JP6070277B2 - Apparatus, control method thereof, and control program thereof - Google Patents

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Description

本発明は、有限要素法による解析のための装置、その制御方法、及びその制御プログラムに関する。   The present invention relates to an apparatus for analysis by a finite element method, a control method thereof, and a control program thereof.

近年、有限要素法(Finite Element Method、FEM)を用いて破断解析等を行うことが増えている(例えば、特許文献1)。   In recent years, fracture analysis and the like using the finite element method (Finite Element Method, FEM) are increasing (for example, Patent Document 1).

有限要素法とは、数値解析の手法のうち、解析対象物を微小で単純な要素の集合体と見なし、全体を各要素に分割して要素毎の解析を行い、全体の挙動の近似値を求める手法である。このような手法から、一般に、算出される状態変数(例えば、応力、ひずみ等)の大きさは要素サイズに依存することが知られている。   The finite element method is a numerical analysis method in which the object to be analyzed is regarded as a collection of small and simple elements, the whole is divided into each element, analysis is performed for each element, and an approximation of the overall behavior is obtained. It is a technique to seek. From such a method, it is generally known that the magnitude of the state variables (for example, stress, strain, etc.) calculated depends on the element size.

図9は、要素サイズと算出されるひずみとの関係の一例を示す。ここで、横軸は要素サイズを、縦軸はひずみの大きさを示す。図9に示されるように、一般に、要素サイズが大きくなるにつれて、算出されるひずみの大きさは小さくなる。   FIG. 9 shows an example of the relationship between the element size and the calculated strain. Here, the horizontal axis indicates the element size, and the vertical axis indicates the magnitude of strain. As shown in FIG. 9, generally, as the element size increases, the calculated magnitude of the strain decreases.

このように、有限要素法による解析においては、要素サイズに応じて算出される状態変数の大きさが変化するため、要素サイズに応じて評価基準等を変更しなければならず、解析を行うことが困難であった。   As described above, in the analysis by the finite element method, since the size of the state variable calculated according to the element size changes, the evaluation criteria must be changed according to the element size, and the analysis is performed. It was difficult.

このような課題に対して、算出される状態変数を修正することが提案されている(例えば、非特許文献1)。具体的には、要素サイズを変化させても平均値の変化はそれほど大きくないことに着目し、算出される状態変数を所定の領域で平均化したものに修正する。これにより、算出される状態変数の要素サイズ依存性を軽減することが可能となる。   For such a problem, it has been proposed to correct the calculated state variable (for example, Non-Patent Document 1). Specifically, paying attention to the fact that the change in the average value is not so large even if the element size is changed, the calculated state variable is corrected to be averaged in a predetermined region. As a result, the element size dependency of the calculated state variable can be reduced.

特開2011−83813号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-83813

Zdenek P. Bazant et al., "Nonlocal Continuum Damage, Localization Instability and Convergence", Journal of Applied Mechanics, (米), ASME, 1988年6月, Vol. 55, pp. 287-293Zdenek P. Bazant et al., "Nonlocal Continuum Damage, Localization Instability and Convergence", Journal of Applied Mechanics, (USA), ASME, June 1988, Vol. 55, pp. 287-293

しかしながら、非特許文献1に記載の手法は、平均化領域が解析対象物の形状に依存する、多数の要素の情報を処理する必要がある等により、汎用コードで扱うことが困難である。   However, the method described in Non-Patent Document 1 is difficult to handle with a general-purpose code because the averaging area depends on the shape of the analysis target, and information on a large number of elements needs to be processed.

本発明は、このような課題を解決すべくなされたものであり、有限要素法による解析において、算出される状態変数の要素サイズ依存性をより容易に軽減することを可能とする装置、その制御方法、及びその制御プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and in the analysis by the finite element method, an apparatus capable of more easily reducing the element size dependency of the calculated state variable, and its control It is an object to provide a method and a control program thereof.

本発明に係る装置は、変形に応じて材料内部に生じる状態変数に基づいて材料の状態を判定する装置であって、解析モデルデータ、材料特性データ、及び境界条件データを少なくとも含む解析データを記憶する記憶部と、解析データに基づいて有限要素法により解析を行い、変形の一時刻における材料の各要素における複数の状態変数であって、ひずみ及び材料の状態の判定結果に影響する状態変数を少なくとも含む複数の状態変数を算出する状態変数算出部と、ひずみに基づいてひずみ勾配を算出するひずみ勾配算出部と、ひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正する状態変数修正部と、修正された材料の状態の判定結果に影響する状態変数を含む複数の状態変数に基づいて材料の状態を判定する状態判定部と、材料の状態の判定結果を出力する出力部とを備える。   An apparatus according to the present invention is an apparatus for determining a state of a material based on a state variable generated inside the material according to deformation, and stores analysis data including at least analysis model data, material property data, and boundary condition data. A plurality of state variables in each element of the material at one time of deformation, which affects the determination result of the strain and the material state. State variable calculation unit that calculates a plurality of state variables including at least a strain gradient calculation unit that calculates a strain gradient based on strain, and a determination result of the material state so as to reduce the element size dependency based on the strain gradient Based on a number of state variables, including a state variable correction unit that corrects state variables that affect the condition, and a state variable that affects the determination result of the state of the corrected material Comprising a state determining state determination unit of the material, and an output unit for outputting a determination result of the state of the material.

また、本発明に係る装置において、状態変数修正部は、ひずみ勾配に基づいて要素サイズ影響度を算出し、要素サイズ影響度に基づいて材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正することが好ましい。   Further, in the apparatus according to the present invention, the state variable correction unit calculates the element size influence degree based on the strain gradient, and corrects the state variable affecting the determination result of the material state based on the element size influence degree. Is preferred.

また、本発明に係る装置において、要素サイズ影響度は、ひずみ勾配及びひずみ勾配の直前の時刻におけるひずみ勾配からの増分に基づいて算出されることが好ましい。   In the apparatus according to the present invention, the element size influence degree is preferably calculated based on the strain gradient and the increment from the strain gradient at the time immediately before the strain gradient.

また、本発明に係る装置において、要素サイズ影響度は、次式により算出され、

Figure 0006070277
ここで、fは要素サイズ影響度であり、δはひずみ勾配であり、Δδはひずみ勾配の増分であり、A〜Cは材料に応じて定まる定数であることが好ましい。 Further, in the apparatus according to the present invention, the element size influence degree is calculated by the following equation:
Figure 0006070277
Here, f is an element size influence degree, δ is a strain gradient, Δδ is an increment of the strain gradient, and A to C are preferably constants determined according to materials.

また、本発明に係る装置において、状態変数修正部は、要素サイズ影響度を乗じる又は除することにより材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正することが好ましい。   In the apparatus according to the present invention, it is preferable that the state variable correcting unit corrects the state variable that affects the determination result of the material state by multiplying or dividing the element size influence degree.

また、本発明に係る装置において、材料の状態の判定結果に影響する状態変数は、損傷速度であり、状態判定部は、修正された損傷速度の一時刻までの累積値がしきい値を超えた場合に、材料の対応する要素において破断が生じたと判定することが好ましい。   In the apparatus according to the present invention, the state variable that affects the determination result of the material state is the damage rate, and the state determination unit indicates that the cumulative value of the corrected damage rate up to one time exceeds the threshold value. It is preferable to determine that a break has occurred in the corresponding element of the material.

本発明に係る装置は、変形に応じて材料内部に生じる状態変数を修正する装置であって、有限要素法を用いて算出された状態変数をひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように修正する状態変数修正部を備える。   An apparatus according to the present invention corrects a state variable generated in a material in accordance with deformation, and reduces the element size dependency of a state variable calculated using a finite element method based on a strain gradient. Is provided with a state variable correction unit.

