JP6803766B2 - Strength evaluation method, structure manufacturing method, strength evaluation device, and strength evaluation program - Google Patents

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本発明は、強度評価方法、構造体の製造方法、強度評価装置、及び強度評価プログラムに関する。 The present invention relates to a strength evaluation method, a structure manufacturing method, a strength evaluation device, and a strength evaluation program.

電力機器には、電力の経路となる導体や電気部品を支持する構造体が設けられる。この構造体は、絶縁性および機械強度が要求され、エポキシ系樹脂等で製造される。このような構造体の強度を推定、評価する方法として、最大主応力説による評価方法が知られている。この評価方法は、エポキシ樹脂等の脆性破壊する材料の構造体に働く最大主応力の最大値が材質により定まる強度に達すると破壊が発生すると仮定した評価方法である。また、樹脂製部の破壊を数値シミュレーションによって予測する手法が提案されている(例えば、下記の特許文献1および特許文献2参照)。 The electric power device is provided with a structure that supports conductors and electric components that serve as electric power paths. This structure is required to have insulating properties and mechanical strength, and is manufactured of an epoxy resin or the like. As a method for estimating and evaluating the strength of such a structure, an evaluation method based on the maximum principal stress theory is known. This evaluation method is an evaluation method assuming that fracture occurs when the maximum value of the maximum principal stress acting on the structure of a brittle fracture material such as epoxy resin reaches the strength determined by the material. Further, a method of predicting the fracture of the resin part by numerical simulation has been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below).

特許文献1では、破壊状態を予測すべき樹脂部品に対応する有限要素モデルに、樹脂部品の実装状態に基づいて複数の節点を選定する。そして、有限要素モデルに対して強制変位を与えて静的構造計算を行なう。そして、静的構造計算により得られた塑性歪分布に基づいて、塑性歪が基準値を越えたとき節点を破壊部位と判定する。 In Patent Document 1, a plurality of nodes are selected based on the mounting state of the resin component in the finite element model corresponding to the resin component whose fracture state should be predicted. Then, a forced displacement is given to the finite element model to perform static structural calculation. Then, based on the plastic strain distribution obtained by the static structural calculation, when the plastic strain exceeds the reference value, the node is determined as the fracture site.

また、特許文献2では、評価対象であるタイヤにおける結合界面の界面ポテンシャルエネルギ関数のパラメータを、引張剥離実験又はせん断剥離実験の少なくとも一方に基づいて決定する。そして、タイヤを有限個の要素に分割して作成した解析モデル中の結合界面に、決定した界面ポテンシャルエネルギを含む界面要素を作成し、配置する。そして、界面ポテンシャルエネルギ関数に基づいて界面要素の剛性を計算する。そして、計算した剛性を解析モデルの全体連立方程式に代入して、所定の解析条件に基づいて前記全体連立方程式を解くことにより、解析を実行する。そして、全体連立方程式を解いて得られた界面の物理量の大きさから、亀裂の進展の可否を判定し、タイヤの破壊を評価する。 Further, in Patent Document 2, the parameter of the interface potential energy function of the coupling interface in the tire to be evaluated is determined based on at least one of the tensile peeling experiment and the shear peeling experiment. Then, an interface element containing the determined interface potential energy is created and arranged at the coupling interface in the analysis model created by dividing the tire into a finite number of elements. Then, the rigidity of the interface element is calculated based on the interface potential energy function. Then, the calculated rigidity is substituted into the total simultaneous equations of the analysis model, and the analysis is executed by solving the total simultaneous equations based on predetermined analysis conditions. Then, the propriety of crack growth is determined from the magnitude of the physical quantity of the interface obtained by solving the total simultaneous equations, and the tire fracture is evaluated.

特開2005−147806号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-147806 特開2008−145200号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-145200

上述のような強度評価方法は、強度の予測精度に改善の余地がある。例えば、最大主応力説に基づいて構造体が破壊すると予測される応力に対して、実際の試験では70%程度の応力で部材が破壊する場合がある。その要因として、例えば、最大主応力説や最大主ひずみ説では寸法効果や応力分布の影響が加味されないことが考えられる。そのため強度の予測精度が低く、試作回数の増加に繋がり、コストアップや商品開発の遅延を招く。また、強度の予測精度が低いと、安全率を過度に設定することなどで小型化の妨げとなる。 There is room for improvement in the strength prediction accuracy of the strength evaluation method as described above. For example, in an actual test, a member may break at a stress of about 70% of the stress predicted to break the structure based on the maximum principal stress theory. As a factor, for example, it is considered that the influence of the dimensional effect and the stress distribution is not taken into consideration in the maximum principal stress theory and the maximum principal strain theory. Therefore, the accuracy of strength prediction is low, which leads to an increase in the number of trial productions, which leads to cost increase and delay in product development. Further, if the strength prediction accuracy is low, the safety factor is set excessively, which hinders miniaturization.

本発明は、上述の事情に鑑みなされたものであり、構造体の強度を精度よく評価可能な強度評価方法、構造体の製造方法、強度評価装置、及び強度評価プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a strength evaluation method, a structure manufacturing method, a strength evaluation device, and a strength evaluation program capable of accurately evaluating the strength of a structure. To do.

本発明の第1の態様によれば、強度評価方法が提供される。強度評価方法は、脆性破壊する材料を含んで構成される構造体の数値モデルにおける複数の要素のそれぞれについて、各要素が破壊しない確率を示す信頼度を、各要素に働く応力を用いて算出することを含んでよい。強度評価方法は要素の信頼度を乗算した結果を1から減算することで、複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を示す破壊確率を算出することをんでよい According to the first aspect of the present invention , a strength evaluation method is provided. In the strength evaluation method, for each of a plurality of elements in a numerical model of a structure composed of a material that breaks brittlely, the reliability indicating the probability that each element does not break is calculated by using the stress acting on each element. May include that. Strength evaluation method, by subtracting the result of multiplying signal Yoriyukido of each element 1, and a calculation child destruction probability indicates the probability that at least one of the plurality of elements to destroy may Nde free.

本発明の第2の態様によれば、構造体の製造方法が提供される。構造体の製造方法は、脆性破壊する材料を含んで構成される構造体を設計することを含んでよい。構造体の製造方法は、設計に基づいて、構造体の強度を上記強度評価方法によって評価することをんでよい構造体の製造方法は、強度が特定の条件を満たすときに構造体を製造することを含んでよい。 According to the second aspect of the present invention, a method for producing a structure is provided. A method of making a structure may include designing a structure composed of a material that breaks brittlely . Method for manufacturing a structure based on the design, may Nde including that you evaluated by intensity above Symbol strength evaluation method of the structure. The method for manufacturing a structure may include manufacturing the structure when the strength satisfies a specific condition.

本発明の第3の態様によれば、強度評価装置が提供される。強度評価装置は、脆性破壊する材料を含んで構成される構造体の数値モデルにおける複数の要素のそれぞれについて、各要素に働く応力を用いて各要素が破壊しない確率を示す信頼度を算出する信頼度算出部を備えてよい。強度評価装置は要素の信頼度を乗算した結果を1から減算することで、複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を示す破壊確率を算出する破壊確率算出部を備えてよい According to the third aspect of the present invention , a strength evaluation device is provided. The strength evaluator uses the stress acting on each element to calculate the reliability that indicates the probability that each element will not fracture for each of the multiple elements in the numerical model of the structure composed of the brittle fracture material. A degree calculation unit may be provided. Strength evaluation device subtracts the result of multiplying the signal Yoriyukido of each element 1, at least one of the plurality of elements may comprise breaking probability calculation unit for calculating the fracture probability indicating the probability of fracture.

