JP7741390B2 - Fracture prediction method, device, and program - Google Patents
Fracture prediction method, device, and programInfo
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Description
本発明は、破断予測方法、装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a fracture prediction method, device, and program.
特許文献1には、引っ張り曲げ変形を伴うようなフランジ変形が生じるせん断縁からの破断を判定する方法が示されており、穴広げ試験の実験から変形限界を求め、穴広げ成形解析からせん断縁でのひずみ勾配を求め、成形可能領域を決定し、プレス成形解析において、板表裏面のひずみ量の差が規定値以上の場合は、ひずみ量が大きい側の表面でのひずみ量及びひずみ勾配を用いて引張曲げ破断を予測する方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for determining fracture from shear edges where flange deformation accompanied by tensile bending deformation occurs. The method involves determining the deformation limit from hole expansion test experiments, determining the strain gradient at the shear edge from hole expansion forming analysis, determining the formable region, and, in press forming analysis, predicting tensile bending fracture using the strain amount and strain gradient on the surface with the larger strain amount if the difference in strain between the front and back surfaces of the plate is equal to or greater than a specified value.
特許文献2、3、4では、プレス成形によって金属板のせん断加工面近傍に発生する応力分布のうち、評価位置における、板厚方向の表面応力分布の勾配とせん断加工面から離れる方向の表面応力分布の勾配との2つの表面応力分布の勾配から求めた指標値によって、変形限界を評価することを特徴とする変形限界の評価方法が開示されている。 Patent documents 2, 3, and 4 disclose methods for evaluating deformation limits, which evaluate the deformation limit using index values calculated from two surface stress distribution gradients at the evaluation position: the gradient of the surface stress distribution in the thickness direction and the gradient of the surface stress distribution in the direction away from the sheared surface, among the stress distributions generated near the sheared surface of a metal plate due to press forming.
上記特許文献1に記載の技術では、一般に曲げ変形は、板の曲げ外側表面のみ高いひずみが発生する変形形態であり、穴広げ試験のように穴縁が引張られて伸びる変形とは変形形態が異なるため、穴広げ試験で作成した変形限界を用いて、引張曲げ変形の破断を予測することはできない。 In the technology described in Patent Document 1, bending deformation generally occurs in a form in which high strain occurs only on the outer bent surface of the plate. This form of deformation is different from deformation in hole expansion tests, in which the edge of the hole is stretched by tension. Therefore, it is not possible to predict fracture in tensile bending deformation using the deformation limit determined in hole expansion tests.
また、上記特許文献2、3、4に記載の技術では、有限要素法(FEM:Finite Element Method)を用いた解析において応力分布の勾配を得るには、隣接する要素間の情報を得る必要があるが、逐次変化する変形解析中の応力勾配を取得することは困難である。 Furthermore, with the technologies described in Patent Documents 2, 3, and 4, in order to obtain the stress distribution gradient in an analysis using the finite element method (FEM), it is necessary to obtain information between adjacent elements, but it is difficult to obtain the stress gradient during a deformation analysis that changes sequentially.
また、有限要素法を用いた解析において、ひずみが集中して局所的な変形が生じている部位においては、用いるメッシュサイズによって、計算されるひずみが異なるため、仮に上記方法で破断限界ひずみを定めることができたとしても、異なるメッシュサイズのモデルを用いた変形解析においては、十分な精度は得られない。 Furthermore, in analyses using the finite element method, in areas where strain is concentrated and localized deformation occurs, the calculated strain differs depending on the mesh size used. Therefore, even if the fracture limit strain can be determined using the above method, sufficient accuracy cannot be achieved in deformation analyses using models with different mesh sizes.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、手間や工数を抑えて、金属材料の薄板の曲げ破断を精度よく予測することができる破断予測方法、装置、及びプログラムを提供することを課題とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a fracture prediction method, device, and program that can accurately predict bending fracture of thin metal plates while reducing the amount of work and labor required.
第1態様に係る破断予測方法は、有限要素法を用いて、金属材料の薄板の打抜き端部からの曲げ破断を予測する破断予測方法であって、特定の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得する工程と、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得する工程と、前記特定の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する工程と、前記試験片の各々についての前記穴広げ率λ、前記曲げ角度αh、及び前記曲げ角度αbに基づいて、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する工程と、前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得する工程と、前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する工程と、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、並びに前記穴広げ率λ’及び前記曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する工程と、予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する工程と、を含む。 The fracture prediction method according to the first aspect is a fracture prediction method that uses the finite element method to predict bending fracture from the punched end of a thin plate of a metal material, and includes the steps of: obtaining a bending fracture limit bend angle αh through a bending test for each of a plurality of test pieces that are thin plates of a metal material having a specific plate thickness, each having a punched end with a different punching clearance; obtaining a hole expansion ratio λ of a punched hole corresponding to the punched end through a hole expansion test for each of test pieces that are under the same conditions as the plurality of test pieces; obtaining a bending fracture limit bend angle αb through a bending test for a base material that is a test piece of the specific plate thickness and does not have a punched end; obtaining a relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bend angle αb and the ratio of the bend angle αh and the bend angle αb based on the hole expansion ratio λ, the bend angle αh, and the bend angle αb for each of the test pieces; The method includes the steps of: obtaining a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to a punched end through a hole expansion test for a thin plate of a metal material to be predicted, the thin plate having a punched end; obtaining a bending fracture limit bending angle αb' through a bending test for a base material, which is a thin plate of the metal material to be predicted having the specific thickness and which is a thin plate of the metal material to be predicted without a punched end; obtaining a bending fracture limit bending angle αh' from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, and the ratio of the hole expansion ratio λ' to the bending angle αb'; and predicting bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end with the bending fracture limit bending angle αh', which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the thin plate of the metal material to be predicted, the thin plate of the metal material to be predicted, having a punched end.
第2態様に係る破断予測方法は、有限要素法を用いて、金属材料の薄板の打抜き端部からの曲げ破断を予測する破断予測方法であって、任意の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得する工程と、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得する工程と、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、前記穴広げ率λを、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換する工程と、前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する工程と、前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、前記曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する工程と、前記試験片の各々についての前記破断限界ひずみεt、前記破断限界ひずみεb、前記曲げ角度αb、及び前記曲げ角度αhに基づいて、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する工程と、前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得する工程と、前記穴広げ率λ’を、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換する工程と、前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する工程と、前記曲げ角度αb’を、前記曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する工程と、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、前記破断限界ひずみεt’及び前記破断限界ひずみεb’の比、並びに前記曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する工程と、予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する工程と、を含む。 The fracture prediction method according to the second aspect is a fracture prediction method that uses the finite element method to predict bending fracture from the punched end of a thin sheet of metal material. The fracture prediction method includes the steps of: obtaining the bending fracture limit bending angle αh through a bending test for each of a plurality of test pieces that are thin sheets of metal material having an arbitrary thickness, each having a punched end with a different punching clearance; obtaining the hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end through a hole expansion test for each of a plurality of test pieces that are under the same conditions as the plurality of test pieces; and calculating the hole expansion ratio λ for each of the plurality of test pieces that are under the same conditions as the plurality of test pieces by calculating the hole expansion ratio λ of the punched hole. a step of converting the bending angle αb of the bending fracture limit by a bending test for the base material which is a test piece of the arbitrary plate thickness and which does not have a punched end; a step of converting the bending angle αb for the base material which is a test piece of the arbitrary plate thickness and which does not have a punched end into a fracture limit strain εb of the bend outer surface layer of the element at the bend crest; and a step of calculating the ratio of the fracture limit strain εb and the bending angle αh and the bending angle αh based on the fracture limit strain εt, the fracture limit strain εb, the bending angle αh, and the bending angle αh for each of the test pieces. a step of acquiring a relationship between the ratio of the bending angle αb' of the bending fracture limit and the ratio of the bending angle αb' of the bending outer surface layer of the element at the bend crest, a step of acquiring a hole expansion ratio λ' of the punched hole corresponding to the punched end by a hole expansion test for the thin plate of the metal material to be predicted having the arbitrary plate thickness and having a punched end, a step of converting the hole expansion ratio λ' into a fracture limit strain εt' of the hole edge element of the punched hole, a step of acquiring a bending angle αb' of the bending fracture limit by a bending test for the base material which is the thin plate of the metal material to be predicted having the arbitrary plate thickness and having no punched end, and a step of converting the bending angle αb' into a fracture limit strain εt' of the bending outer surface layer of the element at the bend crest, the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, the ratio of the fracture limit strain εt' and the fracture limit strain εb', and the bending angle αb'; and predicting bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the thin plate of the metallic material having a punched end, with the bending angle αh' of the bending fracture limit.
第3態様に係る破断予測装置は、有限要素法を用いて、金属材料の薄板の打抜き端部からの曲げ破断を予測する破断予測装置であって、特定の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、前記特定の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する第1実験結果取得部と、前記試験片の各々についての前記穴広げ率λ、前記曲げ角度αh、及び前記曲げ角度αbに基づいて、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する関係取得部と、前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する第2実験結果取得部と、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、並びに前記穴広げ率λ’及び前記曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する曲げ破断限界取得部と、予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する破断予測部と、を含む。 The fracture prediction device according to the third aspect is a fracture prediction device that uses the finite element method to predict bending fracture from the punched end of a thin plate of a metal material, and includes a first experimental result acquisition unit that acquires the bending fracture limit bend angle αh through a bending test for each of a plurality of test pieces that are thin plates of a metal material having a specific plate thickness, each having a punched end with a different punching clearance, acquires the hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end through a hole expansion test for each of test pieces under the same conditions as the plurality of test pieces, and acquires the bending fracture limit bend angle αb through a bending test for a base material that is a test piece of the specific plate thickness and does not have a punched end; a relationship acquisition unit that acquires the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb based on the hole expansion ratio λ, the bending angle αh, and the bending angle αb for each of the test pieces; and the second experimental result acquisition unit acquires a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to the punched end through a hole expansion test for a target thin plate of a metallic material having a punched end, and acquires a bending angle αb' of the bending fracture limit through a bending test for a base material thin plate of a metallic material having the specific thickness and which is a thin plate of the metallic material that does not have a punched end; a bending fracture limit acquisition unit acquires a bending angle αh' of the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, and the ratio of the hole expansion ratio λ' to the bending angle αb'; and a fracture prediction unit compares the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the thin plate of a metallic material having a punched end, to predict bending fracture of the element at the punched end.
第4態様に係る破断予測装置は、有限要素法を用いて、金属材料の薄板の打抜き端部からの曲げ破断を予測する破断予測装置であって、任意の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する第1実験結果取得部と、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、前記穴広げ率λを、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換し、前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、前記曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する第1変換部と、前記試験片の各々についての前記破断限界ひずみεt、前記破断限界ひずみεb、前記曲げ角度αb、及び前記曲げ角度αhに基づいて、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する関係取得部と、前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する第2実験結果取得部と、前記穴広げ率λ’を、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換し、前記曲げ角度αb’を、前記曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する第2変換部と、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、前記破断限界ひずみεt’及び前記破断限界ひずみεb’の比、並びに前記曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する曲げ破断限界取得部と、予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する破断予測部と、を含む。 The fracture prediction device according to the fourth aspect is a fracture prediction device that uses the finite element method to predict bending fracture from the punched end of a thin plate of a metal material. For each of a plurality of test pieces that are thin plates of a metal material having an arbitrary plate thickness and each having a punched end with a different punching clearance, the bending angle αh at the bending fracture limit is obtained by a bending test, and for each of test pieces that are under the same conditions as the plurality of test pieces, the hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test, and for a base material that is a test piece of the arbitrary plate thickness and does not have a punched end, the bending angle αb at the bending fracture limit is obtained by a bending test. a first conversion unit that converts the hole expansion ratio λ into a fracture limit strain εt of a hole edge element of the punched hole for each of the plurality of test pieces under the same conditions as the plurality of test pieces, and converts the bending angle αb into a fracture limit strain εb of a bent outer surface layer of an element at a bend crest for a base material that is a test piece of the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end; and a first conversion unit that calculates a relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb based on the fracture limit strain εt, the fracture limit strain εb, the bending angle αb, and the bending angle αh for each of the test pieces. a second experimental result acquisition unit that acquires, by a hole expansion test, a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to the punched end for a thin plate of a metallic material that is a prediction target having the arbitrary plate thickness and that has a punched end, and that acquires, by a bending test, a bending angle αb' of a bending fracture limit for a base material that is a thin plate of a metallic material that is a prediction target having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end; and that converts the hole expansion ratio λ' into a fracture limit strain εt' of a hole edge element of the punched hole, and converts the bending angle αb' into a fracture limit strain εb' of a bending outer surface layer of an element at the bend crest. a bending fracture limit acquisition unit that acquires the bending angle αh' of the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, the ratio of the fracture limit strain εt' and the fracture limit strain εb', and the bending angle αb'; and a fracture prediction unit that predicts bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model that represents the thin plate of the metallic material having a punched end.
