(57)【要約】【課題】構造体における応力−変位曲線の推定システム及び方法において、解析処理の高速化を可能とする。【解決手段】ボイド体積率を考慮して構造体１０１の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定する設計パラメータ設定部２１と、タグチメソッドに基づいて複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する解析条件設定部２２と、直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して構造体１０１における延性破壊の解析を行うことで応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する誤差解析部２３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイド体積率を考慮して構造体の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定する設計パラメータ設定部と、
タグチメソッドに基づいて前記複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する解析条件設定部と、
前記直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して前記構造体における延性破壊の解析を行うことで応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する誤差解析部と、
を有することを特徴とする構造体における応力−変位曲線の推定システム。
【請求項２】
前記設計パラメータ設定部は、ガルソンの構成方程式に基づいた複数の設計パラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載の構造体における応力−変位曲線の推定システム。
【請求項３】
前記誤差解析部は、ＳＮ比が高く、且つ、感度が低い設計パラメータを実験値と比較して応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造体における応力−変位曲線の推定システム。
【請求項４】
前記最適設計パラメータと前記実験値との偏差が許容値未満かどうかを判定する判定部が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の構造体における応力−変位曲線の推定システム。
【請求項５】
ボイド率を考慮して構造体の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定する工程と、
タグチメソッドに基づいて前記複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する工程と、
前記直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して前記構造体における延性破壊の解析を行うことで応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する工程と、
を有することを特徴とする構造体における応力−変位曲線の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体における応力−変位曲線の推定システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造体の延性破壊は、不純物や介在物の粒界の剥離、粒子自体の破壊が生じ、塑性ひずみ応力の増加と共に成長する。そして、このような材料の内部に蓄積している破壊を、材料の内部で増加していくボイド（空孔）とみなし、構造体の剛性低下をモデル化した理論として、ガルソンにより提案された理論がある。
【０００３】
そして、従来における構造体における応力−変位曲線の推定システムとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された結晶性高分子から成る構造体の真応力−対数ひずみ曲線の推定システムは、ボイドが誘発される塑性域の曲線としての真応力−対数塑性ひずみ曲線の降伏後の曲線に任意の傾きを加え、ボイド発生の効果を反映させるフィッティングにより、新たに推定された構成方程式を用いて再度弾塑性モデル解析を行い、解析結果から解析真応力−公称ひずみ曲線と解析体積ひずみ−公称ひずみ曲線を求め、解析値と実測値をそれぞれ比較し、一致したデータより真の真応力−対数塑性ひずみ曲線を構成方程式として採用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３７３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガルソンにより提案された理論、即ち、ボイドを考慮した構成方程式を導き、延性破壊を解析する方法では、初期に設定するパラメータの数が多く、解析条件が多数にわたることから、解析が複雑になるだけでなく、導き出されたパラメータの最適値の精度が不十分となる。そして、上述した特許文献１の結晶性高分子から成る構造体の真応力−対数ひずみ曲線の推定システムにあっても、設定するパラメータの数が多いことから、処理が複雑となってしまう。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、解析処理の高速化を可能とする構造体における応力−変位曲線の推定システム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の構造体における応力−変位曲線の推定システムは、ボイド体積率を考慮して構造体の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定する設計パラメータ設定部と、タグチメソッドに基づいて前記複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する解析条件設定部と、前記直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して前記構造体における延性破壊の解析を行うことで応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する誤差解析部と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