本発明の第4の態様によれば、強度評価プログラムが提供される。強度評価プログラムは、コンピュータに、脆性破壊する材料を含んで構成される構造体の数値モデルにおける複数の要素のそれぞれについて、各要素に働く応力を用いて各要素が破壊しない確率を示す信頼度を算出することを実行させてよい。強度評価プログラムは、コンピュータに要素の信頼度を乗算した結果を1から減算することで、複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を示す破壊確率を算出することを実行させてよい According to a fourth aspect of the present invention , an intensity evaluation program is provided. The strength evaluation program tells the computer the reliability of each of the multiple elements in a numerical model of a structure composed of brittle fracture materials, using the stress acting on each element to indicate the probability that each element will not fracture. The calculation may be performed. Strength evaluation program, the computer subtracts the result of multiplying the signal Yoriyukido of each element 1, at least one of the plurality of elements by executing that you calculate the fracture probability indicating the probability of fracture Good .

また、脆性破壊する材料はエポキシ系樹脂であってもよい。また、構造体の強度のワイブル分布を表す形状パラメータ、尺度パラメータ、及び位置パラメータをそれぞれm、σ、σとし、複数の要素のそれぞれに割り付けられる番号がiの要素の応力および体積をそれぞれσ、Vとし、複数の要素の基準となる体積をVとし、番号がiの要素の信頼度であるR(σ)は、下記の式(1)で表されてもよい。 Further, the material for brittle fracture may be an epoxy resin. In addition, the shape parameter, scale parameter, and position parameter representing the Weibull distribution of the strength of the structure are set to m, σ 0 , and σ u , respectively, and the stress and volume of the element whose number is i assigned to each of the plurality of elements are set, respectively. R ii ), which is the reliability of the elements whose numbers are i, where σ i and V i are used and the reference volume of the plurality of elements is V 0 , may be expressed by the following equation (1). ..

また、信頼度を算出する対象要素を構造体の数値モデルにおける複数の要素から選択することを含んでもよい。また、構造体の要素に働く応力をσとし、構造体の強度のワイブル分布における位置パラメータをσとし、予め定められた0以上の閾値をσthとしたときに、σ−σ>σthを満たす要素を対象要素として選択してもよい。また、信頼度の算出よりも前に、構造体に働く応力の分布を算出することを含み、応力の分布に基づいて複数の要素のそれぞれに働く応力の代表値を算出し、代表値を用いて信頼度を算出してもよい。 It may also include selecting the target element for calculating the reliability from a plurality of elements in the numerical model of the structure. When the stress acting on the elements of the structure is σ, the position parameter in the wibble distribution of the strength of the structure is σ u , and the predetermined threshold value of 0 or more is σ th , σ −σ u > σ An element satisfying th may be selected as a target element. It also includes calculating the distribution of stress acting on the structure prior to calculating the reliability, calculating the representative value of the stress acting on each of the plurality of elements based on the stress distribution, and using the representative value. The reliability may be calculated.

本発明によれば、構造体の数値モデルにおける複数の要素の各要素が破壊しない確率に基づいて、複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を算出するので、構造体の強度を精度よく評価可能である。 According to the present invention, since the probability that at least one of the plurality of elements will be destroyed is calculated based on the probability that each element of the plurality of elements in the numerical model of the structure will not be destroyed, the strength of the structure can be evaluated accurately. Is.

また、各要素の信頼度が上記の式(1)で表される場合、ワイブル分布に基づいて各要素の信頼度を算出するので、各要素の信頼度を精度よく予測することができ、複数の要素に関する破壊確率を精度よく予測することができる。また、信頼度を算出する対象要素を構造体の複数の要素から選択する場合、処理の負荷を低減することができる。また、σ−σ>σthを満たす要素を対象要素として選択する場合、処理の負荷を低減することができる。また、構造体に働く応力の分布を算出し、各要素に働く応力の代表値を用いて信頼度を算出する場合、各要素に働く応力を精度よく評価することができるので、信頼度および破壊確率を精度よく予測することができる。 Further, when the reliability of each element is expressed by the above equation (1), the reliability of each element is calculated based on the Weibull distribution, so that the reliability of each element can be predicted accurately, and a plurality of elements can be predicted. It is possible to accurately predict the destruction probability for the elements of. Further, when the target element for calculating the reliability is selected from a plurality of elements of the structure, the processing load can be reduced. Further, when an element satisfying σ −σ u > σ th is selected as the target element, the processing load can be reduced. In addition, when the distribution of stress acting on the structure is calculated and the reliability is calculated using the representative value of the stress acting on each element, the stress acting on each element can be evaluated accurately, so that the reliability and fracture The probability can be predicted accurately.

実施形態に係る強度評価装置を適用した製造システムを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing system which applied the strength evaluation apparatus which concerns on embodiment. 評価対象の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the evaluation target. 応力分布算出部の処理を示す図である。It is a figure which shows the process of a stress distribution calculation part. 信頼度算出部および破壊確率算出部の処理を示す図である。It is a figure which shows the process of the reliability calculation part and the destruction probability calculation part. 実施形態に係る強度評価方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the strength evaluation method which concerns on embodiment. 実施形態に係る強度評価方法を適用した評価例とを示す図である。It is a figure which shows the evaluation example which applied the strength evaluation method which concerns on embodiment. 実施形態に係る構造体の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the structure which concerns on embodiment.

実施形態について説明する。図1は、実施形態に係る強度評価装置を適用した製造システムを示す図である。この製造システムは、絶縁性および機械強度が要求される構造体の製造に利用される。上記の構造体は、例えば、変流器、変圧器などの電力機器に設けられるモールドなどであり、電力の経路となる導体や電気部品を支持する。製造システム1は、設計装置2、強度評価装置3、及び加工装置4を備える。 An embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing system to which the strength evaluation device according to the embodiment is applied. This manufacturing system is used for manufacturing structures that require insulation and mechanical strength. The above-mentioned structure is, for example, a mold provided in an electric power device such as a current transformer or a transformer, and supports a conductor or an electric component which is a path of electric power. The manufacturing system 1 includes a design device 2, a strength evaluation device 3, and a processing device 4.

設計装置2は、例えば、CADアプリケーションが実装されたコンピュータなどである。設計装置2は、製造の対象の構造体を設計することに利用される。設計装置2は、構造体の形状および寸法などを定めた設計データ(例、CADデータ)を出力する。この設計データは、強度評価装置3および加工装置4のそれぞれに供給される。例えば、設計装置2は、強度評価装置3および加工装置4のそれぞれと、有線または無線によって通信可能に接続され、通信により設計データを供給する。なお、設計データは、USBメモリなどの記憶媒体に格納されて、設計装置2の外部(例、強度評価装置3、加工装置4)に供給されてもよい。 The design device 2 is, for example, a computer on which a CAD application is implemented. The design device 2 is used to design a structure to be manufactured. The design device 2 outputs design data (eg, CAD data) that defines the shape and dimensions of the structure. This design data is supplied to each of the strength evaluation device 3 and the processing device 4. For example, the design device 2 is communicably connected to each of the strength evaluation device 3 and the processing device 4 by wire or wirelessly, and supplies design data by communication. The design data may be stored in a storage medium such as a USB memory and supplied to the outside of the design device 2 (eg, the strength evaluation device 3 and the processing device 4).

加工装置4は、例えば、構造体の成型に利用される金型の製造に利用される装置である。加工装置4は、構造体の設計データに基づいて、金型の母材に対して切断、曲げ、接合などの各種加工を施す。例えば、加工装置4は、設計装置2から供給される設計データを用いた数値制御(NC)によって、各種加工を実行する。加工装置4は、各種加工を行う複数の装置(例、レーザ加工機、パンチプレス機、溶接機)のうち1つでもよいし、2以上の装置を含む加工システムでもよい。また、加工装置4は、金型の製造以外の加工を行う装置でもよく、例えば、金型を用いて構造体を成型する装置でもよい。 The processing device 4 is, for example, a device used for manufacturing a mold used for molding a structure. The processing device 4 performs various processing such as cutting, bending, and joining on the base material of the mold based on the design data of the structure. For example, the processing device 4 executes various types of processing by numerical control (NC) using design data supplied from the design device 2. The processing device 4 may be one of a plurality of devices (eg, laser processing machine, punch press machine, welding machine) that perform various types of processing, or may be a processing system including two or more devices. Further, the processing device 4 may be a device that performs processing other than manufacturing a mold, and may be, for example, a device that molds a structure using a mold.

