(57)【要約】  破断判定装置１は、鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出する要素抽出部２２と、基準成形限界値情報に基づいて、熱影響部の材料特性及び板厚に応じた基準成形限界値を生成する基準成形限界値生成部２３と、要素サイズ及び鋼材の引張強度を使用して、基準成形限界値を変更して要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成する熱影響部成形限界値生成部２４と、入力情報を使用して変形ＳＩＭを実行して、要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを含む変形情報を出力するシミュレーション実行部２５と、変形情報に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定する主ひずみ決定部２６と、決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、熱影響部成形限界値とに基づいて、変形ＳＩＭで演算された要素のそれぞれが破断するか否かを判定する破断判定部２７とを有する。
2018066669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱影響部を有する鋼材の材料特性及び板厚、並びに有限要素法による前記鋼材の変形シミュレーションに用いる解析モデルにおける要素サイズを示す要素の入力情報と、基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報と、を記憶する記憶部と、
前記鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出する要素抽出部と、
前記基準成形限界値情報に基づいて、前記熱影響部の材料特性及び板厚に応じた前記基準成形限界値を生成する基準成形限界値生成部と、
前記鋼材の引張強度を使用して前記基準成形限界値を変更し、前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成する熱影響部成形限界値生成部と、
前記入力情報を使用して前記変形シミュレーションを実行して、前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力するシミュレーション実行部と、
前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定する主ひずみ決定部と、
前記主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、前記熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、前記解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する破断判定部と、
を有することを特徴とする破断判定装置。
【請求項２】
前記要素抽出部は、
２つの鋼材を接合することを規定する接合要素を抽出する接合要素抽出部と、
前記接合要素と前記鋼材を形成する要素との接点を中心点とする円環を規定する円環規定部と、
前記円環に少なくとも一部が含まれる要素を、前記熱影響部を形成する要素に決定する要素決定部と、
を有する、請求項１に記載の破断判定装置。
【請求項３】
前記基準成形限界値生成部は
前記接合要素と前記鋼材を形成する要素との接点に隣接する前記要素の材料特性及び板厚を取得する隣接情報取得部と、
前記隣接情報取得部によって取得された材料特性から前記熱影響部の材料特性を推定する材料特性推定部と、
前記材料特性推定部によって推定された材料特性及び前記隣接情報取得部によって取得された板厚に応じた前記基準成形限界値を生成する成形限界値生成部と、
を有する、請求項２に記載の破断判定装置。
【請求項４】
熱影響部成形限界値生成部は、
前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズを決定する要素サイズ決定部と、
前記要素サイズ及び前記鋼材の引張強度を使用して、前記決定された要素サイズに応じて前記基準成形限界値を変更する成形限界値変更部と、
を有する、請求項１〜３の何れか一項に記載の破断判定装置。
【請求項５】
前記要素サイズ決定部は、
前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれの要素サイズを抽出する要素サイズ抽出部と、
前記抽出された要素サイズのそれぞれから、前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズを演算する要素サイズ演算部と、
を有する、請求項４に記載の破断判定装置。
【請求項６】
前記変形シミュレーションは、前記鋼材によって形成された車両の衝突変形シミュレーションである、請求項１〜５の何れか一項に記載の破断判定装置。
【請求項７】
前記対象成形限界値生成部は、前記要素サイズ及び前記鋼材の引張強度の関数である成形限界値予測式を使用して前記対象成形限界値を生成し、