従って、ボイド体積率を考慮して複数の設計パラメータを設定し、タグチメソッドに基づいて直交表を作成して解析条件を設定し、実験値と比較して応力と変位の誤差が最小となる最適設計パラメータを設定するため、解析処理を簡素化して高速化を可能とすることができる。
【０００９】
本発明の構造体における応力−変位曲線の推定システムは、前記設計パラメータ設定部は、ガルソンの構成方程式に基づいた複数の設計パラメータを設定することを特徴としている。
【００１０】
従って、高精度な設計パラメータの水準範囲を設定することができる。
【００１１】
本発明の構造体における応力−変位曲線の推定システムは、前記誤差解析部は、ＳＮ比が高く、且つ、感度が低い設計パラメータを実験値と比較して応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定することを特徴としている。
【００１２】
従って、ＳＮ比と感度を考慮することで最適設計パラメータを高精度に設定することができる。
【００１３】
本発明の構造体における応力−変位曲線の推定システムは、前記最適設計パラメータと前記実験値との偏差が許容値未満かどうかを判定する判定部が設けられることを特徴としている。
【００１４】
従って、判定部は、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満かどうかを判定し、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満ではないと判定されたら、誤差解析部は、再び、応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定しなおすことで、高精度な解析を行うことができる。
【００１５】
また、本発明の構造体における応力−変位曲線の推定方法は、ボイド率を考慮して構造体の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定する工程と、タグチメソッドに基づいて前記複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する工程と、前記直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して前記構造体における延性破壊の解析を行うことで応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１６】
従って、解析処理を簡素化して高速化を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の構造体における応力−変位曲線の推定システム及び方法によれば、ボイド率を考慮して構造体の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定し、タグチメソッドに基づいて各設計パラメータの解析条件を設定し、実験値と比較して応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定するので、解析処理を簡素化して高速化を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る構造体における応力−変位曲線の推定システムを表すブロック図である。
【図２】図２は、構造体における応力−変位曲線の実験データを表す概略図である。
【図３】図３は、タグチメソッドを用いた割付表である。
【図４】図４は、実験値と推定値との誤差を解析する処理を表す概略図である。
【図５】図５は、構造体における応力−変位曲線の推定システムの処理を表すフローチャートである。
【図６】図６は、設計パラメータの水準範囲を表す表である。
【図７】図７は、タグチメソッドを用いた具体的な割付表である。
【図８】図８は、パラメータの水準範囲に対するＳＮ比を表すグラフである。
【図９】図９は、パラメータの水準範囲に対する感度を表すグラフである。
【図１０】図１０は、最適設計パラメータを表す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る構造体における応力−変位曲線の推定システム及び方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の一実施例に係る構造体における応力−変位曲線の推定システムを表すブロック図、図２は、構造体における応力−変位曲線の実験データを表す概略図、図３は、タグチメソッドを用いた割付表、図４は、実験値と推定値との誤差を解析する処理を表す概略図、図５は、構造体における応力−変位曲線の推定システムの処理を表すフローチャート、図６は、設計パラメータの水準範囲を表す表、図７は、タグチメソッドを用いた具体的な割付表、図８は、パラメータの水準範囲に対するＳＮ比を表すグラフ、図９は、パラメータの水準範囲に対する感度を表すグラフ、図１０は、最適設計パラメータを表す表である。
【００２１】
本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定システムは、図１に示すように、実験データ１１が入力されると共に、オペレータによる入力部１２の操作で各種のデータが入力される解析部１３が設けられ、この解析部１３から出力部１４に解析データが出力される。
【００２２】
この解析部１３は、設計パラメータ設定部２１と、解析条件設定部２２と、誤差解析部２３と、判定部２４とを有している。
【００２３】
本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定システム及び方法は、ガルソンの構成方程式に基づいた複数の設計パラメータを設定し、タグチメソッドの手法を用いて実験値と比較して誤差を最小化することで、最適設計パラメータを設定するものである。
【００２４】