強度評価装置3は、脆性破壊する材料を含んで構成される構造体の強度を、最弱リンクモデルによって評価(予測、推定)する。構造体の材質は、例えばエポキシ樹脂をベースとした樹脂であり、硬化剤あるいは充填剤(例、石英)が添加された樹脂でもよい。強度評価装置3は、構造体の形状、寸法、及び材質に基づいて、構造体の強度を評価する。構造体の形状および寸法は、上記の設計データに含まれており、強度評価装置3は、例えば設計データを用いて、構造体の強度を評価する。 The strength evaluation device 3 evaluates (predicts, estimates) the strength of the structure including the brittle fracture material by the weakest link model. The material of the structure is, for example, a resin based on an epoxy resin, and may be a resin to which a curing agent or a filler (eg, quartz) is added. The strength evaluation device 3 evaluates the strength of the structure based on the shape, dimensions, and material of the structure. The shape and dimensions of the structure are included in the above design data, and the strength evaluation device 3 evaluates the strength of the structure using, for example, the design data.

強度評価装置3の評価結果は、構造体が所定の強度を有するか否かの判定に利用される。この判定は、強度評価装置3あるいは他の装置が行ってもよいし、ユーザが行ってもよい。構造体が所定の強度を有する(例、強度が十分である)と判定された場合、加工装置4によって、構造体を製造する上での加工が実行される。構造体が所定の強度を有しない(例、強度が不足する)と判定された場合、設計装置2を用いた構造体の再設計が行われる。なお、強度評価装置3は、設計装置2の一部であってもよいし、製造システム1の外部の装置でもよい。 The evaluation result of the strength evaluation device 3 is used for determining whether or not the structure has a predetermined strength. This determination may be made by the strength evaluation device 3 or another device, or may be made by the user. When it is determined that the structure has a predetermined strength (for example, the strength is sufficient), the processing apparatus 4 executes processing for manufacturing the structure. When it is determined that the structure does not have a predetermined strength (for example, the strength is insufficient), the structure is redesigned using the design device 2. The strength evaluation device 3 may be a part of the design device 2 or an external device of the manufacturing system 1.

強度評価装置3は、応力分布算出部5、選択部6、信頼度算出部7、破壊確率算出部8、及び記憶部9を備える。強度評価装置3は、概略すると以下のように動作する。応力分布算出部5は、構造体に所定の負荷をかけた際の構造体における応力分布を算出する。選択部6は、応力分布算出部5の算出した応力分布に基づいて、強度評価の対象要素を選択する。信頼度算出部7は、選択部6が選択した要素について、数値モデルにおける複数の要素のそれぞれについて要素が破壊しない確率を示す信頼度を算出する。本実施形態における数値モデルは、有限要素法を適用した有限要素解析モデルである。破壊確率算出部8は、数値モデルにおける複数の要素で信頼度を乗算してこれら複数の要素が破壊しない確率(非破壊確率)を算出し、非破壊確率を用いて、これら複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を示す破壊確率を算出する。記憶部9は、強度評価装置3の各部の処理に必要とされる情報(例、計算条件、ワイブルパラメータ)、強度評価装置3の各部の処理結果(例、計算結果)などを記憶する。以下、強度評価装置3の各部について、図2から図4を参照しつつ説明する。 The strength evaluation device 3 includes a stress distribution calculation unit 5, a selection unit 6, a reliability calculation unit 7, a fracture probability calculation unit 8, and a storage unit 9. The strength evaluation device 3 generally operates as follows. The stress distribution calculation unit 5 calculates the stress distribution in the structure when a predetermined load is applied to the structure. The selection unit 6 selects the target element for strength evaluation based on the stress distribution calculated by the stress distribution calculation unit 5. The reliability calculation unit 7 calculates the reliability indicating the probability that the elements selected by the selection unit 6 will not be destroyed for each of the plurality of elements in the numerical model. The numerical model in this embodiment is a finite element analysis model to which the finite element method is applied. The destruction probability calculation unit 8 multiplies the reliability of a plurality of elements in the numerical model to calculate the probability that the plurality of elements will not be destroyed (non-destruction probability), and uses the non-destruction probability to at least the plurality of elements. Calculate the destruction probability indicating the probability that one will destroy. The storage unit 9 stores information (eg, calculation conditions, wible parameters) required for processing of each part of the strength evaluation device 3, processing results (example, calculation result) of each part of the strength evaluation device 3. Hereinafter, each part of the strength evaluation device 3 will be described with reference to FIGS. 2 to 4.

応力分布算出部5は、構造体の形状、寸法、及び機械特性に基づいて、構造体に所定の負荷をかけた際に構造体に働く応力の分布を算出する。上記の機械特性は、構造体の材質(エポキシ系樹脂の組成)によって定まる値である。応力分布算出部5は、有限要素法(FEM)などによって、構造体に応じた計算格子の節点(格子点)における応力の向き、及び大きさを算出する。 The stress distribution calculation unit 5 calculates the distribution of stress acting on the structure when a predetermined load is applied to the structure, based on the shape, dimensions, and mechanical properties of the structure. The above mechanical properties are values determined by the material of the structure (composition of epoxy resin). The stress distribution calculation unit 5 calculates the direction and magnitude of stress at the nodes (lattice points) of the calculation grid according to the structure by the finite element method (FEM) or the like.

図2は、評価対象の一例を示す図である。図2(A)にはワイブルパラメータを求めるときの試験片の構造例を構造体11として、JIS規格の引張試験に用いられる試験片を示した。この構造体11は、ダンベル型であり、その両端部11aがそれぞれ引張試験機に支持される。構造体11の中央部は、直方体状の平行部11bになっており、この平行部11bがワイブルパラメータを求めるための対象の領域となる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of an evaluation target. FIG. 2A shows a test piece used for a JIS standard tensile test as a structure 11 as a structural example of the test piece when determining the Weibull parameter. The structure 11 is a dumbbell type, and both end portions 11a thereof are supported by a tensile tester. The central portion of the structure 11 is a rectangular parallelepiped parallel portion 11b, and this parallel portion 11b serves as a target region for obtaining the Weibull parameter.

図2(B)には強度評価をするときの構造体の一例として、座標系、計算格子及び計算条件を示した。この座標系において、X方向は、両端部11aを結ぶ長さ方向であり、引張試験機で引張荷重が働く方向に相当する。Y方向は板厚方向であり、Z方向は幅方向である。ここでは、計算格子12として構造格子を例示するが、計算格子が非構造格子でもよい。符号12aは、Y方向およびZ方向に拘束された位置である。また、符号12bは、評価対象の構造体(計算格子12で表される構造体)にかける負荷である。なお、評価結果の例については後に図6で説明する。 FIG. 2B shows a coordinate system, a calculation grid, and calculation conditions as an example of a structure for strength evaluation. In this coordinate system, the X direction is the length direction connecting both end portions 11a, and corresponds to the direction in which the tensile load acts on the tensile tester. The Y direction is the plate thickness direction, and the Z direction is the width direction. Here, the structural grid is illustrated as the calculation grid 12, but the calculation grid may be an unstructured grid. Reference numeral 12a is a position constrained in the Y direction and the Z direction. Further, reference numeral 12b is a load applied to the structure to be evaluated (the structure represented by the calculation grid 12). An example of the evaluation result will be described later with reference to FIG.

図3は、応力分布算出部の処理を示す図である。図3(A)には、応力分布算出部5が算出した応力分布を概念的に示した。図3(B)には、要素の1つを拡大して示した。要素Eは、4つの節点Epに囲まれており、応力分布算出部5の計算結果には、4つの節点Epのそれぞれにおける応力の向き、及び大きさが含まれている。 FIG. 3 is a diagram showing the processing of the stress distribution calculation unit. FIG. 3A conceptually shows the stress distribution calculated by the stress distribution calculation unit 5. In FIG. 3B, one of the elements is enlarged and shown. The element E i is surrounded by four nodes Ep, and the calculation result of the stress distribution calculation unit 5 includes the direction and magnitude of the stress at each of the four nodes Ep.