前記成形限界値予測式は、ρはひずみ比であり、ＭはＦＥＭによるシミュレーションに用いる解析モデルの要素の大きさを示す要素サイズを示す要素サイズであり、ε1は要素サイズＭにおける最大主ひずみであり、ε2は要素サイズＭにおける最小主ひずみであるとき、第１係数ｋ１及び第２係数ｋ２により
【数１】
2018066669.tif 000010
で示され、第１係数ｋ１は、前記鋼板の材料の引張強度ＴＳ並びに、係数γ及びδから
【数２】
2018066669.tif 000011
で示され、第２係数ｋ２は、前記基準要素サイズにおける最大主ひずみε1B及び係数ηから
【数３】
2018066669.tif 000012
で示される、請求項１に記載の破断判定装置。
【請求項８】
鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出し、
基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報に基づいて、前記熱影響部の材料特性及び板厚に応じた前記基準成形限界値を生成し、
前記要素サイズ及び前記鋼材の引張強度を使用して前記基準成形限界値を変更し、前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成し、
前記鋼材の材料特性及び板厚を含む有限要素法による前記鋼材の変形シミュレーションのための入力情報を使用して前記変形シミュレーションを実行して、前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力し、
前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定し、
前記主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、前記熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、前記解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する、
ことを含むことを特徴とする破断判定方法。
【請求項９】
鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出し、
基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報に基づいて、前記熱影響部の材料特性及び板厚に応じた前記基準成形限界値を生成し、
前記要素サイズ及び前記鋼材の引張強度を使用して前記基準成形限界値を変更し、前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成し、
前記鋼材の材料特性及び板厚を含む有限要素法による前記鋼材の変形シミュレーションのための入力情報を使用して前記変形シミュレーションを実行して、前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力し、
前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定し、
前記主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、前記熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、前記解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする破断判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破断判定装置、破断判定プログラム、及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衝突安全性及び軽量化の要請から、自動車車体への高強度鋼板の適用が急速に進展しつつある。自動車車体に使用される高強度鋼板は、板厚を増加させることなく衝突時の吸収エネルギを高めると共に破壊強度が高められている。しかしながら、鋼板の高強度化に伴い鋼板の延性が低下することによって、プレス成形時及び自動車等の車両の衝突変形時に鋼板が破断するおそれがある。プレス成形時及び衝突変形時の鋼板の状態を判定するために、有限要素法（Finite Element Method、ＦＥＭ）による高精度の衝突変形シミュレーション及び破断判定へのニーズが高まってきている。【０００３】
また、自動車等の車両組立工程における鋼板の接合方法として、スポット溶接が使用されている。スポット溶接により組み立てた部材は、スポット溶接部の周囲にＨＡＺ（Heat affected zone）部とも称される熱影響部が形成されることが知られる。ＨＡＺ部は、スポット溶接による加熱の影響により強度が低下することがある。ＨＡＺ部の強度が低下すると、衝突変形時にひずみが集中し、ＨＡＺ部から破断が発生することがある。従って、衝突変形時のＨＡＺ部の破断を精度良く予測することが求められており、これによって自動車の衝突変形シミュレーションの精度を向上させることができる。【０００４】
