WO2021111625A1 - 弾塑性解析方法及び弾塑性解析プログラム - Google Patents

弾塑性解析方法及び弾塑性解析プログラム Download PDF

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WO2021111625A1
WO2021111625A1 PCT/JP2019/047888 JP2019047888W WO2021111625A1 WO 2021111625 A1 WO2021111625 A1 WO 2021111625A1 JP 2019047888 W JP2019047888 W JP 2019047888W WO 2021111625 A1 WO2021111625 A1 WO 2021111625A1
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tensor
elasto
strain
deformation gradient
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健二 小國
紗也子 廣部
Original Assignee
健二 小國
紗也子 廣部
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the present invention relates to an elasto-plastic analysis method and an elasto-plastic analysis program.
  • elasto-plastic analysis is particularly important for evaluating the strength of a structure using a structural material, the amount of deformation during processing of the material, and the like.
  • the conditions for plasticization of a structural material are defined by introducing a scalar value function called a yield function, and the increase in plastic strain is defined as a scalar called a plastic potential.
  • a flow rule based on a value function is defined by introducing a scalar value function called a yield function, and the increase in plastic strain.
  • the flow rule when the yield function is used as the plastic potential is called the related flow rule
  • the flow rule when using a plastic potential different from the yield function is called the unrelated flow rule.
  • the governing equation of the initial value boundary value problem of elasto-plastic analysis consists of the law of conservation of momentum, the law of conservation of angular momentum, the displacement-strain relational equation, the stress-strain relational equation, and the equation related to plastic strain.
  • the flow rule is used as an equation for plastic strain. Since it is difficult to analytically solve the initial value boundary value problem of elasto-plastic analysis, the partial differential equations are replaced with simultaneous linear equations by dividing the structure into minute regions and interpolating the functions for each region. Evaluation is performed using the finite element method for calculation.
  • Patent Document 1 discloses a stress-strain relationship simulation method that simulates the strain of a material during machining by using a plastic constitutive equation that combines a flow rule and various models.
  • the analysis results and experimental results may not match in the load history in which the direction of the load changes suddenly on the way.
  • the analysis result does not match the experimental result
  • the elasto-plastic body A is elastic in the direction orthogonal to the first simple shear received in the state where the plastic deformation generated by the simple shear remains.
  • FIG. 1B shows the elasto-plastic deformation behavior (shear strain ⁇ ) of the elasto-plastic body A subjected to the first simple shear (a to e) of FIG. 1A in a material having an elasto-plastic constitutive law that hardens according to the plastic strain.
  • An example of a typical stress-strain curve showing the relationship with shear stress ⁇ ) is shown.
  • the points a to e in FIG. 1B correspond to the states a to e in FIG. 1A.
  • the bow singer effect is that when a material having an elasto-plastic constitutive law that hardens according to plastic strain is yielded by applying a load in a certain forward direction and then yielding by applying a load in the reverse direction, the material is yielded in the opposite direction.
  • This is a phenomenon in which the absolute value
  • FIG. 1C A typical stress-strain curve (i) of the elastic deformation behavior (relationship between the direct strain ⁇ and the direct stress ⁇ ) of the elastic plastic body A in the state g) is shown in FIG. 1C. All stress-strain curves shown in FIG. 1C are characteristic behaviors in elasto-plastic deformation described in FIG. 1B, such as elastic deformation, plasticization, hardening according to plastic strain, elastic unloading, Bauschinger effect, etc. Is shown.
  • the stress-strain relationship in the vertical direction when the load is applied in the vertical direction from the beginning and yielding is completely the same. That is, the stress-strain curve of the elasto-plastic body A that receives tension and compression via the load history shown in FIG. 1A ((i) in FIG. 1C) is similar to that of the elasto-plastic body B that receives the load history shown in FIG. 1D.
  • the analysis method is modified by various methods so that the analysis result matches the experimental result by improving the flow rule, the yield function, and the introduction and improvement of the plastic potential.
  • the analysis method modified based on the prior art so as to sufficiently reproduce the Bauschinger effect the elasto-plastic deformation behavior that does not generate the shear strain in the same direction as the plastic shear strain generated in the past load history is that.
  • the phenomenon that it does not change regardless of the presence or absence of plastic shear strain invariance of elasto-plastic deformation behavior with respect to the plastic deformation history in a specific direction
  • the Bauschinger effect cannot be sufficiently reproduced by the analysis method modified so as to satisfy the invariance of the plastic deformation behavior.
  • the related flow rule used for elasto-plastic analysis is expressed by Eq. (1).
  • d ⁇ p ij is a plastic strain increment tensor
  • ⁇ ij is a stress tensor
  • f f ( ⁇ ij )
  • ⁇ is a constant.
  • Equation 1 for each elasto-plastic body, there is a material constitutive law that connects the plastic strain increment tensor and the stress tensor, and the scalar potential function of the stress tensor for expressing the material constitutive law is It is implicitly assumed to exist.
  • equation (1) means that the plastic strain increment is independent of the displacement increment.
  • equation (1) means that the expression formula of the plastic strain increment, which has no relation to the displacement increment, properly expresses the actual phenomenon.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and does not require the existence of a material constitutive law that connects the plastic strain increment tensor and the stress tensor in the elasto-plastic analysis, and the stress for expressing the material constitutive law.
  • We introduce an equation for plastic strain that does not require the existence of a tensor scalar potential function.
  • Providing is an exemplary task.
  • the elasto-plastic analysis method and the elasto-plastic analysis program as exemplary aspects of the present invention have the following configurations.
  • One aspect of the present invention is an elasto-plastic analysis method for an elasto-plastic body performed by using a numerical analysis method for numerically solving a boundary value problem, for an elasto-plastic body in a dynamic or static equilibrium state.
  • the plastic strain corresponding to the load increment based on the step of determining the strain index and the value obtained by subtracting the elastic limit strain index determined based on the material properties of the elasto-plastic body from the trial elastic strain index.
  • Another aspect of the present invention is an elasto-plastic analysis method of an elasto-plastic body performed by using a numerical analysis method for numerically solving a boundary value problem, and is an elasto-plastic body in a dynamic or static equilibrium state.
  • the plastic deformation gradient tensor is not changed, and the load increment is applied to the total deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading, and the inverse tensor of the plastic deformation gradient tensor is applied to the trial elastic deformation gradient tensor.
  • the step the step of determining the trial elastic deformation gradient index based on the trial elastic deformation gradient tensor, the trial elastic deformation gradient index, and the elastic limit deformation gradient index determined based on the material properties of the elasto-plastic body. Based on the ratio of, the step of determining the plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment, the step of determining the plastic deformation gradient incremental tensor based on the plastic deformation gradient increment index, and the determined plastic deformation gradient.
  • This is an elasto-plastic analysis method including a step of determining a plastic strain incremental tensor using an incremental tensor.
  • Another aspect of the present invention is an elastic plastic analysis method for an elastic plastic body performed by using a numerical analysis method for numerically solving a boundary value problem, and is an elastic plastic body in a dynamic or static equilibrium state.
  • the step to obtain the logarithmic trial elastic deformation gradient tensor obtained by subtracting the logarithmic deformation gradient tensor from the logarithmic total deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading the load increment without changing the plastic deformation gradient tensor, and the logarithmic trial.
  • the logarithm of the elastic limit deformation gradient index determined based on the material properties of the elasto-plastic body is taken. Based on the value obtained by subtracting the log-elasticity limit deformation gradient index obtained, the step of determining the log-plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment and the log-plastic deformation based on the log-plastic deformation gradient increment index. It is an elastic plastic analysis method including a step of determining a gradient incremental tensor and a step of determining a logarithmic strain incremental tensor using the determined logoplastic deformation gradient incremental tensor.
  • Another aspect of the present invention is an elasto-plastic analysis program of an elasto-plastic body performed by using a numerical analysis method for numerically solving a boundary value problem, which is in a dynamic or static equilibrium state in a computer.
  • the procedure for obtaining the trial elastic strain tensor obtained by subtracting the plastic strain tensor from the total strain tensor in the pseudo-equilibrium state after loading the load increment without changing the plastic strain tensor to the elasto-plastic body, and the trial elastic strain tensor.
  • the load increment is based on the procedure for determining the trial elastic strain index based on the trial elastic strain index and the value obtained by subtracting the elastic limit strain index determined based on the material properties of the elasto-plastic body from the trial elastic strain index. It is an elasto-plastic analysis program for executing a procedure including a procedure for determining as a corresponding plastic strain increment index and a procedure for determining a plastic strain increment tensor based on the plastic strain increment index.
  • Another aspect of the present invention is an elasto-plastic analysis program of an elasto-plastic body performed by using a numerical analysis method for numerically solving a boundary value problem, which is in a dynamic or static equilibrium state in a computer.
  • the plastic deformation gradient tensor is not changed on the elasto-plastic body, and the load increment is applied to the total deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading.
  • the procedure for determining the plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment based on the ratio to the gradient index, the procedure for determining the plastic deformation gradient increment tensor based on the plastic deformation gradient increment index, and the determined procedure It is an elasto-plastic analysis program for executing a procedure including a procedure for determining a plastic strain incremental tensor using a plastic deformation gradient incremental tensor.
  • Another aspect of the present invention is an elasto-plastic analysis program of an elasto-plastic body performed by using a numerical analysis method for numerically solving a boundary value problem, which is in a dynamic or static equilibrium state in a computer.
  • the procedure for obtaining the logarithmic trial elastic deformation gradient tensor obtained by subtracting the logarithmic deformation gradient tensor from the logarithmic deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading the load increment without changing the plastic deformation gradient tensor on the elasto-plastic body.
  • An elasto-plastic analysis program for executing a procedure including a procedure for determining a log-plastic deformation gradient incremental tensor and a procedure for determining a log-plastic strain incremental tensor using the determined log-plastic deformation gradient incremental tensor. ..
  • the Bauschinger effect and the invariance of the elasto-plastic deformation behavior with respect to the plastic deformation history in a specific direction can be reproduced at the same time.
  • the schematic diagram which shows the load history which applies tension and compression to an elasto-plastic body in a direction orthogonal to a shearing direction after simple shearing.
  • a stress-strain curve showing an example of elasto-plastic deformation behavior of an elasto-plastic body subject to simple shear in FIG. 1A.
  • the schematic diagram which shows the load history which gives the stress-strain curve of FIG. 1C (iii) to an elasto-plastic body.
  • the spindle of the trial elastic strain and the trial elastic principal strain according to the second embodiment The figure which shows the surface ( ⁇ ) which the shear component of the trial elastic strain in Embodiment 2 becomes the maximum, and the shear component becomes the maximum.
  • FIG. The figure which shows the surface ( ⁇ ) which maximizes the shear component of the trial elastic strain in Embodiment 2.
  • the figure which applied the shear load of step (2) to the test piece of an Example The figure which unloads the shear load of step (2) to the test piece of an Example until the elastic component of a shear strain becomes zero.
  • the figure which applied the compressive load of step (4) to the test body of an Example. The figure which shows the numerical calculation value from step (1) to step (3) of an Example.
  • the governing equation of the initial value boundary value problem of elasto-plastic analysis consists of the law of conservation of momentum, the law of conservation of angular momentum, the displacement-strain relational equation, the stress-strain relational equation, and the equation related to plastic strain.
  • the flow rule is used as an equation for plastic strain.
  • the elasto-plastic body undergoes plastic deformation when the strain exceeds the elastic limit of the elasto-plastic body.
  • the strain at this elastic limit is called “elastic limit strain”.
  • the strain that exceeds the elastic limit strain is referred to as “plastic strain”.
  • an "index" uniquely defined for the amount of tensor is introduced.
  • the "index” in the present embodiment represents a scalar value or a vector value obtained by subjecting a tensor to an appropriate mathematical process.
