JP4995052B2 - 強度予測評価方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
σeq=K(ε0+εeq)n
(1)鉄鋼材料を用いて製造される製品の実用強度を予測評価する強度予測評価方法であって、
焼付け硬化した後の前記鉄鋼材料の材料パラメータを推定する第1のステップと、
成形シミュレーションにより得られた素材の要素ごとの少なくとも板厚及び歪みテンソルと、前記第1のステップで推定された前記材料パラメータとを用いて強度シミュレーションを行い、前記鉄鋼製品の実用強度を予測評価する第2のステップと
を含み、
前記第1のステップにおいて、前記素材の応力−歪み曲線に対して工業規格により指定された方法で測定された焼付け硬化量を一律に足し加えてなる新たな応力−歪み曲線に基づいて、前記材料パラメータを同定することを特徴とする強度予測評価方法。
(2)鉄鋼材料を用いて製造される製品の実用強度を予測評価する強度予測評価方法であって、
焼付け硬化した後の前記鉄鋼材料の材料パラメータを推定する第1のステップと、
成形シミュレーションにより得られた素材の要素ごとの少なくとも板厚及び歪みテンソルと、前記第1のステップで推定された前記材料パラメータとを用いて強度シミュレーションを行い、前記鉄鋼製品の実用強度を予測評価する第2のステップと
を含み、
前記第1のステップにおいて、前記素材の降伏強さ、引張強さ及び均一伸びの真歪み値と、工業規格により指定された方法で測定された焼付け硬化量とを用いて、前記材料パラメータを同定することを特徴とする強度予測評価方法。
(3)前記第1のステップにおいて、前記素材の降伏強さ及び引張強さを用いて前記焼付け硬化量を推定することを特徴とする(1)又は(2)に記載の強度予測評価方法。
(4)鉄鋼材料を用いて製造される製品の実用強度を予測評価する強度予測評価装置であって、
焼付け硬化した後の前記鉄鋼材料の材料パラメータを推定する第1の手段と、
成形シミュレーションにより得られた素材の要素ごとの少なくとも板厚及び歪みテンソルと、前記第1の手段により推定された前記材料パラメータとを用いて強度シミュレーションを行い、前記鉄鋼製品の実用強度を予測評価する第2の手段と
を含み、
前記第1の手段は、前記素材の応力−歪み曲線に対して工業規格により指定された方法で測定された焼付け硬化量を一律に足し加えてなる新たな応力−歪み曲線に基づいて、前記材料パラメータを同定することを特徴とする強度予測評価装置。
(5)鉄鋼材料を用いて製造される製品の実用強度を予測評価する強度予測評価装置であって、
焼付け硬化した後の前記鉄鋼材料の材料パラメータを推定する第1の手段と、
成形シミュレーションにより得られた素材の要素ごとの少なくとも板厚及び歪みテンソルと、前記第1の手段により推定された前記材料パラメータとを用いて強度シミュレーションを行い、前記鉄鋼製品の実用強度を予測評価する第2の手段と
を含み、
前記第1の手段は、前記素材の降伏強さ、引張強さ及び均一伸びの真歪み値と、工業規格により指定された方法で測定された焼付け硬化量とを用いて、前記材料パラメータを同定することを特徴とする強度予測評価装置。
(6)前記第1の手段は、前記素材の降伏強さ及び引張強さを用いて前記焼付け硬化量を推定することを特徴とする(4)又は(5)に記載の強度予測評価装置。
(7)コンピュータに、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の強度予測評価方法の前記第1のステップ及び前記第2のステップを実行させるためのプログラム。
(8)(7)に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
図1は、本実施形態による強度予測評価装置の概要を示すブロック図である。図2は、本実施形態による強度予測評価方法を有する自動車の鉄鋼材料の設計方法をステップ順に示すフロー図である。
本実施形態による強度予測評価装置は、鉄鋼材料を用いて製造される製品(部品又は最終製品)について、焼付け硬化した後における鉄鋼材料の材料パラメータを推定する材料パラメータ推定部1と、鉄鋼製品の実用強度を予測評価する強度予測部2とを有して構成されている。