例えば、特許文献１には、ＨＡＺ部の機械的特性及び化学成分等から計算される材料パラメータとひずみとの関係を示すマスターカーブに基づいて、ＨＡＺ部の破断を予測する技術が記載されている。特許文献１に記載する技術は、破断ひずみが未算出である鋼種からなる部材に対しても、破断判定値算出プロセスを実行することなく破断判定値を精度良く予測することができる。しかしながら、ＦＥＭを用いた衝突変形シミュレーションにおいてＨＡＺ部の破断を予測する場合、ＨＡＺ部のひずみは、要素サイズに応じて相違するため、ＨＡＺ部が破断したと判定されるタイミングが、要素サイズによって異なるという問題があった。【０００５】
このような問題を解決するために、要素サイズ毎に解析モデルを作成し、それぞれのモデルでの破断ひずみを演算し、要素サイズを規定するパラメータと破断ひずみとの関係からＨＡＺ部の破断を予測する技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に記載する技術は、要素サイズを規定するパラメータと破断ひずみとの関係から要素サイズパラメータの値を求めることで、要素サイズにかかわらず、ＨＡＺ部の破断ひずみを精度良く演算することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１３２９０２号公報
【特許文献２】特開２００８−１０７３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載する技術では、破断ひずみが演算されていない鋼種の破断予測を行うときに、破断予測を行う前に破断判定値を演算する処理が必要であるため、自動車等の車両の衝突変形シミュレーションに適用することは容易ではない。破断判定値を演算する処理は、多大な労力を要するため、自動車等の車両の通常数千打点にも及ぶスポット溶接打点の全てに対して破断判定値を決定することは不可能である。【０００８】
そこで、本発明は、自動車等の車両のような熱影響部を多く含む部材が衝突変形する際のＦＥＭを用いた変形シミュレーションにおいて、要素サイズにかかわらず熱影響部の破断を適切に予測可能な破断判定装置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】
【０００９】
このような課題を解決する本発明は、以下に記載する破断判定装置、破断判定プログラム、及び破断判定方法を要旨とするものである。
（１）熱影響部を有する鋼材の材料特性及び板厚、並びに有限要素法による鋼材の変形シミュレーションに用いる解析モデルにおける要素サイズを示す要素の入力情報と、基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報と、を記憶する記憶部と、
鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出する要素抽出部と、
基準成形限界値情報に基づいて、熱影響部の材料特性及び板厚に応じた基準成形限界値を生成する基準成形限界値生成部と、
鋼材の引張強度を使用して基準成形限界値を変更し、熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成する熱影響部成形限界値生成部と、
入力情報を使用して変形シミュレーションを実行して、熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力するシミュレーション実行部と、
熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定する主ひずみ決定部と、
主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する破断判定部と、
を有することを特徴とする破断判定装置。
（２）要素抽出部は、
２つの鋼材を接合することを規定する接合要素を抽出する接合要素抽出部と、
接合要素と鋼材を形成する要素との接点を中心点とする円環を規定する円環規定部と、
円環に少なくとも一部が含まれる要素を、熱影響部を形成する要素に決定する要素決定部と、
を有する、（１）に記載の破断判定装置。
（３）基準成形限界値生成部は
接合要素と鋼材を形成する要素との接点に隣接する要素の材料特性及び板厚を取得する隣接情報取得部と、
隣接情報取得部によって取得された材料特性から熱影響部の材料特性を推定する材料特性推定部と、
材料特性推定部によって推定された材料特性及び隣接情報取得部によって取得された板厚に応じた基準成形限界値を生成する成形限界値生成部と、
を有する、（２）に記載の破断判定装置。
（４）熱影響部成形限界値生成部は、
熱影響部に含まれる要素の要素サイズを決定する要素サイズ決定部と、
鋼材の引張強度を使用して、決定された要素サイズに応じて基準成形限界値を変更する成形限界値変更部と、
を有する、（１）〜（３）の何れか一つに記載の破断判定装置。
（５）要素サイズ決定部は、
