JP6828476B2 - Edge fracture prediction method, program and recording medium - Google Patents

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本発明は、エッジ部破断予測方法、プログラム及び記録媒体に関するものである。 The present invention relates to an edge fracture prediction method, a program, and a recording medium.

近年では、衝突安全性と軽量化の要請から、自動車車体への高強度鋼板の適用が急速に進展しつつある。これら高強度鋼板は板厚を増加させることなく、衝突時の吸収エネルギーや強度を高めることができる。しかしながら、鋼板の高強度化にともなう延性の低下は、プレス成形時や衝突変形時の破断の危険性を高めるため、有限要素法による材料の破断予測とその高精度化のニーズは高まってきている。 In recent years, the application of high-strength steel sheets to automobile bodies has been rapidly advancing due to the demand for collision safety and weight reduction. These high-strength steel sheets can increase the absorbed energy and strength at the time of collision without increasing the plate thickness. However, the decrease in ductility due to the increase in strength of the steel sheet increases the risk of fracture during press forming and collision deformation, so there is an increasing need for fracture prediction of materials by the finite element method and its high accuracy. ..

成形や衝突変形時の破断に対する余裕度は、一般に、板厚減少率や成形限界線図(FLD)を用いて判断される。FLDは破断限界を与える最大主歪みを最小主歪みごとに示した図であり、成形解析や衝突解析での破断評価に用いられている。実験によるFLDの測定方法は、一般に、予め金属板の表面にエッチング等によりサークル状或いは格子状の模様を描いておき、液圧成形や剛体工具での張出し成形で破断させた後に、サークルの変形量から破断限界歪みを測定する。破断限界線は、様々な面内歪み比について金属板を比例負荷し、それぞれの歪み比での破断限界歪みを主歪み軸上にプロットして線で結ぶことで得られる(図1)。 The margin for fracture during molding or collision deformation is generally determined by using the plate thickness reduction rate or the molding limit diagram (FLD). The FLD is a diagram showing the maximum principal strain that gives the fracture limit for each minimum principal strain, and is used for fracture evaluation in molding analysis and collision analysis. Generally, the method of measuring FLD by an experiment is to draw a circle-shaped or lattice-shaped pattern on the surface of a metal plate in advance by etching or the like, break it by hydraulic molding or overhanging with a rigid body tool, and then deform the circle. Measure the breaking limit strain from the quantity. The fracture limit line is obtained by proportionally loading a metal plate for various in-plane strain ratios, plotting the fracture limit strain at each strain ratio on the main strain axis, and connecting them with a line (Fig. 1).

一方、FLDの理論予測としては、Hillの局部くびれモデルとSwiftの拡散くびれモデルの併用、Marciniak-Kuczynski法、Storen-Riceモデル等、種々がある。材料の延性破壊は局部くびれにより変形が局所化した位置で発生する。この局部くびれが発生すると極めて短時間で破断に至るため、実用上、破断限界は局部くびれ発生限界と考えることが多く、破断限界予測は塑性不安定の枠組みで取り扱うことが多い。このようにして得られた破断限界線と有限要素法による数値シミュレーションの結果から得られる各部位の歪み状態との位置関係を比較することで破断の危険性を評価し、変形過程の歪みがこの限界歪みに達したときに破断、若しくは、その危険性が高いと判断する。 On the other hand, there are various theoretical predictions of FLD, such as the combined use of Hill's local constriction model and Swift's diffusion constriction model, the Marciniak-Kuczynski method, and the Storen-Rice model. Ductile fracture of the material occurs at the location where the deformation is localized due to the local constriction. When this local constriction occurs, it breaks in an extremely short time. Therefore, in practice, the fracture limit is often considered to be the local constriction occurrence limit, and the fracture limit prediction is often handled in the framework of plastic instability. The risk of fracture is evaluated by comparing the positional relationship between the fracture limit line obtained in this way and the strain state of each part obtained from the results of numerical simulation by the finite element method, and the strain in the deformation process is this. When the limit strain is reached, it is judged that there is a high risk of breakage or its breakage.

特開2014−137185号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-137185 特開2011−140046号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-140046

実験や理論予測から得られるFLDは、一様な応力状態の下で材料が分離するとき、若しくは局部くびれが生じるときを対象にしたものである(図2)。しかしながら、鋼板の端部から亀裂が生じる伸びフランジ成形では、フランジ端部から内側に向けて歪みが小さくなるために材料端部は内側の拘束を受け、くびれの発生が抑制される(図3)。即ち、伸びフランジ端部が一様分布における破断条件を満足しても、内側では未だその条件に達していないので、内側の支持効果により全体としては塑性不安定状態とはなり得ず、破断に至らない。この点が、単軸引張りや張出しや深絞りのような一様応力場での局所くびれ発生と異なる点であり、伸びフランジ破断のようにフランジ端部から内側に向けて歪み勾配が存在する場合の不安定くびれの発生条件は未だ解明されていない。また、せん断加工時の鋼板端部に導入される微視的損傷の影響により破断機構は複雑であり、これと前述した歪み勾配の影響により従来のFLDによる破断予測では予測精度が確保できない。 FLDs obtained from experiments and theoretical predictions are intended for when materials separate under uniform stress conditions or when local constrictions occur (Fig. 2). However, in stretch flange molding in which cracks occur from the end of the steel sheet, the strain decreases inward from the flange end, so that the material end is constrained inside and the occurrence of constriction is suppressed (Fig. 3). .. That is, even if the end of the stretch flange satisfies the fracture condition in the uniform distribution, the condition is not yet reached on the inside, so that the plastic instability state cannot be achieved as a whole due to the support effect on the inside, and the fracture occurs. Not reachable. This point is different from the occurrence of local constriction in a uniform stress field such as uniaxial tension, overhang, and deep drawing, and when there is a strain gradient from the flange end to the inside like stretch flange fracture. The conditions under which the unstable neck is generated have not yet been clarified. Further, the fracture mechanism is complicated due to the influence of microscopic damage introduced to the end of the steel sheet during shearing, and the prediction accuracy cannot be ensured by the conventional fracture prediction by FLD due to the influence of the strain gradient described above.

更に、衝突変形時のエッジ破断は、以下の問題も顕在化されており、これにより破断予測の精度を確保することが難しい。
図4の破断限界線に示されるように、破断限界線は歪み経路に依存して大きく変化することが知られている。例えば、(a)辺形経路の変化がなく線形の経路変化で負荷したときの破断限界線に比べ、(b)単軸引張り予歪み後に等2軸引張り変形を施す経路変化の場合、破断限界線は大きく増加する。(c)等2軸引張り予歪み後に単軸引張りを施す経路変化や、(d)等2軸引張り予歪み後に平面歪み引張り変形を施す経路変化の場合、破断限界線は減少することが多くの実験や数値解析から明らかになっている。プレス成形或いはプレス成形での予変形を受けた自動車車体部品の衝突変形過程では変形経路が大きく変化することが多く、実験から得られる破断限界線を用いて破断を評価する場合、変形経路に応じて無数の限界線を準備せざるを得ない。従って、実用上、破断の評価は比例負荷経路に対する破断限界線を用いることとなり、高い予測精度は期待できない。
Furthermore, the following problems have become apparent in edge fracture during collision deformation, which makes it difficult to ensure the accuracy of fracture prediction.
As shown in the fracture limit line of FIG. 4, it is known that the fracture limit line changes greatly depending on the strain path. For example, (a) the fracture limit line when a linear path change is applied without a change in the edge path, and (b) the fracture limit in the case of a path change in which equibiaxial tensile deformation is applied after uniaxial tensile prestrain. The line increases significantly. In many cases, the fracture limit line decreases in the case of a path change in which uniaxial tension is applied after biaxial tensile prestrain such as (c) or a path change in which planar strain tensile deformation is applied after biaxial tensile prestrain such as (d). It has become clear from experiments and numerical analysis. In the process of collision deformation of automobile body parts that have undergone press molding or pre-deformation in press molding, the deformation path often changes significantly, and when evaluating fracture using the fracture limit line obtained from experiments, it depends on the deformation path. There is no choice but to prepare innumerable limit lines. Therefore, in practice, the fracture evaluation uses the fracture limit line for the proportional load path, and high prediction accuracy cannot be expected.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、成形後の衝突変形のように変形経路が大きく変化する過程を経る材料の破断を予測する際に、特に板端部に亀裂が生じ、端部から内側に向けて歪み勾配を有するエッジ部の破断の危険性を有限要素法により正確に定量評価することを可能とするエッジ部破断予測方法、プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when predicting the fracture of a material that undergoes a process in which the deformation path changes significantly, such as collision deformation after molding, cracks occur particularly at the plate edge. , An object of the present invention is to provide an edge fracture prediction method, a program and a recording medium capable of accurately quantitatively evaluating the risk of fracture of an edge having a strain gradient from the end to the inside by a finite element method. And.

