(57)【要約】【課題】縦方向に圧縮荷重が印加された場合に縦方向において脆性破壊を生じて該脆性破壊のシミュレーションができる脆性破壊モデルの作成方法を提供する。【解決手段】Ｓ１０ではコンピュータ１０にテストピースの異なる圧縮速度毎の圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を入力する。Ｓ２０ではコンピュータ１０が圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を外挿及び内挿補間して、前記圧縮速度以外の前記ＦＥＭ要素群の物性として演算する。ＦＥＭシェル要素毎の表面積の総和とＦＥＭシェル要素の板厚値と質量密度とを乗じた値を、実測した前記テストピースの質量に釣り合わせる。Ｓ４０では、コンピュータ１０に縦列のＦＥＭシェル要素群よりも先に横列のＦＥＭシェル要素群の破断が生ずるように縦列及び横列のＦＥＭシェル要素群の板厚値及び圧縮破断歪みの少なくともいずれか一方を補正入力する。【選択図】図４
2014006721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを使用する脆性破壊モデルの作成方法であって、
前記コンピュータに脆性破壊を起こす対象物のテストピースに関して得られた異なる圧縮速度毎の圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を、鉛直方向へ伸びる複数の縦列のＦＥＭシェル要素群の間を横列のＦＥＭシェル要素群で架橋した構成のＦＥＭ要素群における物性として入力する第１ステップと、
前記コンピュータが、前記圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を外挿及び内挿補間して、前記圧縮速度以外の前記ＦＥＭ要素群の物性として演算する第２ステップと、
前記コンピュータが、前記ＦＥＭシェル要素毎の表面積の総和と前記ＦＥＭシェル要素の板厚値と質量密度とを乗じた値を、実測した前記テストピースの質量に釣り合わせる第３ステップと、
前記コンピュータに、前記縦列のＦＥＭシェル要素群よりも先に横列のＦＥＭシェル要素群の破断が生ずるように前記縦列及び横列のＦＥＭシェル要素群の前記板厚値及び圧縮破断歪みの少なくともいずれか一方を補正入力する第４ステップを含むことを特徴とする脆性破壊モデルの作成方法。
【請求項２】
前記第１〜第４ステップを実行して作成された脆性破壊モデルを規定するデータを前記コンピュータに記憶する第５ステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の脆性破壊モデルの作成方法。
【請求項３】
前記第１ステップでは、前記圧縮応力−歪み実測値が、ヤング率が補正された圧縮応力−歪み実測値であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の脆性破壊モデルの作成方法。
【請求項４】
前記第１ステップでは、前記圧縮破断歪み実測値が、補正された圧縮破断歪み実測値であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の脆性破壊モデルの作成方法。
【請求項５】
前記縦列のＦＥＭシェル要素群が複数の四辺形シェル要素を節点で連結してなる四角筒部の群を含むとともに、前記横列のＦＥＭシェル要素群が四辺形シェル要素を連結してなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の脆性破壊モデルの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性破壊モデルの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、積雪地帯では車両の走行時に、タイヤの後方に位置するボデー外装部品下面に前記タイヤが跳ね上げた雪が付着してそのまま氷となることがある。この状態で、車両が通行路の高低差がある段差を通過する時に、段差の高い所から高さが低い所にタイヤが移動すると、前記氷が段差の高い所に衝突して、前記氷の上部が前記ボデー外装部品下面に衝撃を与えることがある。
【０００３】
