WO2020017041A1 - 評価方法及び評価装置、並びに記録媒体 - Google Patents

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measured
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祐介 常見
河内　毅
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日本製鉄株式会社
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
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    • G—PHYSICS
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    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design

Definitions

  • the present invention relates to an evaluation method and an evaluation device, and a recording medium.
  • the car body of the car absorbs the collision energy by deforming some skeletal members at the time of the collision, and keeps the living space by not deforming the strong skeletal members Is designed to be
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has a highly reliable evaluation method and recording method capable of appropriately evaluating the performance of a measured member easily and in a short time by a relatively simple method. It is an object to provide a medium and an evaluation device.
  • the gist of the present invention is as follows. 1. A first step of calculating a change amount and a strain amount of the internal energy for each analysis point of the measured member in a predetermined time section; Using the calculated amount of change in the internal energy and the amount of strain, a second step of calculating the degree of contribution of absorbed energy for each strain section of the measured member, An evaluation method comprising: 2. The second step, in accordance with the amount of strain for each of the analysis points, adding the amount of change in the internal energy for each of the strain section, to calculate the contribution of the absorbed energy for each of the strain section.
  • the method further includes a third step of displaying the contribution of the absorbed energy calculated for each of the strain sections.
  • Evaluation method described in. 4. The predetermined time interval is determined based on a load displacement curve of the measured member. ⁇ 3.
  • 3. A predetermined range in the load displacement curve is set as an evaluation range of the contribution of the absorbed energy.
  • Evaluation method described in. 6. Before the first step, a collision analysis is performed on the measured member, The first step is to calculate a change amount of the internal energy and a strain amount for each of the analysis points based on a result of the collision analysis. ⁇ 5.
  • the second step in accordance with the amount of strain for each of the analysis points, adding the amount of change in the internal energy for each of the strain section, to calculate the contribution of the absorbed energy for each of the strain section.
  • the program causes the computer to further execute a third step of displaying the contribution of the absorbed energy calculated for each of the strain sections.
  • a recording medium according to claim 1. 10. 6. The predetermined time interval is determined based on a load displacement curve of the measured member. ⁇ 9. The recording medium according to any one of the above items. 11. 9. A predetermined range in the load displacement curve is set as an evaluation range of the contribution of the absorbed energy. A recording medium according to claim 1. 12. Before the first step, a collision analysis is performed on the measured member, 6. The first step is to calculate the amount of change in the internal energy and the amount of strain for each analysis point based on the result of the collision analysis. ⁇ 11. The recording medium according to any one of the above items. 13.
  • a first calculation unit that calculates a change amount and a strain amount of the internal energy for each analysis point of the member to be measured in a predetermined time section; Using the calculated amount of change in the internal energy and the amount of strain, a second calculating unit that calculates the contribution of the absorbed energy for each strain section of the measured member,
  • An evaluation device comprising:
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the evaluation device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the evaluation method according to the first embodiment in the order of steps.
  • FIG. 3A is a schematic side view showing a test when performing a collision analysis.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing a test when performing a collision analysis.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing a load displacement curve of a predetermined steel material.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the load contribution for each distortion section.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing a correlation (stress-strain curve) between the strain amount of each steel type and true stress (deformation resistance).
  • FIG. 7 is a diagram showing the yield stress and strength of each steel type.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the evaluation device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the evaluation method according to the first embodiment in the order of steps.
  • FIG. 8A is a characteristic diagram showing performance evaluation results of steel types according to Comparative Example 1.
  • FIG. 8B is a characteristic diagram showing performance evaluation results of steel types according to Comparative Example 2.
  • FIG. 8C is a characteristic diagram showing performance evaluation results of steel types according to Comparative Example 3.
  • FIG. 8D is a characteristic diagram illustrating performance evaluation results of the steel types according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the internal configuration of the personal user terminal device.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the evaluation device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the evaluation method according to the present embodiment in the order of steps.
  • This evaluation device evaluates absorbed energy generated in a deformed portion of a member to be measured, and includes a collision analysis unit 1, a first calculation unit 2, a second calculation unit 3, a display unit 4, and a third calculation unit 5. It has.
  • the collision analysis unit 1 performs a collision analysis on the member to be measured by numerical analysis.
  • the first calculator 2 calculates a change amount and a strain amount of the internal energy for each analysis point.
  • the second calculation unit 3 adds the calculated amount of change in internal energy for each analysis point for each strain section.
  • the display unit 4 includes, for example, a predetermined display, and displays the calculated absorbed energy contribution.
  • the third calculator 5 performs performance evaluation by multiplying the load contribution by the true stress.
  • FIGS. 3A and 3B When performing a collision analysis, a collision test as shown in FIGS. 3A and 3B is performed.
  • 3A is a schematic side view
  • FIG. 3B is a schematic sectional view.