上記の課題を解決するため、本発明者らは、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸様態に想到した。本発明の要旨は、次の通りである。 In order to solve the above problems, the present inventors have come up with the following aspects of the invention as a result of diligent studies. The gist of the present invention is as follows.

1.自動車車体部品の衝突変形過程における材料のエッジ部の破断を評価する方法であって、
穴広げ試験から得られる2つ以上の異なる穴広げ率をコンピュータに入力する第1のステップと、
前記コンピュータは、前記2つ以上の異なる前記穴広げ率のデータから、前記2つ以上の異なる破断限界応力及び前記2つ以上の異なる半径方向の応力勾配を計算する第2のステップと、
前記コンピュータは、前記2つ以上の破断限界応力と前記2つ以上の応力勾配との関係から破断クライテリアを計算し、有限要素法による数値解析から得られる最大主応力と隣接する要素間における応力勾配とが前記破断クライテリアに達したときに破断したと評価する第3のステップと
を含み、
前記第1のステップ〜前記第3のステップを一連の工程として実行して得られた解析結果に基づいて、前記コンピュータは、前記材料の成形性を評価することを特徴とするエッジ部破断予測方法。
1. 1. This is a method for evaluating the breakage of the edge of the material during the collision deformation process of automobile body parts.
The first step of inputting two or more different hole expansion rates obtained from the hole expansion test into the computer ,
The computer has a second step of calculating the two or more different breaking limit stresses and the two or more different radial stress gradients from the two or more different hole expansion ratio data.
The computer calculates the fracture criteria from the relationship between the two or more fracture limit stresses and the two or more stress gradients, and the maximum principal stress obtained from the numerical analysis by the finite element method and the stress gradient between adjacent elements. Includes a third step of assessing a fracture when and reaches the fracture criteria.
An edge fracture prediction method, characterized in that the computer evaluates the moldability of the material based on the analysis results obtained by executing the first step to the third step as a series of steps. ..

2.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験から得られる夫々の前記穴広げ率を前記コンピュータに入力することを特徴とする1.に記載のエッジ部破断予測方法。 2. 2. 1. The first step is characterized in that the respective hole expansion rates obtained from the two or more different apex angle conical hole expansion tests are input to the computer . The edge fracture prediction method according to.

3.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を前記コンピュータに入力することを特徴とする1.に記載のエッジ部破断予測方法。 3. 3. In the first step, inputting the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a single-shaped apex angle conical tool using the materials having the two or more different initial hole diameters to the computer. Features 1. The edge fracture prediction method according to.

4.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円筒工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を前記コンピュータに入力することを特徴とする1.に記載のエッジ部破断予測方法。 4. In the first step, inputting the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a cylindrical tool having a single shape with an apex angle using the materials having the two or more different initial hole diameters into the computer. Features 1. The edge fracture prediction method according to.

5.前記コンピュータは、前記第2のステップにおいて、実験から測定した歪み空間で表記した周方向歪み分布εθ及び半径方向歪み分布εr、或いは理論的に推定した歪み分布を応力空間に変換することにより、周方向応力分布σθ及び半径方向応力分布σrを算出することを特徴とする1.〜4.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 5. In the second step, the computer converts the circumferential strain distribution ε θ and the radial strain distribution ε r expressed in the strain space measured from the experiment, or the theoretically estimated strain distribution into the stress space. It is characterized by calculating the circumferential stress distribution σ θ and the radial stress distribution σ r . ~ 4. The edge fracture prediction method according to any one of the above items.

6.前記コンピュータが前記応力勾配であるdσθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることを特徴とする1.〜5.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 6. 1. When the computer calculates the stress gradient dσ θ / dr, the element size used for the analysis of the finite element method is set to the reference length dr. ~ 5. The edge fracture prediction method according to any one of the above items.

7.前記コンピュータは、前記2つ以上の破断限界応力と前記2つ以上の応力勾配とから破断クライテリアσcr=f(dσθ/dr)を計算し、有限要素法による数値解析から隣接する要素間における前記応力勾配であるds11/dr及び前記最大主応力であるσ11を求め、前記応力勾配であるds11/dr及び前記最大主応力であるσ11が破断クライテリアに達しているか否かの指標としてσ11/σcrを計算し、その結果をコンター表示することを特徴とする1.〜6.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 7. The computer calculates the breaking criterion σ cr = f (dσ θ / dr) from the two or more breaking limit stresses and the two or more stress gradients, and from numerical analysis by the finite element method between adjacent elements. The stress gradient ds 11 / dr and the maximum principal stress σ 11 are obtained, and an index of whether or not the stress gradient ds 11 / dr and the maximum principal stress σ 11 reach the fracture criteria. It is characterized in that σ 11 / σ cr is calculated as, and the result is contour-displayed. ~ 6. The edge fracture prediction method according to any one of the above items.

8.数値解析の手段として有限要素法のうちの動的用解法を用いる場合に、前記コンピュータは、数値解析から得られる塑性歪みを応力に変換したものを用いて、前記破断クライテリアと比較することを特徴とする1.〜4.,7.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 8. When the dynamic solution method of the finite element method is used as a means of numerical analysis, the computer is characterized in that the plastic strain obtained from the numerical analysis is converted into stress and compared with the fracture criteria. 1. ~ 4. , 7. The edge fracture prediction method according to any one of the above items.

9.前記材料の変形応力の速度依存性を考慮した数値解析を用いて破断を評価する場合に、前記コンピュータは、数値解析から得られる塑性歪みを変換して基準歪み速度における応力を求め、基準歪み速度における前記破断クライテリアと比較することを特徴とする1.〜4.,7.,8.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 9. When evaluating fracture using a numerical analysis considering the rate dependence of the deformation stress of the material, the computer converts the plastic strain obtained from the numerical analysis to obtain the stress at the reference strain rate, and obtains the stress at the reference strain rate. It is characterized in comparison with the above-mentioned fracture criteria in 1. ~ 4. , 7. , 8. The edge fracture prediction method according to any one of the above items.

10.自動車車体部品の衝突変形過程における材料のエッジ部の破断を評価するためのプログラムであって、
穴広げ試験から得られる2つ以上の異なる穴広げ率を入力する第1のステップと、
前記2つ以上の異なる前記穴広げ率のデータから、前記2つ以上の異なる破断限界応力及び前記2つ以上の異なる半径方向の応力勾配を計算する第2のステップと、
前記2つ以上の破断限界応力と前記2つ以上の応力勾配との関係から破断クライテリアを計算し、有限要素法による数値解析から得られる最大主応力と隣接する要素間における応力勾配とが前記破断クライテリアに達したときに破断したと評価する第3のステップと
を含み、
前記第1のステップ〜前記第3のステップを一連の工程として実行して得られた解析結果に基づいて、前記材料の成形性を評価することを特徴とするエッジ部破断予測プログラム。
10. It is a program for evaluating the fracture of the edge part of the material in the process of collision deformation of automobile body parts.
The first step of entering two or more different drilling rates obtained from the drilling test,
A second step of calculating the two or more different breaking limit stresses and the two or more different radial stress gradients from the two or more different hole expansion rate data.
The fracture criterion is calculated from the relationship between the two or more fracture limit stresses and the two or more stress gradients, and the maximum principal stress obtained from the numerical analysis by the finite element method and the stress gradient between adjacent elements are the fractures. Including a third step of assessing a rupture when the criteria are reached, including
An edge fracture prediction program for evaluating the formability of the material based on the analysis results obtained by executing the first step to the third step as a series of steps.

11.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験から得られる夫々の前記穴広げ率を入力することを特徴とする10.に記載のエッジ部破断予測プログラム。 11. 10. The first step is to enter the respective hole expansion rates obtained from the two or more different apex angle conical hole expansion tests. The edge fracture prediction program described in.

12.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を入力することを特徴とする10.に記載のエッジ部破断予測プログラム。 12. The first step is characterized in that the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a single-shaped apex angle conical tool using the materials having the two or more different initial hole diameters is input. 10. The edge fracture prediction program described in.

13.前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円筒工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を入力することを特徴とする10.に記載のエッジ部破断予測プログラム。 13. In the first step, the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a cylindrical tool having a single shape and an apex angle using the materials having the two or more different initial hole diameters is input. 10. The edge fracture prediction program described in.