前記の場合は、車両の着氷についての現象であるが、物に着氷した場合に、着氷した物が他の物に対して、氷を介して当たった場合、その着氷された物の変形、破損の度合いを、予めシミュレーションできれば、物の耐衝撃性の向上等に資することができる。
【０００４】
特許文献１では、車両の衝突解析を行う場合、衝撃吸収体をシェル要素でハニカム構造によりモデル化して、衝撃吸収体の衝突解析を行うことが開示されている。
特許文献５では、氷とゴム材との接触シミュレーション方法が提案され、この中で、氷モデルについて開示されている。
【０００５】
なお、特許文献２乃至特許文献４は、本願出願時の有限要素法を利用するための物のモデル作成方法、モデル化法等が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５３８０７号公報
【特許文献２】特開２００１−２８２８７３号公報
【特許文献３】特開２００３−３２０８２４号公報
【特許文献４】特開平９−９１４６９号公報
【特許文献５】特開２００４−２５９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述のようなシミュレーションを行うためには氷をモデル化して行う方が、実試験で行うよりも、手間などが削減できるため好ましい。
なお、氷を圧縮した場合、条件によって延性破壊、或いは脆性破壊を起こすことが知られている。特に、従来は、氷又は氷と同様に圧縮荷重が印加された際に脆性破壊がされるものについてのモデルがなく、このような脆性破壊モデルを利用して有限要素法（Finite Element Method）で解析を行うことは提案されていない。なお、特許文献１の衝撃吸収体のモデルは、シェル要素でハニカム構造を構成しているため、氷を圧縮したときの脆性破壊を再現するものとはならない。また、特許文献５で開示された氷モデルは、厚さ、幅、長さを有する矩形状の氷板を、小さな６面体ソリッド要素で分割することにより、モデル化されている。このモデルは、圧縮時に氷全体が、縦割りが行われるように想定されたモデルとはなっておらず、脆性破壊モデルとはならない。
【０００８】
本発明の目的は、縦方向に圧縮荷重が印加された場合に縦方向において脆性破壊を生じて該脆性破壊のシミュレーションができる脆性破壊モデルの作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１の発明は、コンピュータを使用する脆性破壊モデルの作成方法であって、前記コンピュータに脆性破壊を起こす対象物のテストピースに関して得られた異なる圧縮速度毎の圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を、鉛直方向へ伸びる複数の縦列のＦＥＭシェル要素群の間を横列のＦＥＭシェル要素群で架橋した構成のＦＥＭ要素群における物性として入力する第１ステップと、前記コンピュータが、前記圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を外挿及び内挿補間して、前記圧縮速度以外の前記ＦＥＭ要素群の物性として演算する第２ステップと、前記コンピュータが、前記ＦＥＭシェル要素毎の表面積の総和と前記ＦＥＭシェル要素の板厚値と質量密度とを乗じた値が、実測した前記テストピースの質量と釣り合わせる第３ステップと、前記コンピュータに、前記縦列のＦＥＭシェル要素群よりも先に横列のＦＥＭシェル要素群の破断が生ずるように前記縦列及び横列のＦＥＭシェル要素群の前記板厚値及び圧縮破断歪みの少なくともいずれか一方を補正入力する第４ステップを含むことを特徴とする脆性破壊モデルの作成方法を要旨としている。なお、ＦＥＭは、有限要素法（Finite Element Method）の略である。
【００１０】