  • a hat-shaped member 10 is used as a member to be measured.
  • the hat-shaped member 10 overlaps a base material 11, which is a hat-shaped cross-sectional steel plate formed into a hat shape, with a base material 12, which is a flat steel plate, on the flat flange surface 13 a of the flange portion 13.
  • the hat-shaped member 10 has, for example, a length of 800 mm, a top surface width of the base material 11 of 80 mm, both ends R5 mm, a width between the flange portions 13 of 130 mm, a height of 60 mm, and a side surface inclination of 5 °. .
  • the hat-shaped member 10 is supported by the fixing jigs 14 and 15, the distance between the fulcrum points of the fixing jigs 14 and 15 of R30 mm is 600 mm, and the impactor 16 of R50 mm is, for example, 7.2 km from the base material 11 side. / H is pressed at a constant speed to perform a three-point bending test.
  • Step S1 Create a finite element method (FEM) model that reproduces the conditions of the collision test described above.
  • the collision analysis unit 1 executes a collision analysis of a member to be measured by numerical analysis using the FEM model (Step S1).
  • This numerical analysis is a technique that is easily effective in collision analysis and analysis and evaluation of collision performance.
  • a difference method, a particle method, or the like can be used.
  • the first calculation unit 2 collects, from the collision analysis result, a history of the internal energy and a history of the strain amount in a predetermined time section in which all the analysis points (elements of the finite element method) of the measured member are to be evaluated.
  • the analysis point is a center (center of gravity) point in the element of the finite element method.
  • the internal energy is the strain energy generated at the analysis point of the member to be measured due to the elasto-plastic deformation, and is a physical quantity that can be regarded as equivalent to the absorbed energy. In order to calculate the change amount of the internal energy as described later, it is necessary to acquire the history of the internal energy in a predetermined time section for each analysis point.
  • a strain amount here, a time average value of a strain amount in a predetermined time section of each analysis point; hereinafter, referred to as a representative strain amount
  • a strain amount that changes every moment Need to get the history of.
  • the first calculation unit 2 calculates the history of the change amount of the internal energy and the representative strain amount for each analysis point based on the collected history of the internal energy and the history of the strain amount (Step S3).
  • the amount of change in the internal energy an increment calculated from the preceding and following time steps may be used. It is preferable to use the equivalent plastic strain as the representative strain amount.
  • the predetermined time interval is arbitrarily determined based on the load displacement curve of the measured member as shown in FIG.
  • the load displacement curve By using the load displacement curve, it is possible to know necessary member characteristics of the member to be measured and a rough change in the deformation state. Specifically, the area of a predetermined range in the load displacement curve is used as the evaluation area of the absorbed energy contribution.
  • the load displacement curve may be a known material for the member to be measured, or may be newly created according to the member to be measured.
  • the total load F of the member to be measured is represented by the following equations (1) to (3).
  • U is the internal energy of the entire analysis point of the measured member
  • x is the average displacement
  • n is the number of analysis points.
  • an average displacement amount x which is one representative value of the measured member is used instead of the displacement amount for each analysis point.
  • the total load F is approximated by the derivative of the displacement of the internal energy U from equation (1).
  • U is the sum of Un at each analysis point for n . This is the sum for n displacement derivative of U n at each analysis point from equation (3).
  • the absorbed energy can be regarded as being equivalent to the internal energy (specifically, the strain energy). Therefore, the absorbed energy U is expressed as follows by displacement-integrating the equation (1).
  • the absorbed energy U is expressed as follows by displacement-integrating the equation (3).
  • the absorbed energy U obtained from the equation (5) is a value obtained by adding the absorbed energy at each analysis point.
  • the history of the strain amount at each analysis point is calculated together with the history of the change amount of the internal energy. Then, the contribution to the absorbed energy for each strain section can be evaluated by adding the amount of change in the internal energy for each strain section to be evaluated.
  • the strain section is a strain width when the strain generated at each analysis point of the measured member is arranged for each magnitude.
  • the second calculation unit 3 adds the amount of change in internal energy at each analysis point to each of the strain sections in association with the representative strain amount calculated in step S3 (step S4). Thereby, the absorbed energy contribution degree for each strain section is calculated.
  • the display unit 4 displays the calculated absorbed energy contribution for each strain section on a display or the like (step S5).
  • the absorbed energy contribution may be displayed as a ratio (%) for each strain section with respect to the total value of the change amounts of all the internal energies.
  • FIG. 5 shows an example of displaying the ratio of contribution of the absorbed energy.
  • the strain sections are divided into 1% in the range of the representative strain amount of 1% to 30%, and the contribution ratio of the absorbed energy in each strain section is displayed.
  • the display unit 4 may display the amount of change in internal energy at each analysis point obtained in step S4.