本発明に係る装置の制御方法は、解析モデルデータ、材料特性データ、及び境界条件データを少なくとも含む解析データを記憶する記憶部を備え、変形に応じて材料内部に生じる状態変数に基づいて材料の状態を判定する装置の制御方法であって、装置が、解析データに基づいて有限要素法により解析を行い、変形の一時刻における材料の各要素における複数の状態変数であって、ひずみ及び材料の状態の判定結果に影響する状態変数を少なくとも含む複数の状態変数を算出し、ひずみに基づいてひずみ勾配を算出し、ひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正し、修正された材料の状態の判定結果に影響する状態変数を含む複数の状態変数に基づいて材料の状態を判定し、材料の状態の判定結果を出力する。   An apparatus control method according to the present invention includes a storage unit that stores analysis data including at least analysis model data, material property data, and boundary condition data, and is based on a state variable generated in the material according to deformation. A device control method for determining a state, wherein the device performs analysis by a finite element method based on analysis data, and is a plurality of state variables in each element of the material at one time of deformation, including strain and material Calculates multiple state variables including at least state variables that affect state determination results, calculates strain gradient based on strain, and material state determination results to reduce element size dependency based on strain gradient The state variable that affects the material is corrected, the material state is determined based on multiple state variables including the state variable that affects the determination result of the corrected material state, and the material And it outputs the determination result of the state.

本発明に係る装置の制御方法は、変形に応じて材料内部に生じる状態変数を修正する装置の制御方法であって、装置が、有限要素法を用いて算出された状態変数をひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように修正する。   A device control method according to the present invention is a device control method for correcting a state variable generated inside a material in accordance with deformation, wherein the device is based on a strain gradient based on a state variable calculated using a finite element method. To reduce the element size dependency.

本発明に係る装置の制御プログラムは、解析モデルデータ、材料特性データ、及び境界条件データを少なくとも含む解析データを記憶する記憶部を備え、変形に応じて材料内部に生じる状態変数に基づいて材料の状態を判定する装置の制御プログラムであって、装置に、解析データに基づいて有限要素法により解析を行い、変形の一時刻における材料の各要素における複数の状態変数であって、ひずみ及び材料の状態の判定結果に影響する状態変数を少なくとも含む複数の状態変数を算出し、ひずみに基づいてひずみ勾配を算出し、ひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正し、修正された材料の状態の判定結果に影響する状態変数を含む複数の状態変数に基づいて材料の状態を判定し、材料の状態の判定結果を出力することを実行させる。   A control program for an apparatus according to the present invention includes a storage unit that stores analysis data including at least analysis model data, material property data, and boundary condition data, and is based on a state variable generated in the material according to deformation. A control program for a device for determining a state, wherein the device is analyzed by a finite element method based on analysis data, and is a plurality of state variables in each element of the material at one time of deformation, including strain and material Calculates multiple state variables including at least state variables that affect state determination results, calculates strain gradient based on strain, and material state determination results to reduce element size dependency based on strain gradient The state of the material based on multiple state variables, including state variables that modify state variables that affect the modified material state determination results Determined to execute outputting the determination result of the state of the material.

本発明に係る装置の制御プログラムは、変形に応じて材料内部に生じる状態変数を修正する装置の制御プログラムであって、装置に、有限要素法を用いて算出された状態変数をひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように修正することを実行させる。   A device control program according to the present invention is a device control program for correcting a state variable generated inside a material in accordance with deformation, and the state variable calculated using the finite element method is applied to the device based on a strain gradient. To correct the element size dependency.

本発明に係る装置、その制御方法、及びその制御プログラムは、有限要素法による解析において、算出される状態変数をひずみ勾配に基づいて修正することにより、算出される状態変数の要素サイズ依存性をより容易に軽減することを可能とする。   An apparatus, a control method thereof, and a control program thereof according to the present invention provide an element size dependency of a calculated state variable by correcting the calculated state variable based on a strain gradient in an analysis by a finite element method. It can be reduced more easily.

破断解析の処理フローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the processing flow of a fracture analysis. ひずみ勾配とその増分との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between a strain gradient and its increment. 各種データのデータ構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data structure of various data. 試験片の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a test piece. 各種データのデータ構造の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the data structure of various data. 解析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an analysis result. 解析結果の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of an analysis result. 破断解析装置の概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of schematic structure of a fracture analysis apparatus. 要素サイズと算出されるひずみとの関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between element size and the distortion calculated.

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。   Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, and extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.

本実施形態では、有限要素法を用いて連続体損傷力学に基づく破断解析を行うとし、その際に本発明を適用するものとする。   In the present embodiment, the fracture analysis based on the continuum damage mechanics is performed using the finite element method, and the present invention is applied at that time.

連続体損傷力学とは、材料の損傷と破壊の進行過程を連続体力学的な立場から解析するための力学理論である。連続体損傷力学では、損傷状態を適切な巨視力学的損傷変数を用いてモデル化すると共に、この損傷変数を用いて損傷材料の力学的挙動と損傷の発達を記述する。損傷の発達は、例えば、式1のように記述される。

Figure 0006070277
ここで、D’は損傷変数Dの変化率(損傷速度)、Yは損傷同伴変数、Sは材料定数、pは累積塑性ひずみ、p’は累積塑性ひずみpの変化率、pDはしきい値、H()はHeaviside関数である。そして、損傷変数Dが増大して臨界値DCに達したとき、即ち、式2が成立したときに、き裂の発生あるいは破壊が生じるものと考える。
Figure 0006070277
Continuum damage mechanics is a dynamic theory for analyzing the progress of material damage and fracture from the standpoint of continuum mechanics. In continuum damage mechanics, the damage state is modeled using appropriate macromechanical damage variables, and the damage variables are used to describe the mechanical behavior of the damaged material and the development of damage. Damage development is described, for example, as in Equation 1.
Figure 0006070277
Here, D ′ is the rate of change of the damage variable D (damage rate), Y is the damage accompanying variable, S is the material constant, p is the cumulative plastic strain, p ′ is the rate of change of the cumulative plastic strain p, and p D is the threshold. The value H () is the Heaviside function. Then, it is considered that when the damage variable D increases and reaches the critical value D C , that is, when Equation 2 is satisfied, the generation or fracture of a crack occurs.
Figure 0006070277

本実施形態では、損傷速度D’をひずみ勾配に基づいて修正する。具体的には、ひずみ勾配に基づいて要素サイズ影響度fを算出し、要素サイズ影響度fを乗じる又は除することにより、損傷速度D’を修正する。これは、要素サイズに応じてひずみの大きさが変化し、ひずみ勾配の大きさも変化することから、ひずみ勾配に基づく数値を用いることにより、要素サイズ依存性を減殺又は相殺できるとの仮定に基づくものである。したがって、式2は、式3のように修正される。

Figure 0006070277
In this embodiment, the damage rate D ′ is corrected based on the strain gradient. Specifically, the damage size D ′ is corrected by calculating the element size influence f based on the strain gradient and multiplying or dividing the element size influence f. This is based on the assumption that the element size dependency can be reduced or offset by using a numerical value based on the strain gradient because the magnitude of the strain changes according to the element size and the magnitude of the strain gradient also changes. Is. Therefore, Equation 2 is modified as Equation 3.
Figure 0006070277

要素サイズ影響度fは、例えば、ひずみ勾配と、その(直前の時刻のひずみ勾配からの)増分とに基づいて算出する。具体的には、式4により算出する。

Figure 0006070277
ここで、fは要素サイズ影響度、δはひずみ勾配、Δδはその増分、A〜Cは材料定数である。 The element size influence degree f is calculated based on, for example, the strain gradient and its increment (from the strain gradient at the previous time). Specifically, it is calculated according to Equation 4.
Figure 0006070277
Here, f is an element size influence degree, δ is a strain gradient, Δδ is an increment thereof, and A to C are material constants.

