数の変形シミュレーションの連成解析を行うシミュレーション部２と、シミュレーション部２で得られた解析結果に基づいて曲げ変形後の板厚、及び鋼板部材の変形中における表層ひずみ成分を用いて、鋼板部材の曲げの有無を判定し、曲げ部であると判定された要素を抽出して曲げ部の曲げ外側表層ひずみ成分を表層の最大主応力及び最小主応力に変換する変換部３と、材料破断の有無を判定する判定部４とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、部材（鋼板部材等）の破断予測方法及び破断予測装置、並びに破断予測プログラム及び記録媒体に関するものである。

一般的に鋼板は、その高強度化に伴って延性が低下することが知られており，例えば自動車車体の衝突変形時における材料破断の可能性は高くなると考えられる。特に、引張強度が９８０ＭＰａを超える超ハイテン材と呼ばれる鋼板においては，衝突変形時の面内引張力による破断に加え、座屈変形、即ち曲げ変形による材料破断（以下、曲げ破断という）が発生することが知られている。

また、自動車車体はプレス成形部材を溶接することにより組み上げられているため、その後の衝突試験時の材料破断の可能性を検討する際には、成形工程でプレス成形部材に導入された予変形の影響を考慮する必要がある。しかしながら、成形工程で導入された変形（ひずみ）の方向と、衝突変形工程での変形（ひずみ）の方向とは同一とは限らないため、いわゆる変形経路の変化が発生する。この変形経路の変化が生じた場合、破断限界も変化することが知られており、従来用いられる手法では破断予測が困難である。

特開２０１１－１４１２３７号公報 特許第４６２１２１６号公報

特許文献１では、超ハイテン材の曲げ破断を予測する手法が開示されている。この手法は、板厚表層のひずみ値がひずみ空間の破断限界線を超えるか否かにより破断判定を行うものである。しかしながらこの手法は、あくまで変形経路が一定、即ち同一方向の変形を受け続けた場合の破断を予測する方法であって、上記のように成形工程と衝突変形工程とで変形経路が変化するような場合には適用することはできない。

また、特許文献２では、面内引張力に対して、応力空間内に表記した破断限界線を用いることにより、変形経路によらず破断限界線をほぼ一義的に表現できることを実験及び解析で検証している．これによって、面内引張力が負荷される場合の破断に関しては、成形工程と衝突変形時とで変形経路が変化したとしても、破断を予測できると考えられる。その一方で、超ハイテン材で課題となる曲げ破断は，面内（板厚中心）引張力が非常に小さい状態で、板厚表層で高い引張力が発生して破断に至る現象である。そのため、特許文献２の技術は、曲げ破断の予測には適用することができない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数のシミュレーション工程を跨いで変形解析を行うに際し、本工程と前工程とで変形経路が変化すると共に、曲げ破断が発生する場合において、その曲げ破断を精度良く予測する破断予測方法及び破断予測装置、並びに破断予測プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸様態に想到した。

１．１又は複数の前シミュレーション工程を経て最終ステップで得られた部材のひずみ、応力、板厚を引き継いで初期値としてマッピングし、前記部材の変形解析を行う本シミュレーション工程と、
前記本シミュレーション工程で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を、表層の最大主応力及び最小主応力に変換する変換工程と、
前記変換工程で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力を用いて、前記部材の破断を判定する判定工程と、
を有することを特徴とする破断予測方法。

２．前記変換工程は、前記本シミュレーション工程で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を用いて前記部材の曲げの有無を判定し、前記部材で曲げ部と判定された要素の曲げ外側表層ひずみ成分を前記表層の最大主応力及び最小主応力に変換することを特徴とする１．に記載の破断予測方法。

３．応力空間に破断限界線を作成する限界線作成工程を更に有し、
前記判定工程は、前記変換工程で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力が前記破断限界線を越えるか否かで破断を判定することを特徴とする１．又は２．に記載の破断予測方法。

４．前記限界線作成工程は、
ひずみ空間に成形限界線図を作成するステップと、
前記成形限界線図の平面ひずみの値を、曲げ変形時の限界表層最大主ひずみと一致するまでオフセットして表層ひずみ限界線を作成するステップと、
前記表層ひずみ限界線を応力空間に変換して表層応力の前記破断限界線を作成するステップと、
を有することを特徴とする３．に記載の破断予測方法。