請求項２の発明は、前記第１〜第４ステップを実行して作成された脆性破壊モデルを規定するデータを前記コンピュータに記憶する第５ステップを備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記第１ステップでは、前記圧縮応力−歪み実測値が、ヤング率が補正された圧縮応力−歪み実測値であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２において、前記第１ステップでは、前記圧縮破断歪み実測値が、補正された圧縮破断歪み実測値であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項において、前記縦列のＦＥＭシェル要素群が複数の四辺形シェル要素を節点で連結してなる四角筒部の群を含むとともに、前記横列のＦＥＭシェル要素群が四辺形シェル要素を連結してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、縦方向に圧縮荷重が印加された場合に縦方向において脆性破壊を生じて該脆性破壊のシミュレーションができる脆性破壊モデルの作成方法を提供することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、脆性破壊モデルを規定するデータが記憶されることにより、この脆性破壊モデルを再構成してシミュレータを行うことが可能となる。
請求項３の発明によれば、テストピースから得られたヤング率が補正されていることにより、脆性破壊モデルの圧縮時の脆性破壊時期を変えることができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、圧縮破断歪み実測値が補正されていることにより、脆性破壊モデルの圧縮時の脆性破壊時期を変えることができる。
請求項５の発明によれば、縦列のＦＥＭシェル要素群が複数の四辺形シェル要素を節点で連結してなる四角筒部の群からなるとともに、前記横列のＦＥＭシェル要素群が四辺形シェル要素を連結してなることにより、請求項１の発明の脆性破壊モデルを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】脆性破壊モデルの概略斜視図。
【図２】（ａ）は脆性破壊モデルの縦列のＦＥＭシェル要素群の概略斜視図、（ｂ）は横列のＦＥＭシェル要素群の概略斜視図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、真応力−真歪み曲線図、（ｃ）は相当応力−相当塑性歪み曲線図。
【図４】（ａ）は脆性破壊モデル作成装置の概略ブロック図、（ｂ）は脆性破壊モデルの作成フローチャート。
【図５】（ａ）はテストピースの圧縮する前の状態の概略説明図、（ｂ）は脆性破壊モデルを圧縮する前の状態の説明図。
【図６】（ａ）はテストピースの圧縮したときに脆性破壊が生じた状態の概略説明図、（ｂ）は脆性破壊モデルを圧縮したときに脆性破壊が生じた状態の説明図。
【図７】氷のテストピースを圧縮試験したときに得られた荷重と変位の特性図。
【図８】相当応力−相当塑性歪みの曲線図。
【図９】テストピースの荷重−時間曲線図。
【図１０】テストピースと脆性破壊モデルの荷重−時間曲線図
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、モデルを氷とした場合の適用例の説明図。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は比較例のモデルの概念図。
【図１３】他の実施形態の脆性破壊モデルの概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態の脆性破壊モデルの作成方法を図１〜図１２を参照して説明する。
図４に示すように本実施形態の脆性破壊モデルの作成方法に使用する脆性破壊モデル作成装置を示している。本装置のコンピュータ１０は、図示はしないが、演算処理を行うＣＰＵと、このＣＰＵの処理手順などが予め記憶されているＲＯＭと、前記ＣＰＵの作業用メモリとなるＲＡＭ、及びハードディスク等の不揮発性の記憶装置を備えている。また、コンピュータ１０には、各種コマンド入力、及び各種データ入力を行うためのキーボート、マウス等の入力部１２を備えるとともに、コンピュータが演算した結果を出力するためのディスプレイ、プリンタ等の出力部１４を備える。この装置により、有限要素法を利用した脆性破壊モデルの作成及び各種の解析が行われる。
【００１７】
次に、本実施形態では、前記コンピュータ１０により圧縮時に脆性破壊が行われる物のテストピースの脆性破壊モデルを作成する。