  • the absorbed energy contribution originally shows a different value depending on the material, but the present inventors have found that the difference in the absorbed energy contribution between different materials is extremely small. According to this finding, it can be said that the absorbed energy contribution is a value that does not substantially depend on the material. Therefore, once the contribution of the absorbed energy using a certain material is obtained once, the absorption energy when another material is used can be easily estimated.
  • the third calculation unit 5 uses the correlation between the amount of strain and the true stress (deformation resistance) in the material of the member to be measured to determine the absorbed energy contribution for each strain section and the measured member for each strain section. Is multiplied by the true stress, and the multiplication value for each strain section is added to calculate the evaluation value of the member to be measured (step S6).
  • the absorbed energy contribution for each strain section is a value for evaluating what percentage of the absorbed energy is generated from which strain section.
  • a deformation resistance (stress) activated by strain differs due to a work hardening phenomenon that becomes harder due to deformation. Therefore, in order to evaluate the performance of the material as a whole, for all the strain sections, the absorbed energy contribution for each strain section is multiplied by the true stress of the member to be measured for each strain section, and the sum is calculated.
  • the contribution of absorbed energy is a value that does not depend on the material. For example, even if the material is changed, if the stress-strain relationship of the material is grasped, The performance of the material can be evaluated with high accuracy, and the material can be easily selected.
  • FIG. 6 shows the correlation (stress-strain curve) between the strain amounts of steel types A, B, and C and the true stress (deformation resistance).
  • FIG. 7 shows the yield stress and strength of steel type A, steel type B, and steel type C.
  • Comparative Example 1 is a conventional method of evaluating the proof stress of a member to be measured during bending deformation (see Non-Patent Documents 1 and 2). Bending deformation of a thin plate member such as an automobile at the time of collision usually occurs due to buckling at the time of plastic deformation. Therefore, the definition of the weak part and the strong part is determined by the sum of the proof stresses (F) of the respective sides obtained by the following equations (6) and (7) with respect to the surface inside the bending (compression side). .
  • C is the effective width
  • ⁇ y is the yield stress
  • t the plate thickness
  • E Young's modulus
  • w the plate width.
  • Comparative Example 2 is a conventional method in which evaluation is performed based only on the strength of the member to be measured.
  • Comparative Example 3 is a conventional method in which numerical analysis is performed in detail on a member to be measured and evaluated. Specifically, using the information on the member shape and the boundary conditions shown in FIGS. 3A and 3B, a numerical analysis in which the material properties are changed is performed a plurality of times, a load displacement curve is calculated from each result, and the absorbed energy is calculated. How to get. In the method of Comparative Example 3, it is possible to perform an appropriate evaluation, but it requires a great deal of time and effort.
  • FIG. 8A to 8D show the performance evaluation results of Steel Type A, Steel Type B, and Steel Type C.
  • 8A shows the evaluation result of Comparative Example 1
  • FIG. 8B shows the evaluation result of Comparative Example 2
  • FIG. 8C shows the evaluation result of Comparative Example 3
  • FIG. 8D shows the evaluation result of the present embodiment.
  • Comparative Example 1 since the criterion for the performance evaluation was only the yield stress, the steel type A was evaluated as having the best performance in the order of the steel type A, the steel type B, and the steel type C based on FIG.
  • Comparative Example 2 since the criterion for performance evaluation was only strength, steel type C was evaluated as having the best performance in the order of steel type C, steel type B, and steel type A based on FIG.
  • the relationship between the deformation resistance and the absorbed energy in each strain section, which is the source of the deformation resistance in the member to be measured, is quantified, and can be easily performed in a short time by a relatively simple method.
  • the performance of the member to be measured can be properly evaluated.
  • each component the collision analysis unit 1, the first calculation unit 2, the second calculation unit 3, the third calculation unit 5, and the like in FIG. 1 of the evaluation device according to the first embodiment is the same as that of the computer RAM. It can be realized by operating a program stored in a ROM or a ROM. Similarly, each step (such as steps S1 to S5 in FIG. 2) of the evaluation method according to the first embodiment can be realized by operating a program stored in a RAM or a ROM of the computer. This program and a computer-readable recording medium on which the program is recorded are included in the second embodiment.
  • the above-mentioned program is recorded on a recording medium such as a CD-ROM, or provided to a computer via various transmission media.
  • a recording medium for recording the above program a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a nonvolatile memory card, and the like can be used in addition to the CD-ROM.
  • a transmission medium of the above-mentioned program a communication medium in a computer network system for propagating and supplying program information as a carrier wave can be used.
  • the computer network is a LAN, a WAN such as the Internet, a wireless communication network or the like
  • the communication medium is a wired line or a wireless line such as an optical fiber.
  • the programs included in the present embodiment are not limited to those that realize the functions of the first embodiment when the computer executes the supplied program.
