JPH10320432A - Method and system for plasticity analysis using finite element method, and recording medium where plasticity analyzing program using finite element method is recorded - Google Patents

Method and system for plasticity analysis using finite element method, and recording medium where plasticity analyzing program using finite element method is recorded

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JPH10320432A
JPH10320432A JP9127262A JP12726297A JPH10320432A JP H10320432 A JPH10320432 A JP H10320432A JP 9127262 A JP9127262 A JP 9127262A JP 12726297 A JP12726297 A JP 12726297A JP H10320432 A JPH10320432 A JP H10320432A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out an analysis of the plasticity of a structure using the finite element method in a short time without repetitive calculation or complicated calculation. SOLUTION: Data on the correlation between stress σ and strain ε is taken in from a stress-strain curve (S5). The elastic limit load FA in an elastic deformation area is calculated from the correlation data (S8), the elastic modulus EB in a plastic deformation area up to a maximum load Fa is approximated with a straight line according to the correlation data (S11), and further respective elements are sorted into an element group A which exceeds strain εA where plastic deformation starts when the maximum load Ff is placed and another element group B are sorted (S9). Those results are used to carry out linear analyses (S14, S15) of the elastic deformation area and plastic deformation area by using the finite element method, and the analytic results of the both are added together (S16).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ある構造物が熱や
荷重などの負荷により変形することによって発生する応
力や歪みを有限要素法解析を用いて効率的に求めるため
の塑性解析方法およびシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasticity analysis method and system for efficiently obtaining the stress and strain generated when a certain structure is deformed by a load such as heat or load using a finite element analysis. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】有限要素法(FEM)は、熱や荷重など
の負荷により変形する構造物(解析対象物)を多数の小
さな領域(要素)に分割して、各要素についての力と変
位の関係を有限な値を持つ関数で区分的に解を近似し、
全体の変形や歪み分布,応力分布を数値計算によって求
める方法である。この有限要素法は形状,寸法,材料定
数や拘東条件.負荷条件などの入力パラメータを変更す
ることにより、様々な条件下における構造物の変形や応
力.歪みを求めることができるため、強度設計の分野な
どに広く用いられている(例えば特開平6−18027
1号公報や特開平8−339396号公報)。
2. Description of the Related Art The finite element method (FEM) divides a structure (analysis object) that is deformed by a load such as heat or load into a number of small areas (elements), and determines the force and displacement of each element. Approximate the solution piecewise by a function with finite values,
This is a method of calculating the overall deformation, strain distribution, and stress distribution by numerical calculation. This finite element method is based on the shape, dimensions, material constants and detention conditions. By changing the input parameters such as the load conditions, the deformation and stress of the structure under various conditions. Since distortion can be obtained, it is widely used in the field of strength design and the like (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-18027).
No. 1, JP-A-8-339396).

【0003】また、熱や荷重などの負荷が増大するとと
もに次第に変形量が大きくなるいわゆる塑性変形を生じ
る場合についても種々の適用方法が提案され、塑性解析
と呼ばれている。なお、塑性変形は必ず弾性変形を伴う
ところから弾塑性解析とも呼ばれる。
[0003] Also, in the case where so-called plastic deformation in which the amount of deformation such as heat or load increases and the amount of deformation gradually increases, various application methods have been proposed, which is called plastic analysis. It should be noted that plastic deformation is always called elasto-plastic analysis because it always involves elastic deformation.

【0004】一般に、塑性解析には材料の変形特性を示
す応力−歪み曲線が必要である。歪みεと応力σ、また
は変形と負荷Fが比例する弾性変形(線形)領域では、
応力と歪みの比である弾性率Eは一定であるが、塑性変
形領域では負荷の増大とともに弾性率が刻々と変化す
る。このため、応力−歪み曲線を何らかの方法で直線近
似してから線形解析を行う必要がある。線形解析とは1
回の数値計算の途中で材料定数を変更しない解析のこと
である。
In general, a plastic analysis requires a stress-strain curve indicating the deformation characteristics of a material. In the elastic deformation (linear) region where strain ε and stress σ or deformation and load F are proportional,
The elastic modulus E, which is the ratio of stress to strain, is constant, but in the plastic deformation region, the elastic modulus changes every moment as the load increases. Therefore, it is necessary to perform linear analysis after linearly approximating the stress-strain curve by some method. What is linear analysis 1
This is an analysis that does not change the material constant during the numerical calculations.

【0005】従来の塑性解析では、負荷が0の状態から
求めたい負荷条件(最終負荷)までを幾つかに等分割し
て複数の負荷ステップを設定し、これら負荷ステップご
とに弾性率を算出して線形解析を繰り返す方法が広く行
われてきた。
In the conventional plastic analysis, a plurality of load steps are set by equally dividing a load condition from a zero load to a load condition to be obtained (final load), and an elastic modulus is calculated for each of these load steps. It has been widely practiced to repeat the linear analysis.

【0006】図8は、負荷として荷重を与えた場合の、
従来の塑性解析方法の一例を説明するための図である。
FIG. 8 shows a case where a load is applied as a load.
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of a conventional plastic analysis method.

【0007】この例では最終負荷までを6つの負荷ステ
ップに分けており、材料の応力−歪み曲線を基に、各負
荷ステップにおける応力と歪みの座標(σ1,ε1)、
(σ2,ε2)、…、(σf,εf)を材料定数として
事前に与えておく。
In this example, up to the final load is divided into six load steps. Based on the stress-strain curve of the material, the coordinates (σ1, ε1) of stress and strain at each load step,
(Σ2, ε2),..., (Σf, εf) are given as material constants in advance.

【0008】負荷ステップごとの弾性率E1、E2、
…、Efは、例えば次式のように算出される。 E1=σ1/ε1、 E2=(σ2−σ1)/(ε2−ε1)、…、 Ef=(σf−σ5)/(εf−ε5) 負荷ステップごとの弾性率E1、E2、…、Efが算出
されたら、まず、第1負荷ステップにおける弾性率E1
を用いて線形解折を行い、応力や歪みの増分を算出す
る。次に、第2負荷ステップにおける弾性率E2の条件
で線形解析を行い、得られた応力や歪みの増分はそれま
での応力と歪みの値に加算する。線形解析は、有限要素
法による汎用解析ソフトウェアを利用して行う。
[0008] The elastic moduli E1, E2,
.., Ef are calculated, for example, as in the following equation. E1 = σ1 / ε1, E2 = (σ2−σ1) / (ε2−ε1),..., Ef = (σf−σ5) / (εf−ε5) The elastic modulus E1, E2,. Then, first, the elastic modulus E1 in the first load step is set.
Is used to perform a linear analysis to calculate the increment of stress and strain. Next, a linear analysis is performed under the condition of the elastic modulus E2 in the second load step, and the obtained increments of the stress and strain are added to the values of the stress and strain up to that time. The linear analysis is performed using general-purpose analysis software based on the finite element method.

【0009】負荷が大きい場合、構造物の位置(要素)
によっては歪みが塑性変形領域に達している場合もあ
り、その要素は弾性変形領域である要素に比べて弾性率
が小さい。このため、弾性率Eは上式のような方法で各
要素ごとに算出する。
When the load is large, the position (element) of the structure
In some cases, the strain reaches the plastic deformation region, and the element has a smaller elastic modulus than the element that is the elastic deformation region. For this reason, the elastic modulus E is calculated for each element by a method as in the above equation.

【0010】このようにして、負荷ステップが最終負荷
に達するまで同様の操作を繰り返して、最終的に塑性変
形後の応力や歪みが得られる。
In this way, the same operation is repeated until the load step reaches the final load, and finally the stress and strain after plastic deformation are obtained.

【0011】この手順を、図9のフローチャートを参照
して詳しく説明する。図9は従来の塑性解析方法の手順
を示すフローチャートである。
This procedure will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of a conventional plastic analysis method.

【0012】まず、熱や荷重などの負荷により変形する
ことによって発生する応力や歪みを求めるための解折用
モデルを作成する。この作業は、解析対象とする構造物
の形状、寸法、材料定数などに基づいて利用者自身が行
う。通常は、繰り返し計算による負担を軽減するため、
平面応力要素や平面歪み要素、シェル要素等による二次
元モデルを作成する。
First, a folding model for obtaining stress and strain generated by deformation due to a load such as heat or load is created. This operation is performed by the user himself based on the shape, dimensions, material constants, and the like of the structure to be analyzed. Usually, to reduce the burden of repeated calculations,
Create a two-dimensional model using plane stress elements, plane strain elements, shell elements, etc.

【0013】次に、材料の応力−歪み曲線を基に、応力
と歪みのデータ(σ,ε)を材料定数として入力する
(S51)。この入力作業も利用者自身が行う。
Next, stress and strain data (σ, ε) are input as material constants based on the stress-strain curve of the material (S51). This input operation is also performed by the user himself.

【0014】次に、作成した解析用モデルに対し、荷重
や温度などの負荷条件の一部を第1負荷ステップとして
与えて(S52)、すべての要素について弾性率Eを算
出する(S53)。要素によっては塑性変形領域にあ
り、弾性率が小さくなる場合もある。
Next, a part of the load condition such as load and temperature is given as a first load step to the created analysis model (S52), and the elastic modulus E is calculated for all the elements (S53). Some elements are in the plastic deformation region and the elastic modulus may be small.

【0015】以上の条件で線形解析を行い(S54)、
各要素について応力や歪みの増分を算出する。(S5
5)。第1負荷ステップでは、これらの値を格納し、第
2負荷ステツプ以降では、得られた応力や歪みの増分は
それまで格納された各要素の応力と歪みの値に加算して
格納する(S56)。この線形解析は、有限要素法によ
る汎用解析ソフトウェアを利用者自身が直接操作するこ
とで実施する。
A linear analysis is performed under the above conditions (S54).
Calculate the increment of stress and strain for each element. (S5
5). In the first load step, these values are stored, and after the second load step, the obtained increments of stress and strain are added to the values of stress and strain of each element stored so far and stored (S56). ). The linear analysis is performed by directly operating general-purpose analysis software based on the finite element method.

【0016】次に、負荷条件が最終負荷に達しているか
どうか判断し(S57)、達していなければ、負荷ステ
ップを増加して(S58)次の負荷ステップでの負荷条
件を与え、各要素の弾性率を算出して線形解析を行う。
得られた応力や歪みの増分は、それまで格納された各要
素の応力と歪みの値に加算する。
Next, it is determined whether the load condition has reached the final load (S57). If not, the load step is increased (S58), and the load condition at the next load step is given, and The elastic modulus is calculated and a linear analysis is performed.
The obtained stress and strain increments are added to the stress and strain values of each element stored so far.