第5態様に係る破断予測プログラムは、有限要素法を用いて、金属材料の薄板の打抜き端部からの曲げ破断を予測するための破断予測プログラムであって、特定の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、前記特定の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する第1実験結果取得部、前記試験片の各々についての前記穴広げ率λ、前記曲げ角度αh、及び前記曲げ角度αbに基づいて、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する関係取得部、前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する第2実験結果取得部、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、並びに前記穴広げ率λ’及び前記曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する曲げ破断限界取得部、及び予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する破断予測部としてコンピュータを機能させるための破断予測プログラムである。 The fracture prediction program according to the fifth aspect is a fracture prediction program for predicting bending fracture from a punched end of a thin plate of a metallic material using the finite element method. The fracture prediction program includes: a first experimental result acquisition unit that acquires, through a bending test, a bending fracture limit bend angle αh for each of a plurality of test pieces that are thin plates of a metallic material having a specific plate thickness, each having a punched end with a different punching clearance; a hole expansion ratio λ for a punched hole corresponding to the punched end for each of test pieces under the same conditions as the plurality of test pieces, through a hole expansion test; and an experimental result acquisition unit that acquires, through a bending test, a bending fracture limit bend angle αb for a base material that is a test piece of the specific plate thickness and does not have a punched end; a relationship acquisition unit that acquires, based on the hole expansion ratio λ, the bend angle αh, and the bend angle αb for each of the test pieces, a relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bend angle αb and the ratio of the bend angle αh and the bend angle αb; and a second experimental result acquisition unit that acquires a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to a punched end through a hole expansion test for a thin plate of the metallic material having a punched end, and acquires a bending angle αb' of the bending fracture limit through a bending test for a base material that is a thin plate of the metallic material having the specific thickness and that does not have a punched end; a bending fracture limit acquisition unit that acquires a bending angle αh' of the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, and the ratio of the hole expansion ratio λ' and the bending angle αb'; and a fracture prediction unit that compares the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the thin plate of the metallic material having a punched end, to predict bending fracture of the element at the punched end.
第6態様に係る破断予測プログラムは、有限要素法を用いて、金属材料の薄板の打抜き端部からの曲げ破断を予測するための破断予測プログラムであって、任意の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する第1実験結果取得部、前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、前記穴広げ率λを、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換し、前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、前記曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する第1変換部、前記試験片の各々についての前記破断限界ひずみεt、前記破断限界ひずみεb、前記曲げ角度αb、及び前記曲げ角度αhに基づいて、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する関係取得部、前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する第2実験結果取得部、前記穴広げ率λ’を、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換し、前記曲げ角度αb’を、前記曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する第2変換部、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、前記破断限界ひずみεt’及び前記破断限界ひずみεb’の比、並びに前記曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する曲げ破断限界取得部、及び予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する破断予測部としてコンピュータを機能させるための破断予測プログラムである。 The fracture prediction program according to the sixth aspect is a fracture prediction program for predicting bending fracture from the punched end of a thin metal plate using the finite element method. The program performs a bending test to obtain the bending fracture limit bend angle αh for each of a plurality of test pieces that are thin metal plates of arbitrary thickness, each having a punched end with a different punching clearance; performs a hole expansion test to obtain the hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end for each of test pieces that are identical in condition to the plurality of test pieces; and performs a bending test to obtain the bending fracture limit bend angle αh for a base material that is a test piece of arbitrary thickness and that does not have a punched end. a first conversion unit that converts the hole expansion ratio λ into a fracture limit strain εt of a hole edge element of the punched hole for each of the plurality of test pieces under the same conditions, and converts the bending angle αb into a fracture limit strain εb of a bend outer surface layer of an element at a bend crest for a base material that is a test piece of the arbitrary plate thickness and does not have a punched end; and a relationship acquisition unit that acquires a relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb based on the fracture limit strain εt, the fracture limit strain εb, the bending angle αb, and the bending angle αh for each of the test pieces. a second experimental result acquisition unit that acquires a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to the punched end by a hole expansion test for a thin plate of a metallic material that is a prediction target having the arbitrary plate thickness and that has a punched end, and acquires a bending angle αb' of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a thin plate of a metallic material that is a prediction target having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end; a second conversion unit that converts the hole expansion ratio λ' into a fracture limit strain εt' of a hole edge element of the punched hole and converts the bending angle αb' into a fracture limit strain εb' of a bending outer surface layer of an element at the bend crest; The program causes a computer to function as a bending fracture limit acquisition unit that acquires the bending fracture limit bending angle αh' from the relationship between the ratio of t and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, the ratio of the fracture limit strain εt' and the fracture limit strain εb', and the bending angle αb'; and a fracture prediction unit that predicts bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the thin plate of the metal material having a punched end.
本発明の一態様である破断予測方法、装置、及びプログラムによれば、手間や工数を抑えて、金属材料の薄板の曲げ破断を精度よく予測することができる。 The fracture prediction method, device, and program of one aspect of the present invention make it possible to accurately predict bending fracture of thin metal plates with reduced effort and man-hours.
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る破断予測装置について説明する。 The following describes a fracture prediction device according to one embodiment of the present invention, with appropriate reference to the attached drawings.
<本発明の実施の形態の概要>
自動車業界では、衝突時の衝撃を低減し得る車体構造の開発が急務の課題となっている。この場合、自動車の構造部材により衝突エネルギーを吸収させることが重要である。衝突エネルギーを吸収するためには、衝突時に構造部材が狙ったモードで変形することが重要であり、仮に変形過程で材料破断が発生した場合は、狙った変形モードとならず、十分なエネルギー吸収性能が得られない場合がある。一般に鋼板の高強度化に伴って延性が低下することが知られており、自動車車体の衝突変形時の材料破断の可能性は高くなると考えられる。特に引張強度が980MPaを超える超ハイテン材と呼ばれる鋼板においては、衝突変形時の面内引張力による破断に加え、座屈によって生じる曲げ変形による材料破断(以下、「曲げ破断」と称する。)が発生する場合があることが知られている。
<Outline of the embodiment of the present invention>
In the automotive industry, the development of vehicle body structures that can reduce impact during collisions is an urgent issue. In this case, it is important for the structural components of an automobile to absorb collision energy. To absorb collision energy, it is important for the structural components to deform in a targeted mode during a collision. If material fracture occurs during the deformation process, the targeted deformation mode may not be achieved, and sufficient energy absorption performance may not be achieved. It is generally known that ductility decreases as the strength of steel plates increases, and the possibility of material fracture during collision deformation of an automobile body is thought to increase. In particular, it is known that steel plates known as ultra-high-tensile steels, which have a tensile strength of over 980 MPa, may experience material fracture due to bending deformation caused by buckling (hereinafter referred to as "bending fracture") in addition to fracture due to in-plane tensile force during collision deformation.
自動車部品には、各種目的に応じた穴が設定されており、一般にはプレス型による打ち抜き穴が設定されている。この、打ち抜き穴の縁や部材の周縁のトリムエッジは、型により打抜かれた際にダメージを受けており、当該部分が曲げ変形を受けた際には、他の部分に比べより低いひずみで亀裂が発生し、早期に破断が発生する場合がある。そのため、FEM解析を用いて、自動車の衝突変形時に発生する材料破断を予測する際には、上記打ち抜き穴縁やトリムエッジから早期に発生する曲げ破断も含めた予測技術が求められる。 Automotive parts have holes for various purposes, typically punched holes created by a press die. The edges of these punched holes and the trim edges around the components are damaged when punched out by the die, and when these areas are subjected to bending deformation, cracks can occur at a lower strain than in other areas, leading to early fractures. Therefore, when using FEM analysis to predict material fractures that occur during deformation in a vehicle collision, prediction technology is required that also takes into account early bending fractures that occur from the edges of punched holes and trim edges.
本実施形態では、自動車の衝突変形シミュレーションなどの変形解析において、任意の材質、板厚を予測対象として、特に980MPaを超える超高強度鋼板の穴縁又はエッジからの曲げ破断を精度良く予測する。 In this embodiment, in deformation analysis such as automobile collision deformation simulation, any material and plate thickness can be predicted, and bending fracture from the edge of a hole or edge of ultra-high strength steel plate exceeding 980 MPa can be predicted with high accuracy.
[第1の実施形態]
<破断予測装置の構成>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る破断予測装置の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態に係る破断予測装置100は、有限要素法を用いて金属材料の薄板の打ち抜き穴の穴縁からの曲げ破断を予測する装置であって、第1実験結果取得部10と、関係取得部12と、第2実験結果取得部14と、曲げ破断限界取得部16と、変形解析部18と、破断予測部20とを備えている。
[First embodiment]
<Configuration of fracture prediction device>
Fig. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a fracture prediction device according to a first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the fracture prediction device 100 according to this embodiment is a device that predicts bending fracture from the edge of a punched hole in a thin plate of a metal material using the finite element method, and includes a first experiment result acquisition unit 10, a relationship acquisition unit 12, a second experiment result acquisition unit 14, a bending fracture limit acquisition unit 16, a deformation analysis unit 18, and a fracture prediction unit 20.
本実施形態に係る破断予測装置100には、各種鋼種における特定の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αhが入力される。 The fracture prediction device 100 according to this embodiment receives input of the bending angle αh at the bending fracture limit obtained through bending tests for each of a plurality of test pieces of various steel grades with specific plate thicknesses, each having punched ends with different punching clearances.
例えば、金型の打抜きクリアランスを変化させて打ち抜き穴をあけ、穴広げ試験を実施した場合、打ち抜きクリアランスに応じて、穴広げ率λが変化することが知られている。そのため、図2(A)に示すように、幅30mm×長さ60mmの試験片30の中央に打抜きクリアランスを8~22%の間で変化させた直径10mmの打ち抜き穴32をあける。そして、打ち抜きによって発生したバリが曲げ外側となる方向で試験片30をセットして、図2(B)に示すように曲げ試験を実施し、図2(C)に示すように、穴縁から破断が発生したタイミングにおける試験片30の曲げ角度を測定する。 For example, when a hole expansion test is performed by varying the punching clearance of the die to create a punched hole, it is known that the hole expansion ratio λ changes depending on the punching clearance. Therefore, as shown in Figure 2(A), a 10 mm diameter punched hole 32 is made in the center of a 30 mm wide x 60 mm long test piece 30, with the punching clearance varied between 8 and 22%. The test piece 30 is then set so that the burrs generated by punching are on the outside of the bend, and a bending test is performed as shown in Figure 2(B). The bending angle of the test piece 30 is measured at the moment when fracture occurs from the hole edge, as shown in Figure 2(C).
また、破断予測装置100には、各種鋼種における上記の複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により得られた打ち抜き穴の穴広げ率λが入力される。 The fracture prediction device 100 also receives input of the hole expansion ratio λ of the punched hole obtained through the hole expansion test for each of the above-mentioned multiple test pieces for various steel types and test pieces under the same conditions.
例えば、上記の曲げ試験と同様に、試験片の中央に打抜きクリアランスを8~22%の間で変化させた、直径10mmの打ち抜き穴をあけ、穴縁から破断が発生するまで引張り試験を実施し、破断が発生したタイミングにおける標点間伸びを測定して、穴広げ率λとの関係を得る。 For example, as in the bending test described above, a 10 mm diameter hole is punched in the center of the test piece with the punching clearance varied between 8 and 22%, and a tensile test is carried out until fracture occurs from the edge of the hole. The gauge length elongation at the time fracture occurs is measured, and the relationship with the hole expansion ratio λ is obtained.
また、破断予測装置100には、各種鋼種における、特定の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αbが入力される。 The fracture prediction device 100 also receives input of the bending angle αb at the bending fracture limit obtained through bending tests on base materials of various steel types, which are test pieces of a specific plate thickness and do not have punched holes.
例えば、上記の曲げ試験の試験片と同じ特定の板厚で、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験を実施し、曲げ頂部で破断が発生したタイミングにおける曲げ角度を測定し、曲げ破断限界の曲げ角度αbとする。 For example, a bending test is performed on a base material that is a test piece with the same specific plate thickness as the test piece in the bending test above but without a punched hole, and the bending angle at the moment when fracture occurs at the bend peak is measured, and this is taken as the bending fracture limit bending angle αb.