図2は、ひずみ勾配とその増分との関係の一例を示す。ここで、eiは要素、piは要素ei内の評価点、εt,iは時刻t及び評価点piにおけるひずみ、δt,iは時刻t及び評価点piにおけるひずみ勾配、Δδt,iはひずみ勾配δt,iのひずみ勾配δt-1,iからの増分を示す。図2に示されるように、各時刻tにおいて、各評価点piにおけるひずみ勾配δt,iとその増分Δδt,iとが算出され、そして、要素サイズ影響度fが算出される。 FIG. 2 shows an example of the relationship between the strain gradient and its increment. Here, e i is an element, p i is an evaluation point in element e i , ε t, i is a strain at time t and evaluation point p i , δ t, i is a strain gradient at time t and evaluation point p i , Δδ t, i indicates the increment of the strain gradient δ t, i from the strain gradient δ t-1, i . As shown in FIG. 2, at each time t, the strain gradient δ t, i and the increment Δδ t, i at each evaluation point p i are calculated, and the element size influence f is calculated.

図1は、このような破断解析の処理フローの一例を示す。この処理フローは、図8に示される破断解析装置1の記憶部12に予め記憶されているプログラムに基づいて、主に破断解析装置1の処理部15により、破断解析装置1の各要素と協働して実行される。なお、破断解析装置1のハードウェア構成については後述する。   FIG. 1 shows an example of the processing flow of such a fracture analysis. This processing flow is based on a program stored in advance in the storage unit 12 of the fracture analysis apparatus 1 shown in FIG. Worked and executed. The hardware configuration of the breakage analysis apparatus 1 will be described later.

記憶部12には、予め、解析データが記憶されているとする。解析データには、例えば、材料の形状を示す解析モデルデータ、材料定数を示す材料特性データ、境界条件を示す境界条件データ、解析の制御に係る解析制御パラメータ等が含まれる。解析データは、ユーザが操作部13を介して手動で入力してもよいし、処理部15が解析データの作成を行うアプリケーションプログラムに基づいて自動で作成してもよい。   It is assumed that analysis data is stored in the storage unit 12 in advance. The analysis data includes, for example, analysis model data indicating the shape of the material, material property data indicating the material constant, boundary condition data indicating the boundary condition, analysis control parameters related to analysis control, and the like. The analysis data may be manually input by the user via the operation unit 13 or may be automatically generated based on an application program for generating the analysis data by the processing unit 15.

解析モデルデータは、材料の形状を示すデータであり、例えば、材料の各要素の節点を示す要素構成データ(図3(a))、各節点の座標を示す節点座標データ(図3(b))等が含まれる。   The analysis model data is data indicating the shape of the material. For example, element configuration data indicating the node of each element of the material (FIG. 3A), node coordinate data indicating the coordinates of each node (FIG. 3B). ) Etc. are included.

図3(a)は、要素構成データのデータ構造の一例を示す。要素構成データには、各要素について、当該要素の番号、当該要素が有する節点の番号等が含まれる。   FIG. 3A shows an example of the data structure of element configuration data. The element configuration data includes, for each element, the element number, the node number of the element, and the like.

また、図3(b)は、節点座標データのデータ構造の一例を示す。節点座標データには、各節点について、当該節点の番号、当該節点のX座標、Y座標、及びZ座標等が含まれる。   FIG. 3B shows an example of the data structure of node coordinate data. The node coordinate data includes, for each node, the node number, the X coordinate, the Y coordinate, and the Z coordinate of the node.

図4は、解析モデルデータに基づいて表示される試験片の一例を示す。図4には、6面体要素を用いてモデル化されたJIS(Japanese Industrial Standards)5号試験片が平面図により示されている。   FIG. 4 shows an example of a test piece displayed based on the analysis model data. FIG. 4 is a plan view of a JIS (Japanese Industrial Standards) No. 5 test piece modeled using hexahedral elements.

材料特性データは、材料定数を示すデータであり、例えば、Swift則

Figure 0006070277
を用いる場合に、密度、ヤング率、ポアソン比、K、ε0、n等が含まれ、また、損傷関連定数として、ε0、式1におけるS、式3におけるDC、式4におけるA、B、及びC等が含まれる。 The material property data is data indicating a material constant, for example, the Swift law.
Figure 0006070277
Is used, density, Young's modulus, Poisson's ratio, K, ε 0 , n, etc. are included, and as damage-related constants, ε 0 , S in Equation 1, D C in Equation 3, A in Equation 4, B, C, etc. are included.

なお、これらの材料定数は、試験(例えば、単軸引張試験)の解析結果が実験結果と一致するように決定する。要素サイズ依存性を考慮するため、2種類以上の単一要素サイズで試験の解析を行い、それぞれの結果が実験結果と一致するように材料定数を調整する。
具体的には、(1)材料定数の初期値を決定し、(2)2種類以上の単一要素サイズで試験の解析を行って破断ひずみ及び応力−ひずみ関係を算出し、(3)それぞれの破断ひずみ及び応力−ひずみ関係が実験により得られたものと一致するか否かを判定し、(4)いずれかについて、破断ひずみが一致しない又は応力−ひずみ関係が一致しなければ、材料定数の値を変更し、(5)破断ひずみ及び応力−ひずみ関係が共に一致するまで(2)〜(4)を繰り返すことにより、材料定数を調整する。ただし、応力−ひずみ関係は、特に破断ひずみ周辺で要素サイズ起因により精度が低下するため、その比較は、特に損傷が発生しない最大応力点以前において行う。
These material constants are determined so that the analysis result of the test (for example, uniaxial tensile test) matches the experimental result. In order to consider the element size dependency, the test is analyzed with two or more single element sizes, and the material constants are adjusted so that each result matches the experimental result.
Specifically, (1) the initial value of the material constant is determined, (2) the analysis of the test is performed with two or more single element sizes, the fracture strain and the stress-strain relationship are calculated, and (3) each It is determined whether or not the breaking strain and stress-strain relationship of the material match those obtained by experiments. (4) If any of the breaking strain does not match or the stress-strain relationship does not match, the material constant The material constant is adjusted by repeating the steps (2) to (4) until the breaking strain and the stress-strain relationship coincide with each other. However, since the accuracy of the stress-strain relationship decreases particularly due to the element size around the fracture strain, the comparison is performed before the maximum stress point at which no damage occurs.

境界条件データは、境界条件を示すデータであり、例えば、変位条件を示す変位条件データ(図3(c))、荷重条件を示す荷重条件データ(図3(d))等が含まれる。   The boundary condition data is data indicating boundary conditions, and includes, for example, displacement condition data indicating displacement conditions (FIG. 3C), load condition data indicating load conditions (FIG. 3D), and the like.

図3(c)は、変位条件データのデータ構造の一例を示す。変位条件データには、各節点について、当該節点の番号、当該節点のX変位、Y変位、及びZ変位等が含まれる。   FIG. 3C shows an example of the data structure of the displacement condition data. The displacement condition data includes, for each node, the node number, the X displacement, the Y displacement, and the Z displacement of the node.