14.前記第2のステップにおいて、実験から測定した歪み空間で表記した周方向歪み分布εθ及び半径方向歪み分布εr、或いは理論的に推定した歪み分布を応力空間に変換することにより、周方向応力分布σθ及び半径方向応力分布σrを算出することを特徴とする10.〜13.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 14. In the second step, the circumferential stress is converted into the stress space by converting the circumferential strain distribution ε θ and the radial strain distribution ε r expressed in the strain space measured from the experiment, or the theoretically estimated strain distribution into the stress space. 10. The distribution σ θ and the radial stress distribution σ r are calculated. ~ 13. The edge fracture prediction program according to any one of the above items.

15.前記応力勾配であるdσθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることを特徴とする10.〜14.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 15. When calculating the stress gradient dσ θ / dr, the element size used in the analysis of the finite element method is set to the reference length dr. ~ 14. The edge fracture prediction program according to any one of the above items.

16.前記2つ以上の破断限界応力と前記2つ以上の応力勾配とから破断クライテリアσcr=f(dσθ/dr)を計算し、有限要素法による数値解析から隣接する要素間における前記応力勾配であるds11/dr及び前記最大主応力であるσ11を求め、前記応力勾配であるds11/dr及び前記最大主応力であるσ11が破断クライテリアに達しているか否かの指標としてσ11/σcrを計算し、その結果をコンター表示することを特徴とする10.〜15.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 16. The fracture criterion σ cr = f (dσ θ / dr) is calculated from the two or more breaking limit stresses and the two or more stress gradients, and the stress gradient between adjacent elements is calculated from the numerical analysis by the finite element method. A certain ds 11 / dr and the maximum principal stress σ 11 are obtained, and σ 11 / is used as an index of whether or not the stress gradient ds 11 / dr and the maximum principal stress σ 11 reach the fracture criteria. 10. The feature is that σ cr is calculated and the result is contour-displayed. ~ 15. The edge fracture prediction program according to any one of the above items.

17.数値解析の手段として有限要素法のうちの動的用解法を用いる場合に、数値解析から得られる塑性歪みを応力に変換したものを用いて、前記破断クライテリアと比較することを特徴とする10.〜13.,16.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 17. When the dynamic solution method of the finite element method is used as a means of numerical analysis, the plastic strain obtained from the numerical analysis is converted into stress and compared with the fracture criteria. ~ 13. , 16. The edge fracture prediction program according to any one of the above items.

18.前記材料の変形応力の速度依存性を考慮した数値解析を用いて破断を評価する場合に、数値解析から得られる塑性歪みを変換して基準歪み速度における応力を求め、基準歪み速度における前記破断クライテリアと比較することを特徴とする10.〜13.,16.,17.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 18. When evaluating fracture using a numerical analysis that considers the rate dependence of the deformation stress of the material, the plastic strain obtained from the numerical analysis is converted to obtain the stress at the reference strain rate, and the fracture criteria at the reference strain rate. It is characterized by comparing with 10. ~ 13. , 16. , 17. The edge fracture prediction program according to any one of the above items.

19.10.〜18.のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 19.10. ~ 18. A computer-readable recording medium comprising recording the edge fracture prediction program according to any one of the above items.

本発明によれば、2つ以上の異なった頂角を有する円錐穴広げ試験の穴広げ率から板端部からの歪み勾配の影響と打抜き状態を考慮したエッジ部の破断クライテリアを推定することができ、これを成形や衝突解析に適用することでエッジ部の破断の危険性を定量評価することができる。これにより、高強度鋼板適用時のひとつであるエッジ部の破断を未然に回避し、材料・工法・構造を同時に考慮した自動車車体の効率的・高精度な開発が実現される。 According to the present invention, it is possible to estimate the fracture criteria of the edge portion in consideration of the influence of the strain gradient from the plate end portion and the punching state from the hole expansion ratio of the conical hole expansion test having two or more different apex angles. By applying this to molding and collision analysis, the risk of fracture of the edge portion can be quantitatively evaluated. As a result, it is possible to avoid breakage of the edge portion, which is one of the applications of high-strength steel sheets, and to realize efficient and highly accurate development of an automobile body in consideration of materials, construction methods, and structures at the same time.

従来技術の説明に用いた成形限界線図(FLD)である。It is a molding limit diagram (FLD) used for the explanation of the prior art. 一様応力状態での局部くびれを説明するための特性図である。It is a characteristic diagram for demonstrating the local constriction in a uniform stress state. 伸びフランジ部の板端部から内側に向けた歪み勾配を説明するための特性図である。It is a characteristic figure for demonstrating the strain gradient from the plate end portion of the extension flange portion toward the inside. FLDの歪み経路依存性を説明するための特性図である。It is a characteristic diagram for demonstrating the distortion path dependence of FLD. 穴広げ試験を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the hole expansion test. 穴広げ試験における穴縁の歪み及び歪み勾配を解くための模式図である。It is a schematic diagram for solving the distortion and the strain gradient of a hole edge in a hole expansion test. 穴広げ試験における穴縁の歪み及び歪み勾配の計算結果と実験とを比較する特性図である。It is a characteristic diagram which compares the calculation result of the strain and strain gradient of a hole edge in a hole expansion test with an experiment. 穴縁の半径方向応力及び応力分布の計算結果を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the calculation result of the radial stress and the stress distribution of a hole edge. 破断クライテリアである応力勾配と破断限界応力との関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the stress gradient which is a fracture criterion and the fracture limit stress. 本実施形態の一つであり、異なる穴径の素材を円錐工具により試験したときの穴広げ率から穴縁の応力及び応力勾配を計算した結果とこれを用いた破断クライテリアを説明するための特性図である。This is one of the present embodiments, and is a characteristic for explaining the result of calculating the stress and stress gradient of the hole edge from the hole expansion ratio when materials having different hole diameters are tested by a conical tool, and the fracture criterion using the result. It is a figure. 本実施形態の一つであり、異なる穴径の素材を円錐工具により試験したときの穴広げ率から穴縁の応力及び応力勾配を計算した結果とこれを用いた破断クライテリアを説明するための特性図である。This is one of the present embodiments, and is a characteristic for explaining the result of calculating the stress and stress gradient of the hole edge from the hole expansion ratio when materials having different hole diameters are tested by a conical tool, and the fracture criterion using the result. It is a figure. 本実施形態のエッジ部破断予測方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the edge part fracture prediction method of this embodiment. 本実施形態により、破断危険性を評価した結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the result of having evaluated the breakage risk by this embodiment. パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the internal structure of the personal user terminal apparatus.

(破断予測方法の基本骨子)
鋼板の端部から亀裂が生じる伸びフランジ成形では、フランジ端部から内側に向けて歪みが小さくなるために材料端部は内側の拘束を受け、くびれの発生が抑制される。また、せん断加工時の鋼板端部に導入される微視的損傷の影響により、破断機構は複雑であり、従来のFLDによる破断予測では予測精度が確保できない。そこで、板端部からの歪み勾配と端部の打抜き状態を考慮した穴広げ試験の結果を活用したエッジ部の破断予測技術を想到した。
(Basic outline of fracture prediction method)
In stretch flange molding in which cracks occur from the end of the steel sheet, the strain decreases inward from the end of the flange, so that the end of the material is constrained inside and the occurrence of constriction is suppressed. Further, the fracture mechanism is complicated due to the influence of microscopic damage introduced to the end of the steel sheet during shearing, and the prediction accuracy cannot be ensured by the conventional fracture prediction by FLD. Therefore, we came up with a technique for predicting fracture of the edge portion by utilizing the result of the hole expansion test considering the strain gradient from the plate edge portion and the punched state of the end portion.

エッジ部の成形限界はフランジ端の周方向の伸び歪みが限界値に達したときに発生するため、フランジ端の周方向伸び歪みが成形難易度を示す指標として考えられ、通常、円錐パンチ穴広げ試験により得られる穴広げ率λで評価される。穴広げ試験は、一般に、素材に直径10mmの円形の穴をあけ、その穴を頂角60゜の円錐パンチにより穴を広げ、穴縁端部で亀裂が板厚を貫通したときを破断限界とする。その時の直径d及び初期径d0から穴広げ率λ=(d−d0)/d0×100を計算することで得られる(図5)。このときの穴は、一般に、パンチとダイスとの間のクリアランスが板厚の12%になるよう設定してせん断される。そのため、フランジ端の破断面にはディンプル、亀裂、ボイド等の微視的損傷が観察される。従って、穴広げ試験はせん断加工時に導入される微視的損傷を考慮した試験方法でもある。 Since the forming limit of the edge portion occurs when the circumferential elongation strain of the flange end reaches the limit value, the circumferential elongation strain of the flange end is considered as an index indicating the molding difficulty, and usually, the conical punched hole is widened. It is evaluated by the hole expansion rate λ obtained by the test. In the hole expansion test, a circular hole with a diameter of 10 mm is generally made in the material, the hole is expanded by a conical punch with an apex angle of 60 °, and the fracture limit is when a crack penetrates the plate thickness at the edge of the hole. To do. It can be obtained by calculating the hole expansion ratio λ = (d−d 0 ) / d 0 × 100 from the diameter d and the initial diameter d 0 at that time (FIG. 5). The holes at this time are generally sheared by setting the clearance between the punch and the die to be 12% of the plate thickness. Therefore, microscopic damage such as dimples, cracks, and voids is observed on the fracture surface at the flange end. Therefore, the hole expansion test is also a test method that takes into account the microscopic damage introduced during shearing.