また、破断予測装置100には、予測対象となる材質(S-Sカーブ)、板厚、穴広げ率λ’(%)、及び母材についての曲げ破断限界の曲げ角度αb’が入力される。本実施形態では、主に強度クラス980MPa以上の鋼板を、予測対象の金属材料の薄板とする。 The fracture prediction device 100 also receives as input the material to be predicted (SS curve), plate thickness, hole expansion ratio λ' (%), and bending angle αb' at the bending fracture limit for the base material. In this embodiment, steel plates with a strength class of 980 MPa or higher are primarily used as thin metal plates to be predicted.
例えば、上記の曲げ試験の試験片と同じ特定の板厚で、打ち抜き穴を有する予測対象となる材料について、穴広げ試験により打ち抜き穴の穴広げ率λを測定する。 For example, for a material to be predicted that has a punched hole and is of the same specific thickness as the test piece for the bending test described above, a hole expansion test is performed to measure the hole expansion ratio λ of the punched hole.
また、特定の板厚で、打ち抜き穴を有しない予測対象となる材料である母材について、曲げ試験を実施し、曲げ頂部で破断が発生したタイミングにおける曲げ角度αb’を測定し、曲げ破断限界の曲げ角度とする。 In addition, a bending test is conducted on the base material, which is the material to be predicted and has a specific plate thickness and no punched holes, and the bending angle αb' at the time when fracture occurs at the bend peak is measured, and this is taken as the bending angle at the bending fracture limit.
第1実験結果取得部10は、入力された、特定の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打ち抜き穴を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得する。 The first experimental result acquisition unit 10 acquires the bending angle αh at the bending fracture limit obtained through a bending test for each of the input test pieces having a specific plate thickness and each having a punched hole with a different punching clearance.
第1実験結果取得部10は、入力された、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により得られた打ち抜き穴の穴広げ率λを取得する。 The first experimental result acquisition unit 10 acquires the hole expansion ratio λ of the punched hole obtained by the hole expansion test for each of the input test pieces and test pieces under the same conditions.
また、第1実験結果取得部10は、入力された、特定の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する。 The first experimental result acquisition unit 10 also acquires the bending angle αb at the bending fracture limit obtained through a bending test for the input base material, which is a test piece having a specific plate thickness and no punched holes.
関係取得部12は、実験結果取得部10により取得した、試験片の各々についての穴広げ率λ、曲げ角度αb、及び曲げ角度αhに基づいて、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を取得する。 The relationship acquisition unit 12 acquires the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb based on the hole expansion ratio λ, bending angle αb, and bending angle αh for each test piece acquired by the experimental result acquisition unit 10.
本発明者らは、図3に示すように、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比とを横軸及び縦軸の指標にしてプロットすると一定の相関が得られることを知見した。 The inventors have found that, as shown in Figure 3, a certain correlation can be obtained by plotting the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb as indicators on the horizontal and vertical axes.
そこで、本実施形態では、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を表す近似曲線を導出する。図3では、実線の曲線が、近似曲線を示し、白丸が、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比とを横軸及び縦軸の指標にしてプロットした点を示す。 In this embodiment, an approximation curve is derived that represents the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb. In Figure 3, the solid curve represents the approximation curve, and the white circles represent points plotted using the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb as indicators on the horizontal and vertical axes.
第2実験結果取得部14は、入力された、特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板について、穴広げ試験により得られた、打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得する。 The second experimental result acquisition unit 14 acquires the hole expansion ratio λ' of the punched hole obtained by a hole expansion test for the input thin metal plate of the prediction target metal material having a specific plate thickness and having a punched hole.
また、第2実験結果取得部14は、入力された、特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有しない金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により得られた、曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する。 The second experimental result acquisition unit 14 also acquires the bending angle αb' at the bending fracture limit obtained by a bending test for the input base material, which is a thin plate of the metal material to be predicted that has a specific plate thickness and does not have a punched hole.
曲げ破断限界取得部16は、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係、並びに穴広げ率λ’及び曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する。 The bending fracture limit acquisition unit 16 acquires the bending angle αh' at the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, and the ratio of the hole expansion ratio λ' to the bending angle αb'.
具体的には、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を表す近似曲線から、穴広げ率λ’及び曲げ角度αb’の比に対応する、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比を求める。そして、求められた曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αb’とから、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を求める。 Specifically, the ratio of bending angles αh and αb corresponding to the ratio of hole expansion ratio λ' and bending angle αb' is determined from an approximation curve that represents the relationship between the ratio of hole expansion ratio λ and bending angle αb and the ratio of bending angle αh and bending angle αb. Then, the bending angle αh' at the bending fracture limit is determined from the determined ratio of bending angles αh and αb and bending angle αb'.
変形解析部18は、予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析を行う。例えば、変形解析部18は、打ち抜き穴を有する予測対象の材料を表す有限要素モデルを用いて、衝突変形シミュレーションなどの曲げ変形解析を行う。 The deformation analysis unit 18 performs deformation analysis using a finite element model that represents a thin metal plate having a punched hole, which is the target of prediction. For example, the deformation analysis unit 18 performs bending deformation analysis, such as a collision deformation simulation, using a finite element model that represents a target material having a punched hole.
破断予測部20は、変形解析部18による変形解析中の逐次変化する、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ角度αと、曲げ破断限界取得部16によって取得した曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較し、穴縁要素の曲げ破断を予測する。 The fracture prediction unit 20 compares the bending angle α of the hole edge element of the punched hole, which changes sequentially during deformation analysis by the deformation analysis unit 18, with the bending angle αh' of the bending fracture limit acquired by the bending fracture limit acquisition unit 16, and predicts bending fracture of the hole edge element.
具体的には、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ角度αと、曲げ破断限界取得部16によって取得した曲げ破断限界の曲げ角度αh’の比率α/αhを逐次計算し、α/αh=1となった場合に当該要素は曲げ破断したと判定する。このとき、曲げ破断と判定した場合には当該要素を消去しても良い。 Specifically, the ratio α/αh of the bending angle α of the hole edge element of the punched hole to the bending angle αh' of the bending fracture limit acquired by the bending fracture limit acquisition unit 16 is calculated sequentially, and when α/αh = 1, the element is determined to have fractured due to bending. In this case, if a bending fracture is determined, the element may be deleted.
なお、有限要素モデルにおいて、解析効率化のために、予め穴縁要素のみを抽出し、変形解析中の逐次変化する、抽出した穴縁要素のみを対象として、曲げ角度αと、穴縁要素について取得した、曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、穴縁要素の曲げ破断を予測するようにしてもよい。 In addition, to improve analysis efficiency in finite element models, it is possible to extract only the hole edge elements in advance, and then predict bending fracture of the hole edge elements by comparing the bending angle α with the bending angle αh' at the bending fracture limit obtained for the hole edge elements, focusing only on the extracted hole edge elements, which change sequentially during deformation analysis.
破断予測装置100は、一例として、図4に示すコンピュータ64によって実現される。コンピュータ64は、CPU66、メモリ68、破断予測プログラム76を記憶した記憶部70、モニタを含む表示部26、及びキーボードやマウスを含む入力部28を含んでいる。CPU66、メモリ68、記憶部70、表示部26、及び入力部28はバス74を介して互いに接続されている。 The fracture prediction device 100 is realized, for example, by a computer 64 shown in FIG. 4. The computer 64 includes a CPU 66, memory 68, a storage unit 70 that stores a fracture prediction program 76, a display unit 26 including a monitor, and an input unit 28 that includes a keyboard and mouse. The CPU 66, memory 68, storage unit 70, display unit 26, and input unit 28 are connected to each other via a bus 74.
記憶部70はHDD、SSD、フラッシュメモリ等によって実現される。記憶部70には、コンピュータ64を破断予測装置100として機能させるための破断予測プログラム76が記憶されている。CPU66は、破断予測プログラム76を記憶部70から読み出してメモリ68に展開し、破断予測プログラム76を実行する。 The memory unit 70 is realized by a HDD, SSD, flash memory, etc. The memory unit 70 stores a fracture prediction program 76 that causes the computer 64 to function as the fracture prediction device 100. The CPU 66 reads the fracture prediction program 76 from the memory unit 70, expands it into the memory 68, and executes the fracture prediction program 76.
<破断予測装置の作用>
次に本実施形態の作用を、図5、図6を参照して説明する。まず、オペレータが、各種鋼種における特定の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き穴を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験を行い、曲げ破断限界の曲げ角度αhを測定する。
<Function of the fracture prediction device>
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to Figures 5 and 6. First, an operator performs a bending test on each of a plurality of test pieces of various steel grades having a specific plate thickness and each having a punched hole with a different punching clearance, and measures the bending angle αh at the bending fracture limit.
また、オペレータが、各種鋼種における上記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験を行い、打ち抜き穴の穴広げ率λを測定する。 The operator also performs hole expansion tests on each of the above multiple test pieces for various steel types and test pieces under the same conditions, and measures the hole expansion ratio λ of the punched holes.
また、オペレータが、各種鋼種における特定の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験を行い、曲げ破断限界の曲げ角度αbを測定する。 The operator also performs bending tests on base material specimens of various steel grades with a specific plate thickness and no punched holes, and measures the bending angle αb at the bending fracture limit.
そして、オペレータが、試験片の各々についての曲げ破断限界の曲げ角度αh、打ち抜き穴の穴広げ率λと、打ち抜き穴を有しない試験片である母材についての曲げ破断限界の曲げ角度αbを、破断予測装置100に入力する。 Then, the operator inputs the bending fracture limit bending angle αh for each test piece, the hole expansion ratio λ of the punched holes, and the bending fracture limit bending angle αb for the base material, which is a test piece without punched holes, into the fracture prediction device 100.
また、オペレータが、上記の曲げ試験の試験片と同じ特定の板厚で、打ち抜き穴を有する予測対象となる材料について、穴広げ試験を行い、打ち抜き穴の穴広げ率λ’を測定する。 The operator also performs a hole expansion test on the material to be predicted, which has the same specific plate thickness as the test piece used in the bending test and has a punched hole, and measures the hole expansion ratio λ' of the punched hole.
また、オペレータが、特定の板厚で、打ち抜き穴を有しない予測対象となる材料である母材について、曲げ試験を実施し、曲げ頂部で破断が発生したタイミングにおける曲げ角度αb’を測定し、曲げ破断限界の曲げ角度とする。 The operator also conducts a bending test on the base material, which is the material to be predicted and has a specific plate thickness and no punched holes, and measures the bending angle αb' at the moment when fracture occurs at the bend peak, which is the bending angle at the bending fracture limit.
そして、オペレータが、予測対象となる材質(S-Sカーブ)、板厚、穴広げ率λ’(%)、及び母材についての曲げ破断限界の曲げ角度αb’を、破断予測装置100に入力する。そして、事前処理の開始を指示する等の操作を行ったことを契機として破断予測装置100で実行される事前処理を説明する。 Then, the operator inputs the material (S-S curve) to be predicted, the plate thickness, the hole expansion ratio λ' (%), and the bending angle αb' at the bending fracture limit for the base material into the fracture prediction device 100. Next, we will explain the pre-processing that is executed by the fracture prediction device 100 when an operation such as issuing a command to start the pre-processing is performed.
図5に示す事前処理のステップS102において、第1実験結果取得部10は、入力された、特定の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により得られた、曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得する。 In step S102 of the pre-processing shown in Figure 5, the first experimental result acquisition unit 10 acquires the bending angle αh at the bending fracture limit obtained by bending tests for each of the input test pieces having a specific plate thickness and each having a punched end with a different punching clearance.
ステップS104において、第1実験結果取得部10は、入力された、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により得られた打ち抜き穴の穴広げ率λを取得する。 In step S104, the first experimental result acquisition unit 10 acquires the hole expansion ratio λ of the punched hole obtained by the hole expansion test for each of the input test pieces under the same conditions as the multiple test pieces.
ステップS106において、第1実験結果取得部10は、入力された、特定の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する。 In step S106, the first experimental result acquisition unit 10 acquires the bending angle αb at the bending fracture limit obtained by a bending test for the input base material, which is a test piece with a specific plate thickness and no punched holes.
ステップS108において、関係取得部12は、実験結果取得部10により取得した、試験片の各々についての穴広げ率λ、曲げ角度αb、及び曲げ角度αhに基づいて、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を表す近似曲線を導出する。 In step S108, the relationship acquisition unit 12 derives an approximation curve representing the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, based on the hole expansion ratio λ, bending angle αb, and bending angle αh for each test piece acquired by the experimental result acquisition unit 10.
ステップS112において、第2実験結果取得部14は、入力された、特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板について、穴広げ試験により得られた、打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得する。 In step S112, the second experiment result acquisition unit 14 acquires the hole expansion ratio λ' of the punched hole obtained by a hole expansion test for the input thin metal plate of the prediction target metal material having a specific plate thickness and having a punched hole.