  • the functions of the first embodiment are realized in cooperation with an OS (Operating System) or other application software running on a computer, such a program is included in the present embodiment.
  • OS Operating System
  • the program is included in the present embodiment. It is.
  • LS-DYNA is used for numerical analysis of the measured member at the time of collision
  • the evaluation program of the present invention is used for calculating the load contribution and evaluating the performance of the measured member.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the internal configuration of a personal user terminal device.
  • reference numeral 1200 denotes a personal computer (PC) including a CPU 1201.
  • the PC 1200 executes device control software stored in the ROM 1202 or the hard disk (HD) 1211 or supplied from the flexible disk drive (FD) 1212.
  • the PC 1200 generally controls each device connected to the system bus 1204.
  • Reference numeral 1203 denotes a RAM, which functions as a main memory, a work area, and the like of the CPU 1201.
  • a keyboard controller (KBC) 1205 controls input of instructions from a keyboard (KB) 1209 or a device (not shown).
  • Reference numeral 1206 denotes a CRT controller (CRTC), which controls display on a CRT display (CRT) 1210.
  • Reference numeral 1207 denotes a disk controller (DKC).
  • the DKC 1207 controls access to a hard disk (HD) 1211 that stores a boot program, a plurality of applications, edit files, user files, a network management program, and the like, and a flexible disk (FD) 1212.
  • the boot program is a boot program that starts execution (operation) of hardware and software of a personal computer.
  • Reference numeral 1208 denotes a network interface card (NIC), which exchanges data bidirectionally with a network printer, another network device, or another PC via the LAN 1220.
  • NIC network interface card
  • a predetermined computer or the like specialized as the evaluation device may be used.
  • the absorbed energy contribution is calculated for each strain section of the measured member, and by using the absorbed energy contribution, a highly accurate quantitative evaluation of the measured member can be easily performed in a short time. Therefore, the present invention can be applied to appropriate evaluation of a skeletal member responsible for deformation due to a collision in a vehicle body or the like.

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Abstract

被測定部材（１０）の変形部位に発生する荷重の評価方法であって、所定の時間区間における被測定部材（１０）の解析点ごとの内部エネルギーの変化量及び歪み量を算出し（ステップＳ３）、算出された内部エネルギーの変化量及び歪み量を用いて、被測定部材の歪み区間ごとに吸収エネルギー寄与度を算出する（ステップＳ４，Ｓ５）。この構成により、比較的簡素な手法により短時間で容易に被測定部材の性能を適正に評価することができる。

Description