この穴広げ率は、穴径、パンチ径等の試験寸法やパンチ底形状によって大きく変化することが知られている。これは、伸びフランジ成形限界がフランジ端部から内側へ向けて小さくなる歪み勾配の影響を強く受けることによる。従って、実部品の伸びフランジ成形で導入される歪み状態(板端部から内側への歪み勾配)と穴広げ試験での歪み勾配とを併せた評価試験で破断限界を評価する必要がある。しかしながら、実部品で問題となる伸びフランジ破断では、歪み分布は部品形状やブランクの形状によって大きく変化することが多い。そのため、実験から得られる穴広げ率を用いて破断を評価する場合、歪み勾配に応じて穴径やパンチ径等を無数に変化させて破断限界を準備せざるを得ない。 It is known that this hole expansion ratio greatly changes depending on the test dimensions such as the hole diameter and the punch diameter and the shape of the punch bottom. This is because the stretch flange forming limit is strongly affected by the strain gradient that decreases inward from the flange end. Therefore, it is necessary to evaluate the fracture limit by an evaluation test that combines the strain state (strain gradient from the plate end to the inside) introduced in the stretch flange molding of the actual part and the strain gradient in the hole expansion test. However, in stretch flange fracture, which is a problem in actual parts, the strain distribution often changes greatly depending on the shape of the part and the shape of the blank. Therefore, when evaluating fracture using the hole expansion rate obtained from the experiment, it is necessary to prepare the fracture limit by changing the hole diameter, punch diameter, etc. innumerably according to the strain gradient.

一方、実部品の伸びフランジ成形で導入される歪み状態(板端部から内側への歪み勾配、端部に沿った歪み勾配)と破断限界の関係を検討する方法として、いわゆるサイドベンド試験法が提案されている(例えば、特許文献1,2を参照)。その特徴は、歪みの計測に画像処理システムを導入すると共に、端面の亀裂発生の挙動を観察するためのカメラを備えているところにある。この方法から得られた破断限界歪みと歪み分布との関係から、破断限界曲面を定義して、伸びフランジ破断の予測に活用する方法が提案されている。 On the other hand, the so-called side bend test method is used as a method for examining the relationship between the strain state (strain gradient from the plate edge to the inside, the strain gradient along the edge) and the fracture limit introduced in the stretch flange molding of the actual part. It has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Its feature is that it introduces an image processing system for measuring distortion and is equipped with a camera for observing the behavior of cracking on the end face. Based on the relationship between the fracture limit strain and the strain distribution obtained from this method, a method has been proposed in which a fracture limit curved surface is defined and used for prediction of elongation flange fracture.

しかしながら、この方法により端部から半径方向の歪み勾配を得るためには、予め素材の表面にエッチング等によりサークル状或いは格子状の模様を描いておき、変形後にサークルの変形量から歪み勾配を測定する必要がある。他には、数値シミュレーションにより種々の歪み勾配の破断限界を得る方法もあるが、実部品で問題となる歪み分布に対応した無数の試験片形状に対して破断限界を得るには煩雑であり、実用上、難しい。 However, in order to obtain a strain gradient in the radial direction from the end by this method, a circle-shaped or grid-like pattern is drawn in advance on the surface of the material by etching or the like, and the strain gradient is measured from the deformation amount of the circle after deformation. There is a need to. There is also a method of obtaining the fracture limit of various strain gradients by numerical simulation, but it is complicated to obtain the fracture limit for innumerable test piece shapes corresponding to the strain distribution which is a problem in actual parts. Practically difficult.

そこで本発明では、穴広げ試験、具体的には円錐穴広げ試験から得られる穴広げ率の試験値により、板端部の破断限界歪みと半径方向の歪み勾配とを容易に得られる方法を検討した。
円錐ポンチによる穴広げ試験の概要を図5に示す。ここで、円錐ポンチの円錐面の法線とz軸とのなす角をφ(円錐ポンチの半頂角は90°−φとなる)とする。すると、軸対称に変形中の材料の要素のつりあい方程式は以下で与えられる。
Therefore, in the present invention, a method is investigated in which the fracture limit strain at the plate end and the strain gradient in the radial direction can be easily obtained from the test value of the hole expansion rate obtained from the hole expansion test, specifically, the conical hole expansion test. did.
FIG. 5 shows an outline of the hole expansion test using a conical punch. Here, the angle formed by the normal of the conical surface of the conical punch and the z-axis is φ (the half apex angle of the conical punch is 90 ° −φ). Then, the equilibrium equation of the elements of the material being deformed axisymmetrically is given below.

ここで、rは変形後の要素の位置を示す半径座標、tは変形後の板厚、σθ及びσφはそれぞれ周方向及び半径方向の応力、μは摩擦係数を表す。 Here, r is the radial coordinates indicating the position of the element after deformation, t is the plate thickness after deformation, σ θ and σ φ are the stresses in the circumferential direction and the radial direction, respectively, and μ is the friction coefficient.

続いて、周方向の歪みεθ、半径方向の歪みεφは、それぞれ以下で与えられる。 Subsequently, the circumferential strain ε θ and the radial strain ε φ are given as follows.

但し、sは板の要素の変形前の半径座標を表す。これらから次式の歪みの適合条件式が得られる。 However, s represents the radial coordinates of the plate elements before deformation. From these, the conforming condition equation for the strain of the following equation can be obtained.

更に、変形は全歪み理論によるものとし、材料の加工硬化特性はn乗硬化則で近似すると仮定する。 Further, it is assumed that the deformation is based on the total strain theory, and the work hardening characteristics of the material are approximated by the nth power hardening law.

すると、周方向、半径方向の歪み分布はそれぞれ次式で与えられる。 Then, the strain distributions in the circumferential direction and the radial direction are given by the following equations, respectively.

ここで、1次の微係数(歪み勾配)、2次の微係数はそれぞれ次式で与えられる。 Here, the first-order fine coefficient (strain gradient) and the second-order fine coefficient are given by the following equations, respectively.

ここで、例えば、初期穴径d0の素板が穴広げ試験により直径dとなったとき端部の歪みは次式により得られ、 Here, for example, when a base plate having an initial hole diameter d 0 has a diameter d by a hole expansion test, the strain at the end is obtained by the following equation.

これらの式と式(6)〜(11)から周方向の歪みεθ、半径方向の歪みεφの半径方向の歪み分布を計算することができる。 From these equations and equations (6) to (11), it is possible to calculate the radial strain distribution of the circumferential strain ε θ and the radial strain ε φ .

以下、1.4mm厚の980MPa級の高強度鋼板を例に採り、破断限界のクライテリアを計算する方法を説明する。先ず、オフラインで異なる頂角の円錐穴広げ試験を実施する。ここでは、その例として30゜円錐及び60゜円錐のパンチを用いた。このときのダイスとパンチとの間のクリアランスは板厚の12%に設定し、素板中央に直径10mmの穴を打抜いた。この素板を穴広げ試験に供し、穴縁端部で亀裂が板厚を貫通したときを破断限界とし、その時の直径d及び初期径d0から穴広げ率λ=(d−d0)/d0×100を計算した。その結果、30゜円錐、60゜円錐の穴広げ率はそれぞれ42%、35%であった。 Hereinafter, a method of calculating the failure limit criteria will be described by taking a 1.4 mm thick 980 MPa class high-strength steel sheet as an example. First, a conical hole expansion test with different apex angles is performed offline. Here, 30 ° conical and 60 ° conical punches were used as examples. At this time, the clearance between the die and the punch was set to 12% of the plate thickness, and a hole having a diameter of 10 mm was punched in the center of the base plate. This base plate is subjected to a hole expanding test, and the breaking limit is set when a crack penetrates the plate thickness at the edge of the hole, and the hole expanding rate λ = (d−d 0 ) / from the diameter d and the initial diameter d 0 at that time. d 0 × 100 was calculated. As a result, the hole expansion rates of the 30 ° cone and the 60 ° cone were 42% and 35%, respectively.