ステップS114において、第2実験結果取得部14は、入力された、特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有しない金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により得られた、曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する。 In step S114, the second experimental result acquisition unit 14 acquires the bending angle αb' at the bending fracture limit obtained by a bending test for the input base material, which is a thin plate of the metal material to be predicted that has a specific plate thickness and does not have a punched hole.
ステップS116において、曲げ破断限界取得部16は、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係、並びに穴広げ率λ’及び曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得して、事前処理を終了する。 In step S116, the bending fracture limit acquisition unit 16 acquires the bending fracture limit bending angle αh' from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, as well as the ratio of the hole expansion ratio λ' to the bending angle αb', and ends the pre-processing.
そして、破断予測処理の開始を指示する等の操作を行ったことを契機として破断予測装置100で実行される破断予測処理を説明する。 The following describes the fracture prediction process executed by the fracture prediction device 100 when an operation such as an instruction to start the fracture prediction process is performed.
図6に示す破断予測処理のステップS120において、変形解析部18は、予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析を開始する。 In step S120 of the fracture prediction process shown in Figure 6, the deformation analysis unit 18 begins deformation analysis using a finite element model representing the thin metal plate to be predicted, which is a thin metal plate having a punched hole.
ステップS122において、破断予測部20は、変形解析部18による変形解析中の現時点の打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ角度αを取得する。 In step S122, the fracture prediction unit 20 obtains the bending angle α of the hole edge element of the punched hole at the current time during deformation analysis by the deformation analysis unit 18.
ステップS124において、破断予測部20は、上記ステップS122で取得した打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ角度αと、曲げ破断限界取得部16によって取得した曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較し、穴縁要素の曲げ破断を予測する。 In step S124, the fracture prediction unit 20 compares the bending angle α of the hole edge element of the punched hole obtained in step S122 with the bending angle αh' of the bending fracture limit obtained by the bending fracture limit acquisition unit 16, and predicts bending fracture of the hole edge element.
ステップS126において、変形解析部18は、変形解析を終了するか否かを判定する。例えば、変形解析の終了を指示する入力を受け付けた場合、又は、予め定められた終了条件を満たした場合に、変形解析を終了すると判定し、破断予測処理を終了する。一方、変形解析を終了しないと判定した場合には、上記ステップS122へ戻り、次の時刻について上記ステップS122以降の各処理を繰り返す。 In step S126, the deformation analysis unit 18 determines whether to end the deformation analysis. For example, if an input instructing the end of the deformation analysis is received, or if a predetermined end condition is met, it determines that the deformation analysis should be ended, and ends the fracture prediction process. On the other hand, if it determines that the deformation analysis should not be ended, the process returns to step S122 and repeats the processes from step S122 onwards for the next time.
以上説明したように、本実施形態に係る破断予測装置100によれば、特定の板厚である複数の試験片の各々についての穴広げ率λ、曲げ破断限界の曲げ角度αh、及び母材の曲げ破断限界の曲げ角度αbに基づいて、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を取得し、特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板についての穴広げ率λ’と、母材についての曲げ破断限界の曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得し、予測対象の金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ角度αと比較して、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ破断を予測する。これにより、手間や工数を抑えて、金属材料の薄板の曲げ破断を精度よく予測することができる。 As described above, the fracture prediction device 100 according to this embodiment obtains the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb based on the hole expansion ratio λ, the bending fracture limit bending angle αh, and the bending fracture limit bending angle αb of the base material for each of a plurality of test pieces having a specific thickness. The bending fracture limit bending angle αh' is obtained from the ratio of the hole expansion ratio λ' for a target thin plate of metal material having a specific thickness and having a punched hole to the bending fracture limit bending angle αb' for the base material. The bending fracture limit bending angle αh' is then compared with the bending angle α of the hole edge element of the punched hole, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the target thin plate of metal material, to predict the bending fracture of the hole edge element of the punched hole. This reduces the amount of work and man-hours required and enables accurate prediction of bending fracture of thin plate of metal material.
また、例えば自動車部材の衝突変形予測をコンピュータ上で行う場合において、打ち抜き穴縁を含む部位から発生する材料破断予測を高精度に行うことができる。そのため、実際の自動車部材での衝突試験を省略、又は衝突試験の回数を大幅に削減することができる。また、衝突時の破断を防止する部材設計をコンピュータ上で正確に行うことができるため、大幅なコスト削減、開発期間の短縮に寄与することが可能となる。 Furthermore, for example, when predicting collision deformation of automobile components on a computer, it is possible to predict with high accuracy material fractures occurring at areas including punched hole edges. As a result, it is possible to omit crash tests on actual automobile components, or significantly reduce the number of crash tests required. Furthermore, component designs that prevent fractures during a collision can be accurately performed on a computer, contributing to significant cost reductions and shortened development times.
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る破断予測装置について説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a fracture prediction device according to a second embodiment will be described. Note that parts having the same configuration as those in the first embodiment will be given the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
<概要>
各種鋼種、各板厚、各打ち抜き穴毎に穴広げ試験及び曲げ試験を実施し、破断発生時の破断部のひずみを測定することで、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt及び母材の破断限界ひずみεbを得ることができる。これは、当該曲げ実験を再現した有限要素モデルを用いた解析により、実験と同じパンチストロークを与えた時の、破断が発生した位置の要素の最大主ひずみを計算することでも、得ることができる。
<Overview>
By conducting hole expansion tests and bending tests for various steel types, plate thicknesses, and punched holes and measuring the strain at the fracture site when fracture occurs, it is possible to obtain the fracture limit strain εt of the hole edge element of the punched hole and the fracture limit strain εb of the base material. This can also be obtained by calculating the maximum principal strain of the element at the position where fracture occurred when the same punch stroke as in the experiment is applied through analysis using a finite element model that reproduces the bending experiment.
上記図3と縦軸の値は同じとして、横軸の穴広げ率λを破断限界ひずみεtに、母材の曲げ破断限界の曲げ角度αbを破断限界ひずみεbに置き換えたグラフが図7である。本発明者らは、図7に示すように、縦軸、横軸の指標に一定の相関が得られることを知見した。 Figure 7 is a graph in which the values on the vertical axis are the same as those in Figure 3 above, but the hole expansion ratio λ on the horizontal axis is replaced with the fracture limit strain εt, and the bending angle αb at the bending fracture limit of the base material is replaced with the fracture limit strain εb. The inventors have found that, as shown in Figure 7, there is a certain correlation between the indicators on the vertical and horizontal axes.
また、穴広げ率λ及びそれを破断限界ひずみに変換したεtは、板厚による変化が小さいことが知られている。一方、母材の曲げ破断限界の曲げ角度αbは同一鋼種でも板厚によって大きく変化することが知られている。ただし、曲げ外表層が材料固有の破断限界ひずみに達することで曲げ破断が発生することが知られていることから、曲げ破断限界の曲げ角度αb到達時の曲げ頂部の曲げ外表層のひずみεbを調査した結果、板厚によって曲げ角度αbは異なるが、曲げ頂部の曲げ外表層のひずみεbは板厚によらずほぼ同じ値を示すことを知見した。 It is also known that the hole expansion ratio λ and its conversion into fracture limit strain εt vary little with plate thickness. On the other hand, the bending angle αb at the bending fracture limit of the base material is known to vary greatly with plate thickness, even for the same steel type. However, since it is known that bending fracture occurs when the outer surface layer of the bend reaches the material's inherent fracture limit strain, an investigation into the strain εb of the outer surface layer of the bend at the bend apex when the bending fracture limit bending angle αb is reached revealed that, although the bending angle αb differs depending on the plate thickness, the strain εb of the outer surface layer of the bend at the bend apex shows approximately the same value regardless of the plate thickness.
そのため、図7の縦軸、横軸の指標の関係を表す近似曲線を使うことで、変形解析に用いる任意の鋼種、任意の板厚における穴広げ率と母材の曲げ破断限界の曲げ角度のみから打ち抜き穴における曲げ破断限界の曲げ角度αhを得ることが可能となり、変形解析中の打ち抜き穴の要素の曲げ角度がαhに到達するか否かで曲げ破断予測が可能である。 Therefore, by using the approximate curve that shows the relationship between the indicators on the vertical and horizontal axes in Figure 7, it is possible to obtain the bending fracture limit bending angle αh of a punched hole from only the hole expansion ratio and the bending fracture limit bending angle of the base material for any steel type and any plate thickness used in the deformation analysis. Bending fracture can then be predicted based on whether the bending angle of the punched hole element during deformation analysis reaches αh.
<破断予測装置の構成>
図8は、本発明の第2の実施形態に係る破断予測装置の概略構成を示す模式図である。図8に示すように、本実施形態に係る破断予測装置200は、有限要素法を用いて金属材料の薄板の打ち抜き穴の穴縁からの曲げ破断を予測する装置であって、第1実験結果取得部210と、第1変換部212、関係取得部214と、第2実験結果取得部216と、第2変換部218と、曲げ破断限界取得部220と、変形解析部222と、破断予測部224とを備えている。
<Configuration of fracture prediction device>
Fig. 8 is a schematic diagram showing the overall configuration of a fracture prediction device according to a second embodiment of the present invention. As shown in Fig. 8, the fracture prediction device 200 according to this embodiment is a device that predicts bending fracture from the edge of a punched hole in a thin plate of a metal material using the finite element method, and includes a first experiment result acquisition unit 210, a first conversion unit 212, a relationship acquisition unit 214, a second experiment result acquisition unit 216, a second conversion unit 218, a bending fracture limit acquisition unit 220, a deformation analysis unit 222, and a fracture prediction unit 224.
本実施形態に係る破断予測装置200には、各種鋼種における任意の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αhが入力される。 The fracture prediction device 200 according to this embodiment receives input of the bending angle αh at the bending fracture limit obtained through bending tests for each of a plurality of test pieces of various steel types and of arbitrary plate thickness, each having a punched end with a different punching clearance.
また、破断予測装置200には、各種鋼種における上記の複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により得られた打ち抜き穴の穴広げ率λが入力される。 In addition, the fracture prediction device 200 receives input of the hole expansion ratio λ of the punched hole obtained through the hole expansion test for each of the above-mentioned multiple test pieces for various steel types and test pieces under the same conditions.
また、破断予測装置200には、各種鋼種における任意の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αbが入力される。 The fracture prediction device 200 also receives input of the bending angle αb at the bending fracture limit obtained through bending tests on base material, which is a test piece of any thickness for various steel types and does not have a punched hole.
また、破断予測装置200には、予測対象となる材質(S-Sカーブ)、板厚、穴広げ率λ’(%)、及び母材についての曲げ破断限界の曲げ角度αb’が入力される。本実施形態では、主に強度クラス980MPa以上の鋼板を、予測対象の金属材料の薄板とする。 The fracture prediction device 200 also receives as input the material to be predicted (SS curve), plate thickness, hole expansion ratio λ' (%), and bending angle αb' at the bending fracture limit for the base material. In this embodiment, steel plates with a strength class of 980 MPa or higher are primarily used as thin sheets of metallic material to be predicted.
第1実験結果取得部210は、入力された、任意の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得する。 The first experimental result acquisition unit 210 acquires the bending angle αh at the bending fracture limit obtained through a bending test for each of the input test pieces of any thickness, each having a punched end with a different punching clearance.
第1実験結果取得部210は、入力された、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により得られた打ち抜き穴の穴広げ率λを取得する。 The first experimental result acquisition unit 210 acquires the hole expansion ratio λ of the punched hole obtained by the hole expansion test for each of the input test pieces and test pieces with the same conditions.
また、第1実験結果取得部210は、入力された、任意の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験により得られた、曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する。 The first experimental result acquisition unit 210 also acquires the bending angle αb at the bending fracture limit obtained by a bending test for the input base material, which is a test piece of any thickness and does not have a punched hole.
第1変換部212は、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ率λを、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換する。 The first conversion unit 212 converts the hole expansion ratio λ into the fracture limit strain εt of the hole edge element of the punched hole for each of the multiple test specimens and test specimens under the same conditions.
具体的には、穴広げ率λと打ち抜き穴の穴縁要素の引張破断限界ひずみεtとの関係を表す以下の式1を用いて、穴広げ率λを、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換する。 Specifically, the hole expansion ratio λ is converted to the fracture limit strain εt of the hole edge element of the punched hole using the following equation 1, which expresses the relationship between the hole expansion ratio λ and the fracture limit strain εt of the hole edge element of the punched hole.