熱影響部に含まれる要素のそれぞれの要素サイズを抽出する要素サイズ抽出部と、
抽出された要素サイズのそれぞれから、熱影響部に含まれる要素の要素サイズを演算する要素サイズ演算部と、
を有する、（４）に記載の破断判定装置。
（６）変形シミュレーションは、鋼材によって形成された車両の衝突変形シミュレーションである、（１）〜（５）の何れか一つに記載の破断判定装置。
（７）前記対象成形限界値生成部は、要素サイズ及び鋼材の引張強度の関数である成形限界値予測式を使用して対象成形限界値を生成し、
成形限界値予測式は、ρはひずみ比であり、ＭはＦＥＭによるシミュレーションに用いる解析モデルの要素の大きさを示す要素サイズであり、ε1は要素サイズＭにおける最大主ひずみであり、ε2は要素サイズＭにおける最小主ひずみであるとき、第１係数ｋ１及び第２係数ｋ２により
【数１】
2018066669.tif 000003
で示され、第１係数ｋ１は、鋼板の材料の引張強度ＴＳ並びに、係数γ及びδから
【数２】
2018066669.tif 000004
で示され、第２係数ｋ２は、基準要素サイズにおける最大主ひずみε1B及び係数ηから
【数３】
2018066669.tif 000005
で示される、（１）に記載の破断判定装置。
（８）鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出し、
基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報に基づいて、熱影響部の材料特性及び板厚に応じた基準成形限界値を生成し、
要素サイズ及び鋼材の引張強度を使用して基準成形限界値を変更し、熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成し、
鋼材の材料特性及び板厚を含む有限要素法による鋼材の変形シミュレーションのための入力情報を使用して変形シミュレーションを実行して、熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力し、
熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定し、
主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する、ことを含むことを特徴とする破断判定方法。
（９）鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出し、
基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報に基づいて、熱影響部の材料特性及び板厚に応じた基準成形限界値を生成し、
要素サイズ及び鋼材の引張強度を使用して基準成形限界値を変更し、熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成し、
鋼材の材料特性及び板厚を含む有限要素法による鋼材の変形シミュレーションのための入力情報を使用して変形シミュレーションを実行して、熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力し、
熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定し、
主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する、処理をコンピュータに実行させることを特徴とする破断判定プログラム。
【発明の効果】
【００１０】
一実施形態では、熱影響部を多く含む部材のＦＥＭによる変形シミュレーションにおいて、要素サイズにかかわらず熱影響部の破断を適切に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】成形限界値予測式を使用して生成された成形限界線と、実測値との関係を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る破断判定装置を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る破断判定装置による破断判定処理のフローチャートである。
【図４】図３に示すＳ１０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す処理を説明するための図であり、（ａ）及び（ｂ）はＳ２０１の処理を説明するための図であり、（ｃ）はＳ２０２の処理を説明するための図であり、（ｄ）はＳ２０３の処理を説明するための図である。
【図６】図３に示すＳ１０４の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。
【図７】図３に示すＳ１０５の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態に係る破断判定装置を示す図である。
【図９】第２実施形態に係る破断判定装置による破断判定処理のフローチャートである。