  • the inventors of the present invention agree with the experimental results by introducing an equation regarding plastic strain using an elastic limit strain index uniquely defined for elastic limit strain instead of the conventional flow rule. It was discovered that the results of elastic plasticity analysis can be obtained. Specifically, it is as follows.
  • the initial value boundary value problem of elasto-plastic analysis in the case of minute deformation in which the strain is sufficiently small and the deformation of the elasto-plastic body can be regarded as sufficiently small is solved by an appropriate numerical analysis method such as the finite element method.
  • the method of obtaining the numerical analysis result by calculating with will be described.
  • a load increment is applied to an elasto-plastic body in a dynamic or static equilibrium state (step S10 in FIG. 2), and the total strain tensor in a pseudo-equilibrium state after the load increment is applied without changing the plastic strain tensor. To get.
  • the trial elastic strain tensor is a minute elastic strain tensor given on a trial basis for iterative calculation.
  • the trial elastic strain index ⁇ ei which is uniquely defined based on the trial elastic strain tensor ⁇ e , is determined (step S14).
  • the trial elastic strain index ⁇ ei is a scalar or vector.
  • ⁇ cri be the elastic limit strain index uniquely defined based on the elastic limit strain, which is the material property of each elasto-plastic material (step S16).
  • the elastic limit strain index ⁇ cri is a scalar or vector.
  • the elastic limit strain index ⁇ cri may be a constant or a function of some physical quantity.
  • the plastic strain increment index d ⁇ pi is determined based on the value obtained by subtracting the elastic limit strain index ⁇ cri from the trial elastic strain index ⁇ ei. For example, the value obtained by subtracting the elastic limit strain index ⁇ cri from the trial elastic strain index ⁇ ei is defined as the plastic strain increment index d ⁇ pi (step S18).
  • Equation (3) Is.
  • the inequality sign in the conditional equations of equations (3A) and (3B) is evaluated based on the scalar value obtained by applying appropriate mathematical processing to the vector when the index is a vector value.
  • the component d ⁇ p ij of the plastic strain increment tensor is determined (step S20).
  • d? P ij represents a plastic strain increment in the case of setting the coordinate system x 1 -x 2 -x 3, the x j-axis direction of i-th surface (surface orthogonal to the x i axis).
  • the component of the tensor can be determined using the index by the method shown in the second embodiment. Then, the equilibrium error in the entire elasto-plastic body is calculated (step S22).
  • step S24 it is determined whether or not the result of the balance error calculation for the load increment given in step S10 satisfies the end condition.
  • the termination condition is, for example, when the balance error in the entire elasto-plastic body reaches within a predetermined error range. If the end condition is satisfied in step S24 (S24: Y), the process proceeds to step S26. If the end condition is not satisfied in step S24 (S24: N), the process returns to step S12, a new trial elastic strain tensor is given, and the subsequent steps are repeated. In step S26, it is determined whether or not the predetermined load increment has been completed (all the load increments have been given).
  • step S26 If the predetermined load increment has not been completed in step S26 (S26: N), the process returns to step S10, a new load increment is given, and the subsequent steps are repeated.
  • step S26 S26: Y
  • the numerical analysis is completed.
  • the second embodiment which is a specific example of the general elasto-plastic analysis method in the case of minute deformation described in the first embodiment, will be described with reference to the drawings.
  • the elastic limit shear strain ⁇ cr which is an example of the elastic limit strain index ⁇ cri described in the first embodiment, is considered.
  • the elastic limit shear strain ⁇ cr is a numerical value obtained by a material test of an elasto-plastic body.
  • the elastic limit shear strain ⁇ cr is set as a positive constant.
  • the elasto-plastic body in the static equilibrium state is loaded with a load increment, and the total strain tensor ⁇ total in the pseudo-equilibrium state after the load increment is obtained without changing the plastic strain tensor ⁇ p .
  • the difference between the total strain tensor ⁇ total and the plastic strain tensor ⁇ p is calculated and used as the trial elastic strain tensor ⁇ e . That is, the trial elastic strain tensor ⁇ e is defined by Eq. (2).
  • the components of this trial elastic strain tensor are represented by the main axis coordinate system shown in FIG. 3 and the coordinate system set on the surface where the shear component is maximized.
  • Figure 3 represents the main axis of the trial elastic strain tensor at x 1, x 2, x 3 .
  • the corresponding trial elastic principal strains are ⁇ 1 , ⁇ 2 , and ⁇ 3 , and ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2 ⁇ ⁇ 3 .
  • the components of the trial elastic strain on the surface ( ⁇ ), which is one of the surfaces where the shear component is maximized are ⁇ ( ⁇ ) S , ⁇ ( ⁇ ) S ⁇ , and ⁇ ( ⁇ ) N. It is expressed as.
  • Coordinate system x '1 -x 2 -x' 3 in FIG. 4 can be obtained by the spindle coordinate system x 1 -x 2 -x 3 is [pi / 4 rotates counterclockwise about the x 2 axis. As long as the main direction of the trial elastic strain and the plane where the shear component is maximized are defined as shown in Fig.
  • the components of the plastic strain increment are expressed as d ⁇ p ( ⁇ ) S , d ⁇ p ( ⁇ ) S ⁇ , and d ⁇ p ( ⁇ ) N for each axis, respectively.
  • the equations that define the plastic strain increments d ⁇ p ( ⁇ ) S and d ⁇ p ( ⁇ ) S ⁇ on the plane ( ⁇ ) with respect to the load increment are the following equations (4A) and (4B) using the elastic limit shear strain ⁇ cr. ).
  • the vector consisting of this component is defined as d ⁇ p ⁇ [d ⁇ p 11 , d ⁇ p 22 , d ⁇ p 33 , d ⁇ p 12 , d ⁇ p 23 , d ⁇ p 31 ] T.
  • the superscript T for a vector or matrix represents transpose.
  • the components of the plastic strain increment tensor in these planes and the components of the plastic strain increment tensor in the principal axis coordinate system are tensors. Not relevant through the coordinate transformation law of quantities. Therefore, for (Case 2) and (Case 3), the singular value decomposition of the matrix that associates the components in ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the plastic strain increment tensor with the components in the spindle coordinate system is introduced, and the spindle of the plastic strain increment tensor is introduced. Identify the components in the coordinate system.
  • (Case 2) the following vectors are constructed using the components of the plastic strain increment tensor on the plane ⁇ and the plane ⁇ .
  • the vector d ⁇ p consisting of the components in the spindle coordinate system of the plastic strain increment tensor and d ⁇ p ( ⁇ ) are related as follows using the matrix M ( ⁇ ) of 4 rows and 6 columns. here, Is.
  • the singular value decomposition of M ( ⁇ ) is expressed as follows using a matrix U of 4 rows and 4 columns, a matrix W of 4 rows and 6 columns, and a matrix V ( ⁇ ) T of 6 rows and 6 columns. here, Is.
  • Equations (5), (15) and (22) represent the components of the non-zero plastic strain increment tensor in the spindle coordinate system in (Case 1), (Case 2) and (Case 3), respectively.
  • the components of the plastic strain incremental tensor in the spindle coordinate system can be obtained according to the value of the plastic strain incremental tensor.
  • the initial value boundary value problem of elasto-plastic analysis is calculated by an appropriate numerical analysis method such as the finite element method, and the numerical analysis result is obtained.
  • the elastic limit shear strain ⁇ cr which is a positive constant, is used as an example of the elastic limit strain index ⁇ cri.
  • the example of the elastic limit strain index ⁇ cri is not limited to this.
  • ⁇ c is a positive constant
  • ⁇ is a non-zero constant
  • ⁇ ( ⁇ ) N is a strain component in the direction orthogonal to the plane ( ⁇ ) whose direction is uniquely determined by the value of ⁇ .
  • an upper limit value of the equivalent strain may be set and used as the elastic limit strain index ⁇ cri.
  • the surface ⁇ is unique depending on the value of ⁇ from the surface which is one of the surfaces where the shear component is maximized.
  • the surface is slightly tilted in the direction determined by, and the trial elastic strain index at this time is ⁇ ( ⁇ ) S - ⁇ ( ⁇ ) N.
  • Trial elastic deformation gradient tensor method A load increment was applied to an elasto-plastic body in a dynamic or static equilibrium state (step S30 in FIG. 7), and the load increment was applied without changing the plastic deformation gradient tensor. Obtain the total deformation gradient tensor in the later pseudo-equilibrium state.
  • (F p) -1 ⁇ _F total represents the mathematical process to appropriately act in opposite tensor (F p) total deformation -1 gradient tensor F total plastic strain deformation gradient tensor F p.
  • the trial elastic deformation gradient index Fei is a scalar or a vector.
  • the elastic limit deformation gradient index F cri is a scalar or vector.
  • the elastic limit deformation gradient index F cri may be a constant or a function of some physical quantity.
  • the plastic deformation gradient increment index dF pi is determined based on the value obtained by dividing the trial elastic deformation gradient index Fei by the elastic limit deformation gradient index F cri. For example, the value obtained by dividing the trial elastic deformation gradient index Fei by the elastic limit deformation gradient index F cri is set as the plastic deformation gradient increment index dF pi (step S38).
  • dF p ij is the case of setting the coordinate system x 1 -x 2 -x 3, represents the plastic deformation gradient increment to x j-axis direction of i-th surface (surface orthogonal to the x i axis).
  • the component of the tensor can be determined using the index by the method shown in the second embodiment.
  • step S42 Apply the appropriate definition of strain to the determined plastic deformation gradient incremental tensor, for example the definition of a Green finite strain tensor or the definition of an Almansi finite strain tensor, to obtain a plastic strain incremental tensor.
  • step S42 the definition of a Green finite strain tensor or the definition of an Almansi finite strain tensor.
  • step S44 the equilibrium error in the entire elasto-plastic body is calculated (step S44).
  • step S46 it is determined whether or not the result of the balance error calculation for the load increment given in step S30 satisfies the end condition.
  • the termination condition is, for example, when the balance error in the entire elasto-plastic body reaches within a predetermined error range. If the end condition is satisfied in step S46 (S46: Y), the process proceeds to step S48.
  • step S46 If the end condition is not satisfied in step S46 (S46: N), the process returns to step S32, a new trial elastic deformation gradient tensor is given, and the subsequent steps are repeated.
  • step S48 it is determined whether or not the predetermined load increment has been completed (all the load increments have been given). If the predetermined load increment has not been completed in step S48 (S48: N), the process returns to step S30, a new load increment is given, and the subsequent steps are repeated. When the predetermined load increment is completed in step S48 (S48: Y), the numerical analysis is completed.
  • the logarithmic trial elastic deformation gradient index LnF ei is a scalar or vector.
  • LnF cri be the logarithmic elastic limit deformation gradient index obtained by taking the logarithm of the elastic limit deformation gradient index F cri , which is uniquely defined based on the elastic limit deformation gradient which is the material property of each elasto-plastic material (step S56). ..
  • the log-elastic limit deformation gradient index LnF cri is a scalar or vector.
  • the log-elastic limit deformation gradient index LnF cri may be a constant or a function of some physical quantity.
  • the value obtained by subtracting the logarithmic elastic limit deformation gradient index LnF cri from the logarithmic trial elastic deformation gradient index LnF ei is defined as the logarithmic plastic deformation gradient increment index dLnF pi (step S58).
  • LnF ei -LnF cri dLnF pi ... Equation (26) Is.
  • dLnF pi LnF ei -LnF cri (LnF ei > LnF cri )... Equation (26A)
  • dLnF pi 0 (LnF ei ⁇ LnF cri )... Equation (26B)
  • the inequality sign in the conditional equations of equations (26A) and (26B) is evaluated based on the scalar value obtained by applying appropriate mathematical processing to the vector when the index is a vector value.
  • dLnF p ij represents the logarithmic plastic deformation gradient increment in the x j axis direction of the i-plane (the plane orthogonal to the x i- axis) when the coordinate system x 1 -x 2- x 3 is set.