また、図3(d)は、荷重条件データのデータ構造の一例を示す。荷重条件データには、各節点について、当該節点の番号、当該節点のX荷重、Y荷重、及びZ荷重等が含まれる。   FIG. 3D shows an example of the data structure of the load condition data. The load condition data includes, for each node, the node number, the X load, the Y load, and the Z load of the node.

ユーザにより操作部13を介して、破断解析を行うアプリケーションプログラムの実行が指示された場合に、処理部15は、そのプログラムに基づいて処理を開始する。   When the execution of an application program for performing fracture analysis is instructed by the user via the operation unit 13, the processing unit 15 starts processing based on the program.

まず、処理部15は、データを初期化する(ステップS100)。即ち、処理部15は、記憶部12から解析モデルデータを取得し、当該解析モデルデータに基づいて材料の各要素について所定数(例えば、8)の評価点を決定する。そして、処理部15は、決定した評価点を示す評価点データ(図5(a))を作成し、当該評価点データを記憶部12に格納する。また、処理部15は、現在の時刻を示す時刻カウンタ、及び現在の時刻における損傷度を示す損傷度データ(図5(b))を記憶するための領域を記憶部12に確保すると共に、これらのカウンタ及びデータを0に初期化する。   First, the processing unit 15 initializes data (step S100). That is, the processing unit 15 acquires analytical model data from the storage unit 12, and determines a predetermined number (for example, 8) of evaluation points for each element of the material based on the analytical model data. Then, the processing unit 15 creates evaluation point data (FIG. 5A) indicating the determined evaluation point, and stores the evaluation point data in the storage unit 12. Further, the processing unit 15 secures an area in the storage unit 12 for storing a time counter indicating the current time and damage degree data (FIG. 5B) indicating the damage degree at the current time. Initialize the counter and data to zero.

図5(a)は、評価点データのデータ構造の一例を示す。評価点データには、各要素について、当該要素の番号、当該要素が有する評価点の番号等が含まれる。   FIG. 5A shows an example of the data structure of the evaluation point data. The evaluation point data includes, for each element, the element number, the evaluation point number of the element, and the like.

また、図5(b)は、損傷度データのデータ構造の一例を示す。損傷度データには、各評価点について、当該評価点の番号、当該評価点における損傷度等が含まれる。   FIG. 5B shows an example of the data structure of the damage degree data. The damage degree data includes, for each evaluation point, the number of the evaluation point, the damage degree at the evaluation point, and the like.

次に、処理部15は、状態変数(例えば、応力、ひずみ、損傷速度等)を算出する(ステップS102)。即ち、処理部15は、記憶部12から解析データ及び評価点データを取得し、当該解析データ及び評価点データに基づいて破断解析を進行させ、現在の時刻における節点座標及び状態変数を算出する。そして、処理部15は、算出した節点座標を示す節点座標データ及び状態変数を示す状態変数データ(図5(c))を作成し、当該節点座標データ及び状態変数データを記憶部12に格納する。なお、破断解析には、商用のアプリケーションプログラムであるAbaqus(登録商標)を用いる。しかしながら、他のアプリケーションプログラム(例えば、OpenFOAM(登録商標))を用いることも可能である。   Next, the processing unit 15 calculates state variables (for example, stress, strain, damage rate, etc.) (step S102). That is, the processing unit 15 acquires analysis data and evaluation point data from the storage unit 12, proceeds with fracture analysis based on the analysis data and evaluation point data, and calculates node coordinates and state variables at the current time. Then, the processing unit 15 creates node coordinate data indicating the calculated node coordinates and state variable data (FIG. 5C) indicating the state variables, and stores the node coordinate data and the state variable data in the storage unit 12. . The break analysis uses Abaqus (registered trademark), which is a commercial application program. However, other application programs (for example, OpenFOAM (registered trademark)) can also be used.

図5(c)は、状態変数データのデータ構造の一例を示す。状態変数データには、各評価点について、当該評価点の番号、当該評価点における応力、ひずみ、損傷速度等が含まれる。   FIG. 5C shows an example of the data structure of the state variable data. The state variable data includes, for each evaluation point, the number of the evaluation point, stress, strain, damage rate, and the like at the evaluation point.

なお、Abaqus(登録商標)では、動的陽解法に基づいて状態変数が求められる。動的陽解法とは、加速度項を考慮した動的な釣り合い式(運動方程式)を、反復計算なしに解く手法である。まず、一つの要素に対する運動方程式

Figure 0006070277
を材料全体について重ね合わせることにより、材料全体に対する運動方程式が求められる。ここで、Mは質量マトリクス、uは変位、Pは等価節点力ベクトル、Fは節点外力ベクトルである。次に、求められた運動方程式を解くことにより、変位uが求められる。そして、変位−ひずみ関係等に基づいて、求められた変位uから状態変数が求められる。なお、運動方程式を解くには、格子点法の一つである中央差分法を用いる。しかしながら、他の解法(前方差分法、後方差分法、ラグランジュ法、スペクトル法等)を用いることも可能である。 In Abacus (registered trademark), state variables are obtained based on a dynamic explicit method. The dynamic explicit method is a method for solving a dynamic balance equation (motion equation) in consideration of an acceleration term without iterative calculation. First, the equation of motion for one element
Figure 0006070277
Is superposed on the entire material to obtain the equation of motion for the entire material. Here, M is a mass matrix, u is displacement, P is an equivalent nodal force vector, and F is a nodal external force vector. Next, the displacement u is obtained by solving the obtained equation of motion. Then, based on the displacement-strain relationship or the like, a state variable is obtained from the obtained displacement u. In order to solve the equation of motion, a central difference method, which is one of lattice point methods, is used. However, other solution methods (forward difference method, backward difference method, Lagrangian method, spectrum method, etc.) can also be used.

次に、処理部15は、ひずみ勾配を算出する(ステップS104)。即ち、処理部15は、記憶部12に記憶されている状態変数データを参照して各評価点におけるひずみを取得し、当該ひずみに基づいて各評価点におけるひずみ勾配を算出する。一の評価点におけるひずみ勾配は、当該一の評価点におけるひずみと、当該一の評価点に隣接する他の評価点におけるひずみとの差を、当該一の評価点及び他の評価点の間の距離で除することにより算出することができる。そして、処理部15は、算出したひずみ勾配を示すひずみ勾配データ(図5(d))を作成し、当該ひずみ勾配データを現在の時刻と対応付けて記憶部12に格納する。   Next, the processing unit 15 calculates a strain gradient (step S104). That is, the processing unit 15 acquires strain at each evaluation point with reference to the state variable data stored in the storage unit 12, and calculates a strain gradient at each evaluation point based on the strain. The strain gradient at one evaluation point is the difference between the strain at the one evaluation point and the strain at another evaluation point adjacent to the one evaluation point, between the one evaluation point and the other evaluation point. It can be calculated by dividing by the distance. Then, the processing unit 15 creates strain gradient data (FIG. 5D) indicating the calculated strain gradient, and stores the strain gradient data in the storage unit 12 in association with the current time.

図5(d)は、ひずみ勾配データのデータ構造の一例を示す。ひずみ勾配データには、各評価点について、当該評価点の番号、当該評価点におけるひずみ勾配等が含まれる。   FIG. 5D shows an example of the data structure of strain gradient data. The strain gradient data includes, for each evaluation point, the number of the evaluation point, the strain gradient at the evaluation point, and the like.