この場合、例えば、図２に示すように、構造体１０１に対して予め亀裂１０２を形成し、支持点１０３，１０４が互いに離間するように応力Ｆ１，Ｆ２を作用することで、この構造体１０１を延性破壊する。このとき、応力に対する変位を測定することで、応力−変位曲線の実験値を求めておく。
【００２５】
設計パラメータ設定部２１は、ボイド体積率を考慮して構造体の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータ（制御因子）を設定するものである。この設計パラメータ設定部２１は、ガルソンの構成方程式に基づいた複数の設計パラメータを設定する。
【００２６】
ガルソン構成方程式を下記に示す。この場合、ガルソンモデルは、ボイドを含む構造体の降伏条件をボイド堆積率ｆにより近似的に表現している。
Ｆ（σｉｊ，σＭ，ｆ）＝（σＥＱ／σＭ）2＋２ｆｃｏｓｈ（３σＨ／２σＭ）−ｆ２−１
ここで、σｉｊは、巨視的応力、σＥＱは、相当応力、σＨは、平均応力、σＭは、母地の降伏応力である。そして、ｆ＝０のとき、降伏条件となる。
上記式にて、ボイド体積率ｆを損傷過程中のボイドの合体効果を考慮する有効ボイド体積率ｆ＊に置き換えると、下記数式にように精密化される。
Φ＝（ｑ／σｙ）２＋２ｑ１ｆ＊ｃｏｓｈ（−ｑ２・３ｐ／２σｙ）
−（１＋ｑ３ｆ＊２）＝０
ここで、σｙは、構造体の降伏応力、ｑは、有効応力、ｐは、静水圧、ｑ１，ｑ２，ｑ３は、材料パラメータである。
【００２７】
ガルソンの構成方程式に基づいた複数の設計パラメータとして、下記のものがある。
１．材料パラメータｑ１（Ａ１−Ａ２）
２．材料パラメータｑ２（Ｂ１−Ｂ２）
３．発生ひずみ平均εＮ（Ｃ１−Ｃ２）
４．発生ひずみの偏差Ｓｎ（Ｄ１−Ｄ２）
５．ボイド体積率ｆＮ（Ｅ１−Ｅ２）
６．完全破壊時のボイド体積分率ｆＦ（Ｆ１−Ｆ２）
７．臨界ボイド体積分率ｆＣ（Ｇ１−Ｇ２）
そして、パラメータ設定部２１は、７個の設計パラメータを設定すると共に、水準範囲を設定する。
【００２８】
解析条件設定部２２は、図３に示すように、タグチメソッドに基づいて複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定するものである。この場合、８個の解析条件（Ｃａｓｅ）を設定することができる。
【００２９】
誤差解析部２３は、図４に示すように、直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して構造体における延性破壊の解析を行うことで、応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定するものである。この場合、構造体における応力−変位曲線の実験値に対して、解析値との応力（荷重）の誤差Δｐｉと変位の誤差Δδｉが最小となるように、材料パラメータｑ１＝Ａｘ、材料パラメータｑ２＝Ｂｘ、発生ひずみ平均εＮ＝Ｃｘ、発生ひずみの偏差Ｓｎ＝Ｄｘ、ボイド体積率ｆＮ＝Ｅｘ、完全破壊時のボイド体積分率ｆＦ＝Ｆｘ、臨界ボイド体積分率ｆＣ＝Ｇｘを求める。
【００３０】
具体的に、誤差解析部２３は、ＳＮ比が高く、且つ、感度が低い設計パラメータを実験値と比較し、応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する。
【００３１】
判定部２４は、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満かどうかを判定するものであり、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満ではないと判定されたら、誤差解析部２３は、再び、応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定しなおす。
【００３２】
本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定方法は、ボイド率を考慮して構造体の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定する工程と、タグチメソッドに基づいて複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する工程と、直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して構造体における延性破壊の解析を行うことで応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する工程とを有している。
【００３３】
本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定方法において、図５に示すように、ステップＳ１１にて、設計パラメータ設定部２１は、７個の設計パラメータを設定すると共に、水準範囲を設定する。例えば、図６に示すように、材料パラメータｑ１、材料パラメータｑ２、発生ひずみ平均εＮ、発生ひずみの偏差Ｓｎ、ボイド体積率ｆＮ、完全破壊時のボイド体積分率ｆＦ、臨界ボイド体積分率ｆＣの水準範囲を設定する。
【００３４】
ステップＳ１２にて、解析条件設定部２２は、タグチメソッドに基づいて複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する。例えば、図７に示すように、１２個の解析条件（Ｃａｓｅ）を設定する。
【００３５】
そして、ステップＳ１３〜Ｓ１５にて、誤差解析部２３は、直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して構造体における延性破壊の解析を行うことで、応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定するものである。
【００３６】
即ち、ステップＳ１３では、図８に示すように、材料パラメータｑ１、材料パラメータｑ２、発生ひずみ平均εＮ、発生ひずみの偏差Ｓｎ、ボイド体積率ｆＮ、完全破壊時のボイド体積分率ｆＦ、臨界ボイド体積分率ｆＣの水準範囲に対してＳＮ比を算出する。この場合、誤差解析部２３は、ＳＮ比が高い設計パラメータを選択するものであり、直交表に基づいて適した解析モデルにより固有値解析を実施し、解析結果よりＳＮ比を算出する。ＳＮ比は、一般に次式で定義されている。