５．破断判定対象である前記部材は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板であることを特徴とする１．～４．のいずれかに記載の破断予測方法。

６．１又は複数の前シミュレーション工程を経て最終ステップで得られた部材のひずみ、応力、板厚を引き継いで初期値としてマッピングし、前記部材の変形解析を行う本シミュレーション部と、
前記本シミュレーション部で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を、表層の最大主応力及び最小主応力に変換する変換部と、
前記変換部で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力を用いて、前記部材の破断を判定する判定部と、
を有することを特徴とする破断予測装置。

７．前記変換部は、前記本シミュレーション部で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を用いて前記部材の曲げの有無を判定し、前記部材で曲げ部と判定された要素の曲げ外側表層ひずみ成分を前記表層の最大主応力及び最小主応力に変換することを特徴とする６．に記載の破断予測装置。

８．応力空間に破断限界線を作成する限界線作成部を更に有し、
前記判定部は、前記変換部で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力が前記破断限界線を越えるか否かで破断を判定することを特徴とする６．又は７．に記載の破断予測装置。

９．前記限界線作成部は、
ひずみ空間に成形限界線図を作成する第１作成部と、
前記成形限界線図の平面ひずみの値を、曲げ変形時の限界表層最大主ひずみと一致するまでオフセットして表層ひずみ限界線を作成する第２作成部と、
前記表層ひずみ限界線を応力空間に変換して表層応力の前記破断限界線を作成する第３作成部と、
を有することを特徴とする８．に記載の破断予測装置。

１０．破断判定対象である前記部材は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板であることを特徴とする６．～９．のいずれかに記載の破断予測装置。

１１．１又は複数の前シミュレーション工程を経て最終ステップで得られた部材のひずみ、応力、板厚を引き継いで初期値としてマッピングし、前記部材の変形解析を行う本シミュレーション手順と、
前記本シミュレーション手順で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を、表層の最大主応力及び最小主応力に変換する変換手順と、
前記変換手順で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力を用いて、前記部材の破断を判定する判定手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする破断予測プログラム。

１２．前記変換手順は、前記本シミュレーション工程で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を用いて前記部材の曲げの有無を判定し、前記部材で曲げ部と判定された要素の曲げ外側表層ひずみ成分を前記表層の最大主応力及び最小主応力に変換することを特徴とする１１．に記載の破断予測プログラム。

１３．応力空間に破断限界線を作成する限界線作成手順を更に有し、
前記判定手順は、前記変換工程で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力が前記破断限界線を越えるか否かで破断を判定することを特徴とする１１．又は１２．に記載の破断予測プログラム。

１４．前記限界線作成手順は、
ひずみ空間に成形限界線図を作成するステップと、
前記成形限界線図の平面ひずみの値を、曲げ変形時の限界表層最大主ひずみと一致するまでオフセットして表層ひずみ限界線を作成するステップと、
前記表層ひずみ限界線を応力空間に変換して表層応力の前記破断限界線を作成するステップと、
を有することを特徴とする１３．に記載の破断予測プログラム。

１５．破断判定対象である前記部材は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板であることを特徴とする１１．～１４．のいずれかに記載の破断予測プログラム。

１６．１１．～１５．のいずれかに記載の破断予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

本発明によれば、複数のシミュレーション工程を跨いで変形解析を行うに際し、本工程と前工程とで変形経路が変化すると共に、曲げ破断が発生する場合において、その曲げ破断を精度良く予測することができる。

本実施形態による破断予測装置を示すブロック図である。 ひずみ空間から応力空間に変換される様子を示す特性図である。 変形シミュレーションステップＳ２における連成解析を説明するためのコンター図である。 鋼板部材の変形発生箇所を示す模式図である。 曲げ部であると判定されたＦＥＭの要素を抽出する様子を示すコンター図である。 破断判定時の一例を示す特性図である。 本実施例で用いた試験片の形状を示す平面図である。 本発明例における変形シミュレーションステップＳ２を示す模式図である。 比較例による破断予測の結果を示す特性図である。 本発明例による破断予測の結果を示す特性図である。 実験と本発明例及び比較例との比較を示す特性図である。 パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。

［実施形態］
以下、具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態による破断予測装置を示すブロック図である。図１には、当該破断予測装置で実行される破断予測方法の各工程及び各ステップが併記されている。本実施形態では主に、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板部材を破断予測判定対象とする。