この結果及び式(6)〜(13)から、それぞれの円錐パンチを用いたときの周方向歪みεθ及び半径方向歪みεrの板縁から半径方法の歪み分布を計算することができる。その結果を図7に示す。実験値は、評点間距離0.5mmの同心円のスクライブドサークルを素材にエッチングし、試験後のサークルの変形量から求めた。その結果、計算結果は実験を良好な精度で再現することを確認した。即ち、30゜円錐、60゜円錐の何れの結果も穴縁で周方向歪みεθは最大値を観測し、穴縁から内側に向けて単調に減少した。また、穴縁では60゜円錐より30゜円錐の方が周方向歪みεθは大きいが、穴縁から内側に向けてその傾向は逆転し、穴縁から十分離れた位置では60゜円錐の方が大きな値を示した。一方、半径方向歪みεrは穴縁で最小値を示し、穴縁から遠ざかるにつれて増加する。 From this result and equations (6) to (13), the strain distribution of the radial method can be calculated from the plate edges of the circumferential strain ε θ and the radial strain ε r when the respective conical punches are used. The result is shown in FIG. The experimental value was obtained from the amount of deformation of the circle after the test by etching a concentric scribed circle with a distance between the scores of 0.5 mm on the material. As a result, it was confirmed that the calculation result reproduces the experiment with good accuracy. That is, in both the results of the 30 ° cone and the 60 ° cone, the maximum value of the circumferential strain ε θ was observed at the hole edge, and it decreased monotonically from the hole edge to the inside. In the hole edge, the 30 ° cone has a larger circumferential strain ε θ than the 60 ° cone, but the tendency is reversed from the hole edge to the inside, and the 60 ° cone is sufficiently far from the hole edge. Showed a large value. On the other hand, the radial strain ε r shows the minimum value at the hole edge and increases as the distance from the hole edge increases.

しかしながら、破断限界歪みは歪み経路により大きく変化することも知られており、プレス加工と衝突解析で必ずしも同じ歪み経路をたどる必然性がない衝突解析では破断限界歪みの利用は難しい。そこで発明者らは、歪み経路の影響が比較的小さい破断限界クライテリアとして応力空間の破断限界に着目し、衝突変形時の歪み速度への依存性を考慮する工夫を加え、衝突解析でエッジ部の破断を予測する方法を想到した。 However, it is also known that the fracture limit strain changes greatly depending on the strain path, and it is difficult to use the fracture limit strain in collision analysis in which it is not always necessary to follow the same strain path in press working and collision analysis. Therefore, the inventors focused on the rupture limit of the stress space as a rupture limit criterion in which the influence of the strain path is relatively small, added a device to consider the dependence on the strain rate at the time of collision deformation, and performed collision analysis on the edge part. I came up with a method to predict breakage.

歪みから応力へは、(1)体積一定則、(2)Misesの降伏関数、(3)加工硬化則による等方硬化、(4)垂直則、(5)平面応力、を仮定することで換算することができる。先ず、板厚歪みεtを体積一定則εt=−(εθ+εr)より求めることができる。すると、相当塑性歪みεeqは次式で求めることができる。 Conversion from strain to stress is performed by assuming (1) constant volume law, (2) Mises yield function, (3) isotropic hardening by work hardening rule, (4) vertical rule, and (5) plane stress. can do. First, the plate thickness strain ε t can be obtained from the constant volume law ε t = − (ε θ + ε r ). Then, the equivalent plastic strain ε eq can be obtained by the following equation.

このように、相当塑性歪み増分dεeqを歪み経路で積分した相当塑性歪みεeqとn乗硬化則を用いることで、変形経路変化を考慮した相当塑性応力σeqを求めることができる。次に偏差応力成分σij'は、降伏曲面の等方硬化と垂直則 In this way, by using the equivalent plastic strain ε eq obtained by integrating the equivalent plastic strain increment dε eq with the strain path and the n-th power hardening law, the equivalent plastic stress σ eq considering the deformation path change can be obtained. Next, the deviation stress component σ ij'is the isotropic hardening of the yield surface and the perpendicular rule.

により得られる。最後に平面応力(σt=0を仮定することにより、応力成分は、 Obtained by Finally, by assuming plane stress (σ t = 0, the stress component is

より得られる。このようにして計算した周方向応力σθの半径方向の分布を図8に示す。 More obtained. The radial distribution of the circumferential stress σ θ calculated in this way is shown in FIG.

続いて、この計算結果から、応力勾配に対応した周方向破断限界応力を計算する。周方向応力σθは、穴縁から離れるとともに緩やかに減少しているため、基準となる大きさdrにより応力勾配は変化する。そのため、応力勾配dσθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることにより、破断予測の精度が高まる。 Subsequently, from this calculation result, the circumferential breaking limit stress corresponding to the stress gradient is calculated. Since the circumferential stress σ θ gradually decreases as it moves away from the hole edge, the stress gradient changes depending on the reference magnitude dr. Therefore, in calculating the stress gradient θ / dr, by the element size used for the analysis of the finite element method and the reference length dr, increased accuracy of the fracture prediction.

このようにして得られた2つ以上の応力勾配|dσθ/dr|と穴縁での破断限界応力σcr=(σθr=0との関係から、直線近似又はそれらを結ぶ多直線データを破断クライテリアσcr=f(dσθ/dr)とする(図9)。 From the relationship between the two or more stress gradients | dσ θ / dr | obtained in this way and the breaking limit stress σ cr = (σ θ ) r = 0 at the hole edge, a linear approximation or a multi-linear connecting them Let the data be fracture criteria σ cr = f (dσ θ / dr) (Fig. 9).

次に、破断の危険性を評価する部品の衝突解析を有限要素法による数値解析により実施し、その結果の最大主応力分布から隣接する要素間での応力勾配dσ11/drと最大主応力σ11を求め、これらが破断クライテリアに達していれば破断の危険性が高いと判断する。更に、破断の危険性を定量評価するための指標としてσ11/σcr(図9中のOR/OAの大きさ)を計算し、その結果をコンター表示する。 Next, collision analysis of parts to evaluate the risk of fracture is performed by numerical analysis by the finite element method, and from the resulting maximum principal stress distribution, the stress gradient dσ 11 / dr and maximum principal stress σ between adjacent elements 11 is obtained, and if these reach the rupture criteria, it is judged that the risk of rupture is high. Furthermore, σ 11 / σ cr (the magnitude of OR / OA in FIG. 9) is calculated as an index for quantitatively evaluating the risk of breakage, and the result is contoured.

(破断予測方法のその他の例)
破断クライテリアを求めるときの穴広げ試験としては、2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げの他に、異なる穴径の素材を単一形状の円錐パンチ又は円筒パンチにより拡大する穴広げ試験を行うようにしても良い。異なる穴径の場合には、式(13)の初期穴径d0をそれぞれの穴径とすれば良い。
(Other examples of fracture prediction method)
As a hole expanding test when determining a fracture criterion, in addition to conical hole expanding with two or more different apex angles, a hole expanding test is performed in which materials having different hole diameters are expanded by a single-shaped conical punch or a cylindrical punch. You may do so. In the case of different hole diameters, the initial hole diameter d 0 of the equation (13) may be set as each hole diameter.

[1]円錐パンチを用いた穴広げ試験
円錐パンチを用いた穴広げ試験の例として、60゜の円錐パンチを用い、素板中央に直径10mmの穴と直径50mmの穴を打抜いた素材を穴広げ試験に供した。その結果、直径10mmの穴及び直径50mmの素材を用いた穴広げ率は、それぞれ42%及び18%であった。この結果及び式(6),(9)〜(15)から、それぞれの初期穴径を用いたときの半径方向ひずみ分布を計算することができる。その結果を図10(a)に示す。ここで得られた2つ以上のひずみ勾配と穴縁での破断限界ひずみとの関係から決定した破断クライテリアを図10(b)に示す。
[1] Hole expansion test using a conical punch As an example of a hole expansion test using a conical punch, a material obtained by punching a hole with a diameter of 10 mm and a hole with a diameter of 50 mm in the center of the base plate using a 60 ° conical punch is used. It was subjected to a hole expansion test. As a result, the hole expansion rates using the hole having a diameter of 10 mm and the material having a diameter of 50 mm were 42% and 18%, respectively. From this result and equations (6), (9) to (15), the radial strain distribution when each initial hole diameter is used can be calculated. The result is shown in FIG. 10 (a). FIG. 10 (b) shows a fracture criterion determined from the relationship between the two or more strain gradients obtained here and the fracture limit strain at the hole edge.