【0017】以下、同様にして負荷ステップが最終負荷
に達するまでこの操作を繰り返し、負荷ステップが最終
負荷に達した時点で、その時の各要素ごとの応力や歪み
を求める(S59)。
In the same manner, this operation is repeated until the load step reaches the final load. When the load step reaches the final load, the stress and strain of each element at that time are obtained (S59).

【0018】また、解析結果をグラフ化する場合には、
利用者自身が解析結果を集計し、別途のグラフ作成ツー
ルを使用してグラフを作成する。
When graphing the analysis result,
The user himself / herself aggregates the analysis results and creates a graph using a separate graph creation tool.

【0019】このように従来は、負荷を少しずつ与えて
各要素の弾性率を算出して、繰り返し解析する方法が採
られてきた。
As described above, conventionally, a method has been adopted in which a load is applied little by little to calculate the elastic modulus of each element, and the analysis is repeated.

【0020】また、従来の塑性解析方法としては、上述
した方法の他に、応力−歪み曲線を二つの直線で近似す
る方法もある。例えば、塑性材料特有の加工硬化などを
無視して、ある歪み以上の変形では応力が増加しないと
する弾完全塑性近似法や、特開昭58−162838号
公報に開示されたように、加工硬化やバウシンガ効果を
考慮して二直線近似する方法がある。
As a conventional plastic analysis method, there is a method of approximating a stress-strain curve with two straight lines in addition to the above-described method. For example, ignoring work hardening and the like peculiar to plastic materials, an elastic perfect plastic approximation method in which stress does not increase at a deformation exceeding a certain strain, or work hardening as disclosed in JP-A-58-162838. There is a method of performing two-line approximation in consideration of the Bauschinger effect.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の塑性解析方法では、下記のような問題点
があった。
However, the conventional plastic analysis method as described above has the following problems.

【0022】負荷を少しずつ増加させて繰り返し計算を
行う方法は、結果が得られるまでに長い時間を要する。
また繰り返し計算が増えることによって、解析途中に発
生するファイルが膨大なものとなる。さらに負荷ステッ
プの設定は、ステップが粗いと解析精度が極端に低下
し、細かいと最終結果が得られるまでに多大な時間を要
するなど、解析の準備が煩雑で時間と熟練が必要であ
る。例えば、図8の応力−歪み曲線の場合、最終負荷ま
で6ステップの線形解析で近似しているが、塑性変形領
域に関する負荷ステップは最後の2つであり、これで
は、繰り返し解折を行つた割には解析精度が低い。
The method of repeatedly performing the calculation while increasing the load little by little takes a long time until a result is obtained.
In addition, the number of files generated during the analysis becomes enormous as the number of repetitive calculations increases. Further, the setting of the load step requires a long time and skill because preparation of the analysis is complicated, for example, when the step is coarse, the analysis accuracy is extremely reduced, and when the step is fine, a long time is required until a final result is obtained. For example, in the case of the stress-strain curve of FIG. 8, approximation is performed by six steps of linear analysis up to the final load, but the load steps relating to the plastic deformation region are the last two steps. The analysis accuracy is relatively low.

【0023】また二直線近似する方法でも、連立3元1
次方程式や連立6元1次方程式を解くことになり計算が
煩雑である。特に、塑性変形は解析対象構造物の一部の
領域にしか生じないにもかかわらず、塑性変形しない領
域の要素まで合めてすべての要素について弾性率を計算
するため、計算量が膨大となり、その分時間がかかるこ
とになる。例えば図8に示した場合では、E1=E2=
E3=E4であり、4回の負荷ステップの繰り返し解析
を行うまでもなくすべての要素について弾性率は、弾性
変形領域の弾性率E1である。このように、計算の結
果、多くの要素では弾性変形領域の弾性率で済むなど、
結果的に無駄な計算が多い。
In the method of two-line approximation, the simultaneous ternary 1
Solving the following equations and simultaneous 6-element linear equations requires complicated calculations. In particular, although plastic deformation occurs only in some areas of the structure to be analyzed, since the elastic modulus is calculated for all elements including elements in the area where plastic deformation does not occur, the amount of calculation becomes enormous, That takes time. For example, in the case shown in FIG. 8, E1 = E2 =
E3 = E4, and the elastic modulus of all the elements is the elastic modulus E1 of the elastic deformation region without performing the repetitive analysis of the four load steps. Thus, as a result of the calculation, for many elements, the elastic modulus of the elastic deformation region is sufficient.
As a result, there are many useless calculations.

【0024】また、現実は三次元である拘束条件や荷重
条件を二次元モデルでは正確に表現することができない
が、計算量を軽減するために二次元モデルを使わざるを
得ない。さらに、有限要素法による汎用解析ソフトウェ
アを利用者が直接操作する必要があるため、使用するソ
フトウェア固有のコマンドなど解析には専門知識が必要
である。
Further, in reality, a three-dimensional constraint condition or load condition cannot be accurately represented by a two-dimensional model, but a two-dimensional model must be used to reduce the amount of calculation. Furthermore, since it is necessary for the user to directly operate general-purpose analysis software based on the finite element method, specialized knowledge is required for analysis such as commands specific to the software to be used.

【0025】一方、塑性解析に欠かせない応力、歪みの
相関関係のデータは、利用者が応力―歪み曲線から読み
取った上で入力したり、あるいは、材料の変形位置に歪
ゲージを張り付ける等して変形量を直接測定する必要が
あるため、解析の準備に手間がかかる。
On the other hand, data on the correlation between stress and strain, which are indispensable for plastic analysis, are input by the user after reading from a stress-strain curve, or a strain gauge is attached to a deformed position of a material. Since it is necessary to directly measure the deformation amount, it takes time to prepare for analysis.

【0026】また、解析用モデルの作成に関する支援機
能が無いため、解析用モデルの作成に多くの時間と労力
がかかる。特に半導体パッケージのリードフレームにつ
いて塑性解析を行う際、リードの本数を変えた幾つかの
三次元解析モデルを作成する等の場合には多大な時間と
労力がかかる。
Further, since there is no support function for creating an analysis model, it takes much time and effort to create an analysis model. In particular, when performing plastic analysis on a lead frame of a semiconductor package, it takes a lot of time and effort to create several three-dimensional analysis models with different numbers of leads.

【0027】さらに、解析結果のグラフ化に関する支援
機能が無いため、解析結果を集計し必要なグラフを作成
する手間が必要である。
Further, since there is no support function for graphing the analysis results, it is necessary to troubleshoot the analysis results and create a necessary graph.

【0028】そこで本発明は、繰り返し計算や煩雑な計
算をすることなく、短時間で解析処理を実行できる塑性
解析方法およびシステム、さらには有限要素法を用いた
塑性解析プログラムを記録した記録媒体を提供すること
を主な目的とする。また本発明は、有限要素法による解
析の準備に要する手間を軽減することを第2の目的と
し、さらに、解析結果のグラフ化の手間を軽減すること
を第3の目的とする。
Therefore, the present invention provides a plastic analysis method and system capable of executing an analysis process in a short time without performing repetitive calculations or complicated calculations, and a recording medium storing a plastic analysis program using a finite element method. The main purpose is to provide. A second object of the present invention is to reduce the labor required for preparing for analysis by the finite element method, and further to reduce the labor of graphing the analysis result.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の塑性解析方法は、構造物を複数の要素に分割し
たモデルを作成し、該モデルに対して有限要素法を用い
て前記構造物に負荷が作用することにより発生する応力
や歪みを求める塑性解析方法であって、解析対象となる
構造物の材料の破断試験結果である応力−歪み曲線か
ら、塑性変形が始まる応力および歪みを求めるステップ
と、求めたい最終負荷の条件で前記モデルに対して有限
要素法を用いて線形解析を行い、最大歪み、該最大歪み
となる要素および最大応力を求めるとともに、前記モデ
ルの各要素を、塑性変形が始まる歪みを超える第1の要
素群と残りの第2の要素群とに分け、さらに、前記最大
歪みとなる要素の歪みが前記塑性変形が始まる歪みにな
るときの弾性限負荷を求めるステップと、前記塑性変形
が始まる応力および歪みから弾性変形領域での弾性率で
ある第1の弾性率を求め、前記最大応力および最大歪み
と前記塑性変形が始まる応力および歪みから塑性変形領
域を直線で近似した第2の弾性率を求めるステップと、
前記弾性変形領域について、前記弾性限負荷および前記
第1の弾性率を条件として有限要素法を用いて線形解析
するステップと、前記塑性変形領域について、負荷条件
を前記最終負荷と前記弾性限負荷との差とし、かつ、弾
性率条件を、前記第1の要素群については前記第2の弾
性率、前記第2の要素群については前記第1の弾性率と
して、有限要素法を用いて線形解析するステップと、前
記モデルの全ての要素について、前記弾性変形領域の線
形解析結果と前記塑性変形領域の線形解析結果とを足し
合わせるステップとを有する。
In order to achieve the above object, a plastic analysis method according to the present invention comprises the steps of: creating a model obtained by dividing a structure into a plurality of elements; This is a plastic analysis method for determining the stress and strain generated when a load acts on an object.From the stress-strain curve, which is the result of a fracture test of the material of the structure to be analyzed, the stress and strain at which plastic deformation starts are calculated. The step of obtaining and performing a linear analysis on the model using the finite element method under the condition of the final load to be obtained, the maximum strain, the element and the maximum stress that become the maximum strain, and each element of the model, A first element group that exceeds the strain at which plastic deformation starts, and a remaining second element group, and further, an elastic limit load when the strain of the element having the maximum strain becomes the strain at which the plastic deformation starts. Obtaining a first elastic modulus that is an elastic modulus in an elastic deformation region from the stress and strain at which the plastic deformation starts, and calculating the plastic deformation region from the maximum stress and the maximum strain and the stress and strain at which the plastic deformation starts. Obtaining a second elastic modulus approximated by a straight line;
For the elastic deformation region, a step of performing a linear analysis using a finite element method under the condition of the elastic limit load and the first elastic modulus, and, for the plastic deformation region, changing the load condition to the final load and the elastic limit load. And the elastic modulus condition is defined as the second elastic modulus for the first element group and the first elastic modulus for the second element group, using a finite element method for linear analysis. And adding a linear analysis result of the elastic deformation region and a linear analysis result of the plastic deformation region for all the elements of the model.

【0030】また、前記応力−歪み曲線を画像データと
して読み込み、該画像データから前記塑性変形が始まる
応力および歪みを求めるものや、有限要素法を用いて解
析する際の代表的な複数種類のモデルを格納したモデル
ファイルと、代表的な複数種類の材料についての材料定
数および材料強度を含む材料データを格納した材料ファ
イルとを予め用意しておき、前記モデルファイルおよび
材料ファイルの中から前記構造物に対応するモデルおよ
び材料データを選択し、選択されたモデルおよび材料デ
ータにより有限要素法解析のための解析用モデルを生成
するものであってもよい。
Further, the stress-strain curve is read as image data, and the stress and strain at which the plastic deformation starts are obtained from the image data, and a plurality of typical models for analysis using the finite element method. Is prepared in advance, and a material file storing material data including material constants and material strengths for a plurality of typical types of materials is prepared in advance, and the structure is selected from the model file and the material file. May be selected to generate an analysis model for the finite element analysis based on the selected model and material data.