ＳＮ比＝出力の大きさ／誤差変動（ばらつき）。
これは、対象となる構造体により求め方が異なるが、例えば、静特性の望目特性については下記数式により算出される。
ＳＮ比η＝１０ｌｏｇ（ｍ２／σ２）＝１０ｌｏｇ［１／ｎ（Ｓｍ−Ｖｅ）]／Ｖｅ
【００３７】
また、ステップＳ１４では、図９に示すように、材料パラメータｑ１、材料パラメータｑ２、発生ひずみ平均εＮ、発生ひずみの偏差Ｓｎ、ボイド体積率ｆＮ、完全破壊時のボイド体積分率ｆＦ、臨界ボイド体積分率ｆＣの水準範囲に対して感度を算出する。この場合、誤差解析部２３は、感度が低い設計パラメータを選択ものであり、直交表に基づいて適した解析モデルにより固有値解析を実施し、解析結果より感度を算出する。そして、感度は、下記数式により算出される。
感度：Ｓ＝１０ｌｏｇｍ２＝１０ｌｏｇ［１／ｎ（Ｓｍ−Ｖｅ）］
ここで、Ｖｅは、誤差の分散、Ｓｍは、平均の変動、ｍは、特性値の平均、σは特性値の標準偏差である。
【００３８】
すると、ステップＳ１５にて、誤差解析部２３は、ＳＮ比と感度により応力と変位の誤差が最小となる最適設計パラメータを設定する。具体的に、図１０に示すように、最適材料パラメータｑ１＝１．０、最適材料パラメータｑ２＝１．０、最適発生ひずみ平均εＮ＝０．２、発生ひずみの偏差Ｓｎ＝０．１２、ボイド体積率ｆＮ＝０．０４８、完全破壊時のボイド体積分率ｆＦ＝０．１５、臨界ボイド体積分率ｆＣ＝０．０１が求まる。
【００３９】
そして、ステップＳ１６にて、判定部２４は、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満かどうかを判定する。ここで、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満であると判定されたら処理を終了する。一方、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満ではないと判定されたら、ステップＳ１５に戻り、処理を行うことで、再び、応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定し直す。
【００４０】
このように本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定システムにあっては、ボイド体積率を考慮して構造体１０１の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定する設計パラメータ設定部２１と、タグチメソッドに基づいて複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する解析条件設定部２２と、直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して構造体１０１における延性破壊の解析を行うことで応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する誤差解析部２３を有している。
【００４１】
従って、ボイド体積率を考慮して複数の設計パラメータを設定し、タグチメソッドに基づいて直交表を作成して解析条件を設定し、実験値と比較して応力と変位の誤差が最小となる最適設計パラメータを設定するため、解析処理を簡素化して高速化を可能とすることができる。
【００４２】
本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定システムでは、設計パラメータ設定部２１は、ガルソンの構成方程式に基づいた複数の設計パラメータを設定している。従って、高精度な設計パラメータの水準範囲を設定することができる。
【００４３】
本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定システムでは、誤差解析部２３は、ＳＮ比が高く、且つ、感度が低い設計パラメータを実験値と比較して応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定している。従って、ＳＮ比と感度を考慮することで最適設計パラメータを高精度に設定することができる。
【００４４】
本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定システムでは、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満かどうかを判定する判定部２４を設けている。従って、判定部２４は、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満かどうかを判定し、最適設計パラメータと実験値との偏差が許容値未満ではないと判定されたら、誤差解析部２３は、再び、応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定し直すことで、高精度な解析を行うことができる。
【００４５】
また、本実施例の構造体における応力−変位曲線の推定方法にあっては、ボイド率を考慮して構造体の延性破壊強度を決定する評価対象に対して影響を与える複数の設計パラメータを設定する工程と、タグチメソッドに基づいて前記複数の設計パラメータと対応する複数の水準とを直交表に割り付けて解析条件を設定する工程と、前記直交表に割り付けられた解析条件に基づいて実験値と比較して前記構造体における延性破壊の解析を行うことで応力と変位の誤差を最小化する最適設計パラメータを設定する工程とを有する。
【００４６】
従って、解析処理を簡素化して高速化を可能とすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１１  実験データ
１２  入力部
１３  解析部
１４  出力部
２１  設計パラメータ設定部
２２  解析条件設定部
２３  誤差解析部
２４  判定部
【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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