JP6268584B2 - 熱変形解析方法、熱変形解析プログラム、および熱変形解析装置 - Google Patents
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Description
さらに、下記(2)式に示すとおり、塑性歪みεpを、静的塑性歪みεspと、粘塑性歪みεVとの和として定義する。
なお、解析対象の金属材料が固相相変態を生じる場合、上記(1)式に、変態誘起塑性歪みの項を追加してもよい。以下、弾性歪みεE、静的塑性歪みεsp、粘塑性歪みεV、および熱膨張歪みεTについて順番に説明する。
弾性歪みεEは、温度Tの関数であるヤング率E(T)および応力σに基づいて、下記(3)式のように示す。
<静的塑性歪みεsp>
静的塑性歪みεspは、加工硬化量Hおよび応力σ等の関数として、下記(4−1)式のように示す。
静的塑性歪みεspは、降伏応力σyを基準として、σ>σyであれば増大し、σ<−σyであれば減少する。降伏応力σyは、温度Tの関数である初期降伏応力σy0(T)と、温度Tと相当塑性歪みεepの関数である加工硬化量Hとに基づいて、下記(4−2)式のように示す。
粘塑性歪みεVは、粘塑性歪み速度Vの時間積分値として、下記(5−1)式のように示す。
ここで、粘塑性歪み速度Vは、応力σ、温度T、粘塑性歪みεV、時間t、および材料の状態を示す変数等の関数として、下記(5−2)式のように示す。
本実施形態では、粘塑性歪み速度Vは、温度Tの関数であるべき乗則係数A(T)およびべき乗則指数n(T)と応力σとに基づいて、下記(5−3)式のように示す。
熱膨張歪みεTは、温度Tの関数である熱膨張率α(T)と温度Tとに基づいて、基準温度T0として、下記(6)式のように示す。
以上のとおり、本実施形態の材料モデルでは、弾性歪みεE、静的塑性歪みεsp、粘塑性歪みεV、および熱膨張歪みεTの和として鋳造品の全歪みεallを定義する。
まず、図4を参照して、上記3つの温度領域の設定方法について説明する。なお、以下では、アルミニウム合金であるADC12材の解析を行う場合を例に挙げて説明する。
次に、図5および図6を参照して、粘塑性歪みεVを表す構成式の定数の設定方法について説明する。上述したとおり、粘塑性歪みεVは、上記(5−3)式に示す粘塑性歪み速度Vの時間積分値として算出する。
このような構成によれば、解析対象の鋳造品の変形速度について、必要十分な速度範囲をカバーする構成式の定数を取得することができる。
次に、図7を参照して、静的塑性歪みεspを表す構成式の高温域における定数の設定方法について説明する。
弾性歪みεEを表す構成式の定数の設定には、解析対象の鋳造品の最大歪み速度と同等以上の試験速度で0.1%弾性歪み以下の歪み量で実施した試験結果を用いる。具体的には、振動法による試験結果を用いることができる。
図8において2点鎖線で示すとおり、定歪み速度引張試験では、時間の経過に比例して歪みが増大し、それに応じた応力が観測される。
10 本体部、
11 演算処理部、
11a 材料モデル作成部、
11b 解析部、
11c 表示情報演算部、
12 記憶部、
20 表示部、
30 入力部。
Claims (22)
- 金属材料の溶湯を金型に注湯して得られる鋳造品の冷却過程における前記金属材料の歪みを計算して、前記鋳造品の熱変形を解析する熱変形解析方法であって、
前記金属材料の歪みを構成する塑性歪みを粘塑性歪みと静的塑性歪みによって定義し、
温度および歪み速度をパラメータとした塑性変形時の前記金属材料の応力−歪み特性に基づいて、塑性歪みの変化が応力に影響しない温度領域である高温域と、当該高温域よりも温度が低い温度領域である低温域とを少なくとも設定し、