【0031】本発明の塑性解析システムは、構造物を複
数の要素に分割したモデルを作成し、該モデルに対して
有限要素法を用いて前記構造物に負荷が作用することに
より発生する応力や歪みを求める塑性解析システムであ
って、解析対象となる構造物の材料の破断試験結果であ
る応力−歪み曲線を画像データとして読み込む画像読み
込み手段と、前記モデルに対し与えられた条件に従って
有限要素法を用いて線形解析を行う有限要素法解析手段
と、前記画像読み込み手段で読み込んだ画像データに基
づき、塑性変形が始まる応力および歪みを求め、前記モ
デルの各要素を、前記塑性変形が始まる歪みを超える第
1の要素群と残りの第2の要素群とに分けるとともに、
求めたい最終負荷の条件を前記有限要素法解析手段に与
えて前記線形解析を行わせて最大歪みおよび該最大歪み
となる要素を求めさせ、得られた最大歪みが生じるとき
の最大応力を求め、さらに、前記最大歪みとなる要素の
歪みが前記塑性変形が始まる歪みになるときの弾性限負
荷を求めるとともに、前記塑性変形が始まる応力および
歪みから弾性変形領域での弾性率である第1の弾性率を
求め、前記最大応力および最大歪みと前記塑性変形が始
まる応力および歪みから塑性変形領域を直線で近似した
第2の弾性率を求める画像処理手段とを有し、前記有限
要素法解析手段は、前記弾性変形領域について、前記弾
性限負荷および前記第1の弾性率を条件として前記線形
解析を行い、前記塑性変形領域について、負荷条件を前
記最終負荷と前記弾性限負荷との差とし、かつ、弾性率
条件を、前記第1の要素群については前記第2の弾性
率、前記第2の要素群については前記第1の弾性率とし
て前記線形解析を行い、前記モデルの全ての要素につい
て、前記弾性変形領域の線形解析結果と前記塑性変形領
域の線形解析結果とを足し合わせる機能を有する。
The plastic analysis system of the present invention creates a model in which a structure is divided into a plurality of elements, and applies stress to the model by applying a load to the structure using the finite element method. A plastic analysis system for obtaining strain, an image reading means for reading, as image data, a stress-strain curve which is a fracture test result of a material of a structure to be analyzed, and a finite element method in accordance with conditions given to the model. Finite element method analysis means for performing a linear analysis using, based on the image data read by the image reading means, to determine the stress and strain at which plastic deformation starts, each element of the model, the strain at which the plastic deformation starts The first element group and the remaining second element group are divided into
The condition of the final load to be obtained is given to the finite element method analysis means, the linear analysis is performed, the maximum strain and the element that becomes the maximum strain are obtained, and the maximum stress when the obtained maximum strain occurs is obtained. Further, an elastic limit load when the strain of the element having the maximum strain becomes a strain at which the plastic deformation starts is obtained, and a first elasticity which is an elastic modulus in an elastic deformation region from the stress and strain at which the plastic deformation starts is obtained. Calculating the modulus, the maximum stress and the maximum strain and the image processing means for calculating a second elastic modulus by approximating a plastic deformation region with a straight line from the stress and the strain at which the plastic deformation starts, and the finite element method analysis means For the elastic deformation region, the linear analysis is performed under the condition of the elastic limit load and the first elastic modulus, and the load condition is set to the final load and the final load for the plastic deformation region. The linear analysis is performed with the difference from the limiting load and the elastic modulus condition as the second elastic modulus for the first element group and the first elastic modulus for the second element group. And a function of adding a linear analysis result of the elastic deformation region and a linear analysis result of the plastic deformation region for all the elements of the model.

【0032】また、有限要素法を用いて解析する際の複
数種類のモデルを格納したモデルファイルと、複数種類
の材料についての材料定数および材料強度を含む材料デ
ータを格納した材料ファイルと、前記モデルファイルお
よび材料ファイルの中から選択された、前記構造物に対
応するモデルおよび材料データに従って、有限要素法解
析のための解析用モデルを生成するモデル生成手段とを
さらに有するものであってもよく、この場合には、さら
に、複数種類のグラフについての作成条件を格納したグ
ラフ作成条件ファイルと、前記グラフ作成条件ファイル
から選択された作成条件に従って、前記有限要素法解析
手段での解析結果をグラフ化して表示装置に表示させる
グラフ作成手段を有するものであってもよい。
Also, a model file storing a plurality of types of models for analysis using the finite element method, a material file storing material data including material constants and material strengths for a plurality of types of materials, Model generating means for generating an analysis model for the finite element method analysis according to the model and material data corresponding to the structure selected from the file and the material file, In this case, the analysis result by the finite element method analysis means is further graphed in accordance with a graph creation condition file storing creation conditions for a plurality of types of graphs and a creation condition selected from the graph creation condition file. May have a graph creating means for displaying the data on a display device.

【0033】本発明の塑性解析プログラムを記録した記
録媒体は、コンピュータによって、構造物を複数の要素
に分割したモデルを作成し、該モデルに対して有限要素
法を用いて前記構造物に負荷が作用することにより発生
する応力や歪みを求める塑性解析プログラムを記録した
記録媒体であって、該塑性解析プログラムはコンピュー
タに、解析対象となる構造物の材料の破断試験結果であ
る応力−歪み曲線から、塑性変形が始まる応力および歪
みを求める手順と、求めたい最終負荷の条件で前記モデ
ルに対して有限要素法を用いて線形解析を行い、最大歪
み、該最大歪みとなる要素および最大応力を求めるとと
もに、前記モデルの各要素を、塑性変形が始まる歪みを
超える第1の要素群と残りの第2の要素群とに分け、さ
らに、前記最大歪みとなる要素の歪みが前記塑性変形が
始まる歪みになるときの弾性限負荷を求める手順と、前
記塑性変形が始まる応力および歪みから弾性変形領域で
の弾性率である第1の弾性率を求め、前記最大応力およ
び最大歪みと前記塑性変形が始まる応力および歪みから
塑性変形領域を直線で近似した第2の弾性率を求める手
順と、前記弾性変形領域について、前記弾性限負荷およ
び前記第1の弾性率を条件として有限要素法を用いて線
形解析する手順と、前記塑性変形領域について、負荷条
件を前記最終負荷と前記弾性限負荷との差とし、かつ、
弾性率条件を、前記第1の要素群については前記第2の
弾性率、前記第2の要素群については前記第1の弾性率
として、有限要素法を用いて線形解析する手順と、前記
モデルの全ての要素について、前記弾性変形領域の線形
解析結果と前記塑性変形領域の線形解析結果とを足し合
わせる手順とを実行させるものである。
The recording medium on which the plasticity analysis program of the present invention is recorded is formed by a computer by creating a model obtained by dividing a structure into a plurality of elements, and applying a load to the structure using the finite element method. A recording medium on which a plastic analysis program for obtaining stress and strain generated by acting is recorded, wherein the plastic analysis program is provided to a computer from a stress-strain curve which is a fracture test result of a material of a structure to be analyzed. Performing a linear analysis on the model using the finite element method under the conditions of the stress and strain at which plastic deformation starts and the final load to be determined, and determining the maximum strain, the element and the maximum stress that are the maximum strain At the same time, each element of the model is divided into a first group of elements exceeding the strain at which plastic deformation starts and a second group of remaining elements. The procedure for determining the elastic limit load when the strain of the element becomes the strain at which the plastic deformation starts, and the first modulus of elasticity in the elastic deformation region from the stress and strain at which the plastic deformation starts, A procedure for obtaining a second elastic modulus by linearly approximating a plastic deformation region from the maximum stress and the maximum strain and the stress and strain at which the plastic deformation starts, and for the elastic deformation region, the elastic limit load and the first elasticity. The procedure for performing a linear analysis using a finite element method with a condition as a condition, and for the plastic deformation region, the load condition is the difference between the final load and the elastic limit load, and
A step of performing a linear analysis using a finite element method on elasticity conditions as the second elastic modulus for the first element group and the first elastic modulus for the second element group; And a procedure for adding the linear analysis result of the elastic deformation region and the linear analysis result of the plastic deformation region.

【0034】上記のとおり構成された本発明では、繰り
返し計算を行うことなく3回以下の線形解析を行うだけ
で、塑性変形による応力、歪み、変形等を求めることが
可能である。また、応力−歪み曲線を画像データとして
読み込むことで、この画像データから、塑性形跡に必要
な応力と歪みとの相関関係を簡単に入手することが可能
となる。
In the present invention configured as described above, stress, strain, deformation, and the like due to plastic deformation can be obtained only by performing linear analysis three times or less without performing repeated calculations. Further, by reading the stress-strain curve as image data, it is possible to easily obtain a correlation between stress and strain required for a plastic trace from the image data.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の例に
ついて図面を参照して詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0036】図1は本発明の有限要素法を用いた塑性解
析システムの一実施形態のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the plasticity analysis system using the finite element method of the present invention.

【0037】この塑性解析システムは、データ処理装置
1と、これに接続された三次元モデルファイル2、グラ
フ作成条件ファイル3、材料ファイル4、入力装置5、
イメージスキャナ6および表示装置7とで構成されてい
る。
This plastic analysis system comprises a data processing device 1 and a three-dimensional model file 2, a graph preparation condition file 3, a material file 4, an input device 5,
It comprises an image scanner 6 and a display device 7.

【0038】データ処理装置1は、画像処理手段10
と、選択手段11と、解析用三次元モデル生成手段12
と、有限要素法解析手段13と、グラフ作成手段14と
を有している。データ処理装置1は、例えばワークステ
ーションで構成される。また、画像処理手段10、選択
手段11、解析用モデル生成手段12、有限要素法解析
手段13およびグラフ作成手段14は、データ処理装置
1に予め組込まれていてもよいし、データ処理装置1に
インストールされたソフトウエアで実現してもよい。
The data processing device 1 includes an image processing unit 10
, Selecting means 11, and three-dimensional model generating means for analysis 12
And a finite element method analysis means 13 and a graph creation means 14. The data processing device 1 is composed of, for example, a workstation. The image processing unit 10, the selection unit 11, the analysis model generation unit 12, the finite element method analysis unit 13, and the graph creation unit 14 may be incorporated in the data processing device 1 in advance, or may be included in the data processing device 1. It may be realized by installed software.