本実施形態による破断予測装置は、図１に示すように、応力空間に破断限界線を作成する限界線作成部１と、複数の変形シミュレーションの連成解析を行うシミュレーション部２と、シミュレーション部２で得られた解析結果についてひずみ空間から応力空間への変換を行う変換部３と、材料破断の有無を判定する判定部４とを備えている。限界線作成部１、シミュレーション部２、変換部３、及び判定部４は、例えば有限要素法（Finite Element Method：ＦＥＭ）を用いた解析（ＦＥＭ解析）を行うことができるパーソナルコンピュータの中央演算装置（ＣＰＵ）で構成される。

限界線作成部１は、第１作成部１１、第２作成部１２、及び第３作成部１３を備えている。
シミュレーション部２は、１又は複数の前シミュレーション工程と、前シミュレーション工程を経て最終ステップで得られた破断判定対象である鋼板部材のひずみ、応力、板厚を引き継いで初期値としてマッピングし、鋼板部材の変形解析を行う本シミュレーション工程とを行う。シミュレーション部２は、前シミュレーション工程を行う前シミュレーション部２１と、本シミュレーション工程を行う本シミュレーション部２２とを備えている。本実施形態では、前シミュレーション工程として成形工程を、本シミュレーション工程として衝突工程を行う場合を例示する。
変換部３は、曲げ判定部３１及び応力変換部３２を備えている。

本実施形態では、入力情報の取得に、図１に示す破断データベース１０を用いる。
破断データベース１０には、複数の材料について、材料特性（引張強度特性（応力ひずみ（stress-strain：Ｓ－Ｓカーブ）等）、鋼板部材の板厚、ＦＥＭの要素サイズや、鋼板部材の曲げ変形限界（α，Ｒ／ｔ）等が蓄積されている。

破断データベース１０を活用することにより、容易且つ短時間で、破断判定対象となる部材に対応した各種入力情報を効率良く取得することができる。なお、破断データベース１０を用いる代わりに、各種引張試験等を行って各種入力情報を得るようにしても良い。

以下、限界線作成部１による破断限界線作成ステップＳ１について説明する。図２は、ひずみ空間から応力空間に変換される様子を示す特性図であり、（ａ）がひずみ空間、（ｂ）が応力空間をそれぞれ示す。

限界線作成部１は、引張強度特性等の入力情報を破断データベース１０から取得する。
先ず、第１作成部１１は、取得された入力情報である引張強度特性に基づいて、Storen-Riceによるくびれ発生基準を拡張した理論式を用いてひずみ空間に成形限界線図（Forming Limit Diagram：ＦＬＤ）限界線を作成する（ステップＳ１１）。

続いて、第２作成部１２は、取得された入力情報である曲げ変形限界に基づいて、作成されたＦＬＤ限界線の平面ひずみ（最小主ひずみ＝０）における最大主ひずみ（ε_max'）を、曲げ変形時の限界表層最大主ひずみ（ε_max）と一致するまでオフセットして表層ひずみ限界線を作成する（ステップＳ１２）。即ち、先ず、平面ひずみの曲げにおける曲げ外側限界最大主ひずみ（ε_max）を算出する。次に、ステップＳ１１で作成されたＦＬＤ限界線を比例拡大して表層ひずみ破断限界線を作成する。具体的には、「ε_max／ε_max'」をステップＳ１１で作成されたＦＬＤ限界線の最小主ひずみ及び最大主ひずみの値に乗ずる。

続いて、第３作成部１３は、ステップＳ１２で作成された表層ひずみ破断限界線を応力空間に変換して表層応力破断限界線を作成する（ステップＳ１３）。ここで、表層ひずみ限界線（縦軸：ε₁₁、横軸：ε₂₂)から表層応力破断限界線（縦軸：σ₁₁、横軸：σ₂₂）に変換するには、（１）体積一定則、（２）Misesの降伏関数、（３）加工硬化則による等方硬化、（４）垂直則、及び（５）平面応力を仮定する。

次いで、シミュレーション部２による連成解析、ここでは成形工程及び衝突工程の連成解析を行う変形シミュレーションステップＳ２について説明する。図３は、変形シミュレーションステップＳ２における連成解析を説明するためのコンター図である。