圧縮時に脆性破壊をする脆性破壊モデルの対象は、例えば、陶器、コンクリート、ガラス、氷等がある。なお、物によっては歪み速度、すなわち圧縮速度によって延性破壊を起こす場合と脆性破壊を起こす場合がある。
【００１８】
例えば、氷は、歪み速度に応じて延性破壊を起こす場合と、脆性破壊を起こす場合があり、歪み速度が大きいと脆性破壊を生ずることが知られている。このため、氷等のように圧縮速度によって脆性破壊又は延性破壊を生ずる場合は、脆性破壊を生ずる圧縮速度を選択する。
【００１９】
（脆性破壊モデルの対象物の物性データの取得）
次に、脆性破壊モデルの対象物に関する物性データの取得について説明する。
脆性破壊モデルの対象物が氷の場合、テストピースが環境温度により溶けない温度にするため氷点下の温度で圧縮試験を行う。なお、脆性破壊モデルの対象物が氷でない場合には、環境温度は、常温でよい。
【００２０】
図５（ａ）に示すように公知の圧縮試験機５０のクロスヘッド５２とテーブル５４の間に脆性破壊モデルの対象物のテストピース４０を挟み込みした状態にして、圧縮試験機５０を作動させる。このことにより、図６（ａ）に示すように、脆性破壊が生ずるまでのテストピース４０に掛かる負荷（荷重）と変位、及び脆性破壊が生じたときの破断歪み（圧縮破断歪み実測値）を取得する。このときの負荷（荷重）と変位が、それぞれ公称応力と、公称歪みとなる。
【００２１】
本実施形態では、テストピース４０に対する圧縮試験機５０の圧縮速度を、複数の異なる速度でおこなって、それぞれの圧縮速度でテストピース４０の公称応力σｎ及び公称歪みεｎを取得するとともに脆性破壊が生じたときの破断歪み（圧縮破断歪み実測値）を取得する。
【００２２】
次に、上記のように得られた公称応力σｎと公称歪みεｎから下記式（１）及び式（２）に基づいてそれぞれ、真歪みεｔｒｕｅと真応力σｔｒｕｅを算出する。
εｔｒｕｅ＝ｌｎ（１＋εｎ）        ……（１）
σｔｒｕｅ＝σｎ（１＋εｎ）        ……（２）
さらに、図３（ａ）に示すように、この真応力σｔｒｕｅと真歪みεｔｒｕｅのグラフから、それぞれの圧縮速度におけるヤング率Ｅ及び降伏応力を求める。なお、脆性破壊の場合、降伏応力は破壊強度となる。
【００２３】
次に、相当応力σと相当塑性歪みεを式（３）、式（４）から求め、グラフ化する。
ε＝εｔｒｕｅ−σｔｒｕｅ／Ｅ    ……（３）
σ＝σｔｒｕｅ                    ……（４）
図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、式（３）に基づいて、図３（ｂ）で示されている真応力−真歪み曲線Ａが、図３（ｃ）の相当応力−相当塑性歪み曲線Ｂに変わるところを示している。
【００２４】
この相当応力−相当塑性歪み曲線Ｂは、圧縮で使用し、引っ張りでは使用しないため、図３（ｃ）に示すように、プラス値であったものをマイナス値にして、これをテストピースの物性データとして使用する。相当応力−相当塑性歪み曲線は圧縮応力−歪み実測値に相当する。
【００２５】
（実施形態の作用：脆性破壊モデルの作成）
次に上記脆性破壊モデルの作成を図４（ｂ）のフローチャートに従って説明する。なお、前述したテストピースの物性の取得が行われて、テストピースの物性データが得られているものとする。
【００２６】
Ｓ１０では、概略すると、作業者は、コンピュータ１０に対して脆性破壊モデルの作成及び物性データ等の入力を行う。
本実施形態の脆性破壊モデルを図１、及び図２（ａ）、図２（ｂ）を参照して説明する。図１に示すように、脆性破壊モデルのＦＥＭ要素群は、縦列の複数のＦＥＭシェル要素群１００と、横列の複数のＦＥＭシェル要素群２００からなる。縦列のＦＥＭシェル要素群１００は、図２（ａ）に示すように、４つの四角板形状のシェルＳにて形成されるとともに上下端を開放する四角筒部１０４が縦に複数個連結された筒部体１０６と、モデルの外周に配置された筒部体１０６の横に連結され、又は独立して配置された縦連結シェル体１０８を含む。縦連結シェル体１０８は、四角板形状のシェルＳが縦に複数個連結されている。なお、ＦＥＭシェル要素群１００及び後述するＦＥＭシェル要素群２００を構成している四角板状のシェルＳは、同一の大きさを有するものも、異なる大きさを有するものも、説明の便宜上、同一符号を付すものとする。
【００２７】