【図１０】要素サイズが相違するときのＳ１０３の処理を説明するための図であり（ａ）はＳ２０１の処理を説明するための図であり、（ｂ）はＳ２０２の処理を説明するための図であり、（ｃ）はＳ２０３の処理を説明するための図である。
【図１１】実施形態に係る破断判定装置の適用例の一例である金型製造システムを示す図である。
【図１２】測定に使用したハット部材３点曲げ試験装置を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。
【図１３】実施例及び比較例のスポット溶接近傍のＦＥＭシミュレーション条件を示す図である。
【図１４】実物による実験結果と実施例１及び２との比較を示す図であり、（ａ）は実物の破断状態を示す図であり、（ｂ）は実施例１の破断状態を示す図であり、（ｃ）は実施例２の破断状態を示す図であり、（ｄ）は押下部材の押下距離とハット部材に生じる荷重との関係を示す図である。
【図１５】実物による実験結果と比較例１及び２との比較を示す図であり、（ａ）は実物の破断状態を示す図であり、（ｂ）は比較例１の破断状態を示す図であり、（ｃ）は比較例２の破断状態を示す図であり、（ｄ）は押下部材の押下距離とハット部材に生じる荷重との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照して、破断判定装置、破断判定プログラム、及びその方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。
【００１３】
（実施形態に係る破断判定装置の概要）
実施形態に係る破断判定装置は、実測等によって作成された基準要素サイズにおける基準成形限界値情報と、ＨＡＺ部（熱影響部）の材料特性及び板厚によって決定される基準成形限界値を、解析モデルにおける要素の大きさである要素サイズと鋼材の引張強度の関数である成形限界値予測式によって変更する。実施形態に係る破断判定装置は、解析モデルにおける要素の大きさである要素サイズと鋼材の引張強度の関数である成形限界値予測式によって変更された熱影響部成形限界値を使用することで、引張強度に応じた対象成形限界値を使用することができる。実施形態に係る破断判定装置は、引張強度に応じた対象成形限界値を使用することができるので、部材に含まれる多くの熱影響部の破断を短時間で予測することができる。以下、実施形態に係る破断判定装置について説明する前に実施形態に係る破断判定装置における破断判定処理の原理を説明する。
【００１４】
本発明の発明者らは、実測等によって作成された成形限界線に対応する基準要素サイズにおける基準成形限界値を、判定対象とする鋼板の解析モデルにおける要素サイズと基準要素サイズにおける最大主ひずみとの関係に基づいて要素サイズにおける最大主ひずみを予測する成形限界値予測式を見出した。すなわち、本発明の発明者らは、基準となる基準成形限界線に対応する基準成形限界値を、鋼材の引張強度及び要素サイズの関数である成形限界値予測式によって変更することで生成される対象成形限界値を使用して破断の有無を判断することを見出した。要素サイズに応じて、成形限界値予測式を使用して成形限界値を変更することで、要素サイズに応じた破断判断が可能になる。
【００１５】
以下に示す式（１）は、本発明の発明者らによって見出された成形限界値予測式である。
【００１６】
【数４】
2018066669.tif 000006
【００１７】
ここで、ρはひずみ比であり、Ｍは有限要素法を使用したシミュレーションにおいて対象とする要素の大きさを示す要素サイズ〔ｍｍ〕であり、ε1は要素サイズＭにおける最大主ひずみであり、ε2は要素サイズＭにおける最小主ひずみである。要素サイズＭの乗数であるｋ１は第１係数であり、要素サイズＭの指数であるｋ２は以下に示す式（２）及び（４）を参照して説明するように基準要素サイズにおける最大主ひずみに依存する第２係数である。式（１）は、要素サイズＭと基準要素サイズにおける最大主ひずみとの関係に基づいて要素サイズＭにおける最大主ひずみε1を予測する式である。式（１）において、要素サイズＭにおける最大主ひずみε1は、第１係数ｋ１を乗数、第２係数ｋ２を指数とし且つ要素サイズＭを底とする冪演算による演算により演算される演算結果とを乗算して生成されることが示される。
【００１８】
以下に示す式（２）は式（１）をより詳細に示す式である。
【００１９】
【数５】
2018066669.tif 000007
【００２０】
ここで、ＴＳは鋼板等の材料の引張強度〔ＭＰａ〕を示し、ε1Bは基準要素サイズを示し、γ、δ及びηは係数を示す。γは負の値であり、δは正の値である。係数γ及びδは、ひずみ比ρに応じて変化する。係数ηは、基準要素サイズにより決定される。式（１）及び（２）から、第１係数ｋ１は、
【００２１】
【数６】
2018066669.tif 000008
【００２２】
で示される。式（３）において、第１係数Ｋ１は、ひずみ比ρが一定のときに鋼材の引張強度ＴＳに比例する、すなわち、ひずみ比ρ及び鋼材の抗張力の関数であることが示される。式（３）は、第１係数ｋ１が鋼材の引張強度ＴＳに比例することを示しており、鋼材の引張強度ＴＳが増加するに従って、最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2が増加することを示す。第１係数ｋ１は、正の値であり、γは負の値であり、δは正の値であるので、鋼材の引張強度ＴＳが増加するに従って第１係数ｋ１は小さくなる。また、式（１）及び（２）から、第２係数ｋ２は、