【0039】入力装置5は、利用者によるデータ入力の
ためのキーボード5aおよびマウス5bを有する。
The input device 5 has a keyboard 5a and a mouse 5b for data input by the user.

【0040】三次元モデルファイル2には、幾種類かの
代表的な構造物の形状について、それを有限要素法を用
いて塑性解析する際の三次元モデル2a〜2pが格納さ
れている。また、材料ファイル4には、構造物の代表的
な材料名と熱膨張係数などの材料定数と材料強度およ
び、画像処理手段10から転送された(応力,歪み)の
相関データを含む幾種類かの材料データ4a〜4rが格
納されている。さらに、グラフ作成条件ファイル3に
は、よく使う幾種類かの代表的なグラフについて、縦−
横軸の取り方などのグラフ作成条件が、グラフ作成条件
3a〜3qとして格納されている。
The three-dimensional model file 2 stores three-dimensional models 2a to 2p for plastic analysis of some typical shapes of structures using the finite element method. The material file 4 includes several kinds of data including representative material names of the structures, material constants such as thermal expansion coefficients and material strengths, and (stress, strain) correlation data transferred from the image processing means 10. Material data 4a to 4r are stored. In addition, the graph creation condition file 3 contains several typical graphs that are frequently used.
Graph creation conditions such as how to take the horizontal axis are stored as graph creation conditions 3a to 3q.

【0041】図2は、図に示した塑性解析システムにお
けるデータ処理装置1の処理例を示すフローチャートで
ある。以下、図1および図2を参照して、本実施形態の
動作を説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing example of the data processing device 1 in the plastic analysis system shown in FIG. Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0042】利用者は、ある構造物に関して塑性解析す
る場合、入力装置5による入力動作でデータ処理装置1
を起動する。
When the user performs a plastic analysis on a certain structure, the data processing device 1 is operated by the input operation of the input device 5.
Start

【0043】データ処理装置が起動されると、まず、選
択手段11は、表示装置7の画面に、三次元モデル2a
〜2pおよびグラフ作成条件3a〜3qの一覧を表示さ
せ、利用者に対して各々適切なものを選択するよう促す
(S1)。利用者が画面上の三次元モデル一覧から三次
元モデルを選択すると、選択手段11はこの選択された
三次元モデルを三次元モデルファイル2から入力して解
析用モデル生成手段12に伝達する。また、利用者が画
面上のグラフ作成条件の一覧からグラフ作成条件を選択
すると、選択手段11はこの選択されたグラフ作成条件
をグラフ作成条件ファイル3から入力してグラフ作成手
段14に伝達する。
When the data processing device is started, first, the selecting means 11 displays the three-dimensional model 2a on the screen of the display device 7.
2p and a list of graph creation conditions 3a to 3q are displayed, and the user is prompted to select an appropriate one (S1). When the user selects a three-dimensional model from the three-dimensional model list on the screen, the selection means 11 inputs the selected three-dimensional model from the three-dimensional model file 2 and transmits it to the analysis model generation means 12. When the user selects a graph creation condition from the list of graph creation conditions on the screen, the selection unit 11 inputs the selected graph creation condition from the graph creation condition file 3 and transmits it to the graph creation unit 14.

【0044】次に、解析用モデル生成手段12は、選択
手段11から伝達された三次元モデルを表示装置7に表
示して、その三次元モデル中の構成部品の寸法を書き換
えるように利用者に要求する(S2)。利用者は、入力
装置5からの入力によって、表示装置7に表示された三
次元モデル中の構造部品の寸法を、これから解析しよう
とする構造物に合致するように修正する。
Next, the analysis model generation means 12 displays the three-dimensional model transmitted from the selection means 11 on the display device 7 and prompts the user to rewrite the dimensions of the components in the three-dimensional model. Request (S2). The user corrects the dimensions of the structural components in the three-dimensional model displayed on the display device 7 by input from the input device 5 so as to match the structure to be analyzed.

【0045】また、解析用モデル生成手段12は、材料
データの一覧を表示装置7に表示して選択を促す(S
3)。利用者が画面上の材料データの一覧から該当する
材料データを選択すると、解析用モデル生成手段12は
この選択された材料データを材科ファイル4から入力
し、当該材料データ中の材料定数を前記選択した三次元
モデル中の材料定数として設定する。さらに、この選択
した材料データ中に含まれる材料強度をグラフ作成手段
14に伝達する。
Further, the analysis model generation means 12 displays a list of the material data on the display device 7 to urge the selection (S
3). When the user selects the corresponding material data from the list of material data on the screen, the analysis model generating means 12 inputs the selected material data from the material file 4, and sets the material constant in the material data to Set as the material constant in the selected 3D model. Further, the strength of the material included in the selected material data is transmitted to the graph creating means 14.

【0046】次に、解析用モデル生成手段12は、拘束
条件を設定するように利用者に促し、入力された拘束条
件を三次元モデルに設定する(S4)。これによって、
解析用モデルの生成が完了し、この解析用モデルを有限
要素法解析手段13に伝達する。
Next, the analysis model generation means 12 prompts the user to set a constraint condition, and sets the input constraint condition in the three-dimensional model (S4). by this,
The generation of the analysis model is completed, and the analysis model is transmitted to the finite element method analysis means 13.

【0047】以上で、有限要素法解析のための諸条件の
設定が完了する。次いで、利用者は、材料破断試験結果
である応力―歪み曲線と座標軸をイメージスキャナ6で
読み込ませる。
With the above, setting of various conditions for the finite element method analysis is completed. Next, the user causes the image scanner 6 to read the stress-strain curve and the coordinate axis, which are the results of the material fracture test.

【0048】すると、画像処理手段10は、イメージス
キャナ6で得られた応力−歪み曲線の画像を(応力,歪
み)座標に換算して材料データとして記憶するととも
に、これらの材料データを材料ファイル4に転送する
(S5)。また、イメージスキャナ6で得られた画像か
ら、塑性変形が始まる時点での歪みεAとこの時の応力
σAを座標から検出し、記憶する(S6)。
Then, the image processing means 10 converts the image of the stress-strain curve obtained by the image scanner 6 into (stress, strain) coordinates and stores it as material data. (S5). Further, from the image obtained by the image scanner 6, the strain εA at the time when the plastic deformation starts and the stress σA at this time are detected from the coordinates and stored (S6).

【0049】一方、有限要素法解析手段13では、求め
ようとする最大負荷Ffを与えたときの線形解析を行い
(S12)、そのときの各位置(要素)の歪みが画像処
理手段10に送られる。また、この線形解析により、最
大歪みεfが算出される(S13)。
On the other hand, the finite element method analysis means 13 performs a linear analysis when the maximum load Ff to be obtained is given (S12), and sends the distortion of each position (element) at that time to the image processing means 10. Can be Further, the maximum distortion εf is calculated by this linear analysis (S13).

【0050】画像処理手段10は、有限要素法解析手段
13で算出された最大歪みεfおよびその位置(要素)
を記憶し、先に記憶している(応力,歪み)データから
最大歪みεfに対応する応力σfを検出する(S7)とと
もに、最大歪みεfが生じる位置での歪みがεAになると
きの負荷である弾性限負荷FA=Ff×εA/εfを算出す
る(S8)。弾性限負荷FAは、解析対象である構造物
がどの位置においても塑性変形しない負荷を意味する。
さらに、各要素を、最大負荷Ffを与えたときに歪みが
εAを超えた要素群Aと残りの要素群Bとに選別する
(S9)。
The image processing means 10 calculates the maximum distortion εf calculated by the finite element method analysis means 13 and its position (element).
Is detected, the stress σf corresponding to the maximum strain εf is detected from the previously stored (stress, strain) data (S7), and the stress at the position where the maximum strain εf occurs becomes εA. A certain elastic limit load FA = Ff × εA / εf is calculated (S8). The elastic limit load FA means a load at which the structure to be analyzed does not plastically deform at any position.
Further, each element is sorted into an element group A whose distortion exceeds εA when the maximum load Ff is applied and a remaining element group B (S9).

【0051】そして、以上のデータから、弾性変形領域
の弾性率EA=σA/εAと、塑性変形領城を直線で近似
したときの弾性率EB=(σf−σA)/(εf−εA)を
算出し(S10、S11)、解析条件として有限要素法
解析手段13に伝達する。なお、S8からS11までの
ステップは、どのような順番で行っても構わない。
From the above data, the elastic modulus EA = σA / εA of the elastic deformation region and the elastic modulus EB = (σf−σA) / (εf−εA) when the plastic deformation region is approximated by a straight line. It is calculated (S10, S11) and transmitted to the finite element method analysis means 13 as analysis conditions. The steps from S8 to S11 may be performed in any order.

【0052】有限要素法解析手段13は、先に生成され
た解析用モデルと有限要素法プログラム(例えば、Sw
anson Analysis Inc.製のANSY
S(登録商標))とを用いて、以下のように塑性解析を
行う。
The finite element method analysis means 13 includes an analysis model generated previously and a finite element method program (for example, Sw
anson Analysis Inc. ANSY
S (registered trademark)) and a plastic analysis is performed as follows.

【0053】まず、先に述べたように、入力装置5を通
じて利用者から入力された、最終的な負荷条件(温度や
荷重などの最終値)Ffにおいて有限要素法プログラム
を起動して、有限要素法による線形解折を行い(S1
2)、最大歪みεfおよびその位置(要素)を求めて
(S13)画像処理手段10に伝達する。
First, as described above, the finite element method program is started under the final load conditions (final values such as temperature and load) Ff input by the user through the input device 5, and the finite element method is started. Perform linear analysis by the method (S1
2) The maximum distortion εf and its position (element) are obtained (S13) and transmitted to the image processing means 10.

【0054】そして、画像処理手段10から、弾性変形
領域の弾性率EA=σA/εAと、塑性変形領域の弾性率
EB=(σf−σA)/(εf−εA)を受け取る。まず、
すべての要素について弾性率EA、弾性限負荷FAの条件
で弾性変形領域について線形解折し(S14)、各要素
の応力σAjおよび歪みεAjを記憶する。ここで、要素数
をnとしたとき、j=1、2、…、nである。同様に、
塑性変形領域について、要素群Aは弾性率EB、要素群
Bは弾性率EAとし、負荷(Ff−FA)の条件で線形解
析し(S15)、各要素の応力σBjおよび歪みεBjを記
憶する。この塑性変形領域についての線形解析で、要素
群Aと要素群Bとで解析条件を変えるのは、要素群Aは
最終負荷まで塑性変形する領域が広がっていくのに対
し、要素群Bは最終負荷まで弾性変形のみであるからで
ある。
Then, the elastic modulus EA = σA / εA of the elastic deformation region and the elastic modulus EB = (σf−σA) / (εf−εA) of the plastic deformation region are received from the image processing means 10. First,
A linear analysis is performed on the elastic deformation region under the conditions of the elastic modulus EA and the elastic limit load FA for all the elements (S14), and the stress σAj and the strain εAj of each element are stored. Here, when the number of elements is n, j = 1, 2,..., N. Similarly,
With respect to the plastic deformation region, the element group A is set to the elastic modulus EB, the element group B is set to the elastic modulus EA, and a linear analysis is performed under a load (Ff-FA) condition (S15), and the stress σBj and strain εBj of each element are stored. In the linear analysis of the plastic deformation region, the analysis conditions are changed between the element group A and the element group B. The element group A has a plastic deformation region extending to the final load, whereas the element group B has a final deformation region. This is because only elastic deformation occurs until the load.