前記筒部体１０６は、平面視した場合、相互に直交する方向において、１つ置きに点在配置されている。また、縦連結シェル体１０８は、モデルの外形形状を形成するために設けられている。本実施形態では、筒部体１０６の各四角筒部１０４の高さ（鉛直方向長さ）は同じにするとともに、縦連結シェル体１０８の各シェルの高さ（鉛直方向長さ）を同じにしている。なお、鉛直方向の各層の高さは、同じにしてもよく、或いは層毎に異なる高さとしてもよい。
【００２８】
このようにして、本実施形態では、前記筒部体１０６及び縦連結シェル体１０８の鉛直方向（高さ方向）の各層における前記筒部体１０６及び縦連結シェル体１０８のシェルの節点は、同じ高さすなわち、同一平面上に位置するように配置されている。
【００２９】
なお、必ずしも、各層の前記筒部体１０６及び縦連結シェル体１０８のシェルの節点は同じ高さにする必要はなく、例えば、共通の斜面上に配置するようにしてもよい。
図２（ｂ）に示すように、横列のＦＥＭシェル要素群２００は、各層において四角板状のシェルＳが、前記縦列の筒部体１０６において隣接するもの同士を架橋するように、各層の各四角筒部１０４の上下両端の節点に連結されている。図２（ｂ）では、最上層における横列のＦＥＭシェル要素群２００のシェルＳを明示するため、ハッチングで描かれた部分で示している。また、最上層を除く下方の層は二点鎖線で概略の鉛直方向の位置関係を示している。本実施形態において、四角板状のシェルＳは、四辺形シェル要素の例である。
【００３０】
本実施形態において、縦列の筒部体１０６において隣接するもの同士を架橋するとは、図２（ａ）に示すように、Ｐ位置の筒部体１０６に対して、その３６０度の周囲に隣接したＰ１〜Ｐ８位置の筒部体１０６が、図２（ｂ）に示すようにシェルＳにより架橋されていることを意味している。図２（ｂ）において、Ｐ，Ｐ１〜Ｐ８は、図２（ａ）におけるＰ，Ｐ１〜Ｐ８の筒部体１０６の位置を示している。
【００３１】
また、モデル周辺部の縦連結シェル体１０８の各層のシェルＳに対しては、ＦＥＭシェル要素群２００において各層のシェルＳの節点に適宜連結されている。
なお、縦連結シェル体１０８は、本実施形態ではモデルの周辺形状を規定するものであるが、前記筒部体１０６の配置状態によっても代替することができるため、省略してもよい。
【００３２】
なお、上記脆性破壊モデルの全体の形状は、図１では円柱状にしているが、円柱状に限定するものではなく、脆性破壊モデル全体の形状は、テストピースの形状に相似した形状でよい。従って、テストピースの形状が断面多角形の柱状、円錐、四角柱、四角錐などの立体形状であれば、その形状に相似するモデルの形状とすればよい。
【００３３】
本実施形態では、シェルＳを四角板状としているが、縦列のＦＥＭシェル要素群間を横列のＦＥＭシェル要素群２００で架橋できる形状であれば、四角板状に限定するものではない。
【００３４】
従って、Ｓ１０では、作業者は、図４（ａ）に示されている脆性破壊モデル作成装置の入力部１２を使用して、モデルの作成に必要な種々の情報、例えば、脆性破壊モデルの形状、大きさ、総要素数、要素サイズ等をコンピュータ１０に入力する。前記要素サイズでは、要素の板厚を含む。
【００３５】
なお、前記要素サイズの中には、ＦＥＭシェル要素群１００のシェルＳの板厚及びＦＥＭシェル要素群２００のシェルＳの板厚があり、この場合、ＦＥＭシェル要素群２００のシェルＳの板厚は、ＦＥＭシェル要素群１００板厚よりも小さい値にして入力する。
【００３６】
また、作業者は、ＦＥＭシェル要素群２００のシェルＳの破壊塑性歪みを、ＦＥＭシェル要素群１００の破壊塑性歪みよりも小さい値にしてそれぞれコンピュータ１０に入力する。ここで、ＦＥＭシェル要素群２００のシェルＳの板厚及び破壊塑性歪みを、ＦＥＭシェル要素群１００のシェルＳの板厚及び破壊塑性歪みよりも小さい値にするのは、縦方向に脆性破壊を生じやすくするためである。
【００３７】
また、作業者は、入力部１２を使用して、コンピュータ１０に仮想のポアソン比及び脆性破壊モデルの仮想の質量密度を入力する。
また、Ｓ１０では、作業者は、異なる圧縮速度で得られた前記テストピースの物性データ、すなわち、質量、相当応力−相当塑性歪み曲線（圧縮応力−歪み実測値）、及び破断歪み（圧縮破断歪み実測値）をコンピュータ１０に入力する。