応力分布算出部5は、応力分布に基づいて、複数の要素のそれぞれに働く応力の代表値(代表応力)を算出する。代表応力は、強度評価に用いられる値である。応力分布算出部5は、代表応力として、4つの節点Epにおける応力の平均値(例、加算平均)を算出する。なお、要素Eに働く応力の代表値は、加重平均によって算出されてもよい。加重平均の係数(重み付け係数)は、例えば、要素Eの中心Ecと各節点Epとの距離の逆数などでもよい。また、要素Eに働く応力の代表値は、複数の節点Epのうち応力の最大値、あるいは最小値でもよいし、最大値あるいは最小値を除外して算出した平均値などでもよい。 The stress distribution calculation unit 5 calculates a representative value (representative stress) of the stress acting on each of the plurality of elements based on the stress distribution. The representative stress is a value used for strength evaluation. The stress distribution calculation unit 5 calculates the average value (eg, additive average) of the stresses at the four nodes Ep as the representative stress. The representative value of the stress acting on the element E i may be calculated by the weighted average. Weighted average coefficient of (weighting coefficients) may be, for example, a reciprocal of the distance between the center Ec and each node Ep elements E i. Further, the representative value of the stress acting on the element E i may be the maximum value or the minimum value of the stress among the plurality of nodes Ep, or the average value calculated by excluding the maximum value or the minimum value.

図3(C)には、各要素の代表応力σの分布を概念的に示した。図3(C)において、符号15は、強度評価に用いる計算格子であり、符号Eは、強度評価の対象要素である。強度評価に用いる計算格子15は、応力分布を算出する際の計算格子12(図2(b)参照)と同じでもよいし、異なってもよい。強度評価用の計算格子15が応力分布の算出用の計算格子12と異なる場合、応力分布の算出結果を用いた補間などによって、代表応力を算出することができる。応力分布算出部5は、算出した代表応力を記憶部9(図1参照)に記憶させる。 FIG. 3C conceptually shows the distribution of the representative stress σ i of each element. In FIG. 3C, reference numeral 15 is a calculation grid used for strength evaluation, and reference numeral Ei is a target element for strength evaluation. The calculation grid 15 used for strength evaluation may be the same as or different from the calculation grid 12 (see FIG. 2B) used for calculating the stress distribution. When the calculation grid 15 for strength evaluation is different from the calculation grid 12 for calculating the stress distribution, the representative stress can be calculated by interpolation using the calculation result of the stress distribution or the like. The stress distribution calculation unit 5 stores the calculated representative stress in the storage unit 9 (see FIG. 1).

図1の選択部6は、信頼度を算出する対象要素を構造体から選択する。選択部6は、構造体の要素に働く応力をσとし、構造体の強度のワイブル分布における位置パラメータをσとし、予め定められた0以上の閾値をσthとしたときに、σ−σ>σthを満たす要素を対象要素として選択する。位置パラメータσは、ワイブル分布を表すパラメータ(ワイブルパラメータ)の一つである。ワイブルパラメータは、形状パラメータ(m)、尺度パラメータ(σ)、及び位置パラメータ(σ)を含む。ワイブルパラメータは、予め試験などにより求められており、図1の記憶部9に記憶されている。 The selection unit 6 of FIG. 1 selects the target element for which the reliability is to be calculated from the structure. In the selection unit 6, when the stress acting on the element of the structure is σ, the position parameter in the wibble distribution of the strength of the structure is σ u , and the predetermined threshold value of 0 or more is σ th , σ −σ Select the element that satisfies u > σ th as the target element. The position parameter σ u is one of the parameters representing the Weibull distribution (Weibull parameter). Weibull parameters include shape parameters (m), scale parameters (σ 0 ), and position parameters (σ u ). The Weibull parameter has been obtained in advance by a test or the like, and is stored in the storage unit 9 of FIG.

選択部6は、応力分布算出部5が算出した代表応力、及び位置パラメータσを記憶部9から読み出す。選択部6は、要素ごとに代表応力と位置パラメータσの差分を閾値σthと比較して、信頼度を算出するか否かを要素ごとに判定する。閾値σthは、例えば0に設定されるが、位置パラメータσの1%の値、5%の値などのように0よりも大きい値に設定されてもよい。 The selection unit 6 reads out the representative stress calculated by the stress distribution calculation unit 5 and the position parameter σ u from the storage unit 9. The selection unit 6 compares the difference between the representative stress and the position parameter σ u for each element with the threshold value σ th, and determines whether or not to calculate the reliability for each element. The threshold value σ th is set to 0, for example, but may be set to a value larger than 0, such as a value of 1% or a value of 5% of the position parameter σ u .

図1の信頼度算出部7は、構造体のうち選択部6が選択した複数の要素E((図3(C)参照))のそれぞれについて、信頼度を算出する。信頼度は、構造体11における要素が破壊しない確率(非破壊確率)である。信頼度算出部7は、各要素に働く応力の代表値(図3(C)の代表応力σ)を用いて信頼度を算出する。ここで、複数の要素のそれぞれに割り付けられる番号をi(整数)とする。また、番号がiの要素(以下、Eで表す)の代表応力をσとし、要素Eの体積をVとする。また、複数の要素の基準となる体積をVとする。Vは、例えば、複数の要素での体積の平均値である。要素Eが破壊する確率Fは、σの関数であり下記の式(2)で表される。式(2)において、m、σ、はワイブルパラメータである。mは形状パラメータであり、σは尺度パラメータであり、σは位置パラメータである。 The reliability calculation unit 7 of FIG. 1 calculates the reliability of each of the plurality of elements Ei ((see FIG. 3C)) selected by the selection unit 6 of the structure. The reliability is the probability that the element in the structure 11 will not be destroyed (non-destructive probability). The reliability calculation unit 7 calculates the reliability using the representative value of the stress acting on each element (representative stress σ i in FIG. 3C). Here, the number assigned to each of the plurality of elements is i (integer). Further, number i of element (hereinafter, represented by E i) a representative stress and sigma i, and the volume of the element E i and V i. Further, let V 0 be the reference volume of the plurality of elements. V 0 is, for example, the average value of the volumes of a plurality of elements. Probability F i of element E i is destroyed is a function of sigma i is expressed by the following equation (2). In equation (2), m and σ 0 are Weibull parameters. m is a shape parameter, σ 0 is a scale parameter, and σ u is a position parameter.

また、要素Eの信頼度であるR(σ)は、下記の式(3)で表される。信頼度算出部7は、代表応力およびワイブルパラメータを記憶部9から読み出し、下記の式(3)に従って、信頼度を算出する。 Further, R ii ), which is the reliability of the element E i , is expressed by the following equation (3). The reliability calculation unit 7 reads the representative stress and the Weibull parameter from the storage unit 9, and calculates the reliability according to the following equation (3).

図4は、信頼度算出部および破壊確率算出部の処理を示す図である。図4(A)には、信頼度算出部7が算出した信頼度の分布を概念的に示した。図4(A)を図3(C)と比較すると、代表応力σが相対的に大きい要素(例、図3(C)の中心部分)については、信頼度Rが相対的に小さい。また、代表応力σが同じでも、強度評価に用いる計算格子の大きささが相対的に大きいと、信頼度Rが相対的に小さい。 FIG. 4 is a diagram showing the processing of the reliability calculation unit and the destruction probability calculation unit. FIG. 4A conceptually shows the distribution of reliability calculated by the reliability calculation unit 7. Comparing FIG. 4 (A) with FIG. 3 (C), the reliability R i is relatively small for an element having a relatively large representative stress σ i (eg, the central portion of FIG. 3 (C)). Even if the representative stress σ i is the same, if the size of the calculation grid used for strength evaluation is relatively large, the reliability Ri is relatively small.