前記高温域の塑性歪みを前記粘塑性歪みから計算し、前記低温域の塑性歪みを前記静的塑性歪みから計算して、前記高温域から前記低温域に至る前記鋳造品の熱変形を解析する、熱変形解析方法。 - 前記高温域と前記低温域との間に中温域を設定し、
前記粘塑性歪みと、前記静的塑性歪みと、前記金属材料の弾性歪みと、前記金属材料の熱膨張歪みの和として、前記金属材料の前記歪みを計算する、請求項1に記載の熱変形解析方法。 - 前記粘塑性歪みを、応力と温度の関数である粘塑性歪み速度を用いて計算する、請求項2に記載の熱変形解析方法。
- 複数水準の歪み速度を試験速度として、定歪み速度引張試験を実施し、
前記定歪み速度引張試験の試験結果に基づいて、前記粘塑性歪み速度を表す構成式の前記高温域における定数を設定する、請求項3に記載の熱変形解析方法。 - 前記応力−歪み特性は、複数水準の歪み速度を試験速度として、複数水準の温度について引張試験を実施して得られた複数の応力−歪み曲線を含み、
前記複数の応力−歪み曲線について、引張応力が一定となる状態がすべての試験速度の試験結果において現れる温度領域の下限温度を、前記中温域の上限温度に設定する、請求項2〜4のいずれか1項に記載の熱変形解析方法。 - 前記応力−歪み特性は、複数水準の歪み速度を試験速度として、複数水準の温度について引張試験を実施して得られた複数の応力−歪み曲線を含み、
前記複数の応力−歪み曲線について、引張応力が試験速度と無関係に同一と認識される温度領域の上限温度を、前記中温域の下限温度に設定する、請求項2〜5のいずれか1項に記載の熱変形解析方法。 - 前記低温域における前記粘塑性歪みが前記弾性歪みに対して十分小さくなるように、前記粘塑性歪みの計算に用いられる粘塑性歪み速度を表す構成式の前記低温域における定数を設定する、請求項2〜6のいずれか1項に記載の熱変形解析方法。
- 前記高温域における降伏応力が、前記低温域の上限温度における降伏応力を超えず、かつ、前記鋳造品の最大歪み速度を粘塑性歪み速度とした場合の応力を上回るように、前記静的塑性歪みを表す構成式の前記高温域における定数を設定する、請求項2〜7のいずれか1項に記載の熱変形解析方法。
- 前記中温域の上限温度から下限温度まで、降伏応力が単調かつ連続的に変化するように、前記静的塑性歪みを表す構成式の前記中温域における定数を設定し、
前記中温域の上限温度から下限温度まで、前記粘塑性歪みの計算に用いられる粘塑性歪み速度が単調かつ連続的に変化するように、前記粘塑性歪み速度を表す構成式の前記中温域における定数を設定する、請求項2〜8のいずれか1項に記載の熱変形解析方法。 - 前記鋳造品の最大歪み速度と同等以上の試験速度で0.1%弾性歪み以下の歪み量で実施した試験結果を用いて、前記弾性歪みを表す構成式の定数を設定する、請求項2〜9のいずれか1項に記載の熱変形解析方法。
- 金属材料の溶湯を金型に注湯して得られる鋳造品の冷却過程における前記金属材料の歪みを計算して、前記鋳造品の熱変形を解析するための熱変形解析プログラムであって、
前記金属材料の歪みを構成する塑性歪みを粘塑性歪みと静的塑性歪みによって定義し、かつ、温度および歪み速度をパラメータとした塑性変形時の前記金属材料の応力−歪み特性に基づいて、塑性歪みの変化が応力に影響しない温度領域である高温域と、当該高温域よりも温度が低い温度領域である低温域とを少なくとも設定する手順(a)と、
前記高温域の塑性歪みを前記粘塑性歪みから計算し、前記低温域の塑性歪みを前記静的塑性歪みから計算して、前記高温域から前記低温域に至る前記鋳造品の熱変形を解析する手順(b)と、
をコンピュータに実行させる熱変形解析プログラム。 - 前記手順(a)において、前記高温域と前記低温域との間に中温域が設定され、