評価方法及び評価装置、並びに記録媒体
　本発明は、評価方法及び評価装置、並びに記録媒体に関するものである。
　従来より、自動車の燃費向上のための一つの手法として、自動車の車体の軽量化が進められている。その一方で、自動車の衝突安全性を考慮して、自動車の車体は、衝突時に一部の骨格部材が変形することで衝突エネルギーを吸収し、強固な骨格部材は変形しないことで生存空間を保つように設計されている。
Winter, G.: Strength of thin steel compression flanges, Trans. ASCE, Vol. 112, pp. 527-554, 1947. Winter, G.: Performance of thin steel compression flanges, Preliminary Publication, 3rd Congress of IABSE, Liege, pp. 137-148, 1948.
　自動車の車体において、衝突による変形を担う骨格部材には、必要な変形に対する必要な荷重を正しく設計する必要がある。しかしながら従来では、骨格部材の降伏応力のみに基づいて評価していたことから、骨格部材の性能の適正な評価が困難であった。その一方で、当該骨格部材に対応する被測定部材について数値解析を詳細に行うことにより、適正な評価を行うことは可能であるが、多大な時間と労力を要し、現実的ではない。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な手法により短時間で容易に被測定部材の性能を適正に評価することを可能とする信頼性の高い評価方法及び記録媒体、並びに評価装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するため、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。
　１．所定の時間区間における被測定部材の解析点ごとの内部エネルギーの変化量及びひずみ量を算出する第１ステップと、
　算出された前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を用いて、前記被測定部材のひずみ区間ごとに吸収エネルギーの寄与度を算出する第２ステップと、
　を含むことを特徴とする評価方法。
　２．前記第２ステップは、前記解析点ごとの前記ひずみ量に応じて、前記ひずみ区間ごとに前記内部エネルギーの変化量を加算して、前記ひずみ区間ごとの前記吸収エネルギーの寄与度を算出することを特徴とする１．に記載の評価方法。
　３．前記ひずみ区間ごとに算出した前記吸収エネルギーの寄与度を表示する第３ステップを更に含むことを特徴とする１．又は２．に記載の評価方法。
　４．前記所定の時間区間は、前記被測定部材の荷重変位曲線に基づいて決定されることを特徴とする１．～３．のいずれか１項に記載の評価方法。
　５．前記荷重変位曲線における所定範囲が前記吸収エネルギーの寄与度の評価域とされることを特徴とする４．に記載の評価方法。
　６．前記第１ステップの前に、前記被測定部材について衝突解析を行い、
　前記第１ステップは、前記衝突解析の結果に基づいて、前記解析点ごとの前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を算出することを特徴とする１．～５．のいずれか１項に記載の評価方法。
　７．所定の時間区間における被測定部材の解析点ごとの内部エネルギーの変化量及びひずみ量を算出する第１ステップと、
　算出された前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を用いて、前記被測定部材のひずみ区間ごとに吸収エネルギーの寄与度を算出する第２ステップと、
　をコンピュータに実行させる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。
　８．前記第２ステップは、前記解析点ごとの前記ひずみ量に応じて、前記ひずみ区間ごとに前記内部エネルギーの変化量を加算して、前記ひずみ区間ごとの前記吸収エネルギーの寄与度を算出することを特徴とする７．に記載の記録媒体。
　９．前記プログラムは、前記ひずみ区間ごとに算出した前記吸収エネルギーの寄与度を表示する第３ステップを更にコンピュータに実行させることを特徴とする７．又は８．に記載の記録媒体。
　１０．前記所定の時間区間は、前記被測定部材の荷重変位曲線に基づいて決定されることを特徴とする７．～９．のいずれか１項に記載の記録媒体。
　１１．前記荷重変位曲線における所定範囲が前記吸収エネルギーの寄与度の評価域とされることを特徴とする１０．に記載の記録媒体。
　１２．記第１ステップの前に、前記被測定部材について衝突解析を行い、
　前記第１ステップは、前記衝突解析の結果に基づいて、前記解析点ごとの前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を算出することを特徴とする７．～１１．のいずれか１項に記載の記録媒体。
　１３．所定の時間区間における被測定部材の解析点ごとの内部エネルギーの変化量及びひずみ量を算出する第１算出部と、
　算出された前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を用いて、前記被測定部材のひずみ区間ごとに吸収エネルギーの寄与度を算出する第２算出部と、
　を含むことを特徴とする評価装置。
　本発明によれば、比較的簡素な手法により短時間で容易に被測定部材の性能を適正に評価することが可能となる。
図１は、第１の実施形態による評価装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態による評価方法をステップ順に示すフロー図である。 図３Ａは、衝突解析を行う際の試験を示す概略側面図である。 図３Ｂは、衝突解析を行う際の試験を示す概略断面図である。 図４は、所定の鋼材の荷重変位曲線を示す特性図である。 図５は、歪み区間ごとの荷重寄与度を示す特性図である。 図６は、各鋼種の歪み量と真応力（変形抵抗）との相関関係（応力－歪み曲線）を示す特性図である。 図７は、各鋼種の降伏応力及び強度を示す図である。 図８Ａは、比較例１による鋼種の性能評価結果を示す特性図である。 図８Ｂは、比較例２による鋼種の性能評価結果を示す特性図である。 図８Ｃは、比較例３による鋼種の性能評価結果を示す特性図である。 図８Ｄは、第１の実施形態による鋼種の性能評価結果を示す特性図である。 図９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。