次に、処理部15は、損傷速度を修正する(ステップS106)。即ち、処理部15は、記憶部12に現在の時刻と対応付けて記憶されているひずみ勾配データを参照し、各評価点におけるひずみ勾配を取得する。また、処理部15は、記憶部12に直前の時刻と対応付けて記憶されているひずみ勾配データを参照して各評価点におけるひずみ勾配を取得し、対応するひずみ勾配から減じることにより、各評価点におけるひずみ勾配の増分を算出する。さらに、処理部15は、記憶部12に記憶されている材料特性データを参照して損傷関連定数A〜Cを取得し、当該損傷関連定数A〜Cと各評価点におけるひずみ勾配及びその増分とを用いて式4を計算することにより、各評価点における要素サイズ影響度を算出する。そして、処理部15は、記憶部12に記憶されている状態変数データを参照して各評価点における損傷速度を取得し、対応する要素サイズ影響度で除することにより、当該損傷速度を修正する。処理部15は、記憶部12に記憶されている状態変数データを参照し、修正した損傷速度を格納する。   Next, the processing unit 15 corrects the damage speed (step S106). That is, the processing unit 15 refers to the strain gradient data stored in the storage unit 12 in association with the current time, and acquires the strain gradient at each evaluation point. In addition, the processing unit 15 refers to the strain gradient data stored in the storage unit 12 in association with the immediately preceding time, acquires the strain gradient at each evaluation point, and subtracts it from the corresponding strain gradient, so that each evaluation is performed. Calculate the strain gradient increment at the point. Furthermore, the processing unit 15 refers to the material property data stored in the storage unit 12 to obtain damage-related constants A to C, the damage-related constants A to C, strain gradients at each evaluation point, and increments thereof. Is used to calculate the element size influence degree at each evaluation point. Then, the processing unit 15 refers to the state variable data stored in the storage unit 12, acquires the damage rate at each evaluation point, and corrects the damage rate by dividing by the corresponding element size influence degree. . The processing unit 15 refers to the state variable data stored in the storage unit 12 and stores the corrected damage rate.

次に、処理部15は、損傷度を更新する(ステップS108)。即ち、処理部15は、記憶部12に記憶されている状態変数データを参照し、各評価点における損傷速度を取得する。そして、処理部15は、記憶部12に記憶されている損傷度データを参照して各評価点における損傷度を取得し、対応する損傷速度を加えることにより、当該損傷度を更新する。処理部15は、記憶部12に記憶されている損傷度データを参照し、更新した損傷度を格納する。   Next, the processing unit 15 updates the damage degree (step S108). That is, the processing unit 15 refers to the state variable data stored in the storage unit 12 and acquires the damage rate at each evaluation point. Then, the processing unit 15 refers to the damage level data stored in the storage unit 12, acquires the damage level at each evaluation point, and updates the damage level by adding the corresponding damage speed. The processing unit 15 refers to the damage level data stored in the storage unit 12 and stores the updated damage level.

次に、処理部15は、記憶部12に記憶されている損傷度データを参照して各評価点における損傷度を取得し、いずれかの評価点において損傷度がしきい値を超えたか否かを判定する(ステップS110)。   Next, the processing unit 15 refers to the damage level data stored in the storage unit 12 to acquire the damage level at each evaluation point, and whether or not the damage level exceeds a threshold value at any of the evaluation points. Is determined (step S110).

そして、いずれかの評価点において損傷度がしきい値を超えた場合に(ステップS110−Yes)、処理部15は、解析結果を出力する(ステップS112)。即ち、処理部15は、記憶部12に記憶されている損傷度データを参照して各評価点の番号を取得し、損傷度がしきい値を超えた評価点の番号を特定する。また、処理部15は、特定した番号をキーとして、記憶部12に記憶されている状態変数データを参照し、対応する状態変数を取得する。そして、処理部15は、特定した番号、取得した状態変数等を表示部14に出力する。   Then, when the damage degree exceeds the threshold value at any of the evaluation points (step S110—Yes), the processing unit 15 outputs the analysis result (step S112). That is, the processing unit 15 refers to the damage degree data stored in the storage unit 12 to obtain the number of each evaluation point, and specifies the number of the evaluation point whose damage degree exceeds the threshold value. Further, the processing unit 15 refers to the state variable data stored in the storage unit 12 using the identified number as a key, and acquires the corresponding state variable. Then, the processing unit 15 outputs the specified number, the acquired state variable, and the like to the display unit 14.

一方、いずれの評価点においても損傷度がしきい値を超えていない場合に(ステップS110−No)、処理部15は、現在の時刻を一つ進行させる(ステップS114)。即ち、処理部15は、記憶部12に記憶されている時刻カウンタを参照して現在の時刻を取得し、インクリメント(+1)することにより、当該時刻を一つ進行させる。そして、処理部15は、記憶部12に記憶されている時刻カウンタを参照し、進行させた時刻を格納する。   On the other hand, when the degree of damage does not exceed the threshold value at any evaluation point (step S110-No), the processing unit 15 advances the current time by one (step S114). That is, the processing unit 15 refers to the time counter stored in the storage unit 12, acquires the current time, and increments (+1) to advance the time by one. Then, the processing unit 15 refers to the time counter stored in the storage unit 12 and stores the advanced time.

そして、処理部15は、状態変数の算出処理(ステップS102)に戻る。   Then, the processing unit 15 returns to the state variable calculation process (step S102).

図6は、従来及び本発明の各手法による解析結果の一例を示す。図6には、図4に示される試験片(JIS5号試験片)を矢印方向に一定速度で引っ張った場合の解析結果が示されている。ここで、材料は軟鋼とし、その定数として、板厚は2mm、密度は7.89×10-6kg/mm3、ヤング率は206000MPa、ポアソン比は0.333、Kは643MPa、ε0は0.0152、nは0.258とした。また、損傷関連定数として、ε0は0.229、Sは60MPa、DCは4.24×10-3、Aは1.0×105、Bは1.0、Cは−1.0とした。さらに、解析モデルとして、要素の種類は8節点完全積分6面体要素、サイズは0.5mm〜8mm、厚みは0.4mmとした。なお、破断基準(損傷値のしきい値)は、4mm及び1mm(本発明の手法のみ)の要素サイズでの解析結果が実験結果と一致するように決定した。 FIG. 6 shows an example of analysis results obtained by the conventional methods and the methods of the present invention. FIG. 6 shows an analysis result when the test piece (JIS No. 5 test piece) shown in FIG. 4 is pulled in the direction of the arrow at a constant speed. Here, the material is mild steel. As constants, the plate thickness is 2 mm, the density is 7.89 × 10 −6 kg / mm 3 , the Young's modulus is 206000 MPa, the Poisson's ratio is 0.333, K is 643 MPa, and ε 0 is 0.0152 and n were set to 0.258. As damage-related constants, ε 0 is 0.229, S is 60 MPa, D C is 4.24 × 10 −3 , A is 1.0 × 10 5 , B is 1.0, and C is −1.0. It was. Furthermore, as an analysis model, the type of element was an 8-node perfect integration hexahedron element, the size was 0.5 mm to 8 mm, and the thickness was 0.4 mm. Note that the fracture criterion (threshold value for damage value) was determined so that the analysis results at the element sizes of 4 mm and 1 mm (only the method of the present invention) coincided with the experimental results.

図6(a)は、従来の手法による解析結果(要素サイズと算出される破断ひずみとの関係)の一例を示す。ここで、横軸は要素サイズを、縦軸は破断ひずみの大きさを示す。また、直線600は、実験により得られた破断ひずみの大きさを示す。図6(a)に示されるように、基準とした4mm以外の要素サイズでは、算出される破断ひずみの大きさは、実験により得られたものと一致していない。   FIG. 6A shows an example of an analysis result (relationship between element size and calculated fracture strain) by a conventional method. Here, the horizontal axis indicates the element size, and the vertical axis indicates the magnitude of the breaking strain. Moreover, the straight line 600 shows the magnitude | size of the fracture | rupture distortion obtained by experiment. As shown in FIG. 6 (a), the calculated fracture strain does not match the experimentally obtained size for element sizes other than 4 mm as a reference.