強度予測部2は、成形シミュレーション(成形解析)により得られた要素(ここではFEM解析に用いられる有限要素)ごとの板厚及び歪みテンソル等の諸因子(ここでは、各節点の座標、各要素の節点番号、各要素の板厚、歪みテンソル、及び応力テンソル等)を強度シミュレーションの要素に引き継ぎ、パラメータ推定部1により推定された材料パラメータを用いて、当該強度シミュレーションを行い、鉄鋼製品の実用強度を予測評価(衝突解析)する。強度シミュレーションには、例えば動的陽解法FEMを用いる。
初めに、自動車の形状及び構造を決定する(ステップS1)。
続いて、自動車の部品ごとの鉄鋼材料及び板厚を選定する(ステップS2)。
続いて、所定のCADを用いて(ステップS3)、上記の各部品の形状を特定し(ステップS4)、所定の金型CADを用いて金型を設計する(ステップS5)。ステップS5で設計された金型のデータは、ステップS4で特定された各部品の形状のデータと共に、ステップS6へ供される。
ここでは、ハット断面(60mm×60mm)で長さ900mmの部材の3点曲げを評価する。材料としては、例えば1.4mm厚の440MPa級固溶体強化型ハイテン(降伏強さσy:302MPa、引張強さσu:461MPa、伸びet:40%、焼付け硬化量ΔσBH:60MPa)をプレス成形解析に供する。
具体的には、例えば動的陽解法FEMにより、上記のハット形状部の絞り曲げ成形の解析を行って、上記の諸因子を得る。成形解析後の板厚減少率分布を図3に示す。この成形解析では、絞り曲げ成形のために材料流入がしわ押さえにより制限され、縦壁部に張力が働くことで板厚減少が生じている。また、ダイ肩部を通過するときに生じる曲げ・曲げ戻しも加わり、縦壁部表層では歪みが高い。
次いで、例えばフランジ部で平板と30mm間隔の点溶接処理(2節点間の相対変位を固定)を施した衝突解析用有限要素モデルを作成する。
具体的には、例えば、塑性異方性は素材の材料特性と同様であると仮定し、塗装焼付け後の加工硬化曲線は、素材の応力−歪み曲線に工業規格で定義された方法で測定した焼付け硬化量を一律に加算してなる新たな応力−歪み曲線を用いる。この新たな応力−歪み曲線の一例を図4に示す。
続いて、ステップS10の見積もりが、所期に規定された仕様を満たすか否かが判定される(ステップS11)。仕様を満たすと判断された場合には設計を終了し、仕様を満たさないと判断された場合には、材料、形状、構造の変更を要するため、再びステップS2から実行する。
図6は、衝突から10ms経過時までの変位と反力との関係を示す特性図である。本実施形態による衝突解析によれば、比較例の衝突解析に比べてピーク荷重が36%高めに予測されており、本実施形態の有効性が確認された。
ここで、上記のステップ3における、焼付け硬化後の材料パラメータの同定について、具体例を挙げて説明する。
σeq=K(ε0+εeq)n
(1)素材の公称応力−公称歪み曲線に対して、焼付け硬化量ΔσBHを一律足し加えた焼付け硬化後の公称応力−公称歪み曲線を算出する。
(2)公称応力−公称歪みのデータから弾性歪みを差し引いた公称塑性歪み変換する。
(3)公称塑性歪みを真塑性歪みに、公称応力を真応力に変換する。
(4)K,ε0,nに適当な初期値を与え、最小2乗法で誤差が最小になるよう近似則にフィッティングする。
ところで、これまでに示した焼付け硬化後の材料パラメータ同定方法には素材の応力−歪み曲線の実験データが必要である。しかしながら、試作部品がない設計初期段階では必ずしも強度評価に供する応力−歪み曲線の実験データを準備できるとは限らない。それ故、比較的容易に入手可能な(あるいは設計者が想定した)素材の降伏強さσy、引張強さσu、均一伸びの真歪み値εuと推定した焼付け硬化量ΔσBHからSwiftのパラメータK,ε0,nの同定が望まれる。
K=σu(1+εu)/nn
ε0={(σy+ΔσBH)/K}1/n
n=εu
ΔσBH=1.34σy 1.75σu -1