前記粘塑性歪みと、前記静的塑性歪みと、前記金属材料の弾性歪みと、前記金属材料の熱膨張歪みの和として、前記金属材料の前記歪みを計算する、請求項11に記載の熱変形解析プログラム。 - 前記粘塑性歪みを、応力と温度の関数である粘塑性歪み速度を用いて計算する、請求項12に記載の熱変形解析プログラム。
- 複数水準の歪み速度を試験速度として、定歪み速度引張試験を実施し、
前記定歪み速度引張試験の試験結果に基づいて、前記粘塑性歪み速度を表す構成式の前記高温域における定数を設定する、請求項13に記載の熱変形解析プログラム。 - 前記応力−歪み特性は、複数水準の歪み速度を試験速度として、複数水準の温度について引張試験を実施して得られた複数の応力−歪み曲線を含み、
前記手順(a)において、前記複数の応力−歪み曲線について、引張応力が一定となる状態がすべての試験速度の試験結果において現れる温度領域の下限温度が、前記中温域の上限温度に設定される、請求項12〜14のいずれか1項に記載の熱変形解析プログラム。 - 前記応力−歪み特性は、複数水準の歪み速度を試験速度として、複数水準の温度について引張試験を実施して得られた複数の応力−歪み曲線を含み、
前記手順(a)において、前記複数の応力−歪み曲線について、引張応力が試験速度と無関係に同一と認識される温度領域の上限温度が、前記中温域の下限温度に設定される、請求項12〜15のいずれか1項に記載の熱変形解析プログラム。 - 前記低温域における前記粘塑性歪みが前記弾性歪みに対して十分小さくなるように、前記粘塑性歪みの計算に用いられる粘塑性歪み速度を表す構成式の前記低温域における定数を設定する、請求項12〜16のいずれか1項に記載の熱変形解析プログラム。
- 前記高温域における降伏応力が、前記低温域の上限温度における降伏応力を超えず、かつ、前記鋳造品の最大歪み速度を粘塑性歪み速度とした場合の応力を上回るように、前記静的塑性歪みを表す構成式の前記高温域における定数を設定する、請求項12〜17のいずれか1項に記載の熱変形解析プログラム。
- 前記中温域の上限温度から下限温度まで、降伏応力が単調かつ連続的に変化するように、前記静的塑性歪みを表す構成式の前記中温域における定数を設定し、
前記中温域の上限温度から下限温度まで、前記粘塑性歪みの計算に用いられる粘塑性歪み速度が単調かつ連続的に変化するように、前記粘塑性歪み速度を表す構成式の前記中温域における定数を設定する、請求項12〜18のいずれか1項に記載の熱変形解析プログラム。 - 前記鋳造品の最大歪み速度と同等以上の試験速度で0.1%弾性歪み以下の歪み量で実施した試験結果を用いて、前記弾性歪みを表す構成式の定数を設定する、請求項12〜19のいずれか1項に記載の熱変形解析プログラム。
- 請求項11〜20のいずれか1項に記載の熱変形解析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。
- 金属材料の溶湯を金型に注湯して得られる鋳造品の冷却過程における前記金属材料の歪みを計算して、前記鋳造品の熱変形を解析する熱変形解析装置であって、
前記金属材料の歪みを構成する塑性歪みを粘塑性歪みと静的塑性歪みによって定義し、
温度および歪み速度をパラメータとした塑性変形時の前記金属材料の応力−歪み特性に基づいて、塑性歪みの変化が応力に影響しない温度領域である高温域と、当該高温域よりも温度が低い温度領域である低温域とを少なくとも設定し、
前記高温域の塑性歪みを前記粘塑性歪みから計算し、前記低温域の塑性歪みを前記静的塑性歪みから計算して、前記高温域から前記低温域に至る前記鋳造品の熱変形を解析する、熱変形解析装置。
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