  • the component of the tensor can be determined using the index by the method shown in the second embodiment.
  • step S62 the definition of a Green finite strain tensor or the definition of an Almansi finite strain tensor, and log-plastic strain increment.
  • the tensor is determined (step S62).
  • step S64 the equilibrium error in the entire elasto-plastic body is calculated (step S64).
  • step S66 it is determined whether or not the result of the balance error calculation for the load increment given in step S50 satisfies the end condition.
  • the termination condition is, for example, when the balance error in the entire elasto-plastic body reaches within a predetermined error range. If the end condition is satisfied in step S66 (S66: Y), the process proceeds to step S68.
  • step S66 If the end condition is not satisfied in step S66 (S66: N), the process returns to step S52, a new logarithmic trial elastic deformation gradient tensor is given, and the subsequent steps are repeated.
  • step S68 it is determined whether or not the predetermined load increment has been completed (all the load increments have been given). If the predetermined load increment has not been completed in step S68 (S68: N), the process returns to step S50, a new load increment is given, and the subsequent steps are repeated. When the predetermined load increment is completed in step S68 (S68: Y), the numerical analysis is completed.
  • the existence of the material constitutive law that connects the plastic strain increment tensor and the stress tensor is not required, and the existence of the scalar potential function of the stress tensor for expressing the material constitutive law is not required. That is, the flow rule based on the scalar potential function of the stress tensor, which has been indispensable for obtaining the plastic strain increment by the conventional elasto-plastic analysis method, is unnecessary. Further, in each of the above embodiments, it is not necessary to set a law for moving or deforming the yield function, which has been indispensable for analyzing the elasto-plastic deformation behavior after yielding by the conventional elasto-plastic analysis method. Is. Regardless of the stress-strain relationship after yielding and the load history, it is not necessary to change the setting of the elastic limit shear strain index during the analysis, and it does not change in the entire deformation history.
  • an elasto-plastic analysis method and an elasto-plastic analysis program capable of simultaneously reproducing the Bauschinger effect and the invariance of the elasto-plastic deformation behavior with respect to the plastic-deformation history in a specific direction. ..
  • the physical characteristic constants of the elasto-plastic body 10 used in the numerical calculation are shown in Table 1 below.
  • the physical characteristic constants in Table 1 are set assuming steel materials.
  • the summation rule is used for subscripts with lowercase letters in the English alphabet.
  • step (1) as shown in the outline arrow in FIG. 9B, a x 2 direction of the external shear load S1 in addition to the upper surface of the elastic-plastic body 10, is deformed beyond the elastic limit.
  • the maximum displacement amount ⁇ u 2 on the upper surface is 0.375 mm.
  • FIGS. 9B to 9D the shape of the elasto-plastic body 10 before deformation is shown by a thin line and the shape of the elasto-plastic body 10 after deformation is shown by a thick line for easy understanding.
  • step (2) as shown in the outline arrow in FIG. 9C, the -x 2 direction of the external shear load S2 added to the upper surface, is deformed beyond the elastic limit.
  • step (3) the external shear load S2 is unloaded. As shown in FIG. 9D, the unloading is performed until the elastic shear strain is completely eliminated and only the plastic shear strain remains.
  • step (4) The maximum displacement amplitude ⁇ u 3 of the upper surface of the elasto-plastic body 10 is 0.3 mm at the time of tension and compression.
  • the load direction of the load in step (4) is a direction perpendicular to the load direction of the load in steps (1) and (2).
  • FIGS. 11 and 12 The results of the numerical calculations from the above steps (1) to (4) are shown in FIGS. 11 and 12.
  • the calculated value of step (1) is indicated by a white square
  • the calculated value of step (2) is indicated by a white circle
  • the calculated value of step (3) is indicated by a black triangle.
  • the vertical axis x 2 direction of the shear load of 11 shows the displacement of the x 2 direction.
  • Load in Y1 is 1.0 ⁇ 10 6 (N).
  • step (2) when gradually added shearing force -x 2 direction, and reaches the elastic limit at point Y2.
  • Load of Y2 is -0.8 ⁇ 10 6 (N). In other words, the Bauschinger effect can be reproduced.
  • the calculation results during tension and compression in step (4) are shown by white squares. Further, the calculated value when a tensile (compressive) load is applied without applying a shear load, that is, when only a tensile (compressive) load is applied without going through the steps (1) to (3) described above. It is indicated by a white circle.
  • the vertical axis of FIG. 12 x 3 direction tensile (compressive) loading, the horizontal axis represents the amount of displacement x 3 direction.
  • a step (4) load 2.0 ⁇ 10 the elastic limit Y3 6 when tensile (N), the load of the elastic limit Y4 during compression 1.6 ⁇ 10 6 (N ).
  • the Bauschinger effect can be reproduced.
  • the load-displacement history due to the tensile (compressive) load in step (4) that is, the load-displacement history due to the tensile (compressive) load after the plastic deformation due to the shear load occurs is the tension (compression) without applying the shear load. ) It was the same as the load-displacement history when a load was applied.
  • the elasto-plastic analysis method illustrated in the above embodiments and examples can be configured as an elasto-plastic analysis program and can be used for elasto-plastic analysis of structural materials such as metals. Further, the present invention can be configured as a storage medium that stores the elasto-plastic analysis program, or an elasto-plastic analysis device (system) that performs calculations according to the built-in elasto-plastic analysis program.
  • the present invention includes the following gist.
  • the elasto-plastic analysis method is an elasto-plastic analysis method for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves the boundary value problem.
  • the trial elastic strain index is determined based on the step of obtaining the trial elastic strain tensor obtained by subtracting the plastic strain tensor from the total strain tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the load increment, and the trial elastic strain tensor.
  • the plastic strain increment index corresponding to the load increment is determined based on the value obtained by subtracting the elastic limit strain index determined based on the material properties of the elasto-plastic body from the trial elastic strain index.
  • a value obtained by subtracting the elastic limit strain index from the trial elastic strain index is determined as the plastic strain increment index corresponding to the load increment, and when the trial elastic strain index is equal to or less than the elastic limit strain index. , The purpose is to set the plastic strain increment index to zero.
  • the elasto-plastic analysis method is an elasto-plastic analysis method of an elasto-plastic body performed by using a numerical analysis method for numerically solving a boundary value problem, and is a plastic deformation gradient tensor for an elasto-plastic body in a dynamic or static equilibrium state.
  • the step of obtaining the trial elastic deformation gradient tensor by applying the inverse tensor of the plastic deformation gradient tensor to the total deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the load increment and the trial.
  • the step of determining the plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment, the step of determining the plastic deformation gradient increment tensor based on the plastic deformation gradient increment index, and the determined plastic deformation gradient increment tensor using the determined plastic deformation gradient increment tensor Includes steps to determine the plastic strain increment tensor.
  • the ratio of the trial elastic deformation gradient index to the elastic limit deformation gradient index is set as the plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment, and when the ratio is 1 or less, the plastic deformation gradient increment index is set to zero.
  • the purpose is to do.
  • the elasto-plastic analysis method is an elasto-plastic analysis method for an elasto-plastic body performed by using a numerical analysis method for numerically solving a boundary value problem, and is a plastic deformation gradient tensor for an elasto-plastic body in a dynamic or static equilibrium state.
  • a plastic deformation gradient tensor for an elasto-plastic body in a dynamic or static equilibrium state.
  • the logarithmic elasticity obtained by taking the step of determining the logarithmic trial elastic deformation gradient index based on the logarithmic trial elastic deformation gradient index and the logarithm of the elastic limit deformation gradient index determined based on the material properties of the elasto-plastic body from the logarithmic trial elastic deformation gradient index.
  • the step of determining the log-plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment based on the value obtained by subtracting the limit deformation gradient index, and the log-plastic deformation gradient increment tensor based on the log-plastic deformation gradient increment index are determined.
  • the step of determining the log-plastic strain incremental tensor using the determined log-plastic deformation gradient incremental tensor are determined.
  • the elasto-plastic analysis program is an elasto-plastic analysis program for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves boundary value problems.
  • the procedure for obtaining the trial elastic strain tensor obtained by subtracting the plastic strain tensor from the total strain tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the strain tensor, and the trial elastic strain based on the trial elastic strain tensor.
  • the plastic strain increment corresponding to the load increment based on the procedure for determining the index and the value obtained by subtracting the elastic limit strain index determined based on the material properties of the elasto-plastic body from the trial elastic strain index.
  • the elasto-plastic analysis program is an elasto-plastic analysis program for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves boundary value problems.
  • the procedure for obtaining the trial elastic deformation gradient tensor by applying the inverse tensor of the plastic deformation gradient tensor to the total deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the deformation gradient tensor.
  • the ratio of the procedure for determining the trial elastic deformation gradient index based on the trial elastic deformation gradient tensor, the trial elastic deformation gradient index, and the elastic limit deformation gradient index determined based on the material properties of the elasto-plastic body.
  • the procedure for determining the plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment the procedure for determining the plastic deformation gradient increment tensor based on the plastic deformation gradient increment index, and the determined plastic deformation gradient increment tensor. It is an elasto-plastic analysis program for executing a procedure including, and a procedure for determining a plastic strain increment tensor using.
  • the elasto-plastic analysis program is an elasto-plastic analysis program for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves boundary value problems.
  • the procedure for obtaining the logarithmic trial elastic deformation gradient tensor obtained by subtracting the logarithmic plastic deformation gradient tensor from the logarithmic total deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the deformation gradient tensor, and the logarithmic trial elastic deformation.
  • the elasto-plastic analysis system is an elasto-plastic analysis system for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves the boundary value problem.
  • the load is based on a value obtained by subtracting the trial elastic strain index determining unit for determining the elastic strain index and the elastic limit strain index determined based on the material properties of the elasto-plastic body from the trial elastic strain index.
  • An elasto-plastic analysis system including a plastic strain increment index determination unit that determines a plastic strain increment index corresponding to an increment and a plastic strain increment tensor determination unit that determines a plastic strain increment tensor based on the plastic strain increment index. ..
  • the elasto-plastic analysis system is an elasto-plastic analysis system for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves boundary value problems, and is a plastic deformation gradient tensor for elasto-plastic bodies in a dynamic or static equilibrium state.
  • the trial elastic deformation gradient tensor is obtained by applying the inverse tensor of the plastic deformation gradient tensor to the total deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the load increment.
  • the trial elastic deformation gradient index determining unit determines the trial elastic deformation gradient index based on the trial elastic deformation gradient tensor, the trial elastic deformation gradient index, and the material properties of the elasto-plastic body.
  • a plastic deformation gradient increment index determining unit that determines a plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment based on the ratio to the elastic limit deformation gradient index, and a plastic deformation gradient increment tensor based on the plastic deformation gradient increment index.
  • It is an elasto-plastic analysis system including a plastic deformation gradient incremental tensor determination unit for determining a plastic strain gradient increment tensor and a plastic strain incremental tensor determination unit for determining a plastic strain incremental tensor using the determined plastic deformation gradient incremental tensor.
  • the elasto-plastic analysis system is an elasto-plastic analysis system for elasto-plastic bodies performed using a numerical analysis method that numerically solves the boundary value problem, and is a plastic deformation gradient tensor for elasto-plastic bodies in a dynamic or static equilibrium state.
  • Logistical Plastic Deformation Gradient Increment Index Determined Based on the Value Obtained by Subtracting the Elastic Limit Deformation Gradient Index Obtained by Taking the Log of the Elastic Limit Deformation Gradient Index.
  • An elasto-plastic analysis system that includes a log-plastic strain increment tensor determination unit to determine.
  • the storage medium is an elasto-plastic analysis program for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves the boundary value problem.
  • the procedure for obtaining the trial elastic strain tensor obtained by subtracting the plastic strain tensor from the total strain tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the load increment, and the trial elastic strain index based on the trial elastic strain tensor.