[2]円筒パンチを用いた穴広げ試験
円筒パンチを用いる場合には、式(1)〜(12)に対して2φ=180゜とすれば同様に、破断クライテリアを計算することができる。ここでは、異なる穴径の素材を単一形状の円筒パンチ(パンチ肩半径10mm、ダイス肩半径10mm)を用い、素板中央に直径10mmの穴(d=10mm)と直径50mm(d=50mm)の穴を打抜いた素材を穴広げ試験に供した。その結果として、式(6),(9)〜(15)に対してφ=180゜として計算した穴縁の破断限界応力と穴縁からの距離との関係を図11(a)に、破断限界応力と応力勾配との関係を図11(b)に示す。
[2] Hole expansion test using a cylindrical punch When a cylindrical punch is used, the fracture criteria can be calculated in the same manner by setting 2φ = 180 ° with respect to equations (1) to (12). Here, a single-shaped cylindrical punch (punch shoulder radius 10 mm, die shoulder radius 10 mm) is used for materials having different hole diameters, and a hole (d = 10 mm) with a diameter of 10 mm and a diameter of 50 mm (d = 50 mm) are used in the center of the base plate. The material punched out from the hole was used for the hole expansion test. As a result, the relationship between the fracture limit stress of the hole edge calculated with φ = 180 ° for equations (6) and (9) to (15) and the distance from the hole edge is shown in FIG. 11 (a). The relationship between the critical stress and the stress gradient is shown in FIG. 11 (b).

但し、衝突解析から得られる応力を用いて破断を評価する場合、歪み速度に応じて無数の動的な破断限界線が必要であり、実用上、破断を評価することは困難である。更に、数値シミュレーションに動的陽解法を用いる場合、得られる応力は時間ステップ内での繰り返し計算を行わず微小時間刻みで応力波の伝播を解いてゆくため、大きく振動しながら増加する。この応力と破断クライテリアとの関係を比較して破断判定をする方法では、十分な精度で予測することができない。このような衝突解析時の歪み速度への依存性の問題と応力の振動の問題とを回避すべきである。そのため、衝突解析から得られた塑性歪み速度テンソルを準静的な歪み速度での応力テンソルに変換し、得られた応力と準静的な歪み速度での破断クライテリアを比較すれば予測結果が安定し易いと考えた。 However, when evaluating rupture using the stress obtained from collision analysis, innumerable dynamic rupture limit lines are required according to the strain rate, and it is practically difficult to evaluate rupture. Furthermore, when the dynamic explicit method is used for the numerical simulation, the stress obtained increases while vibrating greatly because the stress wave propagation is solved in minute time increments without performing the iterative calculation within the time step. The method of determining the rupture by comparing the relationship between the stress and the rupture criteria cannot predict with sufficient accuracy. The problem of dependence on strain rate and the problem of stress vibration during collision analysis should be avoided. Therefore, if the plastic strain rate tensor obtained from the collision analysis is converted into a stress tensor at a quasi-static strain rate and the obtained stress is compared with the rupture criteria at the quasi-static strain rate, the prediction result is stable. I thought it was easy to do.

(本実施形態の具体的構成)
図12を用いて、自動車部品の衝突解析で破断の危険性を評価する例として、本実施形態の具体的構成を説明する。
(Specific configuration of this embodiment)
A specific configuration of the present embodiment will be described as an example of evaluating the risk of breakage in collision analysis of automobile parts with reference to FIG. 12.

自動車部品の成形性を評価するにあたり、先ず当該自動車の構造を設定する(ステップS1)。続いて、CADを用いて自動車部品の形状を設定し(ステップS2)、3次元の部品形状をコンピュータ上に記録する(ステップS3)。ここで、衝突解析を用いて衝突性能を評価するために、部品を有限要素に分割したうえでスポット溶接等の処理を施し構造体の解析モデルを構築し(ステップS4)、目的に応じてソフトを選択してコンピュータ上に記録する。続いて、衝突解析により破断の危険性の評価を行うところ(ステップS8)、そのために先ず、解析に供する部品の材料パラメータ、板厚、境界条件を設定する(ステップS5)。 In evaluating the moldability of an automobile part, first, the structure of the automobile is set (step S1). Subsequently, the shape of the automobile part is set using CAD (step S2), and the three-dimensional part shape is recorded on the computer (step S3). Here, in order to evaluate the collision performance using collision analysis, the parts are divided into finite elements and then subjected to processing such as spot welding to construct an analysis model of the structure (step S4), and software is used according to the purpose. Select to record on your computer. Subsequently, the risk of fracture is evaluated by collision analysis (step S8). For that purpose, first, the material parameters, plate thickness, and boundary conditions of the parts to be analyzed are set (step S5).

続いて、オフラインで試験した2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験の結果を入力する(ステップS6)。ここで、2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験の代わりに、2つ以上の異なる初期穴径の素材を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験を行う場合には、その試験から得られた穴広げ率をステップS6において入力する。また、2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験の代わりに、2つ以上の異なる初期穴径の素材を用いた単一形状の頂角の円筒工具による穴広げ試験を行う場合には、その試験から得られた穴広げ率をステップS6において入力する。 Subsequently, the results of the conical hole expansion test of two or more different apex angles tested offline are input (step S6). Here, in the case of performing a hole expanding test with a single-shaped apex angle conical tool using two or more materials having different initial hole diameters instead of the conical hole expanding test of two or more different apex angles. , The hole expansion rate obtained from the test is input in step S6. Also, when performing a hole expansion test with a single-shaped apex angle cylindrical tool using two or more materials with different initial hole diameters instead of the conical hole expansion test with two or more different apex angles, The hole expansion rate obtained from the test is input in step S6.

続いて、この2つ以上の穴広げ率の値を用いて前述した方法で破断クライテリアσcr=f(dσθ/dr)を計算する(ステップS7)。更に、破断の評価は、このようにして求めた破断クライテリアと、変形過程の有限要素法によるシミュレーションの結果から得られる各要素の最大主応力及び隣接する要素の応力勾配との位置関係を比較することで評価する。この応力が破断クライテリアに達したときに破断、若しくは、その危険性が高いと判断する(ステップS8〜S10)。具体的には、図9の応力勾配−破断限界応力の関係において、有限要素法により得られた要素の歪み状態を応力に変換したものをR、応力0の状態OとRとを結ぶ直線とクライテリアとの交点をAとしたとき、破断危険率はOR/OAとして定量化することができる。 Subsequently, the fracture criteria σ cr = f (dσ θ / dr) is calculated by the method described above using the two or more hole expansion ratio values (step S7). Furthermore, in the evaluation of fracture, the positional relationship between the fracture criteria obtained in this way and the maximum principal stress of each element and the stress gradient of adjacent elements obtained from the results of simulation by the finite element method of the deformation process is compared. Evaluate by that. When this stress reaches the fracture criteria, it is determined that the fracture or the risk thereof is high (steps S8 to S10). Specifically, in the relationship between the stress gradient and the breaking limit stress in FIG. 9, the strain state of the element obtained by the finite element method converted into stress is R, and the straight line connecting the states O and R with zero stress is used. When the intersection with the criteria is A, the risk of breakage can be quantified as OR / OA.

しかる後、破断危険率をコンター表示し(ステップS11)、破断の危険性を判断する。具体的な実施として、50mm×50mmのハット断面形状のチャンネル部材の中央を直径30mmの円形に切り欠いたものを衝突解析に供した。材料は1.4mm厚の980MPa級高強度鋼板で、部材長さ900mmの解析モデルを曲げスパン700mmの支持へ取り付け、質量500kgの平底負荷子(幅50mm、R5mm)を初速27km/hにて衝突させた。その結果を図13に示す。変形が進展すると共に半円に切り欠いたノッチ底の穴縁に応力が集中し、衝突から9.6ms後の破断クライテリアに達した。 After that, the fracture risk rate is contoured (step S11), and the fracture risk is determined. As a specific implementation, a channel member having a cross-sectional shape of a hat having a size of 50 mm × 50 mm was cut out in a circular shape having a diameter of 30 mm and subjected to collision analysis. The material is a 1.4 mm thick 980 MPa class high-strength steel plate, an analysis model with a member length of 900 mm is attached to a support with a bending span of 700 mm, and a flat-bottom loader (width 50 mm, R5 mm) with a mass of 500 kg collides at an initial speed of 27 km / h. I let you. The result is shown in FIG. As the deformation progressed, stress concentrated on the hole edge at the bottom of the notch cut out in a semicircle, reaching the rupture criteria 9.6 ms after the collision.