シミュレーション部２は、上記の入力情報を破断データベース１０から取得する。
初めに、前シミュレーション部２１は成形工程を実行する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１では、前シミュレーション部２１は先ず、破断判定対象となる鋼板部材を成形する際の変形シミュレーションを行う（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１では、上記の入力情報に基づいて、成形対象である鋼板部材を成形する際に、鋼板部材のＦＥＭモデルを用いて変形シミュレーション解析を行う。成形前の鋼板部材１１１のＦＥＭモデルを図３（ａ）に、鋼板部材１１１の成形後におけるハット形状の鋼板部材（ハット部材）１１２のＦＥＭモデルを図３（ｂ）にそれぞれ示す。

続いて、前シミュレーション部２１は、ステップＳ１０１の成形シミュレーションにおける最終ステップの情報、ここでは成形工程を経た鋼板部材に導入された変形ひずみ及び板厚の情報が出力される（ステップＳ１０２）。

続いて、前シミュレーション部２１は、ステップＳ１０２において出力された成形シミュレーションにおける最終ステップの情報を、成形工程に続く衝突工程の０ステップにマッピングする（ステップＳ１０３）。成形工程に続く衝突工程では、ＦＥＭ解析に供される鋼板部材には、成形工程で鋼板部材に導入された変形ひずみ（予変形）の情報が初期状態として付与されることになる。

次に、本シミュレーション部２２は衝突工程を実行する（ステップＳ２２）。
ステップＳ２２では、成形シミュレーションにおける最終ステップの情報を予変形として引き継いだ鋼板部材（図３（ｂ）の例ではハット部材１１２）のＦＥＭモデルを用いて変形シミュレーション解析を行う。ここでは、いわゆる３点曲げが行われる。両端で支持部１１３ａ，１１３ｂにより支持されたハット部材１１２のＦＥＭモデルにインパクタ１１４が当接する様子を図３（ｃ）に、衝突後のハット部材１１２のＦＥＭモデルを図３（ｄ）にそれぞれ示す。

本実施形態では、成形工程における最終ステップの情報を引き継いで衝突工程のシミュレーション解析を実行する。成形工程により鋼板部材に付与された予変形の影響が衝突工程のシミュレーション解析に確実に反映されるため、正確な破断予測に寄与することができる。

次いで、変換部３による、シミュレーション部２で得られた解析結果についてひずみ空間から応力空間への変換を行う変換ステップＳ３について説明する。
変換部３は、シミュレーション部２で得られた解析結果として、鋼板部材の曲げ変形後の板厚、表層ひずみ成分（曲げ外側の周方向ひずみ成分及び曲げ内側の周方向ひずみ成分）の情報をシミュレーション部２から取得する。

先ず、曲げ判定部３１は、シミュレーション部２で得られた曲げ変形後の板厚、及び鋼板部材の変形中における表層ひずみ成分を用いて、鋼板部材の曲げの有無を判定する（ステップＳ３１）。
ステップＳ３１では、以下に示すように、鋼板部材の曲げの有無を判定する。図４は、鋼板部材の変形発生箇所を示す模式図である。

ここでは、以下の条件を仮定する。
（１）中立面と鋼板部材の中央面とは一致する（平面応力を仮定したシェル要素では、曲げにより中立面は移動しない）。
（２）曲げ変形前に、はりの軸線に垂直であった平面は、曲げ変形後も平面を保ち、軸線に垂直となる、即ち、せん断変形を考慮しない(Kirchhoffの仮定）。

以上の仮定の下に、図４のように鋼板部材の変形発生箇所における中央面を半径Ｒ_nに曲げたとき、中立軸からηの距離での円周方向ひずみε_θは以下のように近似することができる。
先ず、線分ＡＢ及びそれよりηだけ離れた位置にある線分ＣＤが、曲げ変形後にそれぞれＡ'Ｂ'，Ｃ'Ｄ'となったとする。このとき、
ＣＤ＝ＡＢ＝Ａ'Ｂ'＝Ｒ_nΔθ
Ｃ'Ｄ'＝（Ｒ_n＋η）Δθ
であるので、中立軸からηだけ離れた位置にある面の曲げによる円周方向ひずみε_θは次式で近似することができる。
ε_θ≒（Ｃ'Ｄ'－ＣＤ）／ＣＤ＝η／Ｒ_n