  • As a plastic strain increment index corresponding to the load increment based on a value obtained by subtracting the procedure for determining and the elastic limit strain index determined based on the material properties of the elasto-plastic body from the trial elastic strain index.
  • It is a computer-readable storage medium that stores an elasto-plastic analysis program for executing a procedure including a procedure for determining a procedure and a procedure for determining a plastic strain increment tensor based on the plastic strain increment index.
  • the storage medium is an elasto-plastic analysis program for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves the boundary value problem.
  • the procedure for obtaining the trial elastic deformation gradient tensor by applying the inverse tensor of the plastic deformation gradient tensor to the total deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the tensor, and the procedure described above. Based on the procedure for determining the trial elastic deformation gradient index based on the trial elastic deformation gradient tensor, and the ratio of the trial elastic deformation gradient index to the elastic limit deformation gradient index determined based on the material properties of the elasto-plastic body.
  • the procedure for determining the plastic deformation gradient increment index corresponding to the load increment, the procedure for determining the plastic deformation gradient incremental tensor based on the plastic deformation gradient increment index, and the determined plastic deformation gradient incremental tensor are used. It is a computer-readable storage medium that stores a procedure for determining a plastic strain increment tensor and an elasto-plastic analysis program for performing a procedure including.
  • the storage medium is an elasto-plastic analysis program for elasto-plastic bodies that is performed using a numerical analysis method that numerically solves the boundary value problem.
  • the procedure for obtaining the logarithmic trial elastic deformation gradient tensor obtained by subtracting the logarithmic plastic deformation gradient tensor from the logarithmic deformation gradient tensor in the pseudo-equilibrium state after loading without changing the tensor, and the logarithmic trial elastic deformation gradient tensor.

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Abstract

【課題】バウシンガー効果と、特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性と、を同時に再現できる弾塑性解析方法及び弾塑性解析プログラムを提供する。 【解決手段】弾塑性解析方法は、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求めるステップと、試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定するステップと、弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標を決定するステップと、塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、を含む。

Description

弾塑性解析方法及び弾塑性解析プログラム
　本発明は、弾塑性解析方法及び弾塑性解析プログラムに関する。
　一般に金属等の固体材料に荷重をかけると、その材料は変形する。荷重を解除（除荷）したときに、荷重をかける前の形状に戻る場合、その変形は弾性変形といわれる。また、除荷しても形状が変わらない場合の変形は塑性変形といわれる。一般に金属材料は、ある荷重までは弾性変形をするが、ある荷重を超えると塑性変形を生じる。弾性変形から塑性変形に移行する応力－ひずみ曲線上の点は弾性限界および降伏点といわれる。そして、弾性変形から塑性変形に移行することは塑性化といわれる。このような性質を「弾塑性」と称し、弾塑性を示す材料を「弾塑性体」と称する。また、弾塑性体の弾塑性変形挙動を解析することを「弾塑性解析」と称する。
　一般的な構造材料の多く(金属、岩石、土、砂、粘土、コンクリート、プラスチック、ガラスなど)は弾塑性体である。そのため、弾塑性解析は、特に構造材料を用いた構造体の強度、又は材料の加工時の変形量等を評価するために重要である。構造体の弾塑性変形挙動を評価する方法として、例えば、構造材料の塑性化の条件を、降伏関数とよばれるスカラー値関数を導入して規定し、塑性ひずみ増分を、塑性ポテンシャルとよばれるスカラー値関数に基づく流れ則を用いて評価する方法がある。とくに、塑性ポテンシャルとして降伏関数を用いる場合の流れ則は関連流れ則といわれ、降伏関数とは異なる塑性ポテンシャルを用いる場合の流れ則は非関連流れ則といわれる。弾塑性解析の初期値境界値問題の支配方程式は、運動量保存則、角運動量保存則、変位－ひずみ関係式、応力－ひずみ関係式、塑性ひずみに関する方程式、からなる。従来技術においては、塑性ひずみに関する方程式として流れ則が用いられている。弾塑性解析の初期値境界値問題を解析的に解くことは難しいため、構造体を微小な領域に分割し、領域毎に関数を補間することにより、偏微分方程式を連立一次方程式に置き換えて数値計算を行う有限要素法を用いて評価することが行われている。例えば、特許文献１には、流れ則とさまざまなモデルを組み合わせた塑性構成式を用いて加工時の材料のひずみをシミュレーションする応力－ひずみ関係シミュレート方法が開示されている。
特開２００８－１４２７７４号公報
　従来技術の流れ則を用いて構造材料の弾塑性解析を行う場合、途中で荷重の方向が急激に変化する荷重履歴において、解析結果と実験結果が一致しない場合がある。解析結果が実験結果と一致しない例として、図１Ａに示すように、弾塑性体Ａが単純せん断を受けて発生した塑性変形が残った状態で、最初に受けた単純せん断と直交する方向に弾性限界を超える引張を受け、その後弾性限界を超える圧縮を受けた場合の弾塑性変形挙動がある。図１Ｂに、塑性ひずみに応じて硬化する弾塑性構成則を有する材料において、図１Ａの最初の単純せん断（ａからｅまで）を受けた弾塑性体Ａの弾塑性変形挙動（せん断ひずみγとせん断応力τとの関係）を示す典型的な応力－ひずみ曲線の例を示す。なお、図１Ｂのａ点からｅ点は、図１Ａのａ状態からｅ状態に相当する。
　図１Ｂに示すように、せん断ひずみγの増加に伴い、原点（開始時）から降伏点ａまで弾性変形が進み、点ａから点ｂまでのせん断ひずみγの増加分はすべて塑性ひずみである。塑性ひずみの増加に伴い、点ａから点ｂの間でせん断応力τが増加している。点ｂでせん断の向きを反転させると、せん断ひずみγのうち、弾性ひずみが減少する。これは弾性除荷といわれる。さらに逆向きにせん断変形を進めると弾性除荷が進み、逆向きの降伏点ｃに達する。ここまでの弾塑性変形挙動において、バウシンガー（Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ）効果といわれる現象が見られる。バウシンガー効果とは、塑性ひずみに応じて硬化する弾塑性構成則を有する材料を、ある順方向に荷重をかけて降伏させ、次に逆方向に荷重をかけて降伏させた場合、逆方向に荷重をかけた場合の降伏応力の絶対値｜τＹ ｃ｜が順方向の降伏応力の絶対値｜τＹ ａ｜よりも小さくなる現象である。
　次に、点ｃから点ｄまで、最初とは逆方向の塑性せん断ひずみが増加し、それに伴い、せん断応力τの絶対値も増加する。点ｄでせん断の向きを反転させると、弾性除荷が進む。点ｅにおいて弾性ひずみはゼロとなる。このときに残っているひずみγｅは塑性せん断ひずみである。
　点ｅの変形を保った弾塑性体Ａに、単純せん断と直交する方向に弾性限界を超える引張変形をほどこし（図１Ａの状態ｆ）、その後弾性限界を超える圧縮変形をほどこした際（図１Ａの状態ｇ）の弾塑性体Ａの弾塑性変形挙動（直ひずみεと直応力σとの関係）の典型的な応力－ひずみ曲線（ｉ）を図１Ｃに示す。図１Ｃに示されているすべての応力－ひずみ曲線は、弾性変形、塑性化、塑性ひずみに応じた硬化、弾性除荷、バウシンガー効果など、図１Ｂで説明した弾塑性変形における特徴的な挙動を示している。
　ただし、ここで解析結果と実験結果が一致しないという問題が発生する。実験結果では、弾塑性体Ａに、まず横方向にせん断荷重をかけて降伏させた後に、横方向のせん断と直交する縦方向に荷重をかけて降伏させた場合の縦方向の応力－ひずみ関係と、最初から縦方向に荷重をかけて降伏させた場合の縦方向の応力－ひずみ関係とは、完全に一致する。つまり、図１Ａに示す荷重履歴を経て引張および圧縮を受ける弾塑性体Ａの応力－ひずみ曲線（図１Ｃの（ｉ））は、図１Ｄに示す荷重履歴を受ける弾塑性体Ｂのように、図１Ａに示す単純せん断の履歴を経ることなく引張（図１Ｄの状態ｈ）および圧縮（図１Ｄの状態ｊ）を受けた場合の応力－ひずみ曲線（図１Ｃの（ｉｉｉ））と完全に一致する。ところが、従来技術の弾塑性解析方法で得られる解析結果は、図１Ｃの応力－ひずみ曲線（ｉｉ）のように、図１Ｃの応力－ひずみ曲線（ｉｉｉ）とは大きく異なる。このように、従来技術の弾塑性解析方法では、途中で荷重の方向が急激に変化する荷重履歴において、弾塑性変形挙動を十分に再現できないという問題があった。
　従来技術の弾塑性解析方法では、流れ則の改良、降伏関数の改良、および塑性ポテンシャルの導入、改良等により、解析結果が実験結果と合うように解析方法が様々な方法で修正されている。しかし、従来技術に基づいてバウシンガー効果を十分に再現するように修正された解析方法では、過去の荷重履歴で発生した塑性せん断ひずみと同じ方向のせん断ひずみを生じさせない弾塑性変形挙動は、その塑性せん断ひずみの有無にかかわらず変化しないという現象（特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性）を十分に再現することができず、逆に特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性を満たすように修正された解析方法では、バウシンガー効果を十分に再現することができないという問題があった。
　従来、弾塑性解析のために用いられている関連流れ則は、式（１）のように表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ｄεp ijは塑性ひずみ増分テンソル、σijは応力テンソル、スカラー値関数であるｆ＝ｆ（σij）は弾塑性物質の塑性化の条件を定義する降伏関数、λは定数である。非関連流れ則の場合は、式（１）においてスカラー値関数ｆ＝ｆ（σij）の代わりに弾塑性物質の塑性ポテンシャルg＝g（σij）を用いる。
　（式１）は、個々の弾塑性体に対して、塑性ひずみ増分テンソルと応力テンソルを結びつける材料構成則が存在することと、その材料構成則を表現するための、応力テンソルのスカラーポテンシャル関数が存在することを、暗黙の前提としている。従来技術の弾塑性解析方法で用いられる流れ則においては、式（１）の中に、変位増分は含まれていない。つまり、式（１）は、塑性ひずみ増分が変位増分とは無関係であることを意味する。しかし現実には、同じ応力状態において、変位増分が異なれば、異なる塑性ひずみ増分が観察され得る。従って、変位増分といかなる関係も有しない塑性ひずみ増分の表現式は、実際の現象を適切に表現しているとは言い難い。従来の弾塑性解析方法で、バウシンガー効果と、特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性と、を同時に再現することができない理由もここにあると考えられる。
　本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、弾塑性解析にあたり、塑性ひずみ増分テンソルと応力テンソルを結びつける材料構成則の存在を必要とせず、その材料構成則を表現するための応力テンソルのスカラーポテンシャル関数の存在も必要としない、塑性ひずみに関する方程式を導入する。この新たな塑性ひずみに関する方程式を導入することにより、バウシンガー効果と、特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性と、を同時に再現できる、弾塑性解析方法及び弾塑性解析プログラムを提供することを例示的課題とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としての弾塑性解析方法、弾塑性解析プログラムは、以下の構成を有する。