εt=a*LN(1+λ/100)b+c ・・・(式1) εt=a*LN(1+λ/100) b +c...(Formula 1)
ただし、a,b,cは、予め用意された、穴広げ率λと打ち抜き穴の穴縁要素の引張破断限界ひずみεtとの複数ペアに基づいて決定されたフィッティング係数である。 where a, b, and c are fitting coefficients determined based on multiple pairs of pre-prepared hole expansion ratios λ and tensile fracture limit strains εt of the hole edge elements of the punched hole.
また、第1変換部212は、任意の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する。 The first conversion unit 212 also converts the bending angle αb into the fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bend at the bend crest for a base material that is a test piece of any thickness and does not have a punched hole.
具体的には、曲げ角度αbと有限要素モデルのメッシュサイズSから、曲げ頂部の曲げ外表層の破断限界ひずみεbを求めるための以下の式2を用いて、破断限界ひずみεbに変換する。 Specifically, the bending angle αb and the mesh size S of the finite element model are converted to the fracture limit strain εb using the following equation 2 to calculate the fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bend at the top of the bend.
εb =d*Se+f ・・・(式2) εb = d*S e +f (Formula 2)
ただし、Sは、有限要素モデルのメッシュサイズであり、d,e,fは、予め用意された、板厚t、曲げ角度αb、有限要素モデルのメッシュサイズS、及び曲げ頂部の曲げ外表層の破断限界ひずみεbの複数の組み合わせに基づいて決定された、板厚t及びεsに応じて定まる値である。εsは、εs=g・ln(αb)+hであり、g、hは、板厚tに応じて定まる値である。 where S is the mesh size of the finite element model, and d, e, and f are values determined according to the plate thickness t and εs, based on multiple combinations of pre-prepared plate thickness t, bending angle αb, finite element model mesh size S, and fracture limit strain εb of the outer surface layer at the bend crest. εs is expressed as εs = g ln(αb) + h, and g and h are values determined according to the plate thickness t.
関係取得部214は、第1変換部212により得られた、試験片の各々についての破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbと、第1実験結果取得部210により取得した、試験片の各々についての曲げ角度αb、及び前記曲げ角度αhに基づいて、破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を取得する。 The relationship acquisition unit 214 acquires the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt to the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb based on the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb for each test piece obtained by the first conversion unit 212 and the bending angle αb and the bending angle αh for each test piece obtained by the first experiment result acquisition unit 210.
本実施形態では、上記図7に示すような、破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を表す近似曲線を取得する。具体的には、以下の(3)式に示す近似式を導出する。 In this embodiment, an approximate curve is obtained that represents the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt to the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, as shown in Figure 7 above. Specifically, the approximate formula shown in Equation (3) below is derived.
y1=m*LN(n+x2)p ・・・(式3) y1=m*LN(n+x2) p ...(Formula 3)
ただし、y1はαh/αb、x2はεt/εbであり、m,n,pは、フィッティング係数である。y1≧1の場合は、y1=1とする。 where y1 is αh/αb, x2 is εt/εb, and m, n, and p are fitting coefficients. If y1≧1, then y1=1.
第2実験結果取得部216は、入力された、任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板について、穴広げ試験により得られた、打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得する。また、第2実験結果取得部216は、入力された、任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有しない金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により得られた、曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する。 The second experimental result acquisition unit 216 acquires the hole expansion ratio λ' of the punched hole obtained by a hole expansion test for the input thin plate of the metallic material to be predicted, which has an arbitrary thickness and has a punched hole. The second experimental result acquisition unit 216 also acquires the bending angle αb' at the bending fracture limit obtained by a bending test for the input thin plate of the metallic material to be predicted, which has an arbitrary thickness and is a base material, which is a thin plate of the metallic material without a punched hole.
第2変換部218は、入力された穴広げ率λ’を、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換する。 The second conversion unit 218 converts the input hole expansion ratio λ' into the fracture limit strain εt' of the hole edge element of the punched hole.
具体的には、上記の式1を用いて、穴広げ率λ’を、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換する。 Specifically, using the above equation 1, the hole expansion ratio λ' is converted into the fracture limit strain εt' of the hole edge element of the punched hole.
また、第2変換部218は、入力された曲げ角度αb’を、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する。 The second conversion unit 218 also converts the input bending angle αb' into the fracture limit strain εb' of the outer surface layer of the bending crest element.
具体的には、上記の式2を用いて、曲げ角度αb’を、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する。 Specifically, using Equation 2 above, the bending angle αb' is converted into the fracture limit strain εb' of the outer surface layer of the bent part of the element at the bend crest.
曲げ破断限界取得部220は、穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、並びに穴広げ率λ’及び曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する。 The bending fracture limit acquisition unit 220 acquires the bending angle αh' at the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, and the ratio of the hole expansion ratio λ' to the bending angle αb'.
具体的には、穴広げ率λ’及び曲げ角度αb’の比を、横軸の値x2として求め、上記式3に代入して、得られたy1の値と、曲げ角度αb’の値から、予測対象の材料における曲げ破断限界の曲げ角度αh’を算出する。 Specifically, the ratio of the hole expansion ratio λ' and the bending angle αb' is calculated as the horizontal axis value x2, and substituted into the above equation 3. From the obtained value of y1 and the bending angle αb', the bending angle αh' at the bending fracture limit for the material being predicted is calculated.
変形解析部222は、予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた曲げ変形解析を行う。例えば、変形解析部222は、打ち抜き穴を有する予測対象の材料を表す有限要素モデルを用いて、衝突変形シミュレーションなどの曲げ変形解析を行う。 The deformation analysis unit 222 performs bending deformation analysis using a finite element model that represents a thin metal plate having a punched hole, which is the target of prediction. For example, the deformation analysis unit 222 performs bending deformation analysis such as a collision deformation simulation using a finite element model that represents a target material having a punched hole.
破断予測部224は、変形解析部222による曲げ変形解析中の逐次変化する、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ角度αと、曲げ破断限界取得部220によって取得した曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較し、穴縁要素の曲げ破断を予測する。 The fracture prediction unit 224 compares the bending angle α of the hole edge element of the punched hole, which changes sequentially during bending deformation analysis by the deformation analysis unit 222, with the bending angle αh' of the bending fracture limit acquired by the bending fracture limit acquisition unit 220, and predicts bending fracture of the hole edge element.
なお、有限要素モデルにおいて、穴縁要素のみを抽出し、変形解析中の逐次変化する、穴縁要素の曲げ角度αと、穴縁要素について取得した、曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、穴縁要素の曲げ破断を予測するようにしてもよい。 In addition, in the finite element model, only the hole edge elements can be extracted, and bending fracture of the hole edge elements can be predicted by comparing the bending angle α of the hole edge elements, which changes sequentially during deformation analysis, with the bending angle αh' at the bending fracture limit obtained for the hole edge elements.
破断予測装置200は、一例として、上記図4に示すコンピュータ64によって実現される。コンピュータ64は、CPU66、メモリ68、破断予測プログラム76を記憶した記憶部70、モニタを含む表示部26、及びキーボードやマウスを含む入力部28を含んでいる。CPU66、メモリ68、記憶部70、表示部26、及び入力部28はバス74を介して互いに接続されている。 The fracture prediction device 200 is realized, for example, by the computer 64 shown in Figure 4 above. The computer 64 includes a CPU 66, memory 68, a storage unit 70 that stores a fracture prediction program 76, a display unit 26 including a monitor, and an input unit 28 that includes a keyboard and mouse. The CPU 66, memory 68, storage unit 70, display unit 26, and input unit 28 are connected to each other via a bus 74.
記憶部70はHDD、SSD、フラッシュメモリ等によって実現される。記憶部70には、コンピュータ64を破断予測装置200として機能させるための破断予測プログラム76が記憶されている。CPU66は、破断予測プログラム76を記憶部70から読み出してメモリ68に展開し、破断予測プログラム76を実行する。 The memory unit 70 is realized by a HDD, SSD, flash memory, etc. The memory unit 70 stores a fracture prediction program 76 that causes the computer 64 to function as the fracture prediction device 200. The CPU 66 reads the fracture prediction program 76 from the memory unit 70, expands it into the memory 68, and executes the fracture prediction program 76.
<破断予測装置の作用>
次に本実施形態の作用を、図6、図9を参照して説明する。まず、オペレータが、各種鋼種における任意の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打ち抜き穴を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験を行い、曲げ破断限界の曲げ角度αhを測定する。
<Function of the fracture prediction device>
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to Figures 6 and 9. First, an operator performs a bending test on each of a plurality of test pieces of various steel types and of arbitrary plate thicknesses, each having a punched hole with a different punching clearance, and measures the bending angle αh at the bending fracture limit.
また、オペレータが、各種鋼種における上記の複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験を行い、打ち抜き穴の穴広げ率λを測定する。 The operator also performs hole expansion tests on each of the above multiple test pieces for various steel types and test pieces under the same conditions, and measures the hole expansion ratio λ of the punched holes.
また、オペレータが、各種鋼種における任意の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験を行い、曲げ破断限界の曲げ角度αbを測定する。 The operator also performs bending tests on base materials, which are test pieces of various steel types with any thickness and no punched holes, and measures the bending angle αb at the bending fracture limit.
そして、オペレータが、試験片の各々についての曲げ破断限界の曲げ角度αh、打ち抜き穴の穴広げ率λと、打ち抜き穴を有しない試験片である母材についての曲げ破断限界の曲げ角度αbを、破断予測装置100に入力する。 Then, the operator inputs the bending fracture limit bending angle αh for each test piece, the hole expansion ratio λ of the punched holes, and the bending fracture limit bending angle αb for the base material, which is a test piece without punched holes, into the fracture prediction device 100.
また、オペレータが、上記の曲げ試験の試験片と同じ任意の板厚で、打ち抜き穴を有する予測対象となる材料について、穴広げ試験を行い、打ち抜き穴の穴広げ率λを測定する。 The operator also performs a hole expansion test on the material to be predicted, which has the same arbitrary plate thickness as the test piece for the bending test described above and has a punched hole, and measures the hole expansion ratio λ of the punched hole.
また、オペレータが、任意の板厚で、打ち抜き穴を有しない予測対象となる材料である母材について、曲げ試験を実施し、曲げ頂部で破断が発生したタイミングにおける曲げ角度αb’を測定する。 The operator also conducts a bending test on the base material, which is the material to be predicted and has an arbitrary thickness and no punched holes, and measures the bending angle αb' at the moment when fracture occurs at the top of the bend.
そして、オペレータが、予測対象となる材質(S-Sカーブ)、板厚、穴広げ率λ’(%)、及び母材についての曲げ破断限界の曲げ角度αb’を、破断予測装置200に入力する。そして、事前処理の開始を指示する等の操作を行ったことを契機として破断予測装置200で実行される事前処理を説明する。 Then, the operator inputs the material (S-S curve), plate thickness, hole expansion ratio λ' (%), and bending angle αb' at the bending fracture limit for the base material to the fracture prediction device 200. Next, we will explain the pre-processing that is executed by the fracture prediction device 200 when an operation such as issuing a command to start the pre-processing is performed.
図9に示す事前処理のステップS202において、第1実験結果取得部210は、入力された、任意の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打ち抜き穴を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により得られた、曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得する。 In step S202 of the pre-processing shown in Figure 9, the first experiment result acquisition unit 210 acquires the bending angle αh at the bending fracture limit obtained by bending tests for each of the input test pieces of arbitrary plate thickness, each having punched holes with different punching clearances.
ステップS204において、第1実験結果取得部210は、入力された、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により得られた打ち抜き穴の穴広げ率λを取得する。 In step S204, the first experiment result acquisition unit 210 acquires the hole expansion ratio λ of the punched hole obtained by the hole expansion test for each of the input test pieces under the same conditions as the multiple test pieces.
ステップS206において、第1変換部212は、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ率λを、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換する。 In step S206, the first conversion unit 212 converts the hole expansion ratio λ into the fracture limit strain εt of the hole edge element of the punched hole for each of the multiple test specimens and test specimens under the same conditions.
ステップS208において、第1実験結果取得部10は、入力された、任意の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ試験により得られた曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する。 In step S208, the first experimental result acquisition unit 10 acquires the bending angle αb at the bending fracture limit obtained by a bending test for the input base material, which is a test piece of any thickness and does not have a punched hole.
ステップS210において、第1変換部212は、任意の板厚であり、打ち抜き穴を有しない試験片である母材について、曲げ破断限界の曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する。 In step S210, the first conversion unit 212 converts the bending fracture limit bending angle αb into the fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bend at the bend crest for a base material that is a test piece of arbitrary thickness and does not have a punched hole.