【００２３】
【数７】
2018066669.tif 000009
【００２４】
で示される。式（４）において、第２係数ｋ２は、基準要素サイズにおける最大主ひずみε1B及び第１係数ｋ１の関数であることが示される。より詳細には、式（４）において、第２係数ｋ２は基準要素サイズにおける最大主ひずみの対数に比例することが示されると共に、第２係数ｋ２が第１係数ｋ１の逆数の対数に比例することが示される。
【００２５】
図１は、式（１）〜（４）を参照して説明した成形限界値予測式により変更された対象成形限界値を使用して生成された成形限界線と、実測値との関係を示す図である。図１において、横軸は最小主ひずみε2を示し、縦軸は最小主ひずみε1を示す。また、丸印はゲージ長さが１０〔ｍｍ〕のときの実測値を示し、四角印はゲージ長さが６〔ｍｍ〕のときの実測値を示し、三角印はゲージ長さが２〔ｍｍ〕のときの実測値を示す。曲線１０１は、ゲージ長さが１０〔ｍｍ〕の実測データから生成された基準成形限界値情報と材料特性及び板厚から計算された基準成形限界値とを使用して作成した基準成形限界線である。曲線１０２及び１０３は、式（１）〜（４）を参照して説明した成形限界線予測式により曲線１０１で示される基準成形限界値から変更された対象成形限界値を使用して生成された対象成形限界線を示す。曲線１０２はゲージ長さが６〔ｍｍ〕のときの成形限界線を示し、曲線１０３はゲージ長さが２〔ｍｍ〕のときの成形限界線を示す。なお、図１に示す実測及び成形限界線の生成に使用された、鋼板の材料特性としての引張強度は１１８０〔ＭＰａ〕であり、板厚は１．６〔ｍｍ〕である。一般に、破断部近傍ではひずみが局所化しているため、破断部に近くなるほど高いひずみが発生している。そのため、破断部のひずみを読み取るゲージ長さが短くなるほど、破断部近傍で発生している高いひずみを読み取るため、成形限界値の値は高くなる。つまり、図１において成形限界線はより上に位置する。また、他の材料特性の鋼材と比較した場合、一般に鋼材の引張強度ＴＳが大きくなると鋼材の延性が低下するので、破断部近傍のひずみの値は小さくなる。そのため図１における成形限界曲線はより下に位置することになる。
【００２６】
図１に示すように、基準成形限界線から基準成形限界値を使用して変更された対象成形限界線は、ゲージ長さが２〔ｍｍ〕及び６〔ｍｍ〕の場合もいずれも実測値と精度よく一致しており、本発明に係る成形限界値予測式が高い精度を有することが示される。
【００２７】
実施形態に係る破断判定装置は、ＨＡＺ部に含まれる要素の要素サイズに応じた成形限界線に基づいて破断するか否かを判定するので、要素サイズに応じて破断判定が可能になる。さらに、実施形態に係る破断判定装置は、ＨＡＺ部の解析精度を向上させるためにＨＡＺ部に含まれる要素の要素サイズを他の要素の要素サイズと相違させた場合でも、要素サイズに応じて破断を判定することができる。
【００２８】
（第１実施形態に係る破断判定装置の構成及び機能）
図２は、第１実施形態に係る破断判定装置を示す図である。
【００２９】
破断判定装置１は、通信部１１と、記憶部１２と、入力部１３と、出力部１４と、処理部２０とを有する。通信部１１、記憶部１２、入力部１３、出力部１４及び処理部２０は、バス１５を介して互いに接続される。破断判定装置１は、鋼材の引張強度を使用する成形限界値予測式によって、基準成形限界値を変更して要素サイズにおける成形限界値を示す対象成形限界値を生成すると共に、ＦＥＭによる自動車等の車両の衝突変形シミュレーションを実行する。破断判定装置１は、生成した対象成形限界値に基づいて、衝突変形シミュレーションにより出力される要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小ひずみから、要素のそれぞれが破断するか否かを判定する。一例では、破断判定装置１は、ＦＥＭによるシミュレーションが実行可能なパーソナルコンピュータである。
【００３０】
通信部１１は、イーサネット（登録商標）などの有線の通信インターフェース回路を有する。通信部１１は、ＬＡＮを介して不図示のサーバ等と通信を行う。
【００３１】
記憶部１２は、例えば、半導体記憶装置、磁気テープ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくとも一つを備える。記憶部１２は、処理部２０での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部１２は、アプリケーションプログラムとして、ＨＡＺ部に含まれる要素等の要素のそれぞれの破断を判定する破断判定処理を実行するための破断判定処理プログラムを記憶する。さらに、記憶部１２は、アプリケーションプログラムとして、ＦＥＭを用いた衝突変形シミュレーションを実行するための衝突変形シミュレーションプログラム等を記憶する。破断判定処理プログラム及び衝突変形シミュレーションプログラム等は、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部１２にインストールされてもよい。