【0055】最後に、すべての要素について、弾性変形
領域の解析結果と塑性変形領城の解析結果とを足し合わ
せて(S16)、熱や荷重などの最終負荷によって発生
する応力σや歪みεを、σ=σAj+σBj、ε=εAj+ε
Bjとして求める。
Finally, for all the elements, the analysis results of the elastic deformation region and the analysis results of the plastic deformation region are added (S16), and the stress σ and strain ε generated by the final load such as heat and load are calculated. , Σ = σAj + σBj, ε = εAj + ε
Calculate as Bj.

【0056】この解析結果はグラフ作成手段14に伝達
される。グラフ作成手段14は、この伝達された解析結
果を、選択手段11から伝達されたグラフ作成条件によ
って定まる形式でグラフ化し、表示装置7の画面に表示
する(S17)。また、解析用モデル生成手段12から
伝達された材料強度のデータを表示装置7の画面に併せ
て表示する。
The result of the analysis is transmitted to the graph creating means 14. The graph creating means 14 graphs the transmitted analysis result in a format determined by the graph creating conditions transmitted from the selecting means 11, and displays the graph on the screen of the display device 7 (S17). Further, the data of the material strength transmitted from the analysis model generating means 12 is displayed together with the screen of the display device 7.

【0057】一般に、塑性解折は大きく分けると、解析
用モデルの作成,有限要素法解析,結果表示の3段階に
分けられる。
Generally, plastic breaking can be roughly divided into three stages: creation of an analysis model, finite element method analysis, and display of results.

【0058】このうち解析用モデルの作成は、本実施形
態によれば、幾つかの代表的な三次元モデル形状および
材料定数などが登録されたファイルを有しているため
に、三次元モデルを選択し、構成部品の寸法を書き換
え、材料を特定し、特に半導体パッケージのリードフレ
ームの塑性解析の場合にはリードの本数を指定し、拘束
条件を与えることにより、解析用三次元モデルを簡単に
作成することができる。材料の特定も、材料ファイル4
に格納された何れかの材料データ4a〜4rを指定する
だけで行える。従って、従来と比較して解析用モデルの
作成に必要な作業時間を大幅に短縮することができる。
塑性解折に欠かせない応力、歪みの相関関係のデータ
も、イメージスキャナ6と画像処理手段10によって読
み込んで処理するため、塑性変形が始まる歪みなど塑性
解析に必要なデータをすべて、手軽に算出できる。
According to the present embodiment, the analysis model is created by storing a file in which some typical three-dimensional model shapes and material constants are registered. Select, rewrite the dimensions of the components, specify the material, and especially in the case of plastic analysis of the lead frame of a semiconductor package, specify the number of leads and apply constraints to easily create a 3D model for analysis. Can be created. Material file 4
Can be performed simply by designating any of the material data 4a to 4r stored in. Therefore, the work time required for creating the analysis model can be significantly reduced as compared with the conventional case.
Since the data of the correlation between stress and strain, which are indispensable for plastic breaking, are also read and processed by the image scanner 6 and the image processing means 10, all data necessary for plastic analysis such as strain at which plastic deformation starts can be easily calculated. it can.

【0059】また、解析用モデルと有限要素法プログラ
ムとを使用した塑性解析は、有限要素法解析手段13に
よって自動的に進められるため、有限要素法プログラム
固有のコマンドなどの専門知識に乏しい利用者でも塑性
解析を行うことができる。従つて、従来のように解析用
のコマンドなど専門知識を要さず、また繰り返し計算を
行うことなく3回以下の線形解析で結果を出せるために
単時間で結果を得ることができる。
Since the plastic analysis using the analysis model and the finite element method program is automatically advanced by the finite element method analysis means 13, the user who lacks specialized knowledge such as commands unique to the finite element method program. However, plastic analysis can be performed. Therefore, unlike the conventional technique, specialized knowledge such as a command for analysis is not required, and a result can be obtained in a single time because a result can be obtained by three or less linear analyzes without performing repetitive calculations.

【0060】さらに、解析結果である応力、変形を出力
するグラフについても、グラフ作成条件ファイル3中か
ら所望のグラフ作成条件を選択しておくことにより、利
用者が解析結果を集計し必要なグラフを自ら作成するこ
となく、自動的に解析結果のグラフが表示装置7から出
力されるため、解析を行うのと同じシステム上でグラフ
表示が行え、かつ、初心者でもグラフを容易に作成する
ことができる。さらに、有限要素法による解析結果の応
力値を表すグラフに構成部品の材料強度の値が併せて表
示されるため、塑性変形によって生じた応力が材料の強
度を超えているかどうかを容易に確認することができ
る。
Further, for a graph for outputting stress and deformation as analysis results, by selecting desired graph creation conditions from the graph creation condition file 3, the user can compile the analysis results and obtain necessary graphs. The graph of the analysis result is automatically output from the display device 7 without creating the graph by itself, so that the graph can be displayed on the same system as the analysis is performed, and even a beginner can easily generate the graph. it can. Furthermore, since the value of the material strength of the component is also displayed on the graph showing the stress value of the analysis result by the finite element method, it is easy to check whether the stress caused by plastic deformation exceeds the strength of the material be able to.

【0061】次に、上述した塑性解析方法を用いた具体
的な解析例について説明する。
Next, a specific analysis example using the above-described plastic analysis method will be described.

【0062】(解析例1)本例は負荷として荷重を与え
た場合であり、図3に示すような両端支持ばりの曲げ試
験において発生するはり31のたわみ量を求めた。はり
31は、5×10 -3の歪みで塑性変形が始まる合金材料
で構成され、、はり31に加える最大荷重は100kg
fとした。なお、図3(a)は、この塑性解折に使用し
た解析用モデルの初期状態を示し、図3(b)は、最大
荷重を与えたときの状態を示す。
(Analysis Example 1) In this example, a load is applied as a load.
In this case, the bending test of the beam supported at both ends as shown in FIG.
The amount of deflection of the beam 31 generated in the experiment was determined. Needle
31 is 5 × 10 -3Alloy material that begins plastic deformation due to strain
And the maximum load applied to the beam 31 is 100 kg
f. FIG. 3 (a) is used for this plastic breaking.
FIG. 3B shows the initial state of the analysis model.
This shows the state when a load is applied.

【0063】図1に示した塑性解析システムでは、ま
ず、画像処理手段10によって、有限要素法解析手段1
3に必要なデータがそろえられる。
In the plastic analysis system shown in FIG. 1, first, the image processing means 10
Data necessary for 3 is prepared.

【0064】図4は、本例で用いた合金材料の応力−歪
み曲線であり、イメージスキャナ6によって読み込ま
れ、画像処理手段10により(応力,歪み)の座標とし
て記憶される。また、画像処理手段10により、塑性変
形が始まる歪みεA=2.5×10-3および応力σA=1
0kgf/mm2が検出されている。これにより、弾性
変形領域の弾性率EA=σA/εA=4000kgf/m
2が算出され、有限要素法解析手段13に送られる。
FIG. 4 shows a stress-strain curve of the alloy material used in this example, which is read by the image scanner 6 and stored as (stress, strain) coordinates by the image processing means 10. Further, the image processing means 10 causes the strain εA = 2.5 × 10 −3 at which the plastic deformation starts and the stress σA = 1
0 kgf / mm 2 has been detected. Thereby, the elastic modulus EA of the elastic deformation region EA = σA / εA = 4000 kgf / m
m 2 is calculated and sent to the finite element method analysis means 13.

【0065】有限要素法解析手段13はこのEAの値を
受け取り、はじめに最大負荷Ffとして100kgfを
与えて有限要素法による線形解析を行う。この解析では
塑性変形による弾性率の変化を考慮していないため、応
力が歪みに比例して大きくなる。解析の結果、この時の
最大歪みはεf=5×10-3であり、また、最大歪みが
生じる位置は、荷重を加えた部分と反対側の荷重直下の
要素であった。図3(b)は、このときの解析用モデル
の状態の概略を示している。これら、最大歪みが生じる
位置の近くの要素では、歪みがεAよりも大きくなり、
実際には塑性変形が生じることを意味している。
The finite element method analysis means 13 receives the value of EA, and first performs 100 kgf as the maximum load Ff to perform a linear analysis by the finite element method. Since this analysis does not take into account changes in elastic modulus due to plastic deformation, stress increases in proportion to strain. As a result of the analysis, the maximum strain at this time was εf = 5 × 10 −3 , and the position where the maximum strain occurred was an element immediately below the load on the opposite side of the portion to which the load was applied. FIG. 3B schematically shows the state of the analysis model at this time. For those elements near where the maximum distortion occurs, the distortion is greater than εA,
In practice, this means that plastic deformation occurs.

【0066】各要素の歪みは画像処理手段10に送ら
れ、有限要素法解析手段13に必要なデータが算出され
る。
The distortion of each element is sent to the image processing means 10 and the data necessary for the finite element method analysis means 13 is calculated.

【0067】まず、画像処理手段10では、先に記憶さ
れた(応力,歪み)データを用いて、最大歪みεfに対
応する応力σf=14kgf/mm2が検出される。次
に、先の線形解析の結果、各要素が、歪みがεAよりも
大きい要素である要素群Aと、最終負荷までに塑性変形
を生じない残りの要素である要素群Bとに選別される。
さらに、最大歪みがちょうどεAになるときの負荷FA
を、次式を用いて算出する。
First, the image processing means 10 detects the stress σf = 14 kgf / mm 2 corresponding to the maximum strain εf using the (stress, strain) data stored previously. Next, as a result of the above linear analysis, each element is classified into an element group A, which is an element having a strain larger than εA, and an element group B, which is a remaining element that does not undergo plastic deformation until a final load. .
Furthermore, the load FA when the maximum strain is just εA
Is calculated using the following equation.

【0068】FA=Ff×εA/εf=50kgf FAは、はり31がどの位置においても塑性変形しない
荷重を意味する。
FA = Ff × εA / εf = 50 kgf FA means a load at which the beam 31 does not plastically deform at any position.

【0069】最後に、これらの値を基に、塑性変形領域
の弾性率EBが次式によって算出される。
Finally, based on these values, the elastic modulus EB of the plastic deformation region is calculated by the following equation.