この推定式を用いることにより、前述した方法で引張試験をすることなく簡便に焼付け硬化後の材料パラメータを求めることができる。
上述した本実施形態による強度予測評価装置を構成する各構成要素(図1のパラメータ推定部1及び強度予測部2等)の機能は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。同様に、強度予測評価方法の各ステップ(図2のステップS6〜S10等)は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
2 強度予測部
Claims (8)
- 鉄鋼材料を用いて製造される製品の実用強度を予測評価する強度予測評価方法であって、
焼付け硬化した後の前記鉄鋼材料の材料パラメータを推定する第1のステップと、
成形シミュレーションにより得られた素材の要素ごとの少なくとも板厚及び歪みテンソルと、前記第1のステップで推定された前記材料パラメータとを用いて強度シミュレーションを行い、前記鉄鋼製品の実用強度を予測評価する第2のステップと
を含み、
前記第1のステップにおいて、前記素材の応力−歪み曲線に対して工業規格により指定された方法で測定された焼付け硬化量を一律に足し加えてなる新たな応力−歪み曲線に基づいて、前記材料パラメータを同定することを特徴とする強度予測評価方法。 - 鉄鋼材料を用いて製造される製品の実用強度を予測評価する強度予測評価方法であって、
焼付け硬化した後の前記鉄鋼材料の材料パラメータを推定する第1のステップと、
成形シミュレーションにより得られた素材の要素ごとの少なくとも板厚及び歪みテンソルと、前記第1のステップで推定された前記材料パラメータとを用いて強度シミュレーションを行い、前記鉄鋼製品の実用強度を予測評価する第2のステップと
を含み、
前記第1のステップにおいて、前記素材の降伏強さ、引張強さ及び均一伸びの真歪み値と、工業規格により指定された方法で測定された焼付け硬化量とを用いて、前記材料パラメータを同定することを特徴とする強度予測評価方法。 - 前記第1のステップにおいて、前記素材の降伏強さ及び引張強さを用いて前記焼付け硬化量を推定することを特徴とする請求項1又は2に記載の強度予測評価方法。
- 鉄鋼材料を用いて製造される製品の実用強度を予測評価する強度予測評価装置であって、
焼付け硬化した後の前記鉄鋼材料の材料パラメータを推定する第1の手段と、
成形シミュレーションにより得られた素材の要素ごとの少なくとも板厚及び歪みテンソルと、前記第1の手段により推定された前記材料パラメータとを用いて強度シミュレーションを行い、前記鉄鋼製品の実用強度を予測評価する第2の手段と
を含み、
前記第1の手段は、前記素材の応力−歪み曲線に対して工業規格により指定された方法で測定された焼付け硬化量を一律に足し加えてなる新たな応力−歪み曲線に基づいて、前記材料パラメータを同定することを特徴とする強度予測評価装置。 - 鉄鋼材料を用いて製造される製品の実用強度を予測評価する強度予測評価装置であって、
焼付け硬化した後の前記鉄鋼材料の材料パラメータを推定する第1の手段と、
成形シミュレーションにより得られた素材の要素ごとの少なくとも板厚及び歪みテンソルと、前記第1の手段により推定された前記材料パラメータとを用いて強度シミュレーションを行い、前記鉄鋼製品の実用強度を予測評価する第2の手段と
を含み、
前記第1の手段は、前記素材の降伏強さ、引張強さ及び均一伸びの真歪み値と、工業規格により指定された方法で測定された焼付け硬化量とを用いて、前記材料パラメータを同定することを特徴とする強度予測評価装置。 - 前記第1の手段は、前記素材の降伏強さ及び引張強さを用いて前記焼付け硬化量を推定することを特徴とする請求項4又は5に記載の強度予測評価装置。
- コンピュータに、請求項1〜3のいずれか1項に記載の強度予測評価方法の前記第1のステップ及び前記第2のステップを実行させるためのプログラム。
- 請求項7に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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