　（１）本発明の一態様は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから前記塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求めるステップと、前記試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定するステップと、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、前記試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標を決定するステップと、前記塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、を含む弾塑性解析方法である。
　（２）本発明の他の態様は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルに、前記塑性変形勾配テンソルの逆テンソルを作用させる数学的処理をほどこして試行弾性変形勾配テンソルを求めるステップと、前記試行弾性変形勾配テンソルに基づいて試行弾性変形勾配指標を決定するステップと、前記試行弾性変形勾配指標と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標との比に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性変形勾配増分指標を決定するステップと、前記塑性変形勾配増分指標に基づいて塑性変形勾配増分テンソルを決定するステップと、決定された前記塑性変形勾配増分テンソルを用いて塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、を含む弾塑性解析方法である。
　（３）本発明の他の態様は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における対数全変形勾配テンソルから対数塑性変形勾配テンソルを差し引いて得られる対数試行弾性変形勾配テンソルを求めるステップと、前記対数試行弾性変形勾配テンソルに基づいて対数試行弾性変形勾配指標を決定するステップと、前記対数試行弾性変形勾配指標から、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標の対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する対数塑性変形勾配増分指標を決定するステップと、前記対数塑性変形勾配増分指標に基づいて対数塑性変形勾配増分テンソルを決定するステップと、決定された前記対数塑性変形勾配増分テンソルを用いて対数塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、を含む弾塑性解析方法である。
　（４）本発明の他の態様は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから前記塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求める手順と、前記試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定する手順と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、前記試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標として決定する手順と、前記塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムである。
　（５）本発明の他の態様は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルに、前記塑性変形勾配テンソルの逆テンソルを作用させる数学的処理をほどこして試行弾性変形勾配テンソルを求める手順と、前記試行弾性変形勾配テンソルに基づいて試行弾性変形勾配指標を決定する手順と、前記試行弾性変形勾配指標と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標との比に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性変形勾配増分指標を決定する手順と、前記塑性変形勾配増分指標に基づいて塑性変形勾配増分テンソルを決定する手順と、決定された前記塑性変形勾配増分テンソルを用いて塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムである。
　（６）本発明の他の態様は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における対数全変形勾配テンソルから対数塑性変形勾配テンソルを差し引いて得られる対数試行弾性変形勾配テンソルを求める手順と、前記対数試行弾性変形勾配テンソルに基づいて対数試行弾性変形勾配指標を決定する手順と、前記対数試行弾性変形勾配指標から、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標の対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する対数塑性変形勾配増分指標を決定する手順と、前記対数塑性変形勾配増分指標に基づいて対数塑性変形勾配増分テンソルを決定する手順と、決定された前記対数塑性変形勾配増分テンソルを用いて対数塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムである。
　本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
　本発明に係る弾塑性解析方法、弾塑性解析プログラムによれば、バウシンガー効果と、特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性と、を同時に再現することができる。
弾塑性体に単純せん断の後でせん断の方向と直交する方向に引張及び圧縮を作用させる荷重履歴を示す模式図。 図１Ａの単純せん断を受ける弾塑性体の弾塑性変形挙動の一例を示す応力－ひずみ曲線。 図１Ａの単純せん断と直交する方向に引張および圧縮を受ける弾塑性体の応力－ひずみ曲線の解析値及び実験値の例。 弾塑性体に図１Ｃ（ｉｉｉ）の応力－ひずみ曲線を与える荷重履歴を示す模式図。 実施形態１における数値計算方法のフローチャート。 実施形態２における試行弾性ひずみの主軸及び試行弾性主ひずみ。 実施形態２における試行弾性ひずみのせん断成分が極大となり、かつそのせん断成分が最大となる面（α）を示す図。 実施形態２における試行弾性ひずみのせん断成分が極大となる面（β）を示す図。 実施形態２における試行弾性ひずみのせん断成分が極大となる面（γ）を示す図。 実施形態３における数値計算方法のフローチャートの一例。 実施形態３における数値計算方法のフローチャートの他の例。 実施例の試験体の座標系を示す図。 実施例の試験体にステップ（１）のせん断荷重を負荷した図。 実施例の試験体にステップ（２）のせん断荷重を負荷した図。 実施例の試験体にステップ（２）のせん断荷重をせん断ひずみの弾性成分がゼロとなるまで除荷した図。 実施例の試験体にステップ（４）の引張荷重を負荷した図。 実施例の試験体にステップ（４）の圧縮荷重を負荷した図。 実施例のステップ（１）からステップ（３）までの数値計算値を示す図。 実施例のステップ（４）と塑性変形の履歴がない場合の数値計算値を示す図。
［実施形態１］
　以下、本発明の実施形態１に係る弾塑性体の解析方法について図２を参照して説明する。弾塑性解析の初期値境界値問題の支配方程式は、運動量保存則、角運動量保存則、変位－ひずみ関係式、応力－ひずみ関係式、塑性ひずみに関する方程式、からなる。従来技術においては、塑性ひずみに関する方程式として流れ則が用いられている。
　弾塑性体は、ひずみがその弾塑性体の弾性限界を超えると塑性変形する。この弾性限界におけるひずみを「弾性限界ひずみ」と称する。また、弾性限界ひずみを超えたぶんのひずみを「塑性ひずみ」と称する。本実施形態では、テンソル量に対して一意に定義される「指標」を導入する。本実施形態でいう「指標」とは、テンソルに適切な数学的処理を施して得られるスカラー値又はベクトル値を表す。本発明の発明者らは、従来用いていた流れ則に代えて、弾性限界ひずみに対して一意に定義される弾性限界ひずみ指標を用いた塑性ひずみに関する方程式を導入することによって、実験結果と整合する弾塑性解析結果が得られることを発見した。具体的には以下のとおりである。
　実施形態１では、ひずみが十分小さく、弾塑性体の変形が十分小さいとみなすことができる微小変形の場合の弾塑性解析の初期値境界値問題を、例えば有限要素法などの適切な数値解析手法で計算して数値解析結果を得る方法について説明する。動的あるいは静的平衡状態にある弾塑性体に、荷重増分を負荷し（図２のステップＳ１０）、塑性ひずみテンソルは変えずに、荷重増分を負荷した後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルを得る。この全ひずみテンソルεtotalと塑性ひずみテンソルεpの差を求め、試行弾性ひずみテンソルεeとする（ステップＳ１２）。即ち、
　εe＝εtotal－εp　　　…式（２）
である。試行弾性ひずみテンソルとは、繰り返し計算のために試行的に与える微小な弾性ひずみテンソルである。次に、試行弾性ひずみテンソルεeに基づいて一意に定義される試行弾性ひずみ指標εeiを決定する（ステップＳ１４）。試行弾性ひずみ指標εeiはスカラー又はベクトルである。
　弾塑性材料ごとの材料特性である弾性限界ひずみに基づいて一意に定義される弾性限界ひずみ指標をεcriとする（ステップＳ１６）。弾性限界ひずみ指標εcriはスカラー又はベクトルである。弾性限界ひずみ指標εcriは定数であっても何らかの物理量の関数であってもよい。そして、試行弾性ひずみ指標εeiから弾性限界ひずみ指標εcriを差し引いて得られる値に基づいて、塑性ひずみ増分指標ｄεpiを決定する。例えば、試行弾性ひずみ指標εeiから弾性限界ひずみ指標εcriを差し引いて得られる値を塑性ひずみ増分指標ｄεpiとする（ステップＳ１８）。つまり、
　εei－εcri＝ｄεpi　　…式（３）
である。ただし、εei≦εcriである場合は、ｄεpi＝０とする。即ち、
　ｄεpi＝εei－εcri　（εei＞εcri）　　…式（３Ａ）
　ｄεpi＝０　　　　 （εei≦εcri）　　…式（３Ｂ）
とする。式（３Ａ）および式（３Ｂ）の条件式の中の不等号は、指標がベクトル値である場合はベクトルに適切な数学的処理を施して得られるスカラー値に基づいて評価される。
　この塑性ひずみ増分指標ｄεpiを用いて、塑性ひずみ増分テンソルの成分ｄεｐ ijを決定する（ステップＳ２０）。ここで、ｄεp ijは、座標系ｘ１－ｘ２－ｘ３を設定した場合に、ｉ面（ｘｉ軸に直交する面）のｘｊ軸方向への塑性ひずみ増分を表す。この場合、例えば実施形態２に示す方法で、指標を用いてテンソルの成分を決定することができる。そして、弾塑性体の全体における釣り合い誤差を計算する（ステップＳ２２）。次に、ステップＳ１０で与えた荷重増分に対する釣り合い誤差計算の結果が終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２４）。終了条件は、例えば弾塑性体の全体における釣り合いの誤差が予め定めた誤差の範囲内に到達した場合である。ステップＳ２４で終了条件を満たす場合（Ｓ２４：Ｙ）は、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２４で終了条件を満たさない場合（Ｓ２４：Ｎ）は、ステップＳ１２に戻って新たに試行弾性ひずみテンソルを与えて以降のステップを繰り返す。ステップＳ２６において、予め定めた荷重増分が終了した（荷重増分をすべて与えた）か否かを判定する。ステップＳ２６において、予め定めた荷重増分が終了していない場合（Ｓ２６：Ｎ）は、ステップＳ１０に戻って新たな荷重増分を与えて以降のステップを繰り返す。ステップＳ２６において、予め定めた荷重増分が終了した場合（Ｓ２６：Ｙ）は、数値解析を終了する。
［実施形態２］
　実施形態１で説明した、微小変形の場合における一般的な弾塑性解析方法についての具体的な一例である実施形態２について、図面を参照して説明する。静的状態における弾塑性体の微小変形を考える。実施形態２では、実施形態１で説明した弾性限界ひずみ指標εcriの一例である弾性限界せん断ひずみεcrを考慮する。なお、弾性限界せん断ひずみεcrは、弾塑性体の材料試験により得られる数値である。実施形態２では、弾性限界せん断ひずみεcrを正の定数とする。
　この静的平衡状態にある弾塑性体に、荷重増分を負荷し、塑性ひずみテンソルεpは変えずに、荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルεtotalを得る。この全ひずみテンソルεtotalと塑性ひずみテンソルεpの差を求め、試行弾性ひずみテンソルεeとする。即ち、試行弾性ひずみテンソルεeは、式（２）で定義される。
　この試行弾性ひずみテンソルの成分を、図３に示す主軸座標系とせん断成分が極大となる面に設定された座標系で表す。図３では、試行弾性ひずみテンソルの主軸をｘ１、ｘ２、ｘ３で表す。対応する試行弾性主ひずみはε1、ε2、及びε3であり、ε1≧ε2≧ε3とする。図４に示すように、せん断成分が極大となる面の１つである面（α）における試行弾性ひずみの成分を、ε(α) S、ε(α) S⊥、及びε(α) Nと表す。これらは、それぞれ、試行弾性ひずみの面（α）における最大せん断方向Ｓの成分、試行弾性ひずみの面（α）における最大せん断方向Ｓに直交する方向の成分、及び試行弾性ひずみの面（α）に垂直な方向の成分である。図４の座標系ｘ’１－ｘ２－ｘ’３は、主軸座標系ｘ１－ｘ２－ｘ３をｘ２軸を中心に反時計回りにπ／４回転させて得られる。試行弾性ひずみの主方向とせん断成分が極大となる面を図４のように定義する限り、最大せん断成分ε(α) Sは常に非負の値をとり、ε(α) S⊥は常にゼロとなる。このようにして、試行弾性ひずみ指標として、試行弾性せん断ひずみの絶対値の極大値を得る。
　次に、面（α）上において、塑性ひずみ増分の成分を各軸についてそれぞれｄεp(α) S、ｄεp(α) S⊥、及びｄεp(α) Nと表す。荷重増分に対する面（α）上の塑性ひずみ増分ｄεp(α) S及びｄεp(α) S⊥を規定する式は、弾性限界せん断ひずみεcrを用いて、下記式（４Ａ）及び（４Ｂ）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　試行弾性ひずみの面（α）における最大せん断成分のうち、弾性限界せん断ひずみεcrを超える部分は、式（４Ａ）のように塑性ひずみ増分に割り当てられる。また、せん断成分が極大となるという面（α）の定義からε(α) S⊥＝０であるので、式（４Ｂ）のように常にｄεp(α) S⊥＝０となる。式（４Ａ）及び式（４Ｂ）は、図５及び図６に示すように、せん断成分が極大となる他の面（β）及び（γ）においても同様に成立する。なお、ε(α) S、ε(β) S、ε(γ) Sが、実施形態２で採用した試行弾性ひずみ指標であり、これらが実施形態１で定義した試行弾性ひずみ指標εeiの一例である。
　試行弾性ひずみのせん断成分が極大となり、かつそのせん断成分が最大となる面という面（α）の定義から、ε(α) S≧ε(β) S、かつε(α) S≧ε(γ) Sであるので、塑性変形がゼロではない場合は次の３つのケース、即ち（ケース１）ｄε(α) S＞０、ｄε(β) S＝０、ｄε(γ) S＝０、（ケース２）ｄε(α) S＝ｄε(β) S＞０、ｄε(γ) S＝０、（ケース３）ｄε(α) S＝ｄε(γ) S＞０、ｄε(β) S＝０、の場合に限定される。これらの場合について、塑性ひずみ増分テンソルの、主軸座標系ｘ１－ｘ２－ｘ３における成分を特定する必要がある。この成分からなるベクトルをｄεp≡［ｄεp 11，ｄεp 22，ｄεp 33，ｄεp 12，ｄεp 23，ｄεp 31］Tと定義する。ここと、これ以降で、ベクトルまたは行列に対する上付きのＴは転置を表す。