一方、図6(b)は、本発明の手法による解析結果(要素サイズと算出される破断ひずみとの関係)の一例を示す。図6(a)と同様に、横軸は要素サイズを、縦軸は破断ひずみの大きさを示す。また、直線600は、実験により得られた破断ひずみの大きさを示す。図6(b)に示されるように、基準とした4mm及び1mm以外の要素サイズでは、算出される破断ひずみの大きさは、実験により得られたものと依然として一致していないが、これらの差は、図6(a)に示されるものに比べて縮小している。即ち、算出される破断ひずみの要素サイズ依存性が軽減している。   On the other hand, FIG. 6B shows an example of an analysis result (relationship between element size and calculated fracture strain) by the method of the present invention. Similar to FIG. 6A, the horizontal axis indicates the element size, and the vertical axis indicates the magnitude of the breaking strain. Moreover, the straight line 600 shows the magnitude | size of the fracture | rupture distortion obtained by experiment. As shown in FIG. 6 (b), with the element sizes other than the standard 4 mm and 1 mm, the magnitude of the fracture strain calculated still does not match that obtained by the experiment, but there is a difference between these differences. Is smaller than that shown in FIG. That is, the element size dependency of the calculated breaking strain is reduced.

図7は、従来及び本発明の各手法による解析結果の他の一例を示す。図7(a)に示される試験片(H15A12.5試験片)を矢印方向に一定速度で引っ張った場合の解析結果が、図7(b)及び(c)に示されている。ここで、材料は軟鋼とし、その特性は図4及び6に係るものと同様とした。また、解析モデルとして、要素の種類は8節点完全積分6面体要素、サイズは1mm〜4mm、厚みは0.25mmとした。   FIG. 7 shows another example of the analysis results obtained by the conventional methods and the methods of the present invention. The analysis results when the test piece (H15A12.5 test piece) shown in FIG. 7A is pulled at a constant speed in the direction of the arrow are shown in FIGS. 7B and 7C. Here, the material was mild steel, and the characteristics thereof were the same as those shown in FIGS. In addition, as an analysis model, the type of element was an 8-node perfect integration hexahedral element, the size was 1 mm to 4 mm, and the thickness was 0.25 mm.

図7(b)は、従来の手法による解析結果(要素サイズと算出される開口率との関係)の一例を示す。ここで、横軸は要素サイズを、縦軸は開口率を示す。また、直線700は、実験により得られた開口率を示す。なお、開口率は、(破断時の開口幅/元の開口幅)×100により算出する。図7(b)に示されるように、いずれの要素サイズでも、算出される開口率は、実験により得られたものと一致していない。   FIG. 7B shows an example of an analysis result (relationship between element size and calculated aperture ratio) by a conventional method. Here, the horizontal axis indicates the element size, and the vertical axis indicates the aperture ratio. A straight line 700 indicates the aperture ratio obtained by experiments. The opening ratio is calculated by (opening width at break / original opening width) × 100. As shown in FIG. 7B, the calculated aperture ratio does not coincide with that obtained by experiment for any element size.

一方、図7(c)は、本発明の手法による解析結果(要素サイズと算出される開口率との関係)の一例を示す。図7(b)と同様に、横軸は要素サイズを、縦軸は開口率を示す。また、直線700は、実験により得られた開口率を示す。図7(c)に示されるように、いずれの要素サイズでも、算出される開口率は、実験により得られたものと依然として一致していないが、要素サイズ間の差は、図7(b)に示されるものに比べて縮小している。即ち、算出される開口率の要素サイズ依存性が軽減している。   On the other hand, FIG. 7C shows an example of an analysis result (relationship between element size and calculated aperture ratio) according to the method of the present invention. Similar to FIG. 7B, the horizontal axis indicates the element size, and the vertical axis indicates the aperture ratio. A straight line 700 indicates the aperture ratio obtained by experiments. As shown in FIG. 7 (c), the aperture ratio calculated for any element size is still not consistent with that obtained by experiment, but the difference between the element sizes is shown in FIG. 7 (b). Compared to what is shown in. That is, the element size dependency of the calculated aperture ratio is reduced.

以下、破断解析装置1のハードウェア構成について説明する。図8は、破断解析装置1の概略構成の一例を示す。   Hereinafter, the hardware configuration of the fracture analysis apparatus 1 will be described. FIG. 8 shows an example of a schematic configuration of the fracture analysis apparatus 1.

破断解析装置1は、記憶部12に予め記憶されているプログラムに基づいて、同じく記憶部12に記憶されているデータ及び/又は不図示の他の装置に記憶されているデータを参照し、各種の処理を実行する。また、破断解析装置1は、ユーザにより操作部13を介して入力された指示に応じて各種の処理を実行し、その結果を表示部14に出力する。そのために、破断解析装置1は、通信部11と、記憶部12と、操作部13と、表示部14と、処理部15とを備える。   The fracture analysis device 1 refers to data stored in the storage unit 12 and / or data stored in another device (not shown) based on a program stored in the storage unit 12 in advance. Execute the process. The fracture analysis apparatus 1 executes various processes in accordance with instructions input via the operation unit 13 by the user and outputs the results to the display unit 14. For this purpose, the fracture analysis device 1 includes a communication unit 11, a storage unit 12, an operation unit 13, a display unit 14, and a processing unit 15.

通信部11は、破断解析装置1を不図示のネットワークに接続するための通信インターフェース回路を備える。そして、通信部11は、不図示の他の装置からネットワークを介して受信したデータを、処理部15に供給する。また、通信部11は、処理部15から供給されたデータを、ネットワークを介して他の装置に送信する。   The communication unit 11 includes a communication interface circuit for connecting the fracture analysis device 1 to a network (not shown). Then, the communication unit 11 supplies data received from another device (not shown) via the network to the processing unit 15. In addition, the communication unit 11 transmits the data supplied from the processing unit 15 to another device via the network.

記憶部12は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置、及び光ディスク装置のうちの少なくともいずれか一つを備える。記憶部12は、処理部15での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部12は、ドライバプログラムとして、操作部13を制御する入力デバイスドライバプログラム、表示部14を制御する出力デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、記憶部12は、アプリケーションプログラムとして、解析データの作成を行うアプリケーションプログラム、破断解析を行うアプリケーションプログラム等を記憶する。また、記憶部12は、データとして、材料の形状を示す解析モデルデータ(材料の各要素の節点を示す要素構成データ、各節点の座標を示す節点座標データ等)、材料定数を示す材料特性データ、境界条件を示す境界条件データ(変位条件を示す変位条件データ、荷重条件を示す荷重条件データ等)、解析の制御に係る解析制御パラメータ等を記憶する。また、記憶部12は、他のデータとして、評価点を示す評価点データ、現在の時刻を示す時刻カウンタ、現在の時刻における損傷度を示す損傷度データ、状態変数を示す状態変数データ、各時刻におけるひずみ勾配を示すひずみ勾配データ等を記憶する。さらに、記憶部12は、所定の処理に係る一時的なデータを一時的に記憶してもよい。   The storage unit 12 includes, for example, at least one of a semiconductor memory, a magnetic disk device, and an optical disk device. The storage unit 12 stores an operating system program, a driver program, an application program, data, and the like used for processing in the processing unit 15. For example, the storage unit 12 stores an input device driver program for controlling the operation unit 13 and an output device driver program for controlling the display unit 14 as driver programs. The storage unit 12 stores an application program for creating analysis data, an application program for performing fracture analysis, and the like as application programs. The storage unit 12 also includes, as data, analysis model data indicating the shape of the material (element configuration data indicating the nodes of each element of the material, node coordinate data indicating the coordinates of each node, etc.), and material property data indicating the material constants , Boundary condition data indicating boundary conditions (displacement condition data indicating displacement conditions, load condition data indicating load conditions, etc.), analysis control parameters relating to analysis control, and the like are stored. In addition, the storage unit 12 includes, as other data, evaluation point data indicating an evaluation point, a time counter indicating the current time, damage degree data indicating the degree of damage at the current time, state variable data indicating a state variable, each time The strain gradient data indicating the strain gradient at is stored. Furthermore, the storage unit 12 may temporarily store temporary data related to a predetermined process.