【0070】EB=(σf−σA)/(εf−εA)=16
00kgf/mm2 これらの値が有限要素法解析手段13に転送される。
EB = (σf−σA) / (εf−εA) = 16
00 kgf / mm 2 These values are transferred to the finite element method analysis means 13.

【0071】有限要素法解析手段13はFAおよびEBの
値を受け取り、まず、すべての要素について弾性率EA
=4000kgf/mm2、負荷FA=50kgfの条件
で、弾性変形領域について有限要素法による線形解析を
行う。そして、結果として得られた各要素の応力σAj、
歪みεAjおよび最大歪み位置のたわみ量δAを記憶す
る。次に、塑性変形領域について、負荷Ff−FA=50
kgf、要素群Aは弾性率EB=1600kgf/m
2、要素群Bは弾性率EB=4000kgf/mm2
条件で線形解析し、各要素の応力σBj、歪みεBjよび最
大歪み位置のたわみ量δBを記憶する。
The finite element method analysis means 13 receives the values of FA and EB, and first, for all the elements, the elastic modulus EA
= 4000 kgf / mm 2 and load FA = 50 kgf, a linear analysis is performed on the elastic deformation region by the finite element method. And the resulting stress σAj of each element,
The distortion εAj and the amount of deflection ΔA at the maximum distortion position are stored. Next, for the plastic deformation region, the load Ff-FA = 50
kgf, the element group A has an elastic modulus EB of 1600 kgf / m.
m 2 , the element group B is subjected to linear analysis under the condition of the elastic modulus EB = 4000 kgf / mm 2 , and the stress σBj, the strain εBj, and the deflection δB at the maximum strain position of each element are stored.

【0072】最後に、それぞれの要素について、弾性変
形領域の解析結果と塑性変形領域の解析結果とを次式の
ように足し合わせる。
Finally, for each element, the analysis result of the elastic deformation region and the analysis result of the plastic deformation region are added as in the following equation.

【0073】 σ=σAj+σBj ε=εAj+εBj δ=δA+δB こうして得られたたわみ量はδ=12mmであった。塑
性変形が生じない場合のたわみ量は8mmであり、塑性
変形が生じた分、たわみ量が大きくなっていることが分
かる。
Σ = σAj + σBj ε = εAj + εBj δ = δA + δB The deflection amount thus obtained was δ = 12 mm. The amount of deflection when plastic deformation does not occur is 8 mm, and it can be seen that the amount of deflection is increased by the amount of plastic deformation.

【0074】このように、本発明の塑性解析システムに
よれば、熱や荷重などの最終負荷によって塑性変形して
生じた構造物の各位置の応力や歪み等を、通常、3回の
線形解折だけで得ることができる。
As described above, according to the plasticity analysis system of the present invention, the stress and strain at each position of the structure caused by plastic deformation due to the final load such as heat and load are usually calculated by three linear solutions. You can get it just by folding.

【0075】(解析例2)本例は負荷として熱を与えた
場合であり、はんだ系合金を用いて、半導体チップとガ
ラス/エポキシ基板(以下、単に基板という)を320
℃の温度で接続した後、室温(20℃)に冷却したとき
に生じるはんだ合金の変形量を求めた。
(Analysis Example 2) This example is a case where heat is applied as a load, and a semiconductor chip and a glass / epoxy substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) are formed using a solder-based alloy.
After connecting at a temperature of ° C, the amount of deformation of the solder alloy that occurred when cooled to room temperature (20 ° C) was determined.

【0076】図5は、この塑性解析に使用した解析用モ
デルの概略を示す図であり、同図(a)はその初期状態
(320℃)、同図(b)はその最大負荷状態(20
℃)をそれぞれ示している。
FIGS. 5A and 5B schematically show the analysis model used for the plasticity analysis. FIG. 5A shows the initial state (320 ° C.), and FIG. 5B shows the maximum load state (20 ° C.).
° C).

【0077】図5(a)に示すように、初期状態では半
導体チップ33も基板32も反りは生じておらず、結果
的にはんだ合金34も変形していない。この状態から室
温まで冷却すると、図5(b)に示すように、基板32
は半導体チップ33側に反る。これは、半導体チッブ3
3の熱膨張係数に比ベて、基板32のそれの方が大きい
ためである。変形しやすいはんだ合金34は、この間に
挟まれて変形する。
As shown in FIG. 5A, in the initial state, neither the semiconductor chip 33 nor the substrate 32 is warped, and as a result, the solder alloy is not deformed. When cooled from this state to room temperature, as shown in FIG.
Warps toward the semiconductor chip 33 side. This is semiconductor chip 3
This is because the substrate 32 has a larger thermal expansion coefficient than that of the substrate 32. The easily deformable solder alloy 34 is deformed by being sandwiched between them.

【0078】図6は、本例で用いたはんだ合金34の応
力一歪み曲線であり、イメージスキャナ6で読み込ま
れ、画像処理手段10により、(応力,歪み)の座標と
して記憶される。また、画像処理手段10により、塑性
変形が始まる歪みεA=14×10-3および応力σA=2
1kgf/mm2が検出される。これにより、弾性変形
領域の弾性率EA=σA/εA=1500kgf/mm2
算出され、有限要素法解析手段13に送られる。
FIG. 6 shows a stress-strain curve of the solder alloy 34 used in this embodiment, which is read by the image scanner 6 and stored by the image processing means 10 as coordinates of (stress, strain). Further, the image processing means 10 causes the strain εA = 14 × 10 −3 at which the plastic deformation starts and the stress σA = 2
1 kgf / mm 2 is detected. Thus, the elastic modulus EA = σA / εA = 1500 kgf / mm 2 of the elastic deformation region is calculated and sent to the finite element method analysis means 13.

【0079】有限要素法解析手段13では、はんだ合金
34の弾性率にこのEAの値を用いて、最大負荷Ffとし
て初期状態と室温との温度差△T=320−20℃=3
00℃を与えて、有限要素法による線形解析を行った。
解析の結果、はんだ合金34に生じた最大歪みはεf=
10×10-3であり、塑性変形を開始する歪みεAより
も小さかった。これは、320℃から20℃まで冷却し
てもはんだ合金34が塑性変形しないことを意味してい
るが、システムでは解析例1と同様に各要素の歪みは画
像処理手段10に送られる。
The finite element method analysis means 13 uses the value of EA as the elastic modulus of the solder alloy 34 and determines the maximum load Ff as the temperature difference ΔT between the initial state and room temperature ΔT = 320-20 ° C. = 3
At a temperature of 00 ° C., linear analysis was performed by the finite element method.
As a result of the analysis, the maximum strain generated in the solder alloy 34 is εf =
10 × 10 −3 , which is smaller than the strain εA at which plastic deformation starts. This means that the solder alloy 34 does not undergo plastic deformation even when cooled from 320 ° C. to 20 ° C. In the system, the distortion of each element is sent to the image processing unit 10 as in the first analysis example.

【0080】画像処理手段10では、先に記憶された
(応力,歪み)データを用いて、最大歪みεfに対応す
る応力σf=21kgf/mm2が検出される。次に、先
の線形解析から、歪みがεAよりも大きい要素はなく、
要素群Aは空の状態となる。すべての要素は最終負荷ま
でに塑性変形を生じない要素群Bと認識される。さら
に、最大歪みがちょうどεAになるときの負荷がFA=F
f×εA/εf=300℃×14×10-3/10×10-3
=420℃と算出される。
The image processing means 10 detects the stress σf = 21 kgf / mm 2 corresponding to the maximum strain εf using the previously stored (stress, strain) data. Next, from the previous linear analysis, there is no element whose distortion is larger than εA,
Element group A is empty. All the elements are recognized as an element group B that does not undergo plastic deformation until the final load. Further, when the maximum strain is just εA, the load is FA = F
f × εA / εf = 300 ° C. × 14 × 10 −3 / 10 × 10 −3
= 420 ° C.

【0081】最後に、これらの値から、塑性変形領域の
弾性率はEB=(σf−σA)/(εf−εA)=1500
kgf/mm2と算出される。はんだ合金が塑性変形し
ないため、この値は弾性変形領城の弾性率EAと同じ値
である。これらの値が有限要素法解析手段13に転送さ
れる。
Finally, from these values, the elastic modulus of the plastic deformation region is EB = (σf−σA) / (εf−εA) = 1500
It is calculated as kgf / mm 2 . Since the solder alloy does not undergo plastic deformation, this value is the same as the elastic modulus EA of the elastic deformation area. These values are transferred to the finite element method analysis means 13.

【0082】有限要素法解析手段13はこれらの値を受
け取り、すべての要素について弾性率EA=15000
kgf/mm2、FA(すなわち温度差)=420℃の条
件で、弾性変形領域について有限要素法による線形解折
を行う。結果として得られた各要素の応力σAj、歪みε
Ajおよび変形量δAを記憶する。次に、塑性変形領域に
ついて、負荷Ff−FA=300−420℃=−120
℃、要素群Aは弾性率EB=1500kgf/mm2、要
素群Bも弾性率EA=15000kgf/mm2の条件で
塑性変形領域について線形解折し、各要素の応カσBj、
歪みεBjおよび変形量δBを記憶する。
The finite element method analysis means 13 receives these values, and the elastic modulus EA = 15000 for all the elements.
Under the condition of kgf / mm 2 and FA (that is, temperature difference) = 420 ° C., linear analysis is performed on the elastic deformation region by the finite element method. The resulting stress σAj, strain ε of each element
Aj and the deformation amount ΔA are stored. Next, regarding the plastic deformation region, the load Ff−FA = 300−420 ° C. = − 120.
° C., the element group A modulus EB = 1500kgf / mm 2, even element group B linear Kaiori the plastic deformation region in conditions of elastic modulus EA = 15000kgf / mm 2, for each element応Ka ShigumaBj,
The distortion εBj and the deformation amount δB are stored.

【0083】最後に、それぞれの要素について、弾性変
形領域の解析結果と塑性変形領域の解折結果とを次式の
ように足し合わせる。
Finally, for each element, the result of analysis of the elastic deformation region and the result of breaking of the plastic deformation region are added as in the following equation.

【0084】 σ=σAj+σBj ε=εAj+εBj δ=δA+δB ここで、負荷条件が負の値であるため、塑性変形領域の
解析結果は負の値となっている。
Σ = σAj + σBj ε = εAj + εBj δ = δA + δB Here, since the load condition is a negative value, the analysis result of the plastic deformation region has a negative value.

【0085】こうして得られたはんだ合金の変形量はδ
=5mmであった。これは、弾性解析を行った結果と同
じであることが確認された。
The amount of deformation of the solder alloy thus obtained is δ
= 5 mm. This was confirmed to be the same as the result of the elasticity analysis.