　（ケース１）の場合、数値解析の精度の範囲内でε1＞ε2＞ε3という不等式を満たす必要がある。また、ｄε(α) S＞０、ｄε(β) S＝０、ｄε(γ) S＝０を満たすように荷重増分が十分小さい必要がある。塑性ひずみ増分テンソルの成分は、図４に示す座標系ｘ’１－ｘ２－ｘ’３においてｄεp 1’1’＝ｄεp 22＝ｄεp 3’3’＝ｄεp 1’2＝ｄεp 23’＝０及びｄεp 3’1’＝ｄε(α) Sという対称テンソル成分として規定される。（ケース１）の場合、テンソル量の座標変換則から次のベクトルが与えられる。
（ケース１）　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　試行弾性ひずみのせん断成分が極大となる面α、β、γは互いに直交していないため、塑性ひずみ増分テンソルのこれらの面における成分と、塑性ひずみ増分テンソルの主軸座標系における成分とは、テンソル量の座標変換則を通して関連しない。従って、（ケース２）及び（ケース３）については、塑性ひずみ増分テンソルのα、β、γにおける成分と主軸座標系における成分とを関連づける行列の特異値分解を導入し、塑性ひずみ増分テンソルの主軸座標系における成分を特定する。
　（ケース２）では、塑性ひずみ増分テンソルの面αおよび面βにおける成分を用いて、以下のベクトルを構成する。
（ケース２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 塑性ひずみ増分テンソルの、主軸座標系における成分からなるベクトルｄεpと、ｄεp(αβ)は、４行６列の行列Ｍ（αβ）を用いて、以下のように関連づけられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 ここで、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 である。Ｍ（αβ）の特異値分解は、４行４列の行列Ｕ、４行６列の行列Ｗ、６行６列の行列Ｖ（αβ）Ｔを用いて、以下のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 ここで、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 である。式（６）のベクトルdεP（αβ）は、式（１０）の４行４列の行列Ｕを構成するベクトルu[I](I=1,2,3,4)を用いて、以下のように展開できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 ここで得られた係数
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 と、式（１１）の係数
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 及び式（１２）のベクトル
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 を用いて、塑性ひずみ増分テンソルの主軸座標系における成分からなるベクトルｄεpは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 と表される。式（１３）に、面αと面βに対する式（４Ｂ）と（ケース２）の条件のうちｄε(α) S＝ｄε(β) S＞０を代入すると、（ケース２）に対する係数
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 が得られる。これを式（１４）に代入すると、（ケース２）における塑性ひずみ増分テンソルの主軸座標系における成分からなるベクトルｄεpが次のように特定される。
（ケース２）　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　（ケース３）では、塑性ひずみ増分テンソルの面αおよび面γにおける成分を用いて、以下のベクトルを構成する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 （ケース２）と同様、以下の式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 ここで、行列Ｕは式（１０）で、行列Ｗは式（１１）で、それぞれ与えられるものと同じであり、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 である。式（１６）のベクトルdεP（αγ）は、式（１０）の４行４列の行列Ｕを構成するベクトルu[I](I=1,2,3,4)を用いて、以下のように展開できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
 ここで得られた係数
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
 と、式（１１）の係数
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
 及び式（１９）のベクトル
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
 を用いて、塑性ひずみ増分テンソルの主軸座標系における成分からなるベクトルｄεpは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
 と表される。式（２０）に、面αと面γに対する式（４Ｂ）と（ケース３）の条件のうちｄε(α) S＝ｄε(γ) S＞０を代入すると、（ケース３）に対する係数
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
 が得られる。これを式（２１）に代入すると、（ケース３）における塑性ひずみ増分テンソルの主軸座標系における成分からなるベクトルｄεpが次のように特定される。
（ケース３）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
　式（５）、（１５）及び（２２）はそれぞれ、（ケース１）、（ケース２）及び（ケース３）におけるゼロではない塑性ひずみ増分テンソルの主軸座標系における成分を表す。以上のようにして、塑性ひずみ増分テンソルの値に応じて、主軸座標系における塑性ひずみ増分テンソルの成分を求めることができる。このようにして決定された塑性ひずみ増分テンソルの成分を用いて、弾塑性解析の初期値境界値問題を、例えば有限要素法などの適切な数値解析手法で計算して数値解析結果を得る。
　上記の実施形態２では、弾性限界ひずみ指標εcriの一例として、正の定数である弾性限界せん断ひずみεcrを用いた。しかし、弾性限界ひずみ指標εcriの例はこれに限られない。例えば、正の定数と直ひずみに比例する項の和を用いた弾性限界ひずみεcrを弾性限界ひずみ指標εcriとしてもよい。即ちεcr＝εc-με(α) Nを弾性限界ひずみ指標εcriとして用いてもよい。ここでεcは正の定数、μは非ゼロの定数、ε(α) Nはμの値によってその方向を一意に決定される面（α）と直交する方向のひずみ成分である。また、相当ひずみの上限値を設定して、これを弾性限界ひずみ指標εcriとして用いてもよい。
　なお、弾性限界ひずみ指標εcriとしてεcr＝εc-με(α) Nを設定した場合は、面αは前述のせん断成分が極大となる面の１つである面からμの値によって一意に決定される方向へ少し傾いた面となり、このときの試行弾性ひずみ指標はε(α) S-με(α) Nとなる。
［実施形態３］
　次に実施形態３として、弾塑性体の形状の変形が無視できない有限変形の場合について図面を参照して説明する。この場合の数値解析方法は、次の２つの方法をとることができる。
（１）試行弾性変形勾配テンソル法
動的あるいは静的平衡状態にある弾塑性体に、荷重増分を負荷し（図７のステップＳ３０）、塑性変形勾配テンソルは変えずに、荷重増分を負荷した後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルを得る。この全変形勾配テンソルFtotalに、塑性変形勾配テンソルFpの逆テンソル(Fp)-1を適切に作用させたものを、試行弾性変形勾配テンソルFeとする（ステップＳ３２）。即ち、
　Fe＝(Fp)-1〇Ftotal　　　…式（２３）
である。ここで(Fp)-1〇Ftotalは、塑性ひずみ変形勾配テンソルFpの逆テンソル(Fp)-1を全変形勾配テンソルFtotalに適切に作用させる数学的処理を表す。次に、試行弾性変形勾配テンソルFeに基づいて一意に定義される試行弾性変形勾配指標Feiを決定する（ステップＳ３４）。試行弾性変形勾配指標Feiはスカラー又はベクトルである。
　弾塑性材料ごとの材料特性である弾性限界変形勾配に基づいて一意に定義される弾性限界変形勾配指標をFcriとする（ステップＳ３６）。弾性限界変形勾配指標Fcriはスカラー又はベクトルである。弾性限界変形勾配指標Fcriは定数であっても何らかの物理量の関数であってもよい。そして、試行弾性変形勾配指標Feiを弾性限界変形勾配指標Fcriで除して得られる値に基づいて、塑性変形勾配増分指標ｄFpiを決定する。例えば、試行弾性変形勾配指標Feiを弾性限界変形勾配指標Fcriで除して得られる値を塑性変形勾配増分指標ｄFpiとする（ステップＳ３８）。つまり、
　Fei/Fcri＝ｄFpi　　…式（２４）
である。ただし、Fei≦Fcriである場合は、ｄFpi＝０とする。即ち、
　ｄFpi＝Fei/Fcri　（Fei＞Fcri）　　…式（２４Ａ）
　ｄFpi＝０　　　（Fei≦Fcri）　　…式（２４Ｂ）
とする。式（２４Ａ）および式（２４Ｂ）の条件式の中の不等号は、指標がベクトル値である場合はベクトルに適切な数学的処理を施して得られるスカラー値に基づいて評価される。
　この塑性変形勾配増分指標ｄFpiを用いて、塑性変形勾配増分テンソルの成分ｄFｐ ijを決定する（ステップＳ４０）。ここで、ｄFp ijは、座標系ｘ１－ｘ２－ｘ３を設定した場合に、ｉ面（ｘi軸に直交する面）のｘj軸方向への塑性変形勾配増分を表す。この場合、例えば実施形態２に示す方法で、指標を用いてテンソルの成分を決定することができる。決定された塑性変形勾配増分テンソルに対して、例えばグリーン（Green）の有限ひずみテンソルの定義あるいはアルマンシ（Almansi）の有限ひずみテンソルの定義など、ひずみの適切な定義を適用し、塑性ひずみ増分テンソルを決定する（ステップＳ４２）。そして、弾塑性体の全体における釣り合い誤差を計算する（ステップＳ４４）。次に、ステップＳ３０で与えた荷重増分に対する釣り合い誤差計算の結果が終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ４６）。終了条件は、例えば弾塑性体の全体における釣り合いの誤差が予め定めた誤差の範囲内に到達した場合である。ステップＳ４６で終了条件を満たす場合（Ｓ４６：Ｙ）は、ステップＳ４８に進む。ステップＳ４６で終了条件を満たさない場合（Ｓ４６：Ｎ）は、ステップＳ３２に戻って新たに試行弾性変形勾配テンソルを与えて以降のステップを繰り返す。ステップＳ４８において、予め定めた荷重増分が終了した（荷重増分をすべて与えた）か否かを判定する。ステップＳ４８において、予め定めた荷重増分が終了していない場合（Ｓ４８：Ｎ）は、ステップＳ３０に戻って新たな荷重増分を与えて以降のステップを繰り返す。ステップＳ４８において、予め定めた荷重増分が終了した場合（Ｓ４８：Ｙ）は、数値解析を終了する。
（２）対数試行弾性変形勾配テンソル法
動的あるいは静的平衡状態にある弾塑性体に、荷重増分を負荷し（図８のステップＳ５０）、塑性変形勾配テンソルは変えずに、荷重増分を負荷した後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルを得る。この全変形勾配テンソルFtotalの対数を取って得られる対数全変形勾配テンソルLnFtotalと、塑性変形勾配テンソルFpの対数を取って得られる対数塑性変形勾配テンソルLnFpとの差に基づいて、対数試行弾性変形勾配テンソルLnFeを決定する。例えば、対数全変形勾配テンソルLnFtotalと対数塑性変形勾配テンソルLnFpとの差を対数試行弾性変形勾配テンソルLnFeとする（ステップＳ５２）。即ち、
　LnFe＝LnFtotal－LnFp　　　…式（２５）
である。対数試行弾性変形勾配テンソルLnFeに基づいて一意に定義される対数試行弾性変形勾配指標LnFeiを決定する（ステップＳ５４）。対数試行弾性変形勾配指標LnFeiはスカラー又はベクトルである。
　弾塑性材料ごとの材料特性である弾性限界変形勾配に基づいて一意に定義される弾性限界変形勾配指標Fcriの対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標をLnFcriとする（ステップＳ５６）。対数弾性限界変形勾配指標LnFcriはスカラー又はベクトルである。対数弾性限界変形勾配指標LnFcriは定数であっても何らかの物理量の関数であってもよい。そして、対数試行弾性変形勾配指標LnFeiから対数弾性限界変形勾配指標LnFcriを差し引いて得られる値を対数塑性変形勾配増分指標ｄLnFpiとする（ステップＳ５８）。つまり、
　LnFei-LnFcri＝ｄLnFpi　　…式（２６）
である。ただし、LnFei≦LnFcriである場合は、ｄLnFpi＝０とする。即ち、
　ｄLnFpi＝LnFei-LnFcri　（LnFei＞LnFcri）　　…式（２６Ａ）
　ｄLnFpi＝０　　　（LnFei≦LnFcri）　　…式（２６Ｂ）
とする。式（２６Ａ）および式（２６Ｂ）の条件式の中の不等号は、指標がベクトル値である場合はベクトルに適切な数学的処理を施して得られるスカラー値に基づいて評価される。
　この対数塑性変形勾配増分指標ｄLnFpiを用いて、対数塑性変形勾配増分テンソルの成分ｄLnFｐ ijを決定する（ステップＳ６０）。ここで、ｄLnFp ijは、座標系ｘ１－ｘ２－ｘ３を設定した場合に、ｉ面（ｘi軸に直交する面）のｘj軸方向への対数塑性変形勾配増分を表す。この場合、例えば実施形態２に示す方法で、指標を用いてテンソルの成分を決定することができる。決定された対数塑性変形勾配増分テンソルに対して、例えばグリーン（Green）の有限ひずみテンソルの定義あるいはアルマンシ（Almansi）の有限ひずみテンソルの定義など、ひずみの適切な定義を適用し、対数塑性ひずみ増分テンソルを決定する（ステップＳ６２）。そして、弾塑性体の全体における釣り合い誤差を計算する（ステップＳ６４）。次に、ステップＳ５０で与えた荷重増分に対する釣り合い誤差計算の結果が終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ６６）。終了条件は、例えば弾塑性体の全体における釣り合いの誤差が予め定めた誤差の範囲内に到達した場合である。ステップＳ６６で終了条件を満たす場合（Ｓ６６：Ｙ）は、ステップＳ６８に進む。ステップＳ６６で終了条件を満たさない場合（Ｓ６６：Ｎ）は、ステップＳ５２に戻って新たに対数試行弾性変形勾配テンソルを与えて以降のステップを繰り返す。ステップＳ６８において、予め定めた荷重増分が終了した（荷重増分をすべて与えた）か否かを判定する。ステップＳ６８において、予め定めた荷重増分が終了していない場合（Ｓ６８：Ｎ）は、ステップＳ５０に戻って新たな荷重増分を与えて以降のステップを繰り返す。ステップＳ６８において、予め定めた荷重増分が終了した場合（Ｓ６８：Ｙ）は、数値解析を終了する。