操作部13は、破断解析装置1の操作が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、キーボード、タッチパッド等である。ユーザは、操作部13を介して文字、数字等を入力することができる。操作部13は、ユーザにより操作されると、その操作に対応する信号を発生する。そして、発生した信号は、ユーザの指示として、処理部15に供給される。   The operation unit 13 may be any device as long as the operation of the fracture analysis apparatus 1 can be performed, such as a keyboard and a touch pad. The user can input characters, numbers, and the like via the operation unit 13. When operated by the user, the operation unit 13 generates a signal corresponding to the operation. The generated signal is supplied to the processing unit 15 as a user instruction.

表示部14は、映像、画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro−Luminescence)ディスプレイ等である。表示部14は、処理部15から供給された映像データに応じた映像、画像データに応じた画像等を表示する。   The display unit 14 may be any device as long as it can display images, images, and the like, and is, for example, a liquid crystal display, an organic EL (Electro-Luminescence) display, or the like. The display unit 14 displays a video corresponding to the video data supplied from the processing unit 15, an image corresponding to the image data, and the like.

処理部15は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。処理部15は、破断解析装置1の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)である。処理部15は、破断解析装置1の各種処理が記憶部12に記憶されているプログラム、操作部13の操作等に応じて適切な手順で実行されるように、通信部11、表示部14等の動作を制御する。処理部15は、記憶部12に記憶されているプログラム(オペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム等)に基づいて処理を実行する。また、処理部12は、複数のプログラム(アプリケーションプログラム等)を並列に実行することができる。   The processing unit 15 includes one or a plurality of processors and their peripheral circuits. The processing unit 15 comprehensively controls the overall operation of the fracture analysis apparatus 1 and is, for example, a CPU (Central Processing Unit). The processing unit 15 includes a communication unit 11, a display unit 14, and the like so that various processes of the fracture analysis apparatus 1 are executed according to a program stored in the storage unit 12, an operation of the operation unit 13, and the like. To control the operation. The processing unit 15 executes processing based on programs (operating system program, driver program, application program, etc.) stored in the storage unit 12. The processing unit 12 can execute a plurality of programs (such as application programs) in parallel.

処理部15は、図1におけるステップS100、S112、及びS114の処理を実行する制御部151と、ステップS102の処理を実行する状態変数算出部152と、ステップS104の処理を実行するひずみ勾配算出部153と、ステップS106の処理を実行する状態変数修正部154と、ステップS108及びS110の処理を実行する破断判定部155とを備える。これらの各部は、処理部15が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして破断解析装置1に実装されてもよい。   The processing unit 15 includes a control unit 151 that executes steps S100, S112, and S114 in FIG. 1, a state variable calculation unit 152 that executes step S102, and a strain gradient calculation unit that executes step S104. 153, a state variable correction unit 154 that executes the process of step S106, and a break determination unit 155 that executes the processes of steps S108 and S110. Each of these units is a functional module realized by a program executed by a processor included in the processing unit 15. Or these each part may be mounted in the fracture | rupture analysis apparatus 1 as firmware.

以上説明してきたように、有限要素法を用いた連続体損傷力学に基づく破断解析において、算出される損傷速度をひずみ勾配に基づいて修正することにより、算出される損傷度の要素サイズ依存性をより容易に軽減することが可能となる。   As described above, in the fracture analysis based on continuum damage mechanics using the finite element method, the calculated damage rate is corrected based on the strain gradient, so that the calculated damage degree depends on the element size. It becomes possible to reduce more easily.

なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、解析対象物のモデル化に6面体要素を用いるとしたが、他の種類(例えば、3角形、4角形、4面体、3角柱等)の要素を用いてもよい。   Note that the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the present embodiment, hexahedral elements are used for modeling the analysis target, but other types of elements (for example, a triangle, a tetragon, a tetrahedron, a triangle column, etc.) may be used.

また、本実施形態では、解析対象物として軟鋼を想定したが、他の材料(例えば、ハイテン、アルミニウム、マグネシウム等)でもよい。   Further, in the present embodiment, mild steel is assumed as an analysis target, but other materials (for example, high tension, aluminum, magnesium, etc.) may be used.

また、本実施形態では、本発明を、連続体損傷力学に基づく破断解析に適用したが、応力、ひずみ等の算出される状態変数に基づくものであれば、どのような(破断)解析に適用してもよい。   In the present embodiment, the present invention is applied to the fracture analysis based on the continuum damage mechanics, but any (rupture) analysis can be applied as long as it is based on the calculated state variables such as stress and strain. May be.

また、本実施形態では、破断解析装置1は、図8に示される各部を備えるとしたが、その一部については、不図示のサーバ装置が備えてもよい。サーバ装置は、例えば、破断解析装置1の記憶部12に相当する記憶部を備え、この記憶部に記憶されているプログラム、データ等を破断解析装置1に送信し、破断解析装置1に処理を実行させてもよい。あるいは、サーバ装置は、破断解析装置1の記憶部12及び処理部15に相当する記憶部及び処理部を備え、この記憶部に記憶されているプログラム、データ等を用いて処理を実行し、その結果のみを破断解析装置1に提供してもよい。   Moreover, in this embodiment, although the fracture | rupture analysis apparatus 1 was provided with each part shown by FIG. 8, the server apparatus not shown may be provided about the one part. The server device includes, for example, a storage unit corresponding to the storage unit 12 of the fracture analysis device 1, transmits a program, data, and the like stored in the storage unit to the fracture analysis device 1, and performs processing on the fracture analysis device 1. It may be executed. Alternatively, the server device includes a storage unit and a processing unit corresponding to the storage unit 12 and the processing unit 15 of the fracture analysis device 1, and executes processing using a program, data, and the like stored in the storage unit, Only the result may be provided to the fracture analysis apparatus 1.

また、処理部15が備える各機能をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムは、磁気記録媒体、光記録媒体等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録された形で提供されてもよい。   Further, a computer program for causing a computer to realize each function included in the processing unit 15 may be provided in a form recorded on a computer-readable recording medium such as a magnetic recording medium or an optical recording medium.

当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換、及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。   It should be understood by those skilled in the art that various changes, substitutions, and modifications can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.