【0086】このように、本発明の塑性解析システムで
は、弾性変形しかしない場合にも同様な方法で解を得る
ことができる。
As described above, in the plastic analysis system of the present invention, a solution can be obtained by a similar method even when there is only elastic deformation.

【0087】なお、解析時間をさらに短縮するために
は、S13で得た最大歪みεfをS6で検出された塑性
変形開始歪みεAと比較し、εf<εAの場合は塑性変形
が生じないと判断し、塑性変形領域の解析を行わずに1
回の線形解析だけで解を求めることも考えられる。
In order to further reduce the analysis time, the maximum strain εf obtained in S13 is compared with the plastic deformation starting strain εA detected in S6, and if εf <εA, it is determined that no plastic deformation occurs. And without analyzing the plastic deformation area
It is also conceivable to find a solution only by performing the linear analysis twice.

【0088】さらに、弾性変形領域の線形解析(S1
4)は行わずに、最大負荷の線形解析(S12)の結果
から比例計算で解を求める方法を採ってもよい。
Further, a linear analysis of the elastic deformation region (S1
Instead of performing 4), a method of obtaining a solution by a proportional calculation from the result of the linear analysis (S12) of the maximum load may be adopted.

【0089】本塑性解析システムでは三次元モデルを用
いた解析を行っているが、さらに計算速度を向上させる
ために、二次元モデルを用いたシステムとすることもも
ちろん可能である。
In the present plasticity analysis system, an analysis using a three-dimensional model is performed. However, a system using a two-dimensional model may be used to further improve the calculation speed.

【0090】以上本発明の実施形態について説明した
が、本発明は以上の実施形態にのみ限定されずその他各
種の付加変更が可能である。例えば、塑性解析に対し経
験のない初心者が使用することを想定し、作業の順番を
知らせるガイドを、解析用モデルの作成、有限要素法解
析等の各段階で表示させたり、また作業の順番を示すフ
ローチャート上に、現在の作業状態を点滅で示す画面を
表示させる構成としてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various other modifications can be made. For example, assuming that beginners who have no experience in plastic analysis use it, guides that inform the order of work are displayed at each stage of creation of analysis models, finite element method analysis, etc. A configuration may be adopted in which a screen showing the current work state by flashing is displayed on the flowchart shown.

【0091】また、本発明は、上述した手順をコンピュ
ータに実行させるための塑性解析プログラムを記録した
記録媒体の形態とすることもできる。
The present invention may be in the form of a recording medium on which a plastic analysis program for causing a computer to execute the above-described procedure is recorded.

【0092】この場合は、図7に示すように、例えばワ
ークステーションやパーソナルコンピュータといったデ
ータ処理装置21に、記録媒体22に記録された塑性解
析プログラムを読み込ませ、この塑性解析プログラムに
従ってデータ処理装置21の動作を制御する。この記録
媒体22は、磁気ディスク、半導体メモリその他の記録
媒体であってよい。なお、三次元モデルファイル2、グ
ラフ作成条件ファイル3、材料ファイル5、入力装置
5、イメージスキャナ6および表示装置7については、
それぞれ図1に示したものと同様であるので図1と同じ
符号を付し、ここではそれらの説明は省略する。データ
処理装置21は、記録媒体22から読み込まれた塑性解
析プログラムの制御により、図2を参照して説明したS
1〜S17までの処理を実行する。
In this case, as shown in FIG. 7, the data processing device 21 such as a workstation or a personal computer reads the plastic analysis program recorded on the recording medium 22, and the data processing device 21 according to the plastic analysis program. Control the operation of. The recording medium 22 may be a magnetic disk, a semiconductor memory, or another recording medium. The three-dimensional model file 2, the graph creation condition file 3, the material file 5, the input device 5, the image scanner 6, and the display device 7
Since each is the same as that shown in FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 1 are given, and the description thereof is omitted here. The data processing device 21 controls the plastic analysis program read from the recording medium 22 to execute the processing described with reference to FIG.
The processing from 1 to S17 is executed.

【0093】また、本発明では、繰り返し計算に伴う複
雑な計算は行わず線形解析のみを行うため、初歩的なも
のを含めて、解析ソルバを有する様々な汎用解析ソフト
ウェアと組み合わせて使用することができ、さらに、同
じ処理装置(マシン)やパーソナルコンピュータまたは
コンピュータネットワークでつながった別のマシン上に
インストールされている汎用解析ソフトウェアと組み合
わせて、その有限要素法解析機能を活用することもでき
る。さらに、本発明は、塑性解析ばかりでなく、熱伝
導、振動、流体解析など有限要素法解析ソフトウェアの
プリ・ポストプロセッサとして、モデル作成の効率化お
よび複雑なグラフ作成を行う際にも有効である。
Further, according to the present invention, since only linear analysis is performed without performing complicated calculations associated with repetitive calculations, it is possible to use it in combination with various general-purpose analysis software including an analysis solver, including elementary ones. The finite element method analysis function can be used in combination with general-purpose analysis software installed on the same processing device (machine) or a personal computer or another machine connected by a computer network. Further, the present invention is effective not only for plastic analysis but also for efficient model creation and complicated graph creation as a pre / post processor of finite element method analysis software such as heat conduction, vibration, and fluid analysis. .

【0094】[0094]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下
のような効果を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0095】繰り返し計算を行うことなく3回以下の線
形解析だけで塑性変形による応力、歪み、変形等を求め
ることができるため、解析時間を大幅に短縮することが
できる。また、計算回数が減少するので、解析途中に発
生するファイルの容量も低減することができる。
Since the stress, strain, deformation, and the like due to plastic deformation can be obtained only by three or less linear analyses without performing repetitive calculations, the analysis time can be greatly reduced. Further, since the number of calculations is reduced, the capacity of a file generated during the analysis can be reduced.

【0096】また、応力−歪み曲線を画像データとして
読み込むことで、この画像データから、塑性形跡に必要
な応力と歪みとの相関関係を簡単に入手することがで
き、塑性解析に必要な弾性率等もこの画像データを用い
て自動的に算出することができる。さらに、モデルファ
イルおよび材料ファイルから適切なモデルおよび材料デ
ータを選択できるようにすることで、解析用のモデルを
簡単に作成することができる。これらの機能を全て備え
ることにより、専門的な知識に乏しい利用者であっても
簡単に塑性解析が行えるようになり、汎用解析ソフトウ
ェアに熟練した設計技術者を育成する必要がなくなり、
人的コストの低減が可能となる。
Further, by reading the stress-strain curve as image data, the correlation between the stress and the strain required for the plastic trace can be easily obtained from the image data, and the elastic modulus required for the plastic analysis can be obtained. Can also be automatically calculated using this image data. Furthermore, a model for analysis can be easily created by selecting an appropriate model and material data from the model file and the material file. By having all of these functions, even users with little specialized knowledge can easily perform plastic analysis, eliminating the need to train skilled design engineers with general-purpose analysis software.
Human costs can be reduced.

【0097】さらに、グラフ化に関する支援機能である
グラフ作成手段を備えることにより、解析結果のグラフ
化を簡単に行うことができる。
Further, by providing a graph creation means as a support function for graphing, it is possible to easily graph the analysis result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の有限要素法を用いた塑性解析システム
の一実施形態のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a plastic analysis system using a finite element method according to the present invention.

【図2】図1に示したデータ処理装置の処理例を示すフ
ローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing example of the data processing device illustrated in FIG. 1;

【図3】本発明の塑性解析方法を用いた解析例1を説明
するための解析用モデルの概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of an analysis model for explaining an analysis example 1 using the plasticity analysis method of the present invention.

【図4】解析例1で用いた合金材料の応力−歪み曲線で
ある。
FIG. 4 is a stress-strain curve of the alloy material used in Analysis Example 1.

【図5】本発明の塑性解析方法の解析例2を説明するた
めの解析用モデルの概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of an analysis model for explaining an analysis example 2 of the plasticity analysis method of the present invention.

【図6】解析例2で用いたはんだ合金の応力−歪み曲線
である。
FIG. 6 is a stress-strain curve of the solder alloy used in Analysis Example 2.

【図7】本発明の他の実施形態のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of another embodiment of the present invention.

【図8】従来の塑性解析方法を説明するための、応力−
歪み曲線である。
FIG. 8 is a graph showing stress-values for explaining a conventional plasticity analysis method.
It is a distortion curve.

【図9】従来の塑性解析方法の手順を示すフローチャー
トである。
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of a conventional plasticity analysis method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 データ処理装置 2 三次元モデルファイル 3 グラフ作成ファイル 4 材料ファイル 5 入力装置 6 イメージスキャナ 7 表示装置 11 選択手段 12 解析用モデル作成手段 13 有限要素法解析手段 14 画像処理手段 31 はり 32 基板 33 半導体チップ 34 はんだ合金 1, 21 Data processing device 2 3D model file 3 Graph creation file 4 Material file 5 Input device 6 Image scanner 7 Display device 11 Selection means 12 Analysis model creation means 13 Finite element method analysis means 14 Image processing means 31 Beam 32 Substrate 33 Semiconductor chip 34 Solder alloy