次に、鋼板部材の初期板厚をｔ₀、曲げ外側の周方向ひずみ成分をε_θ ⁱ、曲げ内側の周方向ひずみ成分をε_θ ⁰とすると、上式から次式が得られる。
ε_θ ⁰－ε_θ ⁱ＝ｔ₀／Ｒ_nより、
１／Ｒ_n＝（ε_θ ⁰－ε_θ ⁱ）／ｔ₀
ここで、最表層積分点の位置は、板厚方向の積分点数で変化するため、最表層のひずみに換算した値を用いて計算する。

各成分の表裏面塑性ひずみテンソルから、それに対応した曲率成分を計算する。
κ_xx＝（ε_xx ⁰－ε_xx ⁱ）／ｔ₀
κ_yy＝（ε_yy ⁰－ε_yy ⁱ）／ｔ₀
κ_xy＝（ε_xy ⁰－ε_xy ⁱ）／ｔ₀

曲げが最大となる方向の曲率を求めるために、これらの式から中立面の曲率の主値λ₁，λ₂を求める。更に、曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂（＝曲率の逆数）を計算する。
λ_1,2＝１／２（κ_xx＋κ_yy）±１／２｛（κ_xx－κ_yy）²＋４κ_xy ²｝^1/2より、
Ｒ₁＝１／λ₁
Ｒ₂＝１／λ₂

これらの式から、曲率半径が最小となる方向（曲率が最大となる方向）の曲率半径を決定し、曲げ内側の曲率半径Ｒ_iに変換する。ここで、ｔは鋼板部材の現在の板厚を示す。
Ｒ_n＝ｍｉｎ（Ｒ₁，Ｒ₂）より、
Ｒ_i＝Ｒ_n－ｔ／２

曲げ判定部３１は、上式に基づいて算出された鋼板部材の変形発生箇所における曲げ内側の曲率半径Ｒ_iが、設定された所定の閾値以下の場合、当該変形発生箇所を曲げ部であると判定する。

続いて、応力変換部３２は、鋼板部材で曲げ部であると判定されたＦＥＭの要素を抽出する。このときの一例を図５に示す。図５では、鋼板部材が成形されてなるハット部材について３点曲げが行われ、変形発生箇所のうちで曲げ判定部３１により曲げ部であると判定された要素を抽出する。応力変換部３２は、当該曲げ部の曲げ外側表層ひずみ成分（曲げ外側の周方向ひずみ成分）を表層の最大主応力及び最小主応力に変換し、判定部４に出力する（ステップＳ３２）。

しかる後、判定部４により、変換部３（応力変換部３２）で得られた表層の最大主応力及び最小主応力が、破断限界線作成ステップＳ１（ステップＳ１３）により得られた表層応力破断限界線を越えるか否かで、鋼板部材の曲げ破断の有無が判定される（破断判定ステップＳ４）。
予変形（成形）後に曲げ変形を受けた要素の板厚最表層の応力による破断判定時の一例を図６に示す。

以上説明したように、複数のシミュレーション工程を跨いで変形解析を行うに際し、本工程と前工程とで変形経路が変化すると共に、曲げ破断が発生する場合、具体的には本実施形態で示したように前工程を成形工程、本工程を衝突工程として、一般的に、成形工程で導入された変形（ひずみ）の方向と衝突変形工程での変形（ひずみ）の方向とが異なる場合においても、変形経路によらず破断限界線をほぼ一義的に表現できる応力を用いた表層応力破断限界線を適用し、表層の最大主応力及び最小主応力がその表層応力破断限界線を越えるか否かで、鋼板部材に生じる曲げ破断の有無を精度良く予測することができる。

［実施例］
以下、実施例について説明する。本実施例では、上述した本実施形態に係る本発明例について、その比較例との比較に基づいて、その奏する作用効果について説明する。

本実施例では、所定の試験用部材（試験片）を用いて、実験として、引張試験、及びＶＤＡドイツ自動車工業会の試験標準規格（VDA 238-100 "Plate bending test for metallic materials" Validation Rule, 01 June 2017）による、金属材料の曲げ試験（ＶＤＡ曲げ試験）を行った。本実施例で用いた試験片の形状を図７に示す。長さ単位はｍｍである。本実施例及び比較例では、前工程に相当する引張試験で生じる試験片の変形経路と、本工程に相当するＶＤＡ曲げ試験で生じる試験片の変形経路とが大きく変化するように、ＶＤＡ曲げ試験において、引張試験における試験片の引張方向（Ｌ軸方向）に対して垂直な方向に引張が加わる曲げ方向（Ｌ軸曲げ）を選択した。