以上説明したように、本実施形態によれば、2つ以上の異なった頂角を有する円錐穴広げ試験の穴広げ率から板端部からの歪み勾配の影響と打抜き状態を考慮したエッジ部の破断クライテリアを推定することができ、これを成形や衝突解析に適用することでエッジ部の破断の危険性を定量評価することができる。これにより、高強度鋼板適用時のひとつであるエッジ部の破断を未然に回避し、材料・工法・構造を同時に考慮した自動車車体の効率的・高精度な開発が実現される。 As described above, according to the present embodiment, the influence of the strain gradient from the plate edge and the punching state are taken into consideration from the hole expansion rate of the conical hole expansion test having two or more different apex angles. The fracture criteria can be estimated, and by applying this to molding and collision analysis, the risk of fracture of the edge portion can be quantitatively evaluated. As a result, it is possible to avoid breakage of the edge portion, which is one of the applications of high-strength steel sheets, and to realize efficient and highly accurate development of an automobile body in consideration of materials, construction methods, and structures at the same time.

(その他の実施形態)
上述した本実施形態による成形性予測評価方法の各ステップ(図12のステップS1〜S11等)は、コンピュータのRAMやROM等に記録されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本実施形態に含まれる。
(Other embodiments)
Each step of the moldability prediction evaluation method according to the above-described embodiment (steps S1 to S11 in FIG. 12 and the like) can be realized by operating a program recorded in the RAM, ROM, or the like of the computer. This program and a computer-readable recording medium on which the program is recorded are included in this embodiment.

具体的に、上記のプログラムは、例えばCD−ROMのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。上記のプログラムを記録する記録媒体としては、CD−ROM以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、上記のプログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワークシステムにおける通信媒体を用いることができる。ここで、コンピュータネットワークとは、LAN、インターネットの等のWAN、無線通信ネットワーク等であり、通信媒体とは、光ファイバ等の有線回線や無線回線等である。 Specifically, the above program is recorded on a recording medium such as a CD-ROM, or provided to a computer via various transmission media. As a recording medium for recording the above program, a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a non-volatile memory card, or the like can be used in addition to the CD-ROM. On the other hand, as the transmission medium of the above program, a communication medium in a computer network system for propagating and supplying program information as a carrier wave can be used. Here, the computer network is a WAN such as a LAN or the Internet, a wireless communication network, or the like, and the communication medium is a wired line such as an optical fiber, a wireless line, or the like.

また、本実施形態に含まれるプログラムとしては、供給されたプログラムをコンピュータが実行することにより本実施形態の機能が実現されるようなもののみではない。例えば、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本実施形態に含まれる。また、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて本実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本実施形態に含まれる。 Further, the programs included in the present embodiment are not limited to those in which the functions of the present embodiment are realized by the computer executing the supplied program. For example, such a program is also included in the present embodiment when the function of the present embodiment is realized in collaboration with an OS (operating system) running on a computer or other application software. Further, such a program is also included in the present embodiment when all or a part of the processing of the supplied program is performed by the function expansion board or the function expansion unit of the computer to realize the functions of the present embodiment.

例えば、図14は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図14において、1200はCPU1201を備えたパーソナルコンピュータ(PC)である。PC1200は、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶された、又はフレキシブルディスクドライブ(FD)1212より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行する。このPC1200は、システムバス1204に接続される各デバイスを総括的に制御する。 For example, FIG. 14 is a schematic diagram showing an internal configuration of a personal user terminal device. In FIG. 14, 1200 is a personal computer (PC) equipped with a CPU 1201. The PC 1200 executes device control software stored in the ROM 1202 or the hard disk (HD) 1211 or supplied by the flexible disk drive (FD) 1212. The PC 1200 comprehensively controls each device connected to the system bus 1204.

PC1200のCPU1201、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶されたプログラムにより、例えば本実施形態の図12におけるステップS1〜S11の手順等が実現される。 The program stored in the CPU 1201, ROM 1202 or the hard disk (HD) 1211 of the PC 1200 realizes, for example, the procedures of steps S1 to S11 in FIG. 12 of the present embodiment.

1203はRAMであり、CPU1201の主メモリ、ワークエリア等として機能する。1205はキーボードコントローラ(KBC)であり、キーボード(KB)1209や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。 The 1203 is a RAM, and functions as a main memory, a work area, and the like of the CPU 1201. Reference numeral 1205 is a keyboard controller (KBC), which controls instruction input from a keyboard (KB) 1209, a device (not shown), or the like.

1206はCRTコントローラ(CRTC)であり、CRTディスプレイ(CRT)1210の表示を制御する。1207はディスクコントローラ(DKC)である。DKC1207は、ブートプログラム、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク(HD)1211、及びフレキシブルディスク(FD)1212とのアクセスを制御する。ここで、ブートプログラムとは、パソコンのハードやソフトの実行(動作)を開始する起動プログラムである。 Reference numeral 1206 is a CRT controller (CRTC), which controls the display of the CRT display (CRT) 1210. 1207 is a disk controller (DKC). The DKC1207 controls access to a hard disk (HD) 1211 and a flexible disk (FD) 1212 that store a boot program, a plurality of applications, edit files, user files, network management programs, and the like. Here, the boot program is a boot program that starts the execution (operation) of the hardware and software of the personal computer.

1208はネットワーク・インターフェースカード(NIC)であり、LAN1220を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、或いは他のPCと双方向のデータのやり取りを行う。
なお、パーソナルユーザ端末装置を用いる代わりに、エッジ部破断予測方法に特化された所定の計算機等を用いても良い。
Reference numeral 1208 is a network interface card (NIC), which exchanges bidirectional data with a network printer, another network device, or another PC via LAN1220.
Instead of using the personal user terminal device, a predetermined calculator or the like specialized in the edge fracture prediction method may be used.

Claims (19)