破壊確率算出部8は、各要素の信頼度を用いた最弱リンクモデルによって、破壊確率を算出する。図4(B)には、最弱リンクモデルを概念的に示した。最弱リンクモデルにおいては、複数の要素(E〜E)の少なくとも1つが破壊すると全体が破壊したとする。複数の要素(E〜E)の少なくとも1つが破壊する確率(破壊確率F)は、下記の式(4)で表される。式(4)の右辺における第2項は、複数の要素(E〜E)がいずれも破壊しない確率であり、RからRまでの乗算値で表される。破壊確率算出部8は、信頼度算出部7が算出した信頼度(R)を用いて、式(4)に従って破壊確率Fを算出する。 The destruction probability calculation unit 8 calculates the destruction probability by the weakest link model using the reliability of each element. FIG. 4B conceptually shows the weakest link model. In weakest link model, at least one of the plurality of elements (E 1 to E n) and overall Disruption destroyed. At least one of the plurality of elements (E 1 to E n) the probability of fracture (fracture probability F) is expressed by the following equation (4). The second term on the right-hand side of Equation (4) is the probability that a plurality of elements (E 1 to E n) does not destroy any, represented by the multiplied value of the R 1 to R n. The destruction probability calculation unit 8 calculates the destruction probability F according to the equation (4) using the reliability ( Ri ) calculated by the reliability calculation unit 7.

上述のような強度評価装置3は、要素ごとに信頼度を算出し、複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を算出するので、寸法効果や応力分布の影響を加味することができ、構造体の強度を精度よく評価することができる。その結果、構造体の製造に先立ち、構造体の強度が十分であるか否かを知ることができるので、例えば、構造体の試作品を製造して試験を行う頻度を減らすことができる。 Since the strength evaluation device 3 as described above calculates the reliability for each element and calculates the probability that at least one of the plurality of elements will break, the influence of the dimensional effect and the stress distribution can be added to the structure. Can be evaluated accurately. As a result, it is possible to know whether or not the strength of the structure is sufficient prior to the manufacture of the structure, so that, for example, the frequency of manufacturing and testing a prototype of the structure can be reduced.

また、本実施形態の強度評価装置3は、応力分布算出部5を備える。この場合、例えば、応力分布を算出用の計算格子と強度評価用の計算格子とを共通化することができる。その結果、例えば、座標系の変換に要する処理を減らすこと、座標系を変換する際の数値の丸めによる誤差の発生を抑えることなどができる。強度評価用の計算格子は、応力分布の算出用の計算格子が異なってもよい。例えば、強度評価用の計算格子は、応力分布の算出用の計算格子に比べて、格子数が少なくてもよい。 Further, the strength evaluation device 3 of the present embodiment includes a stress distribution calculation unit 5. In this case, for example, the calculation grid for calculating the stress distribution and the calculation grid for strength evaluation can be shared. As a result, for example, it is possible to reduce the processing required for the conversion of the coordinate system and suppress the occurrence of an error due to the rounding of the numerical value when the coordinate system is converted. The calculation grid for calculating the strength may be different from the calculation grid for calculating the stress distribution. For example, the calculation grid for strength evaluation may have a smaller number of grids than the calculation grid for calculating the stress distribution.

なお、応力分布算出部5は、強度評価装置3の外部の装置に設けられてもよい。例えば、強度評価装置3は、外部の装置から供給される応力分布に基づいて、構造体の強度を評価してもよい。この場合、要素の代表応力の算出は、強度評価装置3(例、選択部6)において行ってもよいし、外部の装置が行ってもよい。また、要素の代表応力を強度評価装置3で算出する場合、代表応力の算出は、選択部6によって実行されてもよいし、他の部分(例、信頼度算出部7)によって実行されてもよい。 The stress distribution calculation unit 5 may be provided in an external device of the strength evaluation device 3. For example, the strength evaluation device 3 may evaluate the strength of the structure based on the stress distribution supplied from the external device. In this case, the representative stress of the element may be calculated by the strength evaluation device 3 (eg, selection unit 6) or by an external device. Further, when the representative stress of the element is calculated by the strength evaluation device 3, the calculation of the representative stress may be executed by the selection unit 6 or by another part (eg, the reliability calculation unit 7). Good.

また、本実施形態の強度評価装置3は、選択部6を備える。この場合、選択部6が選択しない要素について、信頼度算出部7の処理および破壊確率算出部8の処理が省略されるので、処理の負荷を低減することができる。上記の閾値σthが0である場合、強度評価を高精度に行う上で必要十分な要素を選択することができる。また、閾値σthよりも大きい場合、対象要素の数が減少するので処理の負荷を低減することができる。なお、強度評価装置3は、選択部6を備えなくてもよく、例えば、ユーザから指定された部分に含まれる全ての要素のそれぞれについて、信頼度を算出してもよい。この場合、信頼度算出部7は、σ−σ≦0を満たす要素Eについては、信頼度Rを所定値(例、1)としてもよい。 Further, the strength evaluation device 3 of the present embodiment includes a selection unit 6. In this case, the processing of the reliability calculation unit 7 and the processing of the destruction probability calculation unit 8 are omitted for the elements not selected by the selection unit 6, so that the processing load can be reduced. When the above threshold value σ th is 0, it is possible to select necessary and sufficient elements for performing the strength evaluation with high accuracy. Further, when it is larger than the threshold value σ th , the number of target elements is reduced, so that the processing load can be reduced. The strength evaluation device 3 does not have to include the selection unit 6, and for example, the reliability may be calculated for each of all the elements included in the portion specified by the user. In this case, the reliability calculation unit 7 may set the reliability R i to a predetermined value (eg, 1) for the element E i satisfying σ i −σ u ≦ 0.

次に、上述の強度評価装置3の構成に基づき、実施形態に係る強度評価方法について説明する。図5は、実施形態に係る強度評価方法を示すフローチャートである。ステップS1において、例えばユーザは、構造体のうち強度を評価する部分(例、図2(A)の平行部11b)を設定する。ステップS2において、選択部6は、評価の対象要素を選択する。例えば、選択部6は、代表応力σ、位置パラメータσと、及び閾値σthを記憶部9から読み出し、信頼度を算出するか否かを要素ごとに判定する。 Next, the strength evaluation method according to the embodiment will be described based on the configuration of the strength evaluation device 3 described above. FIG. 5 is a flowchart showing a strength evaluation method according to the embodiment. In step S1, for example, the user sets a portion of the structure for which strength is evaluated (eg, parallel portion 11b in FIG. 2A). In step S2, the selection unit 6 selects the element to be evaluated. For example, the selection unit 6 reads the representative stress σ i , the position parameter σ u , and the threshold value σ th from the storage unit 9, and determines whether or not to calculate the reliability for each element.

ステップS3において、信頼度算出部7は、対象要素の数(n)を取得する。強度評価装置3は、ステップS4からステップS7の処理において各要素の信頼度を算出し、ステップS4からステップS7の処理を繰り返すことによって全ての対象要素について信頼度を算出する。ステップS4において、強度評価装置3は、iに1をセットする。ステップS5において、応力分布算出部5は、対象要素(E)に属する節点の応力値から、対象要素(E)の代表応力(σ)を計算する。 In step S3, the reliability calculation unit 7 acquires the number (n) of the target elements. The strength evaluation device 3 calculates the reliability of each element in the processes of steps S4 to S7, and calculates the reliability of all the target elements by repeating the processes of steps S4 to S7. In step S4, the strength evaluation device 3 sets i to 1. In step S5, the stress distribution calculating unit 5, the stress value of the node belonging to the target element (E i), calculating a representative stress of the target elements (E i) (σ i) .