　以下、諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本実施形態による評価装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による評価方法をステップ順に示すフロー図である。
　この評価装置は、被測定部材の変形部位に発生する吸収エネルギーを評価するものであり、衝突解析部１、第１算出部２、第２算出部３、表示部４、及び第３算出部５を備えている。
　衝突解析部１は、被測定部材について数値解析により衝突解析を行うものである。第１算出部２は、解析点ごとの内部エネルギーの変化量及びひずみ量を算出する。第２算出部３は、算出された解析点ごとの内部エネルギーの変化量をひずみ区間ごとに足し合わせる。表示部４は、例えば所定のディスプレイを備えており、算出された吸収エネルギー寄与度を表示する。第３算出部５は、荷重寄与度と真応力とを乗算して性能評価を行う。
　衝突解析を行う際には、図３Ａ及び図３Ｂに示すような衝突試験を行う。図３Ａが概略側面図、図３Ｂが概略断面図である。
　被測定部材として、ハット型部材１０を用いる。ハット型部材１０は、ハット型に成形されたハット型断面状鋼板である母材１１と、平面状鋼板である母材１２とをフランジ部１３の平坦なフランジ面１３ａで重ね合わせ、フランジ部１３をスポット溶接で接合したハット型閉断面構造を有する構造部材である。ハット型部材１０は、例えば長さ８００ｍｍ、母材１１の上面幅が８０ｍｍ、両端がＲ５ｍｍ、フランジ部１３間の幅が１３０ｍｍ、高さが６０ｍｍ、側面の傾斜が５°とされたものである。
　本実施形態では、固定治具１４，１５でハット型部材１０を支持し、Ｒ３０ｍｍの固定治具１４，１５の支点間距離を６００ｍｍとし、Ｒ５０ｍｍのインパクタ１６を母材１１側から例えば７．２ｋｍ／ｈの一定速度で押し付けて、３点曲げ試験を行う。
　上記の衝突試験の条件を再現した有限要素法（ＦＥＭ）モデルを作成する。先ず、衝突解析部１は、このＦＥＭモデルを用いた数値解析により、被測定部材の衝突解析を実行する（ステップＳ１）。この数値解析は、衝突解析や衝突性能の分析及び評価に効果を発揮し易い手法である。有限要素法の代わりに、例えば差分法や粒子法等を用いることもできる。
　続いて、第１算出部２は、衝突解析結果から、被測定部材の全ての解析点（有限要素法の要素）の評価したい所定の時間区間の内部エネルギーの履歴及びひずみ量の履歴を収集する（ステップＳ２）。解析点は、有限要素法の要素における中心（重心）点とする。内部エネルギーは、弾塑性変形により被測定部材の解析点に生じるひずみエネルギーであり、吸収エネルギーと等価とみなせる物理量である。後述のように内部エネルギーの変化量を算出するためには、解析点ごとにおける所定の時間区間の内部エネルギーの履歴を取得する必要がある。また、後述のようにひずみ量（ここでは、各解析点の所定の時間区間におけるひずみ量の時間平均値。以下、代表ひずみ量と言う。）を算出するためには、時々刻々変化するひずみ量の履歴を取得する必要がある。
　続いて、第１算出部２は、収集された内部エネルギーの履歴及びひずみ量の履歴に基づいて、解析点ごとにおける内部エネルギーの変化量の履歴及び代表ひずみ量を算出する（ステップＳ３）。内部エネルギーの変化量としては、前後の時間ステップより算出された増分を用いても良い。代表ひずみ量としては相当塑性ひずみを用いることが好ましい。
　所定の時間区間は、図４に示すような当該被測定部材の荷重変位曲線に基づいて任意に決定される。荷重変位曲線を用いることにより、被測定部材の必要な部材特性や大まかな変形状態の変化を知得することができる。具体的には、荷重変位曲線における所定範囲の面積が吸収エネルギー寄与度の評価域とされる。荷重変位曲線は、当該被測定部材の材料について既知のものが用いられることもあれば、当該被測定部材に応じて新たに作成される場合もある。
　被測定部材の全荷重Ｆは、以下の式（１）～式（３）のように表される。ここで、Ｕは被測定部材の解析点全体の内部エネルギー、ｘは平均変位量、ｎは解析点の数である。本実施形態では、「変位量」として、解析点ごとの変位量ではなく、被測定部材における１つの代表値である平均変位量ｘを用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　全荷重Ｆは、（１）式より内部エネルギーＵの変位微分で近似される。（２）式より、Ｕは各解析点におけるＵｎをｎについて足し合わせたものである。これは、（３）式より各解析点におけるＵｎの変位微分をｎについて足し合わせたものである。
　上述のように、吸収エネルギーは内部エネルギー（具体的には、ひずみエネルギー）と等価であるとみなすことができる。従って、吸収エネルギーＵは、（１）式を変位積分することで以下のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　更に吸収エネルギーＵは、（３）式を変位積分することで以下のように表される。この（５）式から求められる吸収エネルギーＵは、各解析点における吸収エネルギーを足し合わせた値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　各解析点におけるひずみ量の履歴は、内部エネルギーの変化量の履歴と共に算出されている。そうすると、評価したいひずみ区間ごとに内部エネルギーの変化量を足し合わせることで、ひずみ区間ごとの吸収エネルギーへの寄与を評価することができる。ひずみ区間とは、被測定部材の各解析点に生じるひずみについて、その大きさごとに整理する際のひずみ幅である。
　続いて、第２算出部３は、各解析点における内部エネルギーの変化量を、ステップＳ３で算出された代表ひずみ量と対応させて、ひずみ区間ごとに足し合わせる（ステップＳ４）。これにより、ひずみ区間ごとの吸収エネルギー寄与度が算出される。