1 破断解析装置
11 通信部
12 記憶部
13 操作部
14 表示部
15 処理部
151 制御部
152 状態変数算出部
153 ひずみ勾配算出部
154 状態変数修正部
155 破断判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Break analysis apparatus 11 Communication part 12 Memory | storage part 13 Operation part 14 Display part 15 Processing part 151 Control part 152 State variable calculation part 153 Strain gradient calculation part 154 State variable correction part 155 Break determination part

Claims (11)

変形に応じて材料内部に生じる状態変数に基づいて前記材料の状態を判定する装置であって、
解析モデルデータ、材料特性データ、及び境界条件データを少なくとも含む解析データを記憶する記憶部と、
前記解析データに基づいて有限要素法により解析を行い、変形の一時刻における前記材料の各要素における複数の状態変数であって、ひずみ及び前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を少なくとも含む複数の状態変数を算出する状態変数算出部と、
前記ひずみに基づいてひずみ勾配を算出するひずみ勾配算出部と、
前記ひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正する状態変数修正部と、
修正された前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を含む前記複数の状態変数に基づいて前記材料の状態を判定する状態判定部と、
前記材料の状態の判定結果を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする装置。
An apparatus for determining a state of the material based on a state variable generated inside the material according to deformation,
A storage unit for storing analysis data including at least analysis model data, material property data, and boundary condition data;
Analysis is performed by the finite element method based on the analysis data, and includes a plurality of state variables in each element of the material at one time of deformation, which include at least a state variable that affects the determination result of strain and the state of the material A state variable calculator for calculating a plurality of state variables;
A strain gradient calculation unit for calculating a strain gradient based on the strain;
A state variable correction unit that corrects a state variable that affects the determination result of the state of the material so as to reduce the element size dependency based on the strain gradient;
A state determination unit that determines the state of the material based on the plurality of state variables including a state variable that affects the determination result of the state of the modified material;
An output unit for outputting a determination result of the state of the material;
A device comprising:
前記状態変数修正部は、前記ひずみ勾配に基づいて要素サイズ影響度を算出し、前記要素サイズ影響度に基づいて前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正する、請求項1に記載の装置。   The said state variable correction part calculates element size influence degree based on the said strain gradient, and corrects the state variable which influences the determination result of the said material state based on the said element size influence degree. Equipment. 前記要素サイズ影響度は、前記ひずみ勾配及び前記ひずみ勾配の直前の時刻におけるひずみ勾配からの増分に基づいて算出される、請求項2に記載の装置。   The apparatus according to claim 2, wherein the element size influence degree is calculated based on the strain gradient and an increment from the strain gradient at a time immediately before the strain gradient. 前記要素サイズ影響度は、次式により算出され、
Figure 0006070277
ここで、fは前記要素サイズ影響度であり、δは前記ひずみ勾配であり、Δδは前記ひずみ勾配の増分であり、A〜Cは前記材料に応じて定まる定数である、請求項3に記載の装置。
The element size influence degree is calculated by the following equation:
Figure 0006070277
Here, f is the element size influence degree, δ is the strain gradient, Δδ is an increment of the strain gradient, and A to C are constants determined according to the material. Equipment.
前記状態変数修正部は、前記要素サイズ影響度を乗じる又は除することにより前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正する、請求項2〜4のいずれか一項に記載の装置。   The apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the state variable correction unit corrects a state variable that affects the determination result of the state of the material by multiplying or dividing the element size influence degree. 前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数は、損傷速度であり、
前記状態判定部は、修正された前記損傷速度の前記一時刻までの累積値がしきい値を超えた場合に、前記材料の対応する要素において破断が生じたと判定する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。
The state variable that affects the determination result of the state of the material is the damage rate,
The said state determination part determines with the fracture | rupture having arisen in the corresponding element of the said material, when the cumulative value to the said one time of the said damage rate corrected exceeded the threshold value. The device according to any one of the above.
変形に応じて材料内部に生じる状態変数を修正する装置であって、
有限要素法を用いて算出された前記状態変数をひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように修正する状態変数修正部、
を備えることを特徴とする装置。
An apparatus for correcting a state variable generated inside a material according to deformation,
A state variable correction unit for correcting the state variable calculated using the finite element method so as to reduce the element size dependency based on the strain gradient;
A device comprising:
解析モデルデータ、材料特性データ、及び境界条件データを少なくとも含む解析データを記憶する記憶部を備え、変形に応じて材料内部に生じる状態変数に基づいて前記材料の状態を判定する装置の制御方法であって、前記装置が、
前記解析データに基づいて有限要素法により解析を行い、変形の一時刻における前記材料の各要素における複数の状態変数であって、ひずみ及び前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を少なくとも含む複数の状態変数を算出し、
前記ひずみに基づいてひずみ勾配を算出し、
前記ひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正し、
修正された前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を含む前記複数の状態変数に基づいて前記材料の状態を判定し、
前記材料の状態の判定結果を出力する、
ことを特徴とする制御方法。
A control method for an apparatus that includes a storage unit that stores analysis data including at least analysis model data, material property data, and boundary condition data, and that determines a state of the material based on a state variable generated in the material according to deformation. And the device is
Analysis is performed by the finite element method based on the analysis data, and includes a plurality of state variables in each element of the material at one time of deformation, which include at least a state variable that affects the determination result of strain and the state of the material Calculate multiple state variables,
A strain gradient is calculated based on the strain;
Modify the state variables that affect the determination of the state of the material to reduce element size dependency based on the strain gradient;
Determining the state of the material based on the plurality of state variables including a state variable that affects the determination result of the state of the modified material;
Outputting the judgment result of the state of the material,
A control method characterized by that.
変形に応じて材料内部に生じる状態変数を修正する装置の制御方法であって、前記装置が、
有限要素法を用いて算出された前記状態変数をひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように修正する、
ことを特徴とする制御方法。
A method for controlling an apparatus for correcting a state variable generated inside a material in response to deformation, wherein the apparatus comprises:
Modifying the state variables calculated using a finite element method to reduce element size dependence based on strain gradients;
A control method characterized by that.
解析モデルデータ、材料特性データ、及び境界条件データを少なくとも含む解析データを記憶する記憶部を備え、変形に応じて材料内部に生じる状態変数に基づいて前記材料の状態を判定する装置の制御プログラムであって、前記装置に、
前記解析データに基づいて有限要素法により解析を行い、変形の一時刻における前記材料の各要素における複数の状態変数であって、ひずみ及び前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を少なくとも含む複数の状態変数を算出し、
前記ひずみに基づいてひずみ勾配を算出し、
前記ひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を修正し、
修正された前記材料の状態の判定結果に影響する状態変数を含む前記複数の状態変数に基づいて前記材料の状態を判定し、
前記材料の状態の判定結果を出力する、
ことを実行させることを特徴とする制御プログラム。
A control program for an apparatus that includes a storage unit that stores analysis data including at least analysis model data, material property data, and boundary condition data, and that determines a state of the material based on a state variable generated inside the material according to deformation. In the device,
Analysis is performed by the finite element method based on the analysis data, and includes a plurality of state variables in each element of the material at one time of deformation, which include at least a state variable that affects the determination result of strain and the state of the material Calculate multiple state variables,
A strain gradient is calculated based on the strain;
Modify the state variables that affect the determination of the state of the material to reduce element size dependency based on the strain gradient;
Determining the state of the material based on the plurality of state variables including a state variable that affects the determination result of the state of the modified material;
Outputting the judgment result of the state of the material,
A control program characterized by causing
変形に応じて材料内部に生じる状態変数を修正する装置の制御プログラムであって、前記装置に、
有限要素法を用いて算出された前記状態変数をひずみ勾配に基づいて要素サイズ依存性を軽減するように修正する、
ことを実行させることを特徴とする制御プログラム。
A control program for a device that corrects a state variable generated inside a material in accordance with deformation, the device including:
Modifying the state variables calculated using a finite element method to reduce element size dependence based on strain gradients;
A control program characterized by causing
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