ステップS212において、関係取得部214は、第1変換部212により得られた、試験片の各々についての破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbと、第1実験結果取得部210により取得した、試験片の各々についての曲げ角度αb、及び曲げ角度αhに基づいて、破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を表す上記式3の近似式を導出する。 In step S212, the relationship acquisition unit 214 derives an approximation of Equation 3 above, which expresses the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt to the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, based on the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb for each test specimen obtained by the first conversion unit 212 and the bending angle αb and the bending angle αh for each test specimen obtained by the first experiment result acquisition unit 210.
ステップS216において、第2実験結果取得部216は、入力された、任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板について、穴広げ試験により得られた、打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得する。 In step S216, the second experiment result acquisition unit 216 acquires the hole expansion ratio λ' of the punched hole obtained by a hole expansion test for the input thin metal plate of the target metal material having an arbitrary thickness and having a punched hole.
ステップS218において、第2変換部218は、入力された穴広げ率λ’を、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換する。 In step S218, the second conversion unit 218 converts the input hole expansion ratio λ' into the fracture limit strain εt' of the hole edge element of the punched hole.
ステップS220において、第2実験結果取得部216は、入力された、任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有しない金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により得られた、曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する。 In step S220, the second experiment result acquisition unit 216 acquires the bending angle αb' at the bending fracture limit obtained by a bending test for the input base material, which is a thin plate of the metal material to be predicted, having an arbitrary plate thickness and which does not have a punched hole.
ステップS222において、第2変換部218は、曲げ破断限界の曲げ角度αb’を、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する。 In step S222, the second conversion unit 218 converts the bending angle αb' at the bending fracture limit into the fracture limit strain εb' of the outer bending surface layer of the element at the bend crest.
ステップS224において、曲げ破断限界取得部220は、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係、並びに穴広げ率λ’及び曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得して、事前処理を終了する。 In step S224, the bending fracture limit acquisition unit 220 acquires the bending fracture limit bending angle αh' from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb, as well as the ratio of the hole expansion ratio λ' to the bending angle αb', and ends the pre-processing.
そして、破断予測処理の開始を指示する等の操作を行ったことを契機として破断予測装置200で上記図6に示す破断予測処理と同様の処理が実行される。 Then, when an operation such as issuing a command to start the fracture prediction process is performed, the fracture prediction device 200 executes processing similar to the fracture prediction process shown in Figure 6 above.
以上説明したように、本実施形態に係る破断予測装置200によれば、任意の板厚である複数の試験片の各々についての破断限界ひずみεt、曲げ破断限界の曲げ角度αh、母材についての破断限界ひずみεb、及び曲げ破断限界の曲げ角度αbに基づいて、破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を取得し、任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板についての破断限界ひずみεt’及び破断限界ひずみεb’の比、並びに曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得し、予測対象の金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ角度αと比較して、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ破断を予測する。これにより、手間や工数を抑えて、金属材料の薄板の曲げ破断を精度よく予測することができる。 As described above, the fracture prediction device 200 according to this embodiment obtains the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt to the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb based on the fracture limit strain εt, bending fracture limit bend angle αh, fracture limit strain εb for the base material, and bending fracture limit bend angle αb for each of multiple test specimens of an arbitrary thickness. The bending fracture limit bend angle αh' is obtained from the ratio of the fracture limit strain εt' to the fracture limit strain εb' and the bending angle αb' for a target thin plate of metal material of an arbitrary thickness that has a punched hole. This is then compared with the bending angle α of the hole edge element of the punched hole, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the target thin plate of metal material, to predict the bending fracture of the hole edge element of the punched hole. This reduces the amount of time and effort required and enables accurate prediction of bending fracture of thin plates of metal material.
[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態に係る破断予測装置について説明する。なお、第3の実施形態に係る破断予測装置は、第2の実施形態と同様の構成であるため、同一符号を付して説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a fracture prediction device according to a third embodiment will be described. Since the fracture prediction device according to the third embodiment has the same configuration as that of the second embodiment, the same reference numerals are used and the description thereof will be omitted.
<破断予測装置の構成>
第3の実施形態に係る破断予測装置の曲げ破断限界取得部220は、任意の板厚である複数の試験片の各々についての破断限界ひずみεt、曲げ破断限界の曲げ角度αh、母材についての破断限界ひずみεb、及び曲げ破断限界の曲げ角度αbに基づいて、破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を取得し、任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き穴を有する金属材料の薄板についての破断限界ひずみεt’及び破断限界ひずみεb’の比、並びに曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する。
<Configuration of fracture prediction device>
The bending fracture limit acquisition unit 220 of the fracture prediction device according to the third embodiment acquires the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb based on the fracture limit strain εt, the bending angle αh of the bending fracture limit, the fracture limit strain εb for the base material, and the bending angle αb of the bending fracture limit for each of a plurality of test pieces of an arbitrary plate thickness, and acquires the bending angle αh' of the bending fracture limit from the ratio of the fracture limit strain εt' and the fracture limit strain εb' and the bending angle αb' for a thin plate of a metal material to be predicted of an arbitrary plate thickness and having a punched hole.
そして、曲げ破断限界取得部220は、曲げ破断限界の曲げ角度αh’と、変形解析に用いているメッシュサイズとを、以下の式4に代入して、任意のメッシュサイズにおける曲げ外側表層の破断限界ひずみεcを求める。 The bending fracture limit acquisition unit 220 then substitutes the bending angle αh' at the bending fracture limit and the mesh size used in the deformation analysis into the following equation 4 to determine the fracture limit strain εc of the outer surface layer of the bend for an arbitrary mesh size.
εc=q*Mr+s ・・・(式4) εc=q*M r +s (Formula 4)
ただし、Mは、変形解析で用いる有限要素モデルのメッシュサイズであり、q,r,sは、板厚t及びεsに応じて定まる値であり、εsは、εs=t・ln(αh)+uであり、t、uは、板厚tに応じて定まる値である。 where M is the mesh size of the finite element model used in the deformation analysis, q, r, and s are values determined according to the plate thickness t and εs, where εs is εs = t ln(αh) + u, and t and u are values determined according to the plate thickness t.
破断予測部224は、変形解析部222による曲げ変形解析中の逐次変化する、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ外表層の最大主ひずみεと、曲げ破断限界取得部220によって取得した破断限界ひずみεcとを比較し、穴縁要素の曲げ破断を予測する。 The fracture prediction unit 224 compares the maximum principal strain ε of the outer bending surface layer of the hole edge element of the punched hole, which changes sequentially during bending deformation analysis by the deformation analysis unit 222, with the fracture limit strain εc acquired by the bending fracture limit acquisition unit 220, and predicts bending fracture of the hole edge element.
具体的には、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ外表層の最大主ひずみεと、曲げ破断限界取得部220によって取得した破断限界ひずみεcの比率ε/εcを逐次計算し、ε/εc=1となった場合に当該要素は曲げ破断したと判定する。このとき、曲げ破断と判定した場合には当該要素を消去しても良い。 Specifically, the ratio ε/εc of the maximum principal strain ε of the outer bending surface layer of the hole edge element of the punched hole to the fracture limit strain εc acquired by the bending fracture limit acquisition unit 220 is calculated sequentially, and when ε/εc = 1, the element is determined to have fractured in bending. In this case, if a bending fracture is determined, the element may be deleted.
なお、解析効率化のために有限要素モデルにおいて、穴縁要素のみを抽出し、変形解析中の逐次変化する、穴縁要素の曲げ外表層の最大主ひずみεと、穴縁要素について取得した、破断限界ひずみεcとを比較して、穴縁要素の曲げ破断を予測するようにしてもよい。 In addition, to improve analysis efficiency, it is also possible to extract only the hole edge elements from the finite element model, and predict bending fracture of the hole edge elements by comparing the maximum principal strain ε of the outer bending surface layer of the hole edge elements, which changes sequentially during deformation analysis, with the fracture limit strain εc obtained for the hole edge elements.
第3の実施形態に係る破断予測装置の他の構成及び作用については、第2の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 The other configurations and operations of the fracture prediction device according to the third embodiment are the same as those of the second embodiment, so a description thereof will be omitted.
<実施例>
上記第3の実施形態に係る破断予測装置の実施例について説明する。試験片サイズは幅30mm×長さ60mmで中央に直径10mmの打ち抜き穴を有しており、鋼種は980MPa級鋼板、板厚1.4mmとして、メッシュサイズは0.7mm、1.0mm、1.4mmの3種類の有限要素モデルを作成した。この試験片を予測対象として曲げ変形解析を行い、上記第3の実施形態で説明した方法を用いて、打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ外表層の破断限界最大主ひずみεcを計算し、クライテリアとした。各メッシュサイズでの打ち抜き穴の穴縁要素の曲げ外表層の破断限界最大主ひずみを表1に示す。
<Example>
An example of the fracture prediction device according to the third embodiment will now be described. The test specimen was 30 mm wide x 60 mm long, with a 10 mm diameter punched hole in the center. The steel type was 980 MPa-class steel plate, the plate thickness was 1.4 mm, and three types of finite element models were created with mesh sizes of 0.7 mm, 1.0 mm, and 1.4 mm. Bending deformation analysis was performed on this test specimen as the prediction target, and the fracture limit maximum principal strain εc of the outer surface layer of the hole edge element of the punched hole was calculated using the method described in the third embodiment, and used as the criteria. Table 1 shows the fracture limit maximum principal strain of the outer surface layer of the hole edge element of the punched hole for each mesh size.
曲げ頂部の穴縁要素の曲げ外表層の最大主ひずみεが、破断限界最大主ひずみεcに到達した時点の曲げ角度を求め、実験において測定された、曲げ破断限界の曲げ角度と比較した。 The bending angle at which the maximum principal strain ε of the outer surface layer of the hole edge element at the top of the bend reached the fracture limit maximum principal strain εc was determined and compared with the bending angle at the fracture limit measured in the experiment.
その結果、図10に示すように、いずれのメッシュサイズにおいても、実験で曲げ破断が確認された曲げ破断限界の曲げ角度とほぼ同じ曲げ角度において破断を予測できる結果となった。図10では、各メッシュサイズにおける、穴縁要素からの破断発生予測(クライテリア到達)時の曲げ角度と、実験での破断発生時の曲げ角度との比を示している。 As a result, as shown in Figure 10, for all mesh sizes, fracture could be predicted at bending angles roughly equivalent to the bending angle at which fracture was confirmed experimentally. Figure 10 shows the ratio of the bending angle at which fracture was predicted from the hole edge element (criterion reached) to the bending angle at which fracture occurred experimentally, for each mesh size.
また、図11に、各メッシュサイズの有限要素モデルにおいて、クライテリア到達時の曲げ外表層の最大主ひずみのコンター図を示す。メッシュサイズが粗くなるほど、計算されるひずみがなまされることで、値が小さくなっているが、それに応じたクライテリア(表1)を導出できていることによって、破断を検知するための曲げ破断限界の曲げ角度は、いずれのメッシュサイズの有限要素モデルにおいてもほぼ同じ値となっていることが分かる。 Figure 11 also shows contour plots of the maximum principal strain in the outer surface layer of bending when the criteria are reached for finite element models of each mesh size. As the mesh size becomes coarser, the calculated strain is smoothed, resulting in smaller values. However, by being able to derive the corresponding criteria (Table 1), it can be seen that the bending angle at the bending fracture limit for detecting fracture is approximately the same value for finite element models of all mesh sizes.
[変形例]
予測対象の金属材料の薄板や、試験片が打ち抜き穴を有している場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。予測対象の金属材料の薄板や、試験片は、金型で打抜くことにより形成された打抜き端を有していればよい。例えば、打抜き端の形状が直線的な形状であってもよい。金型で打抜くことにより、レーザーや切削加工に比べ、打抜きのダメージが端面に加えられており、上記実施形態と同様に、破断予測を行うことができる。この場合、金属材料の薄板の打抜き端部の曲げ破断を予測する。
[Modification]
Although the above description is based on an example in which the metal sheet or test piece to be predicted has a punched hole, the present invention is not limited to this. The metal sheet or test piece to be predicted may have a punched edge formed by punching with a die. For example, the shape of the punched edge may be linear. By punching with a die, punching damage is applied to the edge surface compared to laser or cutting processing, and fracture prediction can be performed in the same manner as in the above embodiment. In this case, bending fracture of the punched edge of the metal sheet is predicted.