予変形の付与を目的とした，引張試験の途中止め試験を行った。引張速度は３ｍｍ／ｍｉｎとした。試験片の引張量としては、除荷開始変位（最大荷重変位）×５０％，８０％，１００％とし、予変形量を３つの水準で振った。

（ＶＤＡ曲げ試験）
引張試験により予変形が付与された試験片の中央部から、６０（Ｃ）×３０（Ｌ）の試験片を採取し、ＶＤＡ規格に準拠した曲げ試験３)（Ｌ軸曲げ）を実施した。予変形を付与していない試験片でのＶＤＡ曲げ試験（Ｌ軸曲げ）も併せて行った。

（１）本発明例
本発明例では、本実施形態の破断予測方法を用い、上記した試験片に関する情報を入力情報として、破断限界線作成ステップＳ１、変形シミュレーションステップＳ２、変換ステップＳ３、及び破断判定ステップＳ４を順次実行した。

図８は、本発明例における変形シミュレーションステップＳ２を示す模式図である。引張試験を模した試験片１２１のＦＥＭ解析を図８（ａ）に、ＶＤＡ曲げ試験を模したマッピングされた試験片１２２のＦＥＭ解析を図８（ｂ）に、それぞれ示す。
変形シミュレーションステップＳ２では、ＦＥＭ解析に例えばＬＳ－ＤＹＮＡを用い、ステップＳ２１において、上記の引張試験を模した変形シミュレーションを行い、引張試験の試験片に導入された変形ひずみ（予変形）及び板厚の情報をＶＤＡ曲げ試験の試験片にマッピングした。ステップＳ２２において、上記のＶＤＡ曲げ試験を模した変形シミュレーションを行った。また、予変形を付与していない試験片でのＶＤＡ曲げ試験を模したＦＥＭの変形シミュレーションも行った。

（２）比較例
比較例では、上記した試験片に関する情報を入力情報として、本実施形態の破断予測方法のうち、破断限界線作成ステップＳ１ではステップＳ１１，Ｓ１２のみを行って表層ひずみ破断限界線を得て、変形シミュレーションステップＳ２では上記と同様にステップＳ２１，２２を行い、変換ステップＳ３ではステップＳ３１のみを行って曲げ部の曲げ外側表層ひずみ成分を得て、破断判定ステップＳ４を実行した。

（ひずみ空間における破断予測）
図９は、比較例による破断予測の結果を示す特性図である。引張強度９８０ＭＰａ級ハイテン材の試験片の結果を図９（ａ）に、引張強度１４７０ＭＰａ級ハイテン材の試験片の結果を図９（ｂ）に、それぞれ示す。

比較例では、予変形（引張変形量）を付与していない試験片については、比較例で得られた破断限界（表層ひずみ破断限界線と曲げ外側表層ひずみ成分のひずみ履歴との交点）が上記の実験で得られた曲げ限界（図中×印で示す）と略一致していた。しかしながら、予変形を付与した試験片については、予変形の増加に伴い、比較例で得られた破断限界と上記の実験で得られた曲げ限界との乖離が拡大することが確認された。従って比較例では、予変形が大きいほど実験結果との差異が大きくなることが判った。

（応力空間における破断予測）
図１０は、本発明例による破断予測の結果を示す特性図である。引張強度９８０ＭＰａ級ハイテン材の試験片の結果を図１０（ａ）に、引張強度１４７０ＭＰａ級ハイテン材の試験片の結果を図１０（ｂ）に、それぞれ示す。

本発明例では、予変形（引張変形量）を付与していない試験片のみならず、大きな予変形を付与した試験片についても、本発明例で得られた破断限界（表層応力破断限界線と曲げ外側表層ひずみ成分から変換された表層の最大主応力及び最小主応力の応力履歴との交点）が上記の実験で得られた曲げ限界（図中×印で示す）と略一致していた。従って本発明例では、予変形が付与された場合でも実験結果を再現できることが判った。

（本発明例と比較例との比較）
図１１は、実験と本発明例及び比較例との比較を示す特性図である。実験による曲げ限界（最大曲げ角）の予変形の大きさとの関係を図１１（ａ）に、比較例による破断限界（破断判定曲げ角）の予変形の大きさとの関係を図１１（ｂ）に、本発明例による破断限界（破断判定曲げ角）の予変形の大きさとの関係を図１１（ｃ）に、それぞれ示す。