【００３８】
さらに、有限要素法を使用するために、脆性破壊モデルの境界条件（例えば、上下両端を拘束する拘束条件及び荷重条件）を入力する。前記荷重条件には、圧縮速度が含まれる。
【００３９】
Ｓ２０では、コンピュータ１０は、Ｓ１０で入力された、前記脆性破壊モデル及び各種データに基づいて、各圧縮速度における前記相当応力−相当塑性歪み曲線（圧縮応力−歪み実測値）、及び破断歪み（圧縮破断歪み実測値）に基づいて、前記圧縮速度以外の圧縮速度について、外挿及び内挿補間する。この、外挿及び内挿補間は公知の方法であるため、説明を省略する。
【００４０】
さらに、コンピュータ１０は、前記入力されたＦＥＭシェル要素群１００の総和面積及びＦＥＭシェル要素群２００の総和面積をそれぞれ算出する。
また、コンピュータ１０は、ＦＥＭシェル要素群１００の総和面積と板厚と質量密度を乗じてＦＥＭシェル要素群１００の質量を算出するとともに、ＦＥＭシェル要素群２００の総和面積と板厚と質量密度を乗じてＦＥＭシェル要素群２００の質量を算出し、両者の合計質量を脆性破壊モデルの質量とする。そして、コンピュータ１０は、その脆性破壊モデルの質量を、テストピースの質量に釣り合わせるように補正する。補正は、例えば、質量密度、板厚等を修正することにより行う。なお、この場合にも、ＦＥＭシェル要素群２００のシェルＳの板厚とＦＥＭシェル要素群１００のシェルＳの板厚の大小関係はくずさないものとする。
【００４１】
次に、コンピュータ１０は、前記入力された各種データに基づいて作成された前記脆性破壊モデルを前記境界条件の下で圧縮してシミュレートを行い、当該境界条件の下での荷重（反力）−時間カーブを作成し、出力部１４（例えばディスプレイ）に出力する。
【００４２】
Ｓ３０では、作業者は、出力された荷重（反力）−時間カーブが、テストピースを下にして得られた荷重（反力）−時間カーブとの相違が大きければ、「ＮＯ」と判定して、Ｓ４０で、入力部１２から補正入力を行う。補正入力では、例えば、縦列及び横列のＦＥＭシェル要素群の板厚値を増加、或いは減少させることを含む。又、圧縮破断歪みを補正してもよい。また、縦列及び横列のＦＥＭシェル要素群の板厚値及び圧縮破断歪みをともに補正するようにしてもよい。この後、Ｓ２０の処理をコンピュータ１０に行わせる。
【００４３】
Ｓ３０において、作業者は、出力された荷重（反力）−時間カーブが、テストピースを下にして得られた荷重（反力）−時間カーブとの相違が少なければ、適正な脆性破壊モデルが作成されたとして、作業者は、Ｓ５０において、前記作成した脆性破壊モデルを規定する各種データを、コンピュータ１０の図示しない記憶装置に記憶させた後、この作業を終了する。
【００４４】
上記のように作成された脆性破壊モデルは、例えば、図１１（ａ）に示すように、車両のタイヤＴの後方に位置するボデー外装部品Ｍ下面にタイヤＴが跳ね上げた雪が付着してそのまま氷となった場合を脆性破壊モデルＭＤとして設けることができる。
【００４５】
この場合、図１１（ｂ）に示すように、車両が通行路の高低差がある段差Ｄを通過する時に、段差Ｄの高い所から高さが低い所にタイヤＴが移動すると、前記脆性破壊モデルＭＤが段差の高い所に衝突して、前記脆性破壊モデルＭＤの上部が前記ボデー外装部品下面に衝撃を与える場合のシミュレーションが可能となる。
【００４６】
なお、モデルとして、図１２（ａ）に示すように、シェル要素Ｓｈでハニカム構造とした場合、或いは、図１２（ｂ）に示すように、ソリッド要素Ｓ０で構成した場合は、縦割りが生じないため、共に鉛直方向に、すなわち，縦割りが生じて脆性破壊することは難しいものとなる。
【００４７】
本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）  本実施形態のコンピュータを使用する脆性破壊モデルの作成方法では、第１ステップ（Ｓ１０）においては、コンピュータ１０に脆性破壊を起こす対象物のテストピースに関して得られた異なる圧縮速度毎の圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を、鉛直方向へ伸びる複数の縦列のＦＥＭシェル要素群１００の間を横列のＦＥＭシェル要素群２００で架橋した構成のＦＥＭ要素群における物性として入力する。また、第２ステップ（Ｓ２０）として、コンピュータ１０が、前記圧縮応力−歪み実測値及び圧縮破断歪み実測値を外挿及び内挿補間して、前記圧縮速度以外の前記ＦＥＭ要素群の物性として演算する。さらに、第３ステップ（Ｓ２０）として、コンピュータ１０が、ＦＥＭシェル要素毎の表面積の総和とＦＥＭシェル要素の板厚値と質量密度とを乗じた値を、実測した前記テストピースの質量に釣り合わせる。