例えば、上記第1の実施形態と同様に、第1実験結果取得部10は、特定の板厚である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、特定の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する。関係取得部12は、試験片の各々についての穴広げ率λ、曲げ角度αh、及び曲げ角度αbに基づいて、穴広げ率λ及び曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を取得する。第2実験結果取得部14は、特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する金属材料の薄板について、穴広げ試験により打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き穴を有しない金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する。曲げ破断限界取得部16は、穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係、並びに穴広げ率λ’及び曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する。変形解析部18は、予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析を行う。破断予測部20は、変形解析中の逐次変化する、打抜き端部の要素の曲げ角度αと、曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する。また、穴広げ試験は、打ち抜き穴を有する試験片に対して行う。また、入力される穴広げ率は、予測対象の金属材料の薄板の打抜き端のクリアランスと同じ打ち抜き穴を有する同じ金属材料の薄板について求めた穴広げ率とすればよい。 For example, as in the first embodiment described above, the first experimental results acquisition unit 10 performs a bending test to acquire the bending fracture limit bending angle αh for each of a plurality of test pieces of a specific plate thickness, each having a punched end with a different punching clearance, performs a hole expansion test to acquire the hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end for each of the plurality of test pieces under the same conditions as the test pieces, and performs a bending test to acquire the bending fracture limit bending angle αb for a base material that is a test piece of a specific plate thickness and does not have a punched end. The relationship acquisition unit 12 acquires the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh to the bending angle αb based on the hole expansion ratio λ, bending angle αh, and bending angle αb for each of the test pieces. The second experimental result acquisition unit 14 acquires a hole expansion ratio λ' of the punched hole corresponding to the punched end through a hole expansion test for a target metal sheet having a specific thickness and a punched end, and acquires a bending angle αb' of the bending fracture limit through a bending test for a target metal sheet having a specific thickness and no punched hole. The bending fracture limit acquisition unit 16 acquires a bending angle αh' of the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, as well as the ratio of the hole expansion ratio λ' and the bending angle αb'. The deformation analysis unit 18 performs deformation analysis using a finite element model representing the target metal sheet having a punched end. The fracture prediction unit 20 predicts bending fracture of the punched end element by comparing the bending angle α of the punched end element with the bending angle αh' of the bending fracture limit, which changes sequentially during the deformation analysis. The hole expansion test is performed on a test piece with a punched hole. The hole expansion ratio to be entered should be the hole expansion ratio determined for a thin plate of the same metal material that has a punched hole that is the same as the clearance at the punched end of the thin plate of the metal material to be predicted.
また、上記第2の実施形態と同様に、第1実験結果取得部は、任意の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き穴を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する。第1変換部212は、複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ率λを、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換し、任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する。関係取得部214は、試験片の各々についての破断限界ひずみεt、破断限界ひずみεb、曲げ角度αb、及び曲げ角度αhに基づいて、破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係を取得する。第2実験結果取得部216は、任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き端を有する金属材料の薄板について、穴広げ試験により打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する。第2変換部218は、穴広げ率λ’を、打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換し、曲げ角度αb’を、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する。曲げ破断限界取得部220は、破断限界ひずみεt及び破断限界ひずみεbの比と、曲げ角度αh及び曲げ角度αbの比との関係、破断限界ひずみεt’及び破断限界ひずみεb’の比、並びに曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する。変形解析部222は、予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析を行う。破断予測部224は、変形解析中の逐次変化する、打抜き端部の要素の曲げ角度αと、曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する。 Furthermore, as in the second embodiment described above, the first experimental result acquisition unit performs a bending test to acquire the bending fracture limit bending angle αh for each of a plurality of test pieces, which are thin plates of a metal material of arbitrary thickness and each have punched holes with different punching clearances. For each of the plurality of test pieces with the same conditions as the plurality of test pieces, the unit performs a hole expansion test to acquire the hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end. For each of the plurality of test pieces with the same conditions as the plurality of test pieces, the unit performs a bending test to acquire the bending fracture limit bending angle αb for the base material, which is a test piece of arbitrary thickness and without a punched end. The first conversion unit 212 converts the hole expansion ratio λ for each of the plurality of test pieces with the same conditions as the plurality of test pieces into the fracture limit strain εt of the hole edge element of the punched hole, and for the base material, which is a test piece of arbitrary thickness and without a punched end, the unit converts the bending angle αb into the fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bend crest element. The relationship acquisition unit 214 acquires the relationship between the ratio of the fracture limit strain ε to the fracture limit strain ε and the ratio of the bending angle α to the bending angle α based on the fracture limit strain ε, the fracture limit strain ε, the bending angle α, and the bending angle α for each test piece. The second experimental result acquisition unit 216 acquires the hole expansion ratio λ' of the punched hole corresponding to the punched end by a hole expansion test for a thin sheet of metal material to be predicted having an arbitrary thickness and a punched end, and acquires the bending angle α' of the bending fracture limit by a bending test for a thin sheet of metal material to be predicted having an arbitrary thickness and a base material that is a thin sheet of metal material to be predicted having no punched end. The second conversion unit 218 converts the hole expansion ratio λ' into the fracture limit strain ε of the hole edge element of the punched hole and converts the bending angle α to the fracture limit strain ε of the outer surface layer of the bend crest element. The bending fracture limit acquisition unit 220 acquires the bending fracture limit bending angle αh' from the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, the ratio of the fracture limit strain εt' and the fracture limit strain εb', and the bending angle αb'. The deformation analysis unit 222 performs deformation analysis using a finite element model representing the metal sheet to be predicted, which is a thin metal sheet having a punched end. The fracture prediction unit 224 predicts bending fracture of the punched end element by comparing the bending angle α of the punched end element, which changes sequentially during deformation analysis, with the bending fracture limit bending angle αh'.
10、210 第1実験結果取得部
12、214 関係取得部
14、216 第2実験結果取得部
16、220 曲げ破断限界取得部
18、222 変形解析部
20、224 破断予測部
26 表示部
28 入力部
30 試験片
32 打ち抜き穴
64 コンピュータ
66 CPU
68 メモリ
70 記憶部
76 破断予測プログラム
100、200 破断予測装置
212 第1変換部
218 第2変換部
10, 210 First experiment result acquisition unit 12, 214 Relationship acquisition unit 14, 216 Second experiment result acquisition unit 16, 220 Bending fracture limit acquisition unit 18, 222 Deformation analysis unit 20, 224 Fracture prediction unit 26 Display unit 28 Input unit 30 Test piece 32 Punched hole 64 Computer 66 CPU
68 Memory 70 Storage unit 76 Fracture prediction program 100, 200 Fracture prediction device 212 First conversion unit 218 Second conversion unit
Claims (11)
特定の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得する工程と、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得する工程と、
前記特定の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する工程と、
前記試験片の各々についての前記穴広げ率λ、前記曲げ角度αh、及び前記曲げ角度αbに基づいて、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する工程と、
前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得する工程と、
前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する工程と、
前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、並びに前記穴広げ率λ’及び前記曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する工程と、
予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する工程と、
を含む破断予測方法。 A fracture prediction method for predicting bending fracture from a punched edge of a thin plate of a metal material using a finite element method, comprising:
A step of obtaining a bending angle αh of a bending fracture limit by a bending test for each of a plurality of test pieces which are thin plates of a metal material having a specific plate thickness and each of which has a punched end with a different punching clearance;
A step of obtaining a hole expansion ratio λ of a punched hole corresponding to the punched end by a hole expansion test for each of the plurality of test pieces under the same conditions as those of the plurality of test pieces;
A step of obtaining a bending angle αb of the bending fracture limit by a bending test on a base material that is a test piece having the specific plate thickness and that does not have a punched end;
A step of acquiring a relationship between a ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and a ratio of the bending angle αh to the bending angle αb based on the hole expansion ratio λ, the bending angle αh, and the bending angle αb for each of the test pieces;
A step of obtaining a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to the punched end by a hole expansion test for a thin plate of a metal material to be predicted, the thin plate of the metal material having the specific plate thickness and a punched end;
a step of obtaining a bending angle αb' of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a thin plate of a metal material to be predicted and has a specific plate thickness and does not have a punched end;
A step of obtaining a bending angle αh' at the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, and the ratio of the hole expansion ratio λ' and the bending angle αb';
A process of predicting bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the thin plate of the metal material having a punched end, with the bending angle αh' of the bending fracture limit;
A fracture prediction method comprising:
任意の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得する工程と、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得する工程と、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、前記穴広げ率λを、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換する工程と、
前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する工程と、
前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、前記曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する工程と、
前記試験片の各々についての前記破断限界ひずみεt、前記破断限界ひずみεb、前記曲げ角度αb、及び前記曲げ角度αhに基づいて、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する工程と、
前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得する工程と、
前記穴広げ率λ’を、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換する工程と、
前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する工程と、
前記曲げ角度αb’を、前記曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する工程と、
前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、前記破断限界ひずみεt’及び前記破断限界ひずみεb’の比、並びに前記曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する工程と、
予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する工程と、
を含む破断予測方法。 A fracture prediction method for predicting bending fracture from a punched edge of a thin plate of a metal material using a finite element method, comprising:
A step of obtaining a bending angle αh of a bending fracture limit by a bending test for each of a plurality of test pieces which are thin plates of a metal material having an arbitrary plate thickness and each of which has a punched end with a different punching clearance;
A step of obtaining a hole expansion ratio λ of a punched hole corresponding to the punched end by a hole expansion test for each of the plurality of test pieces under the same conditions as those of the plurality of test pieces;
For each of the test pieces under the same conditions as the plurality of test pieces, converting the hole expansion ratio λ into a fracture limit strain εt of a hole edge element of the punched hole;
A step of obtaining a bending angle αb of the bending fracture limit by a bending test for a base material that is a test piece having any plate thickness and that does not have a punched end;
A step of converting the bending angle αb into a fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bend of the element at the bend top for a base material that is a test piece having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end;
A step of acquiring a relationship between the ratio of the fracture limit strain ε to the fracture limit strain ε and the ratio of the bending angle α to the bending angle α based on the fracture limit strain ε, the fracture limit strain ε, the bending angle α, and the bending angle α for each of the test pieces;
A step of obtaining a hole expansion ratio λ ′ of a punched hole corresponding to the punched end by a hole expansion test for a thin plate of a metal material having the arbitrary plate thickness and having a punched end;
converting the hole expansion ratio λ ' into a fracture limit strain ε t ' of a hole edge element of the punched hole;
A step of obtaining a bending angle αb' of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a thin plate of the metal material to be predicted having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end;
converting the bending angle α′ into a fracture limit strain ε′ of the outer surface of the bent portion of the element at the bend tip;
A step of obtaining a bending angle αh' of the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, the ratio of the fracture limit strain εt' and the fracture limit strain εb', and the bending angle αb';
A process of predicting bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model representing the thin plate of the metal material having a punched end, with the bending angle αh' of the bending fracture limit;
A fracture prediction method comprising:
前記穴広げ率λと前記打ち抜き穴の穴縁要素の引張破断限界ひずみεtとの関係を表す以下の式1を用いて、前記穴広げ率λを、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換し、
前記曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する工程では、
前記曲げ角度αbと有限要素モデルのメッシュサイズとから、曲げ頂部の曲げ外表層の破断限界ひずみεbを求めるための以下の式2を用いて、前記破断限界ひずみεbに変換し、
前記穴広げ率λ’を、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換する工程では、
以下の式1を用いて、前記穴広げ率λ’を、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換し、
前記曲げ角度αb’を、前記曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する工程では、
以下の式2を用いて、前記曲げ角度αb’を、前記曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する請求項2記載の破断予測方法。
εt=a*LN(1+λ/100)b+c ・・・(式1)
εb =d*Se+f ・・・(式2)
ただし、a,b,cは、フィッティング係数であり、Sは、前記有限要素モデルのメッシュサイズであり、d,e,fは、板厚t及びεsに応じて定まる値であり、εsは、εs=g・ln(αb)+hであり、g、hは、板厚tに応じて定まる値である。 In the step of converting the hole expansion ratio λ into a fracture limit strain εt of a hole edge element of the punched hole,
Using the following equation 1 which represents the relationship between the hole expansion ratio λ and the tensile fracture limit strain ε of the hole edge element of the punched hole, the hole expansion ratio λ is converted into the fracture limit strain ε of the hole edge element of the punched hole,
In the step of converting the bending angle αb into the fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bent element at the bend crest,
The bending angle αb and the mesh size of the finite element model are converted into the fracture limit strain εb using the following Equation 2 for calculating the fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bend at the bend top,
In the step of converting the hole expansion ratio λ ′ into a fracture limit strain ε t ′ of a hole edge element of the punched hole,
Using the following equation 1, the hole expansion ratio λ ′ is converted into a fracture limit strain ε t ′ of the hole edge element of the punched hole,
In the step of converting the bending angle αb' into a fracture limit strain εb' of the outer surface layer of the bent portion of the element at the bend crest,
3. The fracture prediction method according to claim 2, wherein the bending angle αb' is converted into a fracture limit strain εb' of the outer surface layer of the bent portion of the element at the bend crest using the following equation 2:
εt=a*LN(1+λ/100) b +c...(Formula 1)
εb = d*S e +f (Formula 2)
where a, b, and c are fitting coefficients, S is the mesh size of the finite element model, d, e, and f are values determined according to the plate thickness t and εs, where εs is εs = g ln(αb) + h, and g and h are values determined according to the plate thickness t.