実験による曲げ限界は、予変形の増加に伴って減少する傾向にある。これに対して、比較例による破断限界は、予変形の増加に伴って増加する傾向、即ち実験結果とは逆の傾向にある。一方、本発明例による破断限界は、実験結果と同様に、予変形の増加に伴って減少する傾向にある。以上より、本発明例による応力空間での破断限界では、比較例によるひずみ空間での破断限界と異なり、実験における曲げ限界の予変形増加による傾向を正確に再現していることが確認された。

［その他の実施形態］
上述した破断予測装置の構成要素である、図１に示した限界線作成部１（第１作成部１１、第２作成部１２、及び第３作成部１３）、シミュレーション部２（前シミュレーション部２１及び本シミュレーション部２２）、変換部３（曲げ判定部３１及び応力変換部３２）、及び判定部４の各構成要素は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても良い。また、上記の各構成要素は、メモリ及びＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、各構成要素の諸機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであっても良い。

また、上記の各構成要素の諸機能を実現するためのプログラム（図１に示した破断限界線作成ステップＳ１（ステップＳ１１～Ｓ１３）、変形シミュレーションステップＳ２（ステップＳ２１（ステップＳ１０１～Ｓ１０３）～Ｓ２２）、変換ステップＳ３（ステップＳ３１～Ｓ３２）、及び破断判定ステップＳ４をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上記の各構成要素の処理を実行しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものでも良い。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものでも良い。また上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

一具体例として、本実施形態に示した破断予測方法は、図１２に示すようなコンピュータ機能３００により実施される。
コンピュータ機能３００は、ＣＰＵ３０１と、ＲＯＭ３０２と、ＲＡＭ３０３とを備える。また、操作部（ＣＯＮＳ）３０９のコントローラ（ＣＯＮＳＣ）３０５と、ＣＲＴやＬＣＤ等の表示部としてのディスプレイ（ＤＩＳＰ）３１０のディスプレイコントローラ（ＤＩＳＰＣ）３０６とを備える。更に、ハードディスク（ＨＤ）３１１、及びフレキシブルディスク等の記憶デバイス（ＳＴＤ）３１２のコントローラ（ＤＣＯＮＴ）３０７と、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）３０８とを備える。それら機能部３０１，３０２，３０３，３０５，３０６，３０７，３０８は、システムバス３０４を介して互いに通信可能に接続された構成としている。

ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０２又はＨＤ３１１に記憶されたソフトウェア、又はＳＴＤ３１２より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス３０４に接続された各構成部を総括的に制御する。即ち、ＣＰＵ３０１は、上述したような動作を行うための処理プログラム（破断予測プログラム）を、ＲＯＭ３０２、ＨＤ３１１、又はＳＴＤ３１２から読み出して実行することで、本実施形態における動作を実現するための制御を行う。ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１の主メモリ又はワークエリア等として機能する。

ＣＯＮＳＣ３０５は、ＣＯＮＳ３０９からの指示入力を制御する。ＤＩＳＰＣ３０５は、ＤＩＳＰ３１０の表示を制御する。ＤＣＯＮＴ３０７は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び本実施形態における上記の処理プログラム等を記憶するＨＤ３１１及びＳＴＤ３１２とのアクセスを制御する。ＮＩＣ５０８はネットワーク３１３上の他の装置と双方向にデータをやりとりする。
なお、通常のコンピュータ端末装置を用いる代わりに、破断予測装置に特化された所定の計算機等を用いても良い。

１ 限界線作成部
２ シミュレーション部
３ 変換部
４ 判定部
１０ 破断データベース
１１ 第１作成部
１２ 第２作成部
１３ 第３作成部
２１ 前シミュレーション部
２２ 本シミュレーション部
３１ 曲げ判定部
３２ 応力変換部
１１１ 鋼板部材
１１２ ハット部材
１２１，１２２ 試験片

Claims (16)