　続いて、表示部４は、算出されたひずみ区間ごとの吸収エネルギー寄与度をディスプレイ等に表示する（ステップＳ５）。各吸収エネルギー寄与度を表示することにより、例えば低ひずみ域が重要な部材や高ひずみ域が重要な部材等の情報を得ることができ、材料選定に活用することができる。吸収エネルギー寄与度は、全ての内部エネルギーの変化量の合算値に対するひずみ区間ごと割合（％）で表示しても良い。吸収エネルギー寄与度を割合表示する例を図５に示す。図５では、ひずみ区間を、代表ひずみ量が１％～３０％の範囲で１％ごとに区分けし、それぞれのひずみ区間における吸収エネルギー寄与度を割合表示している。
　なお、表示部４は、ステップＳ４で得られた各解析点における内部エネルギーの変化量を表示するようにしても良い。
　吸収エネルギー寄与度は本来、材料によって異なる値を示すものであるが、異なる材料間における吸収エネルギー寄与度の違いは極めて小さいことが本発明者らにより見出された。この知見によれば、吸収エネルギー寄与度は、ほぼ材料に依存しない値であると言える。そのため、ある材料を用いた吸収エネルギー寄与度を一度求めれば、他の材料を用いた際の吸収エネルギーの見積もりを簡便に行うことができる。
　続いて、第３算出部５は、被測定部材の材料におけるひずみ量と真応力（変形抵抗）との相関関係を用いて、ひずみ区間ごとの吸収エネルギー寄与度と、ひずみ区間ごとの被測定部材の真応力とを乗算し、ひずみ区間ごとの乗算値を加算して、被測定部材の評価値を算出する（ステップＳ６）。
　ひずみ区間ごとの吸収エネルギー寄与度とは、吸収エネルギーのうち何％がどのひずみ区間から発生しているかを評価する値である。通常の金属材料では、変形により硬くなる加工硬化現象により、ひずみによって活性する変形抵抗（応力）が異なる。そのため、材料全体としての性能を評価すべく、全てのひずみ区間について、ひずみ区間ごとの吸収エネルギー寄与度とひずみ区間ごとの被測定部材の真応力とを乗算し、その総和を計算する。この総和を被測定部材の評価値とすることにより、吸収エネルギー寄与度が材料に依存しない値であるため、例えば材料を変更した場合でも当該材料の応力－ひずみ関係を把握していれば、当該材料の性能を高精度に評価することができ、材料選定を簡便に行うことができる。
　ここで、相異なる鋼種Ａ，鋼種Ｂ，鋼種Ｃの被測定部材について、諸比較例との比較に基づいて、本実施形態により評価値を算出した結果について説明する。
　鋼種Ａ，鋼種Ｂ，鋼種Ｃのひずみ量と真応力（変形抵抗）との相関関係（応力－ひずみ曲線）を図６に示す。鋼種Ａ，鋼種Ｂ，鋼種Ｃの降伏応力及び強度を図７に示す。
　比較例１は、被測定部材の曲げ変形時の耐力を評価する従来手法である（非特許文献１，２を参照）。
　自動車等の薄板構造部材の衝突時の曲げ変形は、通常、塑性変形時の座屈によって起こる。そのため、弱部及び強部の定義は曲げ内（圧縮側）となる面に対して、以下の（６）式及び（７）式で求められる各辺の耐力（Ｆ）の合計によって決定される。ここで、Ｃは有効幅、σyは降伏応力、ｔは板厚、Ｅはヤング率、ｗは板幅である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　比較例１の手法では、ヤング率は通常一定として扱うことから、被測定部材の材料特性には降伏応力のみ反映される。また、この手法では、ピーク荷重に対応した時間区間についてのみ見積もることができる。
　比較例２は、被測定部材の強度のみに基づいて評価を行う従来手法である。
　比較例３は、被測定部材について数値解析を詳細に行って評価を行う従来手法である。具体的には、図３Ａ及び図３Ｂに示す部材形状の情報及び境界条件を用い、材料の特性を変更した数値解析を複数回実施し、それぞれの結果から荷重変位曲線を算出し、吸収エネルギーを得る方法である。
　比較例３の手法では、適正な評価を行うことは可能であるが、多大な時間と労力を要する。
　鋼種Ａ，鋼種Ｂ，鋼種Ｃの性能評価結果を図８Ａ～図８Ｄに示す。図８Ａが比較例１による評価結果、図８Ｂが比較例２による評価結果、図８Ｃが比較例３による評価結果、図８Ｄが本実施形態による評価結果である。
　比較例１では、性能評価の判断基準が降伏応力のみであるため、図７に基づいて鋼種Ａ，鋼種Ｂ，鋼種Ｃの順で鋼種Ａが最も性能が優れていると評価された。
　比較例２では、性能評価の判断基準が強度のみであるため、図７に基づいて鋼種Ｃ，鋼種Ｂ，鋼種Ａの順で鋼種Ｃが最も性能が優れていると評価された。
　比較例３では、鋼種Ｂ，鋼種Ａ，鋼種Ｃの順で鋼種Ｂが最も性能が優れていると評価された。これが適正な評価であると考えられる。
　本実施形態では、鋼種Ｂ，鋼種Ａ，鋼種Ｃの順で鋼種Ｂが最も性能が優れていると評価された。この評価は、比較例３と同等であり、比較例１，２とは異なり、適正な評価であると考えられる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、被測定部材における変形抵抗の元となる各ひずみ区間の変形抵抗と吸収エネルギーとの関係が定量化され、比較的簡素な手法により短時間で容易に被測定部材の性能を適正に評価することが可能となる。
　（第２の実施形態）
　上述した第１の実施形態による評価装置の各構成要素（図１の衝突解析部１、第１算出部２、第２算出部３、及び第３算出部５等）の機能は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭ等に記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。同様に、第１の実施形態による評価方法の各ステップ（図２のステップＳ１～Ｓ５等）は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭ等に記憶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、第２の実施形態に含まれる。
　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。