【００４８】
そして、第４ステップ（Ｓ４０）として、コンピュータ１０に、縦列のＦＥＭシェル要素群１００よりも先に横列のＦＥＭシェル要素群２００の破断が生ずるように縦列及び横列のＦＥＭシェル要素群の板厚値及び圧縮破断歪みの少なくともいずれか一方を補正入力する。この結果、本実施形態によれば、縦方向に圧縮荷重が印加された場合に縦方向において脆性破壊を生じて該脆性破壊のシミュレーションができる脆性破壊モデルの作成方法を提供することができる。
【００４９】
（２）  本実施形態の脆性破壊モデルの作成方法では、第５ステップ（Ｓ５０）として、第１〜第４ステップを実行して作成された脆性破壊モデルを規定するデータをコンピュータ１０に記憶する。この結果、本実施形態によれば、脆性破壊モデルを規定するデータが記憶されることにより、この脆性破壊モデルを再構成してシミュレータを行うことが可能となる。
【００５０】
（３）  脆性破壊モデルの作成方法では、縦列のＦＥＭシェル要素群１００が複数の四辺形シェル要素を節点で連結してなる四角筒部１０４の群を含むとともに、横列のＦＥＭシェル要素群２００が四角板状のシェルＳ（四辺形シェル要素）を連結してなることにより、上記（１）の脆性破壊モデルを容易に実現することができる。
【００５１】
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・  前記実施形態では、ヤング率をそのまま使用するようにしたが、ヤング率を補正してもよい。補正の仕方は補正倍数を乗算したり、所定値を加算又は減算することにより行うことができる。この補正後のヤング率を使用することにより、ヤング率が補正された圧縮応力−歪み実測値を使用することになる。このようにすると、テストピースから得られたヤング率が補正されていることにより、脆性破壊モデルの圧縮時の脆性破壊時期を変えることができる。
【００５２】
・  前記実施形態では、破断歪み（圧縮破断歪み実測値）をそのまま使用するようにしたが、第１ステップにおいて、圧縮破断歪み実測値が、補正された圧縮破断歪み実測値としてもよい。このように、圧縮破断歪み実測値が補正されていることにより、脆性破壊モデルの圧縮時の脆性破壊時期を変えることができる。
【００５３】
・  前記実施形態の脆性破壊モデルでは、縦列のＦＥＭシェル要素群１００において、上下端を開放する四角筒部１０４が縦に複数個連結された筒部体１０６は、隣接する他の筒部体１０６とは間隔を置いて配置されるとともに、横列のＦＥＭシェル要素群２００のシェルＳを介して、隣接する他の筒部体１０６の四角筒部と連結するように配置したが、脆性破壊モデルは前記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、図１３に示すように、各筒部体１０６を、四角筒部１０４が一列の升目状に連接された構成にする。そして、ＦＥＭシェル要素群２００により、間隔を置いて配置された各列の筒部体１０６間を、上下に各層配置した複数のＦＥＭシェル要素群２００にて連結する。なお、図１３において、最上層のＦＥＭシェル要素群２００では、シェルＳの一部をハッチングで示し、残りを仮想線で示すとともに、最上層から下層のＦＥＭシェル要素群２００を、仮想線で示す。
【００５５】
また、図示はしないが、各筒部体１０６を、四角筒部１０４が一列の升目状以外に、二列以上の升目状としても良いことをもちろんのことである。
・  前記実施形態において、氷以外の陶器、コンクリート、ガラス等の脆性破壊モデルとして使用することはもちろんのことである。
【００５６】
（実施例）