　以上の各実施形態では、塑性ひずみ増分テンソルと応力テンソルを結びつける材料構成則の存在を必要とせず、その材料構成則を表現するための応力テンソルのスカラーポテンシャル関数の存在も必要としない。つまり、従来の弾塑性解析の方法で塑性ひずみ増分を求めるために必須とされてきた、応力テンソルのスカラーポテンシャル関数に基づく流れ則は不要である。また、上記の各実施形態では、従来の弾塑性解析の方法で降伏後の弾塑性変形挙動を解析するために必須とされてきた、降伏関数を移動させたり変形させたりする法則の設定も不要である。降伏後の応力－ひずみ関係と荷重履歴にかかわらず、弾性限界せん断ひずみ指標の設定を解析の途中で変更する必要はなく、変形の全履歴において変わらない。
　以上の実施形態によれば、バウシンガー効果と、特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性と、を同時に再現できる、弾塑性解析方法及び弾塑性解析プログラムを提供することができる。また、構造材料を用いた構造体の強度評価、スプリングバック等の材料加工時の変形量等を、実験をする代わりに数値計算することで精度よく評価することができる。
　次に、上記の方法を用いた弾塑性体（試験体）の荷重－変形挙動の数値計算結果について説明する。図９Ａに示すように、座標系ｘ１－ｘ２－ｘ３に配置した一辺の長さa＝１００ｍｍの立方体の弾塑性体１０を考える。この弾塑性体１０の応力－ひずみ関係は下記式（２７）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
 　ここで、σijは応力テンソル、εklは全ひずみテンソル、Ｃijklは弾性テンソル、εp klは塑性ひずみテンソル、Ｈ（０≦Ｈ＜１）は塑性ひずみ硬化係数である。また、数値計算に用いた弾塑性体１０の物性定数を下記の表１に示す。表１の物性定数は鋼材を想定して設定したものである。なお、式（２７）では、英語アルファベットの小文字下付きの添字に関しては総和規約を用いている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000030
　まず、ステップ（１）として、図９Ｂの白抜きの矢印に示すように、弾塑性体１０の上面にｘ２方向の外部せん断荷重Ｓ１を加え、弾性限界を超えて変形させる。上面の最大変位量δｕ２は０．３７５ｍｍである。なお、図９Ｂから図９Ｄでは、理解を容易にするために変形前の弾塑性体１０の形状を細線で、変形後の弾塑性体１０の形状を太線で示している。次に、ステップ（２）として、図９Ｃの白抜きの矢印に示すように、上面に－ｘ２方向の外部せん断荷重Ｓ２を加え、弾性限界を超えて変形させる。ステップ（２）での上面の元の位置からの変位量δｕ２は－０．３７５ｍｍである。次に、ステップ（３）として、外部せん断荷重Ｓ２を除荷する。除荷は、図９Ｄに示すように、弾性せん断ひずみが全てなくなり、塑性せん断ひずみのみが残るレベルまで行う。
　次に、ステップ（３）の状態から、弾塑性体１０に対し、図１０Ａに示すように、ｘ３方向に弾性限界を超えて１軸引張荷重Ｅを加える。続いて、図１０Ｂに示すように、－ｘ３方向に弾性限界を超えて圧縮荷重Ｃを加える。以上をステップ（４）とする。弾塑性体１０の上面の最大変位振幅δｕ３は、引張時、圧縮時とも０．３ｍｍである。ステップ（４）における荷重の負荷方向は、ステップ（１）及びステップ（２）における荷重の負荷方向に対して垂直の方向である。
　以上のステップ（１）からステップ（４）までの数値計算の結果を図１１及び図１２に示す。図１１において、ステップ（１）の計算値を白抜きの四角形で示し、ステップ（２）の計算値を白抜きの丸印で示し、ステップ（３）の計算値を黒抜きの三角形で示している。図１１の縦軸はｘ２方向のせん断荷重を、横軸はｘ２方向の変位量を示す。図１１に示すように、ステップ（１）でｘ２方向のせん断力をかけると、Ｙ１の点で弾性限界に到達する。Ｙ１における荷重は１．０×１０６（Ｎ）である。また、ステップ（２）において、－ｘ２方向のせん断力を加えていくと、Ｙ２の点で弾性限界に到達する。Ｙ２の荷重は－０．８×１０６（Ｎ）である。つまり、バウシンガー効果を再現できている。
　図１２において、ステップ（４）の引張時及び圧縮時の計算結果を白抜きの四角形で示している。また、せん断荷重を加えないで引張（圧縮）荷重を加えた場合、つまり上述のステップ（１）からステップ（３）の工程を経ないで引張（圧縮）荷重のみを加えた場合の計算値を白抜きの丸印で示している。図１２の縦軸はｘ３方向の引張（圧縮）荷重を、横軸はｘ３方向の変位量を示す。
　図１２に示すように、ステップ（４）の引張時の弾性限界Ｙ３の荷重は２．０×１０６（Ｎ）であり、圧縮時の弾性限界Ｙ４の荷重は１．６×１０６（Ｎ）である。つまり、バウシンガー効果を再現できている。さらに、ステップ（４）の引張（圧縮）荷重による荷重－変位履歴、即ちせん断荷重による塑性変形を生じた後の引張（圧縮）荷重による荷重－変位履歴は、せん断荷重を加えないで引張（圧縮）荷重を加えた場合の荷重－変位履歴と同じであった。つまり、特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性、この解析例ではｘ２方向の塑性せん断変形に対するｘ３方向の引張（圧縮）の弾塑性変形挙動の不変性、を正確に再現できている。
　従来の評価方法では、ステップ（１）からステップ（４）で用いる評価式と、せん断荷重を加えないで引張（圧縮）荷重を加えた場合の評価式とで、異なる評価式を使用せざるを得なかった。しかし本実施例においては、同じ評価式を用いることができ、バウシンガー効果と、特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性とを同時に再現することができた。
　上記の数値計算においては、計算結果と実験結果を合わせるための人為的な規則、パラメータ、又は仮説は一切用いていない。また、弾性限界せん断ひずみεcrは、変形履歴の全体にわたって変えていない。にもかかわらず、計算結果はバウシンガー効果及び特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性の両方を正確に再現できている。これは従来技術の流れ則と降伏関数を用いる数値計算方法ではなしえなかったことである。また、これは計算式に用いた本発明の弾塑性解析方法が誤っていないということの証明でもある。
　以上の実施形態及び実施例に例示した弾塑性解析方法は、弾塑性解析プログラムとして構成することができ、金属等の構造材料の弾塑性解析に利用することができる。また本発明は、その弾塑性解析プログラムを記憶した記憶媒体、又は内蔵した弾塑性解析プログラムに従って計算を行う弾塑性解析装置（システム）として構成することができる。
　なお、本発明は、以下の趣旨を含む。
　　［趣旨１］
　弾塑性解析方法は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから前記塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求めるステップと、前記試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定するステップと、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、前記試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標を決定するステップと、前記塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、を含む。これにより、バウシンガー効果と、特定の方向の塑性変形履歴に対する弾塑性変形挙動の不変性と、を同時に再現することができる。
　　［趣旨２］
　前記試行弾性ひずみ指標から前記弾性限界ひずみ指標を差し引いて得られる値を、前記荷重増分に対応する前記塑性ひずみ増分指標として決定し、前記試行弾性ひずみ指標が前記弾性限界ひずみ指標以下である場合は、前記塑性ひずみ増分指標をゼロとすることを趣旨とする。
　　［趣旨３］
　弾塑性解析方法は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルに、前記塑性変形勾配テンソルの逆テンソルを作用させる数学的処理をほどこして試行弾性変形勾配テンソルを求めるステップと、前記試行弾性変形勾配テンソルに基づいて試行弾性変形勾配指標を決定するステップと、前記試行弾性変形勾配指標と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標との比に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性変形勾配増分指標を決定するステップと、前記塑性変形勾配増分指標に基づいて塑性変形勾配増分テンソルを決定するステップと、決定された前記塑性変形勾配増分テンソルを用いて塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、を含む。
　　［趣旨４］
　前記試行弾性変形勾配指標と前記弾性限界変形勾配指標との比を前記荷重増分に対応する前記塑性変形勾配増分指標とし、前記比が１以下である場合は、前記塑性変形勾配増分指標をゼロとすることを趣旨とする。
　　［趣旨５］
　弾塑性解析方法は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における対数全変形勾配テンソルから対数塑性変形勾配テンソルを差し引いて得られる対数試行弾性変形勾配テンソルを求めるステップと、前記対数試行弾性変形勾配テンソルに基づいて対数試行弾性変形勾配指標を決定するステップと、前記対数試行弾性変形勾配指標から、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標の対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する対数塑性変形勾配増分指標を決定するステップと、前記対数塑性変形勾配増分指標に基づいて対数塑性変形勾配増分テンソルを決定するステップと、決定された前記対数塑性変形勾配増分テンソルを用いて対数塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、を含む。
　　［趣旨６］
　前記対数試行弾性変形勾配指標から前記対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値を前記荷重増分に対応する前記対数塑性変形勾配増分指標とし、前記対数試行弾性変形勾配指標が前記対数弾性限界変形勾配指標以下である場合は、前記対数塑性変形勾配増分指標をゼロとすることを趣旨とする。
　　［趣旨７］
　弾塑性解析プログラムは、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから前記塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求める手順と、前記試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定する手順と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、前記試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標として決定する手順と、前記塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムである。
　　［趣旨８］
　弾塑性解析プログラムは、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルに、前記塑性変形勾配テンソルの逆テンソルを作用させる数学的処理をほどこして試行弾性変形勾配テンソルを求める手順と、前記試行弾性変形勾配テンソルに基づいて試行弾性変形勾配指標を決定する手順と、前記試行弾性変形勾配指標と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標との比に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性変形勾配増分指標を決定する手順と、前記塑性変形勾配増分指標に基づいて塑性変形勾配増分テンソルを決定する手順と、決定された前記塑性変形勾配増分テンソルを用いて塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムである。
　　［趣旨９］
　弾塑性解析プログラムは、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における対数全変形勾配テンソルから対数塑性変形勾配テンソルを差し引いて得られる対数試行弾性変形勾配テンソルを求める手順と、前記対数試行弾性変形勾配テンソルに基づいて対数試行弾性変形勾配指標を決定する手順と、前記対数試行弾性変形勾配指標から、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標の対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する対数塑性変形勾配増分指標を決定する手順と、前記対数塑性変形勾配増分指標に基づいて対数塑性変形勾配増分テンソルを決定する手順と、決定された前記対数塑性変形勾配増分テンソルを用いて対数塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムである。
　　［趣旨１０］
　弾塑性解析システムは、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析システムであって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから前記塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求める試行弾性ひずみテンソル取得部と、前記試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定する試行弾性ひずみ指標決定部と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、前記試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標を決定する塑性ひずみ増分指標決定部と、前記塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定する塑性ひずみ増分テンソル決定部と、を含む弾塑性解析システムである。
　　［趣旨１１］
　弾塑性解析システムは、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析システムであって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルに、前記塑性変形勾配テンソルの逆テンソルを作用させる数学的処理をほどこして試行弾性変形勾配テンソルを求める試行弾性変形勾配テンソル取得部と、前記試行弾性変形勾配テンソルに基づいて試行弾性変形勾配指標を決定する試行弾性変形勾配指標決定部と、前記試行弾性変形勾配指標と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標との比に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性変形勾配増分指標を決定する塑性変形勾配増分指標決定部と、前記塑性変形勾配増分指標に基づいて塑性変形勾配増分テンソルを決定する塑性変形勾配増分テンソル決定部と、決定された前記塑性変形勾配増分テンソルを用いて塑性ひずみ増分テンソルを決定する塑性ひずみ増分テンソル決定部と、を含む弾塑性解析システムである。
　　［趣旨１２］