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 構造物を複数の要素に分割したモデルを
作成し、該モデルに対して有限要素法を用いて前記構造
物に負荷が作用することにより発生する応力や歪みを求
める塑性解析方法であって、 解析対象となる構造物の材料の破断試験結果である応力
−歪み曲線から、塑性変形が始まる応力および歪みを求
めるステップと、 求めたい最終負荷の条件で前記モデルに対して有限要素
法を用いて線形解析を行い、最大歪み、該最大歪みとな
る要素および最大応力を求めるとともに、前記モデルの
各要素を、塑性変形が始まる歪みを超える第1の要素群
と残りの第2の要素群とに分け、さらに、前記最大歪み
となる要素の歪みが前記塑性変形が始まる歪みになると
きの弾性限負荷を求めるステップと、 前記塑性変形が始まる応力および歪みから弾性変形領域
での弾性率である第1の弾性率を求め、前記最大応力お
よび最大歪みと前記塑性変形が始まる応力および歪みか
ら塑性変形領域を直線で近似した第2の弾性率を求める
ステップと、 前記弾性変形領域について、前記弾性限負荷および前記
第1の弾性率を条件として有限要素法を用いて線形解析
するステップと、 前記塑性変形領域について、負荷条件を前記最終負荷と
前記弾性限負荷との差とし、かつ、弾性率条件を、前記
第1の要素群については前記第2の弾性率、前記第2の
要素群については前記第1の弾性率として、有限要素法
を用いて線形解析するステップと、 前記モデルの全ての要素について、前記弾性変形領域の
線形解析結果と前記塑性変形領域の線形解析結果とを足
し合わせるステップとを有する塑性解析方法。
1. A plastic analysis method for creating a model in which a structure is divided into a plurality of elements, and using a finite element method on the model to determine stress and strain generated when a load acts on the structure. A step of obtaining stress and strain at which plastic deformation starts from a stress-strain curve which is a result of a fracture test of a material of a structure to be analyzed; and a finite element for the model under a condition of a final load to be obtained. The maximum strain, the element that becomes the maximum strain, and the maximum stress are obtained by performing a linear analysis using the method, and each element of the model is replaced with a first element group exceeding the strain at which plastic deformation starts and a second second element. A step of obtaining an elastic limit load when the strain of the element having the maximum strain becomes the strain at which the plastic deformation starts, and an elastic limit from the stress and the strain at which the plastic deformation starts. Obtaining a first elastic modulus which is an elastic modulus in the elastic deformation region, and obtaining a second elastic modulus which approximates a plastic deformation region with a straight line from the maximum stress and the maximum strain and the stress and the strain at which the plastic deformation starts, A step of performing a linear analysis using a finite element method on the elastic deformation region under the condition of the elastic limit load and the first elastic modulus; and, for the plastic deformation region, changing a load condition to the final load and the elastic limit load. And the elastic modulus condition is defined as the second elastic modulus for the first element group and the first elastic modulus for the second element group, using the finite element method. A plastic analysis method comprising: analyzing; and for all elements of the model, adding a linear analysis result of the elastic deformation region and a linear analysis result of the plastic deformation region.
【請求項2】 前記応力−歪み曲線を画像データとして
読み込み、該画像データから前記塑性変形が始まる応力
および歪みを求める請求項1に記載の塑性解析方法。
2. The plasticity analysis method according to claim 1, wherein the stress-strain curve is read as image data, and a stress and a strain at which the plastic deformation starts are obtained from the image data.
【請求項3】 有限要素法を用いて解析する際の代表的
な複数種類のモデルを格納したモデルファイルと、代表
的な複数種類の材料についての材料定数および材料強度
を含む材料データを格納した材料ファイルとを予め用意
しておき、 前記モデルファイルおよび材料ファイルの中から前記構
造物に対応するモデルおよび材料データを選択し、選択
されたモデルおよび材料データにより有限要素法解析の
ための解析用モデルを生成する請求項1または2に記載
の塑性解析方法。
3. A model file storing a plurality of typical models used for analysis using the finite element method, and material data including material constants and material strengths of the plurality of typical materials are stored. Prepare a material file in advance, select a model and material data corresponding to the structure from the model file and material file, and use the selected model and material data for analysis for finite element analysis. The method according to claim 1, wherein the model is generated.
【請求項4】 構造物を複数の要素に分割したモデルを
作成し、該モデルに対して有限要素法を用いて前記構造
物に負荷が作用することにより発生する応力や歪みを求
める塑性解析システムであって、 解析対象となる構造物の材料の破断試験結果である応力
−歪み曲線を画像データとして読み込む画像読み込み手
段と、 前記モデルに対し与えられた条件に従って有限要素法を
用いて線形解析を行う有限要素法解析手段と、 前記画像読み込み手段で読み込んだ画像データに基づ
き、塑性変形が始まる応力および歪みを求め、前記モデ
ルの各要素を、前記塑性変形が始まる歪みを超える第1
の要素群と残りの第2の要素群とに分けるとともに、求
めたい最終負荷の条件を前記有限要素法解析手段に与え
て前記線形解析を行わせて最大歪みおよび該最大歪みと
なる要素を求めさせ、得られた最大歪みが生じるときの
最大応力を求め、さらに、前記最大歪みとなる要素の歪
みが前記塑性変形が始まる歪みになるときの弾性限負荷
を求めるとともに、前記塑性変形が始まる応力および歪
みから弾性変形領域での弾性率である第1の弾性率を求
め、前記最大応力および最大歪みと前記塑性変形が始ま
る応力および歪みから塑性変形領域を直線で近似した第
2の弾性率を求める画像処理手段とを有し、 前記有限要素法解析手段は、前記弾性変形領域につい
て、前記弾性限負荷および前記第1の弾性率を条件とし
て前記線形解析を行い、前記塑性変形領域について、負
荷条件を前記最終負荷と前記弾性限負荷との差とし、か
つ、弾性率条件を、前記第1の要素群については前記第
2の弾性率、前記第2の要素群については前記第1の弾
性率として前記線形解析を行い、前記モデルの全ての要
素について、前記弾性変形領域の線形解析結果と前記塑
性変形領域の線形解析結果とを足し合わせる機能を有す
る塑性解析システム。
4. A plastic analysis system for creating a model in which a structure is divided into a plurality of elements, and using a finite element method on the model to determine stress and strain generated by applying a load to the structure. An image reading means for reading a stress-strain curve which is a result of a fracture test of a material of a structure to be analyzed as image data, and a linear analysis using a finite element method according to conditions given to the model. Based on the finite element method analysis means to be performed, based on the image data read by the image reading means, to determine the stress and strain at which plastic deformation starts, each element of the model, the first exceeding the strain at which the plastic deformation begins
And the remaining second element group, and the condition of the final load to be obtained is given to the finite element method analysis means and the linear analysis is performed to obtain the maximum distortion and the element having the maximum distortion. To obtain the maximum stress when the obtained maximum strain occurs, and further obtain the elastic limit load when the strain of the element that becomes the maximum strain becomes the strain at which the plastic deformation starts, and the stress at which the plastic deformation starts And a first elastic modulus which is an elastic modulus in an elastic deformation region from the strain and a second elastic modulus which approximates a plastic deformation region with a straight line from the maximum stress and the maximum strain and the stress and the strain at which the plastic deformation starts, and The finite element method analysis means performs the linear analysis on the elastic deformation region under the conditions of the elastic limit load and the first elastic modulus, For the sexual deformation region, the load condition is defined as the difference between the final load and the elastic limit load, and the elasticity condition is defined as the second elastic modulus for the first element group and the second elastic group for the second element group. Is a plastic analysis system having a function of performing the linear analysis as the first elastic modulus, and adding a linear analysis result of the elastic deformation region and a linear analysis result of the plastic deformation region for all elements of the model.
【請求項5】 有限要素法を用いて解析する際の複数種
類のモデルを格納したモデルファイルと、 複数種類の材料についての材料定数および材料強度を含
む材料データを格納した材料ファイルと、 前記モデルファイルおよび材料ファイルの中から選択さ
れた、前記構造物に対応するモデルおよび材料データに
従って、有限要素法解析のための解析用モデルを生成す
るモデル生成手段とを有する請求項4に記載の塑性解析
システム。
5. A model file storing a plurality of types of models for analysis using the finite element method; a material file storing material data including material constants and material strengths for a plurality of types of materials; 5. The plastic analysis according to claim 4, further comprising: model generation means for generating an analysis model for a finite element method analysis in accordance with a model and material data corresponding to the structure selected from a file and a material file. system.
【請求項6】 複数種類のグラフについての作成条件を
格納したグラフ作成条件ファイルと、 前記グラフ作成条件ファイルから選択された作成条件に
従って、前記有限要素法解析手段での解析結果をグラフ
化して表示装置に表示させるグラフ作成手段を有する請
求項5に記載の塑性解析システム。
6. A graph creation condition file storing a plurality of types of graph creation conditions, and an analysis result by the finite element method analysis means in a graph form according to a creation condition selected from the graph creation condition file. The plastic analysis system according to claim 5, further comprising a graph creating unit for displaying the graph on an apparatus.
【請求項7】 コンピュータによって、構造物を複数の
要素に分割したモデルを作成し、該モデルに対して有限
要素法を用いて前記構造物に負荷が作用することにより
発生する応力や歪みを求める塑性解析プログラムを記録
した記録媒体であって、 該塑性解析プログラムはコンピュータに、 解析対象となる構造物の材料の破断試験結果である応力
−歪み曲線から、塑性変形が始まる応力および歪みを求
める手順と、 求めたい最終負荷の条件で前記モデルに対して有限要素
法を用いて線形解析を行い、最大歪み、該最大歪みとな
る要素および最大応力を求めるとともに、前記モデルの
各要素を、塑性変形が始まる歪みを超える第1の要素群
と残りの第2の要素群とに分け、さらに、前記最大歪み
となる要素の歪みが前記塑性変形が始まる歪みになると
きの弾性限負荷を求める手順と、 前記塑性変形が始まる応力および歪みから弾性変形領域
での弾性率である第1の弾性率を求め、前記最大応力お
よび最大歪みと前記塑性変形が始まる応力および歪みか
ら塑性変形領域を直線で近似した第2の弾性率を求める
手順と、 前記弾性変形領域について、前記弾性限負荷および前記
第1の弾性率を条件として有限要素法を用いて線形解析
する手順と、 前記塑性変形領域について、負荷条件を前記最終負荷と
前記弾性限負荷との差とし、かつ、弾性率条件を、前記
第1の要素群については前記第2の弾性率、前記第2の
要素群については前記第1の弾性率として、有限要素法
を用いて線形解析する手順と、 前記モデルの全ての要素について、前記弾性変形領域の
線形解析結果と前記塑性変形領域の線形解析結果とを足
し合わせる手順とを実行させる、塑性解析プログラムを
記録した記録媒体。
7. A computer creates a model in which a structure is divided into a plurality of elements, and obtains stress and strain generated by applying a load to the structure using a finite element method on the model. A recording medium on which a plastic analysis program is recorded, wherein the plastic analysis program is a computer that obtains stress and strain at which plastic deformation starts from a stress-strain curve that is a fracture test result of a material of a structure to be analyzed. Under the condition of the final load to be obtained, a linear analysis is performed on the model using the finite element method to obtain the maximum strain, the element that becomes the maximum strain and the maximum stress, and each element of the model is subjected to plastic deformation. Is divided into a first element group exceeding the strain at which the deformation starts and a remaining second element group, and the strain of the element having the maximum strain is changed to the strain at which the plastic deformation starts. And a procedure for obtaining an elastic limit load, and obtaining a first elastic modulus which is an elastic modulus in an elastic deformation region from the stress and strain at which the plastic deformation starts, and obtaining the maximum stress and the maximum strain and the stress at which the plastic deformation starts. And a procedure for obtaining a second elastic modulus by approximating the plastic deformation region with a straight line from the strain and the strain, and linearly analyzing the elastic deformation region using a finite element method under the condition of the elastic limit load and the first elastic modulus. Procedures: For the plastic deformation region, a load condition is defined as a difference between the final load and the elastic limit load, and an elastic modulus condition is defined as the second elastic modulus and the second elastic modulus for the first element group. A linear analysis using the finite element method as the first elastic modulus for the group of elements; and a linear analysis result of the elastic deformation area and the plastic deformation area for all the elements of the model. And a step of adding the result of the linear analysis of the recording medium.
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