1. １又は複数の前シミュレーション工程を経て最終ステップで得られた部材のひずみ、応力、板厚を引き継いで初期値としてマッピングし、前記部材の変形解析を行う本シミュレーション工程と、
   前記本シミュレーション工程で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を、表層の最大主応力及び最小主応力に変換する変換工程と、
   前記変換工程で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力を用いて、前記部材の破断を判定する判定工程と、
   を有することを特徴とする破断予測方法。
2. 前記変換工程は、前記本シミュレーション工程で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を用いて前記部材の曲げの有無を判定し、前記部材で曲げ部と判定された要素の曲げ外側表層ひずみ成分を前記表層の最大主応力及び最小主応力に変換することを特徴とする請求項１に記載の破断予測方法。
3. 応力空間に破断限界線を作成する限界線作成工程を更に有し、
   前記判定工程は、前記変換工程で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力が前記破断限界線を越えるか否かで破断を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の破断予測方法。
4. 前記限界線作成工程は、
   ひずみ空間に成形限界線図を作成するステップと、
   前記成形限界線図の平面ひずみの値を、曲げ変形時の限界表層最大主ひずみと一致するまでオフセットして表層ひずみ限界線を作成するステップと、
   前記表層ひずみ限界線を応力空間に変換して表層応力の前記破断限界線を作成するステップと、
   を有することを特徴とする請求項３に記載の破断予測方法。
5. 破断判定対象である前記部材は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の破断予測方法。
6. １又は複数の前シミュレーション工程を経て最終ステップで得られた部材のひずみ、応力、板厚を引き継いで初期値としてマッピングし、前記部材の変形解析を行う本シミュレーション部と、
   前記本シミュレーション部で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を、表層の最大主応力及び最小主応力に変換する変換部と、
   前記変換部で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力を用いて、前記部材の破断を判定する判定部と、
   を有することを特徴とする破断予測装置。
7. 前記変換部は、前記本シミュレーション部で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を用いて前記部材の曲げの有無を判定し、前記部材で曲げ部と判定された要素の曲げ外側表層ひずみ成分を前記表層の最大主応力及び最小主応力に変換することを特徴とする請求項６に記載の破断予測装置。
8. 応力空間に破断限界線を作成する限界線作成部を更に有し、
   前記判定部は、前記変換部で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力が前記破断限界線を越えるか否かで破断を判定することを特徴とする請求項６又は７に記載の破断予測装置。
9. 前記限界線作成部は、
   ひずみ空間に成形限界線図を作成する第１作成部と、
   前記成形限界線図の平面ひずみの値を、曲げ変形時の限界表層最大主ひずみと一致するまでオフセットして表層ひずみ限界線を作成する第２作成部と、
   前記表層ひずみ限界線を応力空間に変換して表層応力の前記破断限界線を作成する第３作成部と、
   を有することを特徴とする請求項８に記載の破断予測装置。
10. 破断判定対象である前記部材は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板であることを特徴とする請求項６～９のいずれか１項に記載の破断予測装置。
11. １又は複数の前シミュレーション工程を経て最終ステップで得られた部材のひずみ、応力、板厚を引き継いで初期値としてマッピングし、前記部材の変形解析を行う本シミュレーション手順と、
    前記本シミュレーション手順で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を、表層の最大主応力及び最小主応力に変換する変換手順と、
    前記変換手順で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力を用いて、前記部材の破断を判定する判定手順と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする破断予測プログラム。
12. 前記変換手順は、前記本シミュレーション工程で得られた前記部材の変形中における表層ひずみ成分を用いて前記部材の曲げの有無を判定し、前記部材で曲げ部と判定された要素の曲げ外側表層ひずみ成分を前記表層の最大主応力及び最小主応力に変換することを特徴とする請求項１１に記載の破断予測プログラム。
13. 応力空間に破断限界線を作成する限界線作成手順を更に有し、
    前記判定手順は、前記変換工程で得られた前記表層の最大主応力及び最小主応力が前記破断限界線を越えるか否かで破断を判定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の破断予測プログラム。
14. 前記限界線作成手順は、
    ひずみ空間に成形限界線図を作成するステップと、
    前記成形限界線図の平面ひずみの値を、曲げ変形時の限界表層最大主ひずみと一致するまでオフセットして表層ひずみ限界線を作成するステップと、
    前記表層ひずみ限界線を応力空間に変換して表層応力の前記破断限界線を作成するステップと、
    を有することを特徴とする請求項１３に記載の破断予測プログラム。
15. 破断判定対象である前記部材は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板であることを特徴とする請求項１１～１４のいずれか１項に記載の破断予測プログラム。
16. 請求項１１～１５のいずれか１項に記載の破断予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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