　弾塑性解析システムは、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析システムであって、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における対数全変形勾配テンソルから対数塑性変形勾配テンソルを差し引いて得られる対数試行弾性変形勾配テンソルを求める対数試行弾性変形勾配テンソル取得部と、前記対数試行弾性変形勾配テンソルに基づいて対数試行弾性変形勾配指標を決定する対数試行弾性変形勾配指標決定部と、前記対数試行弾性変形勾配指標から、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標の対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する対数塑性変形勾配増分指標を決定する対数塑性変形勾配増分指標決定部と、前記対数塑性変形勾配増分指標に基づいて対数塑性変形勾配増分テンソルを決定する対数塑性変形勾配増分テンソル決定部と、決定された前記対数塑性変形勾配増分テンソルを用いて対数塑性ひずみ増分テンソルを決定する対数塑性ひずみ増分テンソル決定部と、を含む弾塑性解析システムである。
　　［趣旨１３］
　記憶媒体は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから前記塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求める手順と、前記試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定する手順と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、前記試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標として決定する手順と、前記塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムを記憶させた、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
　　［趣旨１４］
　記憶媒体は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルに、前記塑性変形勾配テンソルの逆テンソルを作用させる数学的処理をほどこして試行弾性変形勾配テンソルを求める手順と、前記試行弾性変形勾配テンソルに基づいて試行弾性変形勾配指標を決定する手順と、前記試行弾性変形勾配指標と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標との比に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性変形勾配増分指標を決定する手順と、前記塑性変形勾配増分指標に基づいて塑性変形勾配増分テンソルを決定する手順と、決定された前記塑性変形勾配増分テンソルを用いて塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムを記憶させた、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
　　［趣旨１５］
　記憶媒体は、境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、コンピュータに、動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における対数全変形勾配テンソルから対数塑性変形勾配テンソルを差し引いて得られる対数試行弾性変形勾配テンソルを求める手順と、前記対数試行弾性変形勾配テンソルに基づいて対数試行弾性変形勾配指標を決定する手順と、前記対数試行弾性変形勾配指標から、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標の対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する対数塑性変形勾配増分指標を決定する手順と、前記対数塑性変形勾配増分指標に基づいて対数塑性変形勾配増分テンソルを決定する手順と、決定された前記対数塑性変形勾配増分テンソルを用いて対数塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラムを記憶させた、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
１０：弾塑性体
Ｓ１，Ｓ２：外部せん断荷重
Ｅ：引張荷重
Ｃ：圧縮荷重

Claims (9)

  1. 　境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、
    　動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから前記塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求めるステップと、
    　前記試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定するステップと、
    　前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、前記試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標を決定するステップと、
    　前記塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、
    を含む弾塑性解析方法。
  2. 　前記試行弾性ひずみ指標から前記弾性限界ひずみ指標を差し引いて得られる値を、前記荷重増分に対応する前記塑性ひずみ増分指標として決定し、前記試行弾性ひずみ指標が前記弾性限界ひずみ指標以下である場合は、前記塑性ひずみ増分指標をゼロとする、請求項１に記載の弾塑性解析方法。
  3. 　境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、
    　動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルに、前記塑性変形勾配テンソルの逆テンソルを作用させる数学的処理をほどこして試行弾性変形勾配テンソルを求めるステップと、
    　前記試行弾性変形勾配テンソルに基づいて試行弾性変形勾配指標を決定するステップと、
    　前記試行弾性変形勾配指標と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標との比に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性変形勾配増分指標を決定するステップと、
    　前記塑性変形勾配増分指標に基づいて塑性変形勾配増分テンソルを決定するステップと、
    　決定された前記塑性変形勾配増分テンソルを用いて塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、
    を含む弾塑性解析方法。
  4. 　前記試行弾性変形勾配指標と前記弾性限界変形勾配指標との比を前記荷重増分に対応する前記塑性変形勾配増分指標とし、前記比が１以下である場合は、前記塑性変形勾配増分指標をゼロとする、請求項３に記載の弾塑性解析方法。
  5. 　境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析方法であって、
    　動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における対数全変形勾配テンソルから対数塑性変形勾配テンソルを差し引いて得られる対数試行弾性変形勾配テンソルを求めるステップと、
    　前記対数試行弾性変形勾配テンソルに基づいて対数試行弾性変形勾配指標を決定するステップと、
    　前記対数試行弾性変形勾配指標から、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標の対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する対数塑性変形勾配増分指標を決定するステップと、
    　前記対数塑性変形勾配増分指標に基づいて対数塑性変形勾配増分テンソルを決定するステップと、
    　決定された前記対数塑性変形勾配増分テンソルを用いて対数塑性ひずみ増分テンソルを決定するステップと、
    を含む弾塑性解析方法。
  6. 　前記対数試行弾性変形勾配指標から前記対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値を前記荷重増分に対応する前記対数塑性変形勾配増分指標とし、前記対数試行弾性変形勾配指標が前記対数弾性限界変形勾配指標以下である場合は、前記対数塑性変形勾配増分指標をゼロとする、請求項５に記載の弾塑性解析方法。
  7. 　境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、
    　コンピュータに、
    　動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性ひずみテンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全ひずみテンソルから前記塑性ひずみテンソルを差し引いて得られる試行弾性ひずみテンソルを求める手順と、
    　前記試行弾性ひずみテンソルに基づいて試行弾性ひずみ指標を決定する手順と、
    　前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界ひずみ指標を、前記試行弾性ひずみ指標から差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性ひずみ増分指標として決定する手順と、
    　前記塑性ひずみ増分指標に基づいて塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、
    を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラム。
  8. 　境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、
    　コンピュータに、
    　動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における全変形勾配テンソルに、前記塑性変形勾配テンソルの逆テンソルを作用させる数学的処理をほどこして試行弾性変形勾配テンソルを求める手順と、
    　前記試行弾性変形勾配テンソルに基づいて試行弾性変形勾配指標を決定する手順と、
    　前記試行弾性変形勾配指標と、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標との比に基づいて、前記荷重増分に対応する塑性変形勾配増分指標を決定する手順と、
    　前記塑性変形勾配増分指標に基づいて塑性変形勾配増分テンソルを決定する手順と、
    　決定された前記塑性変形勾配増分テンソルを用いて塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、
    を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラム。
  9. 　境界値問題を数値的に解く数値解析手法を用いて行う弾塑性体の弾塑性解析プログラムであって、
    　コンピュータに、
    　動的又は静的平衡状態にある弾塑性体に塑性変形勾配テンソルは変えずに荷重増分を負荷後の擬似的平衡状態における対数全変形勾配テンソルから対数塑性変形勾配テンソルを差し引いて得られる対数試行弾性変形勾配テンソルを求める手順と、
    　前記対数試行弾性変形勾配テンソルに基づいて対数試行弾性変形勾配指標を決定する手順と、
    　前記対数試行弾性変形勾配指標から、前記弾塑性体の材料特性に基づいて決定される弾性限界変形勾配指標の対数を取って得られる対数弾性限界変形勾配指標を差し引いて得られる値に基づいて、前記荷重増分に対応する対数塑性変形勾配増分指標を決定する手順と、
    　前記対数塑性変形勾配増分指標に基づいて対数塑性変形勾配増分テンソルを決定する手順と、
    　決定された前記対数塑性変形勾配増分テンソルを用いて対数塑性ひずみ増分テンソルを決定する手順と、
    を含む手順を実行させるための弾塑性解析プログラム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114912314A (zh) * 2022-04-21 2022-08-16 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土介质弹塑性本构关系隐式自适应应力积分计算方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001201408A (ja) * 2000-01-18 2001-07-27 Toyota Motor Corp 応力振動を抑制する動的陽解法有限要素法
JP2008142774A (ja) * 2006-11-14 2008-06-26 Jfe Steel Kk 応力−ひずみ関係シミュレート方法、応力−ひずみ関係シミュレーションシステム、応力−ひずみ関係シミュレーションプログラム、及び当該プログラムを記録した記録媒体
US20150213164A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 GM Global Technology Operations LLC Product design reliability with consideration of material property changes during service

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001201408A (ja) * 2000-01-18 2001-07-27 Toyota Motor Corp 応力振動を抑制する動的陽解法有限要素法
JP2008142774A (ja) * 2006-11-14 2008-06-26 Jfe Steel Kk 応力−ひずみ関係シミュレート方法、応力−ひずみ関係シミュレーションシステム、応力−ひずみ関係シミュレーションプログラム、及び当該プログラムを記録した記録媒体
US20150213164A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 GM Global Technology Operations LLC Product design reliability with consideration of material property changes during service

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114912314A (zh) * 2022-04-21 2022-08-16 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土介质弹塑性本构关系隐式自适应应力积分计算方法
CN114912314B (zh) * 2022-04-21 2024-04-02 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土介质弹塑性本构关系隐式自适应应力积分计算方法

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