次に、実施例を図５〜１０を参照して説明する。本実施例は、図１、図２に示す脆性破壊モデルの実施例である。まず、円柱状の氷のテストピース４０（上下高さ：１００ｍｍ、直径：４０ｍｍ）を作成し、図５（ａ）に示す圧縮試験機５０のテーブル５４と５２間にテストピース４０を挟み込みして、４つの異なる圧縮速度で、テストピース４０を圧縮して脆性破壊を生じさせて、各圧縮速度における変位と荷重を取得した。なお、圧縮試験は、環境温度−１５℃で行った。また、圧縮速度は、１０ｍｍ／ｍｉｎ，５０ｍｍ／ｍｉｎ、５００ｍｍ／ｍｉｎ及び１０００ｍｍ／ｍｉｎで行った。このとき得られた荷重−変位曲線（Ｆ−Ｓ線図）を図７に示す。
【００５７】
取得したデータに基づいて、各圧縮速度の真応力と真歪みのグラフを作成し、このグラフに基づいて、各圧縮速度のヤング率と降伏応力を求めた。
取得した各圧縮速度の真応力と真歪みのグラフから、相当応力−相当塑性歪み（圧縮応力−歪み実測値）曲線を求めた（図８参照）。
【００５８】
次に、コンピュータ１０にこれらの物性データを入力するとともに、図１、図２のモデルの作成のために、実施形態で説明した、Ｓ１０の入力を行った。
Ｓ１０で入力した値は下記の通りである。
【００５９】
要素サイズ（メッシュサイズ）は３ｍｍ×３ｍｍの四角板状とし、脆性破壊モデルの大きさは鉛直方向の長さ（上下長さ）を、１００ｍｍ、直径を４０ｍｍの円柱とした。
ＦＥＭシェル要素群１００の板厚を６．０ｍｍとし、破断歪み（破壊塑性歪み）を０．００９とした。又、ＦＥＭシェル要素群２００の板厚を１．０ｍｍとし、破断歪み（破壊塑性歪み）を０．００５とした。
【００６０】
ポアソン比は、一般的な０．３とし、質量密度は、１．０Ｅ−９とした。
Ｓ２０では、コンピュータ１０により、各圧縮速度における前記相当応力−相当塑性歪み曲線（圧縮応力−歪み実測値）、及び破断歪み（圧縮破断歪み実測値）に基づいて、前記圧縮速度以外の圧縮速度について、外挿及び内挿補間させた。
【００６１】
そして、コンピュータ１０により、前記入力されたＦＥＭシェル要素群１００の総和面積及びＦＥＭシェル要素群２００の総和面積をそれぞれ算出させ、ＦＥＭシェル要素群１００の総和面積と板厚と質量密度を乗じてＦＥＭシェル要素群１００の質量を算出するとともに、ＦＥＭシェル要素群２００の総和面積と板厚と質量密度を乗じてＦＥＭシェル要素群２００の質量を算出し、両者の合計質量を脆性破壊モデルの質量とした。そして、コンピュータ１０は、その脆性破壊モデルの質量を、テストピースの質量に釣り合わせるようにした。
【００６２】
この後、有限要素法により、前記入力された各種データに基づいて作成された前記脆性破壊モデルを前記境界条件の下で圧縮してシミュレートを行い、当該境界条件の下での荷重（反力）−時間カーブを作成し、出力部１４（例えばディスプレイ）に出力させた。
【００６３】
図５（ｂ）は、シミュレートしたときの、圧縮前の脆性破壊モデルを示している。なお、脆性破壊モデルにおいて、説明の便宜上、ＦＥＭシェル要素群１００にはハッチングを施して図示されている。図６（ｂ）は、脆性破壊されたときの状態を示す脆性破壊モデルを示している。このようにして、縦方向において、脆性破壊モデルが脆性破壊されたことが確認できた。
【００６４】
また、図９は、テストピース４０を圧縮速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで行ったときの、荷重（反力）−時間カーブ（荷重−時間曲線）を示している。図１０は、テストピース４０を圧縮速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで行ったときの前記荷重−時間曲線と、脆性破壊モデルにおいて、圧縮速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで行ったときの荷重−時間曲線を合わせて図示したものである。図１０に示すように、脆性破壊モデルと、テストピースの荷重−時間曲線の近似が可能となったことが示されている。
【符号の説明】
【００６５】
Ｓ…シェル、
１０…コンピュータ、１２…入力部、１４…出力部、
１００…ＦＥＭシェル要素群、１０４…四角筒部、１０６…筒部体、
１０８…縦連結シェル体、２００…ＦＥＭシェル要素群。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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