前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係として、以下の式3を用いて、前記破断限界ひずみεt’及び前記破断限界ひずみεb’の比と、前記曲げ角度αb’とから、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する請求項1~請求項3の何れか1項記載の破断予測方法。
y1=m*LN(n+x2)p ・・・(式3)
ただし、m,n,pは、フィッティング係数であり、y1≧1の場合は、y1=1とする。 In the step of obtaining the bending angle αh′ of the bending fracture limit,
The fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb are expressed as a relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb. The fracture prediction method according to any one of claims 1 to 3, wherein the bending angle αh' of the bending fracture limit is obtained from the ratio of the fracture limit strain εt ' and the fracture limit strain εb' and the bending angle αb' using the following equation 3:
y1=m*LN(n+x2) p ...(Formula 3)
Here, m, n, and p are fitting coefficients, and if y1≧1, then y1=1.
前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’と、変形解析で用いる有限要素モデルのメッシュサイズとを、以下の式4に代入して、曲げ外側表層の破断限界ひずみεcを求め、
前記変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ外表層の最大主ひずみεと、前記破断限界ひずみεcとを比較することにより、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する請求項1~請求項4の何れか1項記載の破断予測方法。
εc=q*Mr+s ・・・(式4)
ただし、Mは、変形解析で用いる有限要素モデルのメッシュサイズであり、q,r,sは、板厚t及びεsに応じて定まる値であり、εsは、εs=t・ln(αh)+uであり、t、uは、板厚tに応じて定まる値である。 The step of predicting bending fracture of the punched edge element comprises:
The bending angle αh′ at the bending fracture limit and the mesh size of the finite element model used in the deformation analysis are substituted into the following equation 4 to determine the fracture limit strain εc of the bending outer surface layer:
The fracture prediction method according to any one of claims 1 to 4, wherein the bending fracture of the element at the punched end is predicted by comparing the maximum principal strain ε of the bending outer surface layer of the element at the punched end, which changes sequentially during the deformation analysis, with the fracture limit strain εc.
εc=q*M r +s (Formula 4)
Here, M is the mesh size of the finite element model used in the deformation analysis, q, r, and s are values determined according to the plate thickness t and εs, where εs is εs = t ln(αh) + u, and t and u are values determined according to the plate thickness t.
特定の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、
前記特定の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する第1実験結果取得部と、
前記試験片の各々についての前記穴広げ率λ、前記曲げ角度αh、及び前記曲げ角度αbに基づいて、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する関係取得部と、
前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、
前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する第2実験結果取得部と、
前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、並びに前記穴広げ率λ’及び前記曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する曲げ破断限界取得部と、
予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する破断予測部と、
を含む破断予測装置。 A fracture prediction device that predicts bending fracture from a punched edge of a thin plate of a metal material using a finite element method,
A bending test is performed to obtain a bending angle αh at the bending fracture limit for each of a plurality of test pieces, each of which is a thin plate of a metal material having a specific plate thickness and has a punched end with a different punching clearance;
For each of the test pieces under the same conditions as the plurality of test pieces, a hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test;
a first experimental result acquisition unit that acquires a bending angle αb of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a test piece having the specific plate thickness and that does not have a punched end;
a relationship acquisition unit that acquires a relationship between a ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and a ratio of the bending angle αh to the bending angle αb based on the hole expansion ratio λ, the bending angle αh, and the bending angle αb for each of the test pieces;
For a thin plate of a metal material to be predicted having the specific plate thickness and having a punched end, a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test;
a second experimental result acquisition unit that acquires a bending angle αb′ of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a thin plate of the metal material having the specific plate thickness and that does not have a punched end;
A bending fracture limit acquisition unit that acquires a bending angle αh' of a bending fracture limit from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, and the ratio of the hole expansion ratio λ' and the bending angle αb';
a fracture prediction unit that predicts bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model that represents the thin plate of the metal material having a punched end, with the bending angle αh' of the bending fracture limit;
A fracture prediction device comprising:
任意の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、
前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する第1実験結果取得部と、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、前記穴広げ率λを、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換し、
前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、前記曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する第1変換部と、
前記試験片の各々についての前記破断限界ひずみεt、前記破断限界ひずみεb、前記曲げ角度αb、及び前記曲げ角度αhに基づいて、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する関係取得部と、
前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、
前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する第2実験結果取得部と、
前記穴広げ率λ’を、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換し、
前記曲げ角度αb’を、前記曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する第2変換部と、
前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、前記破断限界ひずみεt’及び前記破断限界ひずみεb’の比、並びに前記曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する曲げ破断限界取得部と、
予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する破断予測部と、
を含む破断予測装置。 A fracture prediction device that predicts bending fracture from a punched edge of a thin plate of a metal material using a finite element method,
A bending test is performed to obtain a bending angle αh at the bending fracture limit for each of a plurality of test pieces which are thin plates of a metal material having an arbitrary plate thickness and each of which has a punched end with a different punching clearance;
For each of the test pieces under the same conditions as the plurality of test pieces, a hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test;
a first experimental result acquisition unit that acquires a bending angle αb of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a test piece having any plate thickness and that does not have a punched end;
For each of the plurality of test pieces and test pieces under the same conditions, the hole expansion ratio λ is converted into a fracture limit strain εt of a hole edge element of the punched hole,
A first conversion unit converts the bending angle αb into a fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bend of the element at the bend top for a base material that is a test piece having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end;
a relationship acquiring unit that acquires a relationship between a ratio of the fracture limit strain ε to the fracture limit strain ε and a ratio of the bending angle α to the bending angle α based on the fracture limit strain ε, the fracture limit strain ε, the bending angle α, and the bending angle α for each of the test pieces;
For a thin plate of a metal material to be predicted having the arbitrary plate thickness and having a punched end, a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test;
a second experimental result acquisition unit that acquires a bending angle αb′ of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a thin plate of the metal material having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end;
The hole expansion ratio λ ′ is converted into a fracture limit strain ε t ′ of a hole edge element of the punched hole,
a second conversion unit that converts the bending angle α′ into a fracture limit strain ε′ of the bending outer surface layer of the element at the bend crest;
a bending fracture limit acquisition unit that acquires a bending angle αh' of the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, the ratio of the fracture limit strain εt' and the fracture limit strain εb', and the bending angle αb';
a fracture prediction unit that predicts bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model that represents the thin plate of the metal material having a punched end, with the bending angle αh' of the bending fracture limit;
A fracture prediction device comprising:
特定の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、
前記特定の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する第1実験結果取得部、
前記試験片の各々についての前記穴広げ率λ、前記曲げ角度αh、及び前記曲げ角度αbに基づいて、前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する関係取得部、
前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、
前記特定の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する第2実験結果取得部、
前記穴広げ率λ及び前記曲げ角度αbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、並びに前記穴広げ率λ’及び前記曲げ角度αb’の比から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する曲げ破断限界取得部、及び
予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する破断予測部
としてコンピュータを機能させるための破断予測プログラム。 A fracture prediction program for predicting bending fracture from a punched edge of a thin plate of a metal material using the finite element method,
A bending test is performed to obtain a bending angle αh at the bending fracture limit for each of a plurality of test pieces, each of which is a thin plate of a metal material having a specific plate thickness and has a punched end with a different punching clearance;
For each of the test pieces under the same conditions as the plurality of test pieces, a hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test;
a first experimental result acquisition unit that acquires a bending angle αb of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a test piece having the specific plate thickness and that does not have a punched end;
a relationship acquisition unit that acquires a relationship between a ratio of the hole expansion ratio λ to the bending angle αb and a ratio of the bending angle αh to the bending angle αb based on the hole expansion ratio λ, the bending angle αh, and the bending angle αb for each of the test pieces;
For a thin plate of a metal material to be predicted having the specific plate thickness and having a punched end, a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test;
a second experiment result acquisition unit that acquires a bending angle αb′ of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a thin plate of the metal material having the specific plate thickness and that does not have a punched end;
a bending fracture limit acquisition unit that acquires the bending angle αh' of the bending fracture limit from the relationship between the ratio of the hole expansion ratio λ and the bending angle αb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, and the ratio of the hole expansion ratio λ' and the bending angle αb'; and a fracture prediction unit that predicts bending fracture of the element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model that represents the thin plate of the metallic material having a punched end.
任意の板厚を有する金属材料の薄板である複数の試験片であって、各々打ち抜きクリアランスが異なる打抜き端を有する複数の試験片の各々について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αhを取得し、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λを取得し、
前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αbを取得する第1実験結果取得部、
前記複数の試験片と同一条件の試験片の各々について、前記穴広げ率λを、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεtに変換し、
前記任意の板厚であり、打抜き端を有しない試験片である母材について、前記曲げ角度αbを、曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεbに変換する第1変換部、
前記試験片の各々についての前記破断限界ひずみεt、前記破断限界ひずみεb、前記曲げ角度αb、及び前記曲げ角度αhに基づいて、前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係を取得する関係取得部、
前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打ち抜き端を有する前記金属材料の薄板について、穴広げ試験により前記打抜き端に対応する打ち抜き穴の穴広げ率λ’を取得し、
前記任意の板厚である予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有しない前記金属材料の薄板である母材について、曲げ試験により曲げ破断限界の曲げ角度αb’を取得する第2実験結果取得部、
前記穴広げ率λ’を、前記打ち抜き穴の穴縁要素の破断限界ひずみεt’に変換し、
前記曲げ角度αb’を、前記曲げ頂部の要素の曲げ外表層の破断限界ひずみεb’に変換する第2変換部、
前記破断限界ひずみεt及び前記破断限界ひずみεbの比と、前記曲げ角度αh及び前記曲げ角度αbの比との関係、前記破断限界ひずみεt’及び前記破断限界ひずみεb’の比、並びに前記曲げ角度αb’から、曲げ破断限界の曲げ角度αh’を取得する曲げ破断限界取得部、及び
予測対象の金属材料の薄板であって、打抜き端を有する前記金属材料の薄板を表す有限要素モデルを用いた変形解析中の逐次変化する、前記打抜き端部の要素の曲げ角度αと、前記曲げ破断限界の曲げ角度αh’とを比較して、前記打抜き端部の要素の曲げ破断を予測する破断予測部
としてコンピュータを機能させるための破断予測プログラム。 A fracture prediction program for predicting bending fracture from a punched edge of a thin plate of a metal material using the finite element method,
A bending test is performed to obtain a bending angle αh at the bending fracture limit for each of a plurality of test pieces which are thin plates of a metal material having an arbitrary plate thickness and each of which has a punched end with a different punching clearance;
For each of the test pieces under the same conditions as the plurality of test pieces, a hole expansion ratio λ of the punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test;
a first experimental result acquisition unit that acquires a bending angle αb of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a test piece having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end;
For each of the plurality of test pieces and test pieces under the same conditions, the hole expansion ratio λ is converted into a fracture limit strain εt of a hole edge element of the punched hole,
a first conversion unit for converting the bending angle αb into a fracture limit strain εb of the outer surface layer of the bend of the element at the bend top for a base material that is a test piece having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end;
a relationship acquiring unit that acquires a relationship between a ratio of the fracture limit strain ε to the fracture limit strain ε and a ratio of the bending angle α to the bending angle α based on the fracture limit strain ε, the fracture limit strain ε, the bending angle α, and the bending angle α for each of the test pieces;
For a thin plate of a metal material to be predicted having the arbitrary plate thickness and having a punched end, a hole expansion ratio λ' of a punched hole corresponding to the punched end is obtained by a hole expansion test;
a second experiment result acquisition unit that acquires a bending angle αb′ of a bending fracture limit by a bending test for a base material that is a thin plate of the metal material having the arbitrary plate thickness and that does not have a punched end;
The hole expansion ratio λ ′ is converted into a fracture limit strain ε t ′ of a hole edge element of the punched hole,
a second conversion unit that converts the bending angle α′ into a fracture limit strain ε′ of the bending outer surface layer of the element at the bend crest;
a bending fracture limit acquisition unit that acquires a bending fracture limit bending angle αh' from the relationship between the ratio of the fracture limit strain εt and the fracture limit strain εb and the ratio of the bending angle αh and the bending angle αb, the ratio of the fracture limit strain εt' and the fracture limit strain εb', and the bending angle αb'; and a fracture prediction unit that predicts bending fracture of an element at the punched end by comparing the bending angle α of the element at the punched end, which changes sequentially during deformation analysis using a finite element model that represents a thin plate of a metallic material having a punched end.
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