　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第１の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第１の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第１の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。
　本実施形態では、ハット型部材等の被測定部材のＦＥＭ衝突解析に基づいて荷重寄与度の算出及び被測定部材の性能評価を行う場合、例えば汎用の衝突解析ソフトであるＬＳ－ＤＹＮＡのサブルーチンプログラムとして、本発明の評価プログラムを連動させることが可能である。即ち、衝突時の被測定部材の数値解析にはＬＳ－ＤＹＮＡを用い、荷重寄与度の算出及び被測定部材の性能評価には本発明の評価プログラムを用いる。
　例えば、図９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９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。
　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、第１の実施形態の図２におけるステップＳ１～Ｓ５の手順等が実現される。
　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。
　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。
　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、第１の実施形態による評価装置としては、パーソナルユーザ端末装置を用いる代わりに、当該評価装置として特化された所定の計算機等を用いても良い。
　本発明によれば、被測定部材のひずみ区間ごとに吸収エネルギー寄与度を算出し、この吸収エネルギー寄与度を用いることにより、被測定部材の高精度な定量的評価を短時間で簡便に行うことができ、自動車の車体等における衝突による変形を担う骨格部材の適正な評価に適用することが可能である。
 

Claims (13)

  1. 　所定の時間区間における被測定部材の解析点ごとの内部エネルギーの変化量及びひずみ量を算出する第１ステップと、
    　算出された前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を用いて、前記被測定部材のひずみ区間ごとに吸収エネルギーの寄与度を算出する第２ステップと、
    　を含むことを特徴とする評価方法。
  2. 　前記第２ステップは、前記解析点ごとの前記ひずみ量に応じて、前記ひずみ区間ごとに前記内部エネルギーの変化量を加算して、前記ひずみ区間ごとの前記吸収エネルギーの寄与度を算出することを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
  3. 　前記ひずみ区間ごとに算出した前記吸収エネルギーの寄与度を表示する第３ステップを更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の評価方法。
  4. 　前記所定の時間区間は、前記被測定部材の荷重変位曲線に基づいて決定されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の評価方法。
  5. 　前記荷重変位曲線における所定範囲が前記吸収エネルギーの寄与度の評価域とされることを特徴とする請求項４に記載の評価方法。
  6. 　前記第１ステップの前に、前記被測定部材について衝突解析を行い、
    　前記第１ステップは、前記衝突解析の結果に基づいて、前記解析点ごとの前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を算出することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の評価方法。
  7. 　所定の時間区間における被測定部材の解析点ごとの内部エネルギーの変化量及びひずみ量を算出する第１ステップと、
    　算出された前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を用いて、前記被測定部材のひずみ区間ごとに吸収エネルギーの寄与度を算出する第２ステップと、
    　をコンピュータに実行させる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。
  8. 　前記第２ステップは、前記解析点ごとの前記ひずみ量に応じて、前記ひずみ区間ごとに前記内部エネルギーの変化量を加算して、前記ひずみ区間ごとの前記吸収エネルギーの寄与度を算出することを特徴とする請求項７に記載の記録媒体。
  9. 　前記プログラムは、前記ひずみ区間ごとに算出した前記吸収エネルギーの寄与度を表示する第３ステップを更にコンピュータに実行させることを特徴とする請求項７又は８に記載の記録媒体。
  10. 　前記所定の時間区間は、前記被測定部材の荷重変位曲線に基づいて決定されることを特徴とする請求項７～９のいずれか１項に記載の記録媒体。
  11. 　前記荷重変位曲線における所定範囲が前記吸収エネルギーの寄与度の評価域とされることを特徴とする請求項１０に記載の記録媒体。
  12. 　前記第１ステップの前に、前記被測定部材について衝突解析を行い、
    　前記第１ステップは、前記衝突解析の結果に基づいて、前記解析点ごとの前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を算出することを特徴とする請求項７～１１のいずれか１項に記載の記録媒体。
  13. 　所定の時間区間における被測定部材の解析点ごとの内部エネルギーの変化量及びひずみ量を算出する第１算出部と、
    　算出された前記内部エネルギーの変化量及び前記ひずみ量を用いて、前記被測定部材のひずみ区間ごとに吸収エネルギーの寄与度を算出する第２算出部と、
    　を含むことを特徴とする評価装置。
     
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