自動車車体部品の衝突変形過程における材料のエッジ部の破断を評価する方法であって、
穴広げ試験から得られる2つ以上の異なる穴広げ率をコンピュータに入力する第1のステップと、
前記コンピュータは、前記2つ以上の異なる前記穴広げ率のデータから、前記2つ以上の異なる破断限界応力及び前記2つ以上の異なる半径方向の応力勾配を計算する第2のステップと、
前記コンピュータは、前記2つ以上の破断限界応力と前記2つ以上の応力勾配との関係から破断クライテリアを計算し、有限要素法による数値解析から得られる最大主応力と隣接する要素間における応力勾配とが前記破断クライテリアに達したときに破断したと評価する第3のステップと
を含み、
前記第1のステップ〜前記第3のステップを一連の工程として実行して得られた解析結果に基づいて、前記コンピュータは、前記材料の成形性を評価することを特徴とするエッジ部破断予測方法。
This is a method for evaluating the breakage of the edge of the material during the collision deformation process of automobile body parts.
The first step of inputting two or more different hole expansion rates obtained from the hole expansion test into the computer ,
The computer has a second step of calculating the two or more different breaking limit stresses and the two or more different radial stress gradients from the two or more different hole expansion ratio data.
The computer calculates the fracture criteria from the relationship between the two or more fracture limit stresses and the two or more stress gradients, and the maximum principal stress obtained from the numerical analysis by the finite element method and the stress gradient between adjacent elements. Includes a third step of assessing a fracture when and reaches the fracture criteria.
An edge fracture prediction method, characterized in that the computer evaluates the moldability of the material based on the analysis results obtained by executing the first step to the third step as a series of steps. ..
前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験から得られる夫々の前記穴広げ率を前記コンピュータに入力することを特徴とする請求項1に記載のエッジ部破断予測方法。 The edge fracture prediction according to claim 1, wherein in the first step, the respective hole expansion rates obtained from the two or more different apex angle conical hole expansion tests are input to the computer. Method. 前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を前記コンピュータに入力することを特徴とする請求項1に記載のエッジ部破断予測方法。 In the first step, inputting the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a single-shaped apex angle conical tool using the materials having the two or more different initial hole diameters to the computer. The edge fracture prediction method according to claim 1. 前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円筒工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を前記コンピュータに入力することを特徴とする請求項1に記載のエッジ部破断予測方法。 In the first step, inputting the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a cylindrical tool having a single shape with an apex angle using the materials having the two or more different initial hole diameters into the computer. The edge fracture prediction method according to claim 1. 前記コンピュータは、前記第2のステップにおいて、実験から測定した歪み空間で表記した周方向歪み分布εθ及び半径方向歪み分布εr、或いは理論的に推定した歪み分布を応力空間に変換することにより、周方向応力分布σθ及び半径方向応力分布σrを算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 In the second step, the computer converts the circumferential strain distribution ε θ and the radial strain distribution ε r expressed in the strain space measured from the experiment, or the theoretically estimated strain distribution into the stress space. The edge fracture prediction method according to any one of claims 1 to 4, wherein the circumferential stress distribution σ θ and the radial stress distribution σ r are calculated. 前記コンピュータが前記応力勾配であるdσθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 According to any one of claims 1 to 5, the element size used in the analysis of the finite element method is set to the reference length dr when the computer calculates the stress gradient dσ θ / dr. The described method for predicting edge breakage. 前記コンピュータは、前記2つ以上の破断限界応力と前記2つ以上の応力勾配とから破断クライテリアσcr=f(dσθ/dr)を計算し、有限要素法による数値解析から隣接する要素間における前記応力勾配であるds11/dr及び前記最大主応力であるσ11を求め、前記応力勾配であるds11/dr及び前記最大主応力であるσ11が破断クライテリアに達しているか否かの指標としてσ11/σcrを計算し、その結果をコンター表示することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 The computer calculates the breaking criterion σ cr = f (dσ θ / dr) from the two or more breaking limit stresses and the two or more stress gradients, and from numerical analysis by the finite element method between adjacent elements. The stress gradient ds 11 / dr and the maximum principal stress σ 11 are obtained, and an index of whether or not the stress gradient ds 11 / dr and the maximum principal stress σ 11 reach the fracture criteria. The edge fracture prediction method according to any one of claims 1 to 6, wherein σ 11 / σ cr is calculated as sigma, and the result is contour-displayed. 数値解析の手段として有限要素法のうちの動的用解法を用いる場合に、前記コンピュータは、数値解析から得られる塑性歪みを応力に変換したものを用いて、前記破断クライテリアと比較することを特徴とする請求項1〜4,7のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 When the dynamic solution method of the finite element method is used as a means of numerical analysis, the computer is characterized in that the plastic strain obtained from the numerical analysis is converted into stress and compared with the fracture criteria. The edge fracture prediction method according to any one of claims 1 to 4 and 7. 前記材料の変形応力の速度依存性を考慮した数値解析を用いて破断を評価する場合に、前記コンピュータは、数値解析から得られる塑性歪みを変換して基準歪み速度における応力を求め、基準歪み速度における前記破断クライテリアと比較することを特徴とする請求項1〜4,7,8のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測方法。 When evaluating fracture using a numerical analysis considering the rate dependence of the deformation stress of the material, the computer converts the plastic strain obtained from the numerical analysis to obtain the stress at the reference strain rate, and obtains the stress at the reference strain rate. The edge fracture prediction method according to any one of claims 1 to 4, 7, and 8, characterized in that the fracture criteria are compared with the fracture criteria in the above. 自動車車体部品の衝突変形過程における材料のエッジ部の破断を評価するためのプログラムであって、
穴広げ試験から得られる2つ以上の異なる穴広げ率を入力する第1のステップと、
前記2つ以上の異なる前記穴広げ率のデータから、前記2つ以上の異なる破断限界応力及び前記2つ以上の異なる半径方向の応力勾配を計算する第2のステップと、
前記2つ以上の破断限界応力と前記2つ以上の応力勾配との関係から破断クライテリアを計算し、有限要素法による数値解析から得られる最大主応力と隣接する要素間における応力勾配とが前記破断クライテリアに達したときに破断したと評価する第3のステップと
を含み、
前記第1のステップ〜前記第3のステップを一連の工程として実行して得られた解析結果に基づいて、前記材料の成形性を評価することを特徴とするエッジ部破断予測プログラム。
It is a program for evaluating the fracture of the edge part of the material in the process of collision deformation of automobile body parts.
The first step of entering two or more different drilling rates obtained from the drilling test,
A second step of calculating the two or more different breaking limit stresses and the two or more different radial stress gradients from the two or more different hole expansion rate data.
The fracture criterion is calculated from the relationship between the two or more fracture limit stresses and the two or more stress gradients, and the maximum principal stress obtained from the numerical analysis by the finite element method and the stress gradient between adjacent elements are the fractures. Including a third step of assessing a rupture when the criteria are reached, including
An edge fracture prediction program for evaluating the formability of the material based on the analysis results obtained by executing the first step to the third step as a series of steps.
前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる頂角の円錐穴広げ試験から得られる夫々の前記穴広げ率を入力することを特徴とする請求項10に記載のエッジ部破断予測プログラム。 The edge fracture prediction program according to claim 10, wherein in the first step, the respective hole expansion rates obtained from the two or more different apex angle conical hole expansion tests are input. 前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円錐工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を入力することを特徴とする請求項10に記載のエッジ部破断予測プログラム。 The first step is characterized in that the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a single-shaped apex angle conical tool using the materials having the two or more different initial hole diameters is input. The edge fracture prediction program according to claim 10. 前記第1のステップにおいて、前記2つ以上の異なる初期穴径の前記材料を用いた単一形状の頂角の円筒工具による穴広げ試験から得られる前記穴広げ率を入力することを特徴とする請求項10に記載のエッジ部破断予測プログラム。 In the first step, the hole expansion rate obtained from a hole expansion test using a cylindrical tool having a single shape and an apex angle using the materials having the two or more different initial hole diameters is input. The edge fracture prediction program according to claim 10. 前記第2のステップにおいて、実験から測定した歪み空間で表記した周方向歪み分布εθ及び半径方向歪み分布εr、或いは理論的に推定した歪み分布を応力空間に変換することにより、周方向応力分布σθ及び半径方向応力分布σrを算出することを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 In the second step, the circumferential stress is converted into the stress space by converting the circumferential strain distribution ε θ and the radial strain distribution ε r expressed in the strain space measured from the experiment, or the theoretically estimated strain distribution into the stress space. The edge fracture prediction program according to any one of claims 10 to 13, wherein the distribution σ θ and the radial stress distribution σ r are calculated. 前記応力勾配であるdσθ/drを計算する際に、有限要素法の解析に用いる要素サイズを基準長さdrとすることを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 The edge according to any one of claims 10 to 14, wherein the element size used in the analysis of the finite element method is a reference length dr when calculating the stress gradient dσ θ / dr. Part breakage prediction program. 前記2つ以上の破断限界応力と前記2つ以上の応力勾配とから破断クライテリアσcr=f(dσθ/dr)を計算し、有限要素法による数値解析から隣接する要素間における前記応力勾配であるds11/dr及び前記最大主応力であるσ11を求め、前記応力勾配であるds11/dr及び前記最大主応力であるσ11が破断クライテリアに達しているか否かの指標としてσ11/σcrを計算し、その結果をコンター表示することを特徴とする請求項10〜15のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 The fracture criterion σ cr = f (dσ θ / dr) is calculated from the two or more breaking limit stresses and the two or more stress gradients, and the stress gradient between adjacent elements is calculated from the numerical analysis by the finite element method. A certain ds 11 / dr and the maximum principal stress σ 11 are obtained, and σ 11 / is used as an index of whether or not the stress gradient ds 11 / dr and the maximum principal stress σ 11 reach the fracture criteria. The edge break prediction program according to any one of claims 10 to 15, wherein σ cr is calculated and the result is contour-displayed. 数値解析の手段として有限要素法のうちの動的用解法を用いる場合に、数値解析から得られる塑性歪みを応力に変換したものを用いて、前記破断クライテリアと比較することを特徴とする請求項10〜13,16のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 A claim characterized in that when the dynamic solution method of the finite element method is used as a means of numerical analysis, the plastic strain obtained from the numerical analysis is converted into stress and compared with the fracture criteria. The edge fracture prediction program according to any one of 10 to 13 and 16. 前記材料の変形応力の速度依存性を考慮した数値解析を用いて破断を評価する場合に、数値解析から得られる塑性歪みを変換して基準歪み速度における応力を求め、基準歪み速度における前記破断クライテリアと比較することを特徴とする請求項10〜13,16,17のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラム。 When evaluating fracture using a numerical analysis considering the velocity dependence of the deformation stress of the material, the plastic strain obtained from the numerical analysis is converted to obtain the stress at the reference strain rate, and the fracture criteria at the reference strain rate is obtained. The edge fracture prediction program according to any one of claims 10 to 13, 16 and 17, characterized in that 請求項10〜18のいずれか1項に記載のエッジ部破断予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium comprising recording the edge fracture prediction program according to any one of claims 10 to 18.
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