ステップS6において、信頼度算出部7は、上記の式(3)に従って、対象要素(E)の信頼度(R)を計算する。ステップS7において、強度評価装置3は、iの値が対象要素の数(n)に達したか否かを判定する。強度評価装置3は、iの値がn未満であると判定した場合、iを値をインクリメント(+1)して、ステップS5からステップS7の処理を繰り返す。強度評価装置3は、iの値がnあると判定した場合、ステップS8の処理へ進む。 In step S6, the reliability calculation unit 7 calculates the reliability (R i ) of the target element (E i ) according to the above equation (3). In step S7, the strength evaluation device 3 determines whether or not the value of i has reached the number of target elements (n). When the strength evaluation device 3 determines that the value of i is less than n, the strength evaluation device 3 increments (+1) the value of i and repeats the processes of steps S5 to S7. When the strength evaluation device 3 determines that the value of i is n, the strength evaluation device 3 proceeds to the process of step S8.

ステップS8において、破壊確率算出部8は、全ての対象要素が破壊しない確率Rを計算する。破壊確率算出部8は、R1からRnを乗算することで確率Rを計算する。ステップS9において、破壊確率算出部8は、上記の式(4)に従って、いずれかの対象要素が破壊する破壊確率Fを算出する。 In step S8, the destruction probability calculation unit 8 calculates the probability R that all the target elements are not destroyed. The destruction probability calculation unit 8 calculates the probability R by multiplying R1 by Rn. In step S9, the destruction probability calculation unit 8 calculates the destruction probability F that any target element destroys according to the above equation (4).

図6は、実施形態に係る強度評価方法を適用した評価例を示す図である。図6のグラフにおいて、横軸は荷重[N]であり、縦軸は累積破壊確率である。「樹脂A」は、電力機器の絶縁に広く用いられているエポキシ樹脂であり、ベースとなる樹脂、硬化剤の他に充填材として石英などを含む。「樹脂B」は、「樹脂A」に比べて低弾性であり、ベースとなる樹脂、硬化剤、充填剤としての石英の他に、コアシェル構造の粒子を含む。「解析値」は、本実施形態に係る強度評価方法による評価結果である。「測定値」は、複数のサンプルを用いた試験の測定結果である。「推定値」は、最大応力説に基づく推定値である。 FIG. 6 is a diagram showing an evaluation example to which the strength evaluation method according to the embodiment is applied. In the graph of FIG. 6, the horizontal axis is the load [N], and the vertical axis is the cumulative failure probability. "Resin A" is an epoxy resin widely used for insulating electric power equipment, and contains quartz and the like as a filler in addition to a base resin and a curing agent. "Resin B" has lower elasticity than "Resin A", and contains particles having a core-shell structure in addition to a base resin, a curing agent, and quartz as a filler. The "analyzed value" is an evaluation result by the strength evaluation method according to the present embodiment. The "measured value" is a measurement result of a test using a plurality of samples. The "estimated value" is an estimated value based on the maximum stress theory.

図6から分かるように、「樹脂A」および「樹脂B」のいずれについても、本実施形態に係る強度評価方法を用いた解析値は、最大応力説に基づく推定値に比べて、測定値に非常に近い値が得られた。以下の[表1]は、「樹脂A」および「樹脂B」の評価結果を示す表である。「実施例の予測精度」は、実施形態に係る評価結果から算出される平均破壊荷重を、「測定値」から算出される平均破壊荷重を基準としてパーセントで表した値である。また、「比較例の予測精度」は、最大主応力説評価に基づく平均破壊荷重を、「測定値」から算出される平均破壊荷重を基準としてパーセントで表した値である。 As can be seen from FIG. 6, for both "resin A" and "resin B", the analysis values using the strength evaluation method according to the present embodiment are measured values as compared with the estimated values based on the maximum stress theory. Very close values were obtained. The following [Table 1] is a table showing the evaluation results of "resin A" and "resin B". The “prediction accuracy of the embodiment” is a value expressed as a percentage of the average fracture load calculated from the evaluation result according to the embodiment with the average fracture load calculated from the “measured value” as a reference. Further, the "prediction accuracy of the comparative example" is a value expressed as a percentage based on the average fracture load calculated from the "measured value" of the average fracture load based on the evaluation of the maximum principal stress theory.

「樹脂A」の予測精度に着目すると、比較例で68.7%であるのに対して、実施例では97.7%であり、実施形態に係る評価結果が測定値(実測値)とよく合致することが分かる。また、「樹脂B」の予測精度に着目すると、比較例で72.4%であるのに対して、実施例では98.4%であり、実施形態に係る評価結果が測定値(実測値)とよく合致することが分かる。また、「樹脂A」および「樹脂B」のそれぞれについて、要素数を約3500から約37000まで系統的に変更した複数の計算条件で強度評価を行った。その結果、「樹脂A」については、予測精度が97.7%から100.3%であり、「樹脂B」については、予測精度が98.4%から99.4%であった。要素数が増加すると予測精度が100%に近づく傾向にあるが、要素数が3500の条件であっても強度を把握する上で十分な予測精度が得られた。 Focusing on the prediction accuracy of "resin A", it is 68.7% in the comparative example, while it is 97.7% in the example, and the evaluation result according to the embodiment is often the measured value (measured value). It turns out that they match. Focusing on the prediction accuracy of "resin B", it is 72.4% in the comparative example and 98.4% in the example, and the evaluation result according to the embodiment is the measured value (measured value). It turns out that it matches well with. Further, for each of "resin A" and "resin B", strength evaluation was performed under a plurality of calculation conditions in which the number of elements was systematically changed from about 3500 to about 37000. As a result, the prediction accuracy of "resin A" was 97.7% to 100.3%, and the prediction accuracy of "resin B" was 98.4% to 99.4%. As the number of elements increases, the prediction accuracy tends to approach 100%, but even when the number of elements is 3500, sufficient prediction accuracy is obtained for grasping the intensity.

なお、ワイブルパラメータは、例えば、最尤推定法などを用いて推定可能である。この推定方法は、測定データを用意し、測定データが得られる確率が最大になるようにワイブルパラメータを求める方法である。まず、図2(A)に示したような試験片を用いて複数回数の引張試験を行って、測定データ群(σ)を得る。そして、下記の式(5)の示す連立方程式に対してニュートンラプソン法などを用いて、形状パラメータ(m)および位置パラメータ(σ)を求める。 The Weibull parameter can be estimated by using, for example, a maximum likelihood estimation method. This estimation method is a method of preparing measurement data and obtaining a Weibull parameter so that the probability of obtaining the measurement data is maximized. First, a tensile test is performed a plurality of times using the test piece as shown in FIG. 2 (A) to obtain a measurement data group (σ i ). Then, the shape parameter (m) and the position parameter (σ u ) are obtained by using Newton's Rapson method or the like for the simultaneous equations shown in the following equation (5).

そして、式(5)から得られた形状パラメータ(m)および位置パラメータ(σ)を下記の式(6)に代入することによって、尺度パラメータ(σ)が得られる。 Then, by substituting the shape parameter (m) and the position parameter (σ u ) obtained from the equation (5) into the following equation (6), the scale parameter (σ 0 ) can be obtained.

次に、図1に示した製造システムの構成に基づき、実施形態に係る構造体の製造方法について説明する。図7は、実施形態に係る構造体の製造方法を示すフローチャートである。ステップS11において、ユーザは、設計装置2を用いて構造体を設計する。ステップS12において、強度評価装置3は、ワイブルパラメータがあるか否かを判定する。例えば、強度評価装置3は、ユーザからワイブルパラメータの入力があった場合に、ワイブルパラメータがあると判定する(ステップS12;Yes)。この場合、強度評価装置3は、ユーザから入力されたワイブルパラメータを以下の処理で用いる。 Next, a method for manufacturing the structure according to the embodiment will be described based on the configuration of the manufacturing system shown in FIG. FIG. 7 is a flowchart showing a method of manufacturing the structure according to the embodiment. In step S11, the user designs the structure using the design device 2. In step S12, the strength evaluation device 3 determines whether or not there is a Weibull parameter. For example, the strength evaluation device 3 determines that there is a Weibull parameter when the user inputs the Weibull parameter (step S12; Yes). In this case, the strength evaluation device 3 uses the Weibull parameter input by the user in the following processing.

強度評価装置3は、ワイブルパラメータがない(指定されていない)と判定した場合(ステップS12;No)、ステップS13において記憶部9に記憶されているワイブルパラメータを取得する。例えば、記憶部9には、構造体の材質に応じたワイブルパラメータがテーブルデータとして格納されている。強度評価装置3は、ユーザから指定された材質に応じたワイブルパラメータを読み出し、以下の処理で用いる。 When the strength evaluation device 3 determines that there is no Weibull parameter (not specified) (step S12; No), the strength evaluation device 3 acquires the Weibull parameter stored in the storage unit 9 in step S13. For example, the storage unit 9 stores Weibull parameters according to the material of the structure as table data. The strength evaluation device 3 reads out the Weibull parameters corresponding to the material specified by the user and uses them in the following processing.

ステップS14において、応力分布算出部5は、構造体における応力分布を算出する。例えば、応力分布算出部5は、ユーザから指定された計算条件(例、要素数)に応じて、計算格子を生成し、FEMなどによって応力分布を算出する。ステップS15において、強度評価装置3は、構造体の強度を評価する。ステップS15の処理は、実施形態に係る強度評価方法を適用した処理であり、図5に示した処理と同様である。 In step S14, the stress distribution calculation unit 5 calculates the stress distribution in the structure. For example, the stress distribution calculation unit 5 generates a calculation grid according to calculation conditions (eg, number of elements) specified by the user, and calculates the stress distribution by FEM or the like. In step S15, the strength evaluation device 3 evaluates the strength of the structure. The process of step S15 is a process to which the strength evaluation method according to the embodiment is applied, and is the same as the process shown in FIG.

ステップS16において、ユーザは、構造体の強度が所定の条件を満たすか否かを判定する。例えば、ユーザは、安全率を加味した上で構造体に要求される強度(以下、要求強度という)と、ステップS15の評価結果とを比較し、評価結果から得られる強度が要求強度以上である場合に、強度が所定の条件を満たすと判定する(ステップS16;Yes)。 In step S16, the user determines whether or not the strength of the structure satisfies a predetermined condition. For example, the user compares the strength required for the structure (hereinafter referred to as the required strength) with the evaluation result in step S15 in consideration of the safety factor, and the strength obtained from the evaluation result is equal to or higher than the required strength. In this case, it is determined that the strength satisfies a predetermined condition (step S16; Yes).

なお、ステップS16の処理は、強度評価装置3または他の装置が自動で行ってもよい。例えば、上記の要求強度は、強度評価装置3の記憶部9に予め記憶されており、強度評価装置3は、記憶部9に記憶された要求強度を閾値として、評価結果から得られる強度を閾値と比較して、ステップS16の処理を行ってもよい。ステップS16において、強度が所定の条件を満たさない(例、評価結果による強度が要求強度未満)と判定された場合(ステップS16;No)、ステップS11からステップS16の処理が繰り返される。 The process of step S16 may be automatically performed by the strength evaluation device 3 or another device. For example, the above-mentioned required strength is stored in advance in the storage unit 9 of the strength evaluation device 3, and the strength evaluation device 3 uses the required strength stored in the storage unit 9 as a threshold value and the strength obtained from the evaluation result as a threshold value. In comparison with, the process of step S16 may be performed. If it is determined in step S16 that the strength does not satisfy the predetermined condition (eg, the strength according to the evaluation result is less than the required strength) (step S16; No), the processes of steps S11 to S16 are repeated.

ステップS16において、強度が所定の条件を満たす(例、評価結果による強度が要求強度以上)と判定された場合(ステップS16;Yes)、加工装置4は金型を製作する。例えば、ステップS17において、加工装置4には設計データが供給され、設計データを用いた数値制御(NC)によって金型を製作する。ステップS17で製作された金型を用いて、ステップS18において、構造体の試作品が製作される。製作された試作品は、ステップS19において試験によって強度が検証される。ステップS20において、強度が所定の条件を満たすか否かを判定する。ステップS16においては、評価結果から得られる強度と要求強度とを比較したが、ステップS20では、評価結果から得られる強度の代わりに試験結果(測定値)から得られる強度を用いて、ステップS16と同様の処理を行う。 When it is determined in step S16 that the strength satisfies a predetermined condition (eg, the strength according to the evaluation result is equal to or higher than the required strength) (step S16; Yes), the processing apparatus 4 manufactures a mold. For example, in step S17, design data is supplied to the processing apparatus 4, and a mold is manufactured by numerical control (NC) using the design data. A prototype of the structure is produced in step S18 using the mold produced in step S17. The strength of the produced prototype is verified by testing in step S19. In step S20, it is determined whether or not the strength satisfies a predetermined condition. In step S16, the strength obtained from the evaluation result and the required strength were compared, but in step S20, the strength obtained from the test result (measured value) was used instead of the strength obtained from the evaluation result, and the strength was compared with step S16. Perform the same process.

ステップS20において、強度が所定の条件を満たさない(例、試験結果から得られる強度が要求強度未満)と判定された場合(ステップS20;No)、ステップS11からステップS20の処理が繰り返される。ステップS20において、強度が所定の条件を満たす(例、試験結果による強度が要求強度以上)と判定された場合(ステップS20;Yes)、設計データに基づいて構造体の製品を製造する。 If it is determined in step S20 that the strength does not satisfy the predetermined condition (eg, the strength obtained from the test result is less than the required strength) (step S20; No), the processes of steps S11 to S20 are repeated. When it is determined in step S20 that the strength satisfies a predetermined condition (eg, the strength according to the test result is equal to or higher than the required strength) (step S20; Yes), the product of the structure is manufactured based on the design data.

なお、図7では、ステップS18で構造体の試作品を製作(製造)し、ステップS21で構造体の製品を製造する例を説明したが、実施形態に係る構造体の製造方法は、試作品と製品との一方のみを製造することに適用してもよい。例えば、ステップS18で試作品の代わりに製品を製造し、ステップS19からステップS21の処理を省略してもよい。また、実施形態に係る構造体の製造方法は、ステップS18において試作品を製造し、試作品を提供することに利用されてもよい。また、実施形態に係る構造体の製造方法は、ステップS20までの処理で構造体の設計データを確定し、確定した設計データを提供することに利用されてもよい。 In FIG. 7, an example in which a prototype of the structure is manufactured (manufactured) in step S18 and a product of the structure is manufactured in step S21 has been described. However, the method of manufacturing the structure according to the embodiment is a prototype. It may be applied to manufacture only one of the product and the product. For example, a product may be manufactured instead of the prototype in step S18, and the processing of steps S19 to S21 may be omitted. Further, the method for manufacturing the structure according to the embodiment may be used to manufacture a prototype in step S18 and provide the prototype. Further, the method for manufacturing a structure according to the embodiment may be used to determine the design data of the structure in the processes up to step S20 and to provide the determined design data.

なお、図7では、実施形態に係る強度評価方法を構造体の製造方法に適用した例を説明したが、実施形態に係る強度評価方法を構造体の製造以外に適用してもよい。例えば、実施形態に係る強度評価方法は、既存の構造体に対する破壊の予測などにも利用可能である。また、実施形態に係る強度評価方法は、既存の構造体が破損した場合などに、その要因の解明などにも利用可能である。 Although FIG. 7 has described an example in which the strength evaluation method according to the embodiment is applied to the structure manufacturing method, the strength evaluation method according to the embodiment may be applied to other than the manufacturing of the structure. For example, the strength evaluation method according to the embodiment can also be used for predicting fracture of an existing structure. In addition, the strength evaluation method according to the embodiment can also be used to elucidate the cause when the existing structure is damaged.

上述の実施形態において、強度評価装置3は、例えばコンピュータシステムを含む。強度評価装置3は、記憶部9に記憶されている強度評価プログラムを読み出し、この強度評価プログラムに従って各種の処理を実行する。この強度評価プログラムは、コンピュータに、エポキシ系樹脂でモールドされたを含む構造体の数値モデルにおける複数の要素のそれぞれについて、各要素に働く応力を用いて各要素が破壊しない確率を示す信頼度を算出することと、複数の要素で信頼度を乗算し、複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を示す破壊確率を算出することと、を実行させる。この強度評価プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。 In the above-described embodiment, the strength evaluation device 3 includes, for example, a computer system. The strength evaluation device 3 reads out the strength evaluation program stored in the storage unit 9 and executes various processes according to the strength evaluation program. This strength evaluation program gives a computer a confidence that indicates the probability that each element will not break using the stress acting on each element for each of the multiple elements in the numerical model of the structure, including those molded with epoxy. The calculation is performed, and the reliability is multiplied by a plurality of elements to calculate the destruction probability indicating the probability that at least one of the plurality of elements is destroyed. This intensity evaluation program may be provided recorded on a computer-readable storage medium.

なお、上述の実施形態において、脆性破壊する材料は、エポキシ系樹脂であるが、エポキシ系樹脂以外の材料でもよい。例えば、実施形態に係る強度評価は、絶縁性および機械強度が要求される構造体に広く適用可能である。例えば、実施形態に係る強度評価は、電力の経路となる導体や電気部品を支持する構造体であって、脆性破壊する材料を含んで構成される構造体に広く適用可能である。上述の実施形態において、数値モデルとして有限要素解析モデルを用いるが、数値モデルは、その他の離散化法(例、有限体積法、境界要素法)を適用した数値モデルでもよい。 In the above-described embodiment, the material for brittle fracture is an epoxy resin, but a material other than the epoxy resin may be used. For example, the strength evaluation according to the embodiment can be widely applied to structures that require insulation and mechanical strength. For example, the strength evaluation according to the embodiment is widely applicable to a structure that supports a conductor or an electric component that serves as a path for electric power and is composed of a material that breaks brittlely. In the above-described embodiment, the finite element analysis model is used as the numerical model, but the numerical model may be a numerical model to which other discretization methods (eg, finite volume method, boundary element method) are applied.

なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。 The technical scope of the present invention is not limited to the embodiments described in the above-described embodiments. One or more of the requirements described in the above embodiments and the like may be omitted. In addition, the requirements described in the above-described embodiments can be combined as appropriate. In addition, to the extent permitted by law, the disclosure of all documents cited in the above-mentioned embodiments and the like shall be incorporated as part of the description in the main text.

1・・・製造システム
2・・・設計装置
3・・・強度評価装置
4・・・加工装置
5・・・応力分布算出部
6・・・選択部
7・・・信頼度算出部
8・・・破壊確率算出部
9・・・記憶部
1 ... Manufacturing system 2 ... Design equipment 3 ... Strength evaluation equipment 4 ... Processing equipment 5 ... Stress distribution calculation unit 6 ... Selection unit 7 ... Reliability calculation unit 8 ...・ Destruction probability calculation unit 9 ・ ・ ・ Storage unit

Claims (9)

脆性破壊する材料を含んで構成される構造体の数値モデルにおける複数の要素のそれぞれについて、各要素が破壊しない確率を示す信頼度を、各要素に働く応力を用いて算出することと、
前記要素の信頼度を乗算した結果を1から減算することで、前記複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を示す破壊確率を算出することと、を含む強度評価方法。
For each of a plurality of elements in a numerical model of a structure composed of a material that breaks brittlely, the reliability indicating the probability that each element does not break is calculated by using the stress acting on each element.
Wherein the result of multiplying signal Yoriyukido of each element is subtracted from 1, the strength evaluation method comprising, comprising: at least one of said plurality of elements is to calculate the fracture probability indicating the probability of fracture.
前記脆性破壊する材料はエポキシ系樹脂である、請求項1に記載の強度評価方法。 The strength evaluation method according to claim 1, wherein the brittle fracture material is an epoxy resin. 前記構造体の強度のワイブル分布を表す形状パラメータ、尺度パラメータ、及び位置パラメータをそれぞれm、σ0、σuとし、前記複数の要素のそれぞれに割り付けられる番号がiの要素の応力及び体積をそれぞれσi、Viとし、前記複数の要素の基準となる体積をV0とし、前記番号がiの要素の前記信頼度であるRi(σi)は、下記の式(1)で表される、請求項1又は請求項2に記載の強度評価方法。
The shape parameter, scale parameter, and position parameter representing the Weibull distribution of the strength of the structure are m, σ0, and σu, respectively, and the stress and volume of the element whose number is i assigned to each of the plurality of elements is σi, respectively. Li (σi), which is Vi, the reference volume of the plurality of elements is V0, and the reliability of the element whose number is i is represented by the following formula (1) , claim 1 or claim. Item 2. The strength evaluation method according to Item 2.
前記信頼度を算出する対象要素を前記構造体から選択することを含む、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の強度評価方法。 The strength evaluation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the target element for calculating the reliability is selected from the structure. 前記構造体の要素に働く応力をσとし、前記構造体の強度のワイブル分布における位置パラメータをσuとし、予め定められた0以上の閾値をσthとしたときに、σ−σu>σthを満たす要素を前記対象要素として選択する、請求項4に記載の強度評価方法。 An element that satisfies σ−σu> σth when the stress acting on the element of the structure is σ, the position parameter in the Weibull distribution of the strength of the structure is σu, and the predetermined threshold value of 0 or more is σth. The strength evaluation method according to claim 4, wherein is selected as the target element. 前記信頼度の算出よりも前に、前記構造体に働く応力の分布を算出することを含み、
前記応力の分布に基づいて前記複数の要素のそれぞれに働く応力の代表値を算出し、前記代表値を用いて前記信頼度を算出する、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の強度評価方法。
Including calculating the distribution of stress acting on the structure prior to the calculation of the reliability.
The method according to any one of claims 1 to 5, wherein a representative value of stress acting on each of the plurality of elements is calculated based on the stress distribution, and the reliability is calculated using the representative value. Strength evaluation method.
脆性破壊する材料を含んで構成される構造体を設計することと、
前記設計に基づいて、前記構造体の強度を請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の強度評価方法によって評価することと、
前記強度が特定の条件を満たすときに前記構造体を製造することと、を含む構造体の製造方法。
Designing a structure that contains materials that break brittlely,
Based on the design, the strength of the structure is evaluated by the strength evaluation method according to any one of claims 1 to 6.
A method for manufacturing a structure, comprising manufacturing the structure when the strength satisfies a specific condition .
脆性破壊する材料を含んで構成される構造体の数値モデルにおける複数の要素のそれぞれについて、各要素に働く応力を用いて各要素が破壊しない確率を示す信頼度を算出する信頼度算出部と、
前記要素の信頼度を乗算した結果を1から減算することで、前記複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を示す破壊確率を算出する破壊確率算出部と、を備える強度評価装置。
For each of a plurality of elements in a numerical model of a structure composed of a material that breaks brittlely, a reliability calculation unit that calculates the reliability indicating the probability that each element does not break using the stress acting on each element.
Wherein the result of multiplying signal Yoriyukido of each element is subtracted from 1, the strength evaluation apparatus and a fracture probability calculation unit at least one of said plurality of elements is to calculate the fracture probability indicating the probability of fracture.
コンピュータに、
脆性破壊する材料を含んで構成される構造体の数値モデルにおける複数の要素のそれぞれについて、各要素に働く応力を用いて各要素が破壊しない確率を示す信頼度を算出することと、
前記要素の信頼度を乗算した結果を1から減算することで、前記複数の要素の少なくとも1つが破壊する確率を示す破壊確率を算出することと、を実行させる強度評価プログラム。
On the computer
For each of the multiple elements in a numerical model of a structure composed of brittle fracture materials, the stress acting on each element is used to calculate the reliability that indicates the probability that each element will not fracture.
Wherein the result of multiplying signal Yoriyukido of each element is subtracted from 1, the strength evaluation program at least one of said plurality of elements is to execute, and calculating the fracture probability indicating the probability of fracture.
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