【００３２】
また、記憶部１２は、破断判定処理及び衝突変形シミュレーションで使用される種々のデータを記憶する。例えば、記憶部１２は、破断判定処理及び衝突変形シミュレーションで使用される入力情報１２０及び基準成形限界値情報１２１等を記憶する。
【００３３】
入力情報１２０は、鋼材の材料特性及び板厚、並びに有限要素法による衝突変形シミュレーションにおける要素の大きさを示す要素サイズを含む。鋼材の材料特性は、応力ひずみ（stress-strain、Ｓ−Ｓ）曲線、Ｓ−Ｓ曲線のフィッティングに使用されるSwiftの式における各係数、ヤング率、ポアソン比及び密度等を含む。基準成形限界値情報１２１は、基準となる要素サイズを示す基準要素サイズにおける成形限界線に対応する成形限界値を示す基準成形限界値を材料特性及び板厚毎に規定するときに使用される。一例では、基準成形限界値情報１２１は、材料特性及び板厚毎に実測された基準成形限界線対応する成形限界値を含む。また、他の例では、基準成形限界線情報１２１は、Storen-Riceの理論式から得られた成形限界線が、実測された基準成形限界線と一致するように補正した基準成形限界線対応する成形限界値を含む。
【００３４】
また、記憶部１２は、ＦＥＭによる衝突変形シミュレーションの入力データを記憶する。
【００３５】
また、スポット溶接により形成されるＨＡＺ部の材料特性の相関関係を示すＨＡＺ部特性テーブル１２２を記憶する。一例では、種々の鋼材におけるＨＡＺ部の微小引張試験を実施して、母材の鋼材の材料グレードと、ＨＡＺ部の材料特性の関係を求めて、ＨＡＺ部特性テーブル１２２に記憶する。ＨＡＺ部の材料特性は、応力ひずみ曲線もしくは、応力ひずみ曲線をＳwiftの式でフィッテングすることで得られる、Swift係数等で記憶する。ＨＡＺ部特性テーブル１２２が母材の鋼材の材料グレードとＨＡＺ部の材料特性の関係を記憶することで、母材の鋼材の材料グレードに応じたＨＡＺ部の材料特性が正しく定義される。さらに、記憶部１２は、所定の処理に係る一時的なデータを一時的に記憶してもよい。
【００３６】
入力部１３は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。作業者は、入力部１３を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部１３は、作業者により操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、作業者の指示として、処理部２０に供給される。
【００３７】
出力部１４は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。出力部１４は、処理部２０から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。また、出力部１４は、紙などの表示媒体に、映像、画像又は文字等を印刷する出力装置であってもよい。
【００３８】
処理部２０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部２０は、破断判定装置１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。処理部２０は、記憶部１２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部２０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。
【００３９】
処理部２０は、情報取得部２１と、要素抽出部２２と、基準成形限界値生成部２３と、熱影響部成形限界値生成部２４と、シミュレーション実行部２５と、主ひずみ決定部２６と、破断判定部２７と、シミュレーション結果出力部２８とを有する。要素抽出部２２は、接合要素抽出部２２１と、円環規定部２２２と、要素決定部２２３とを有する。基準成形限界値生成部２３は、隣接情報取得部２３１と、材料特性推定部２３２と、成形限界値生成部２３３とを有する。熱影響部成形限界値生成部２４は、要素サイズ抽出部２４１と、要素サイズ演算部２４２と、成形限界値変更部２４３とを有する。これらの各部は、処理部２０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして破断判定装置１に実装されてもよい。
【００４０】
（第１実施形態に係る破断判定装置による破断判定処理）
図３は、破断判定装置１が衝突変形シミュレーションされたＨＡＺ部の要素のそれぞれが破断するか否かを判定する破断判定処理のフローチャートである。図３に示す破断判定処理は、予め記憶部１２に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部２０により破断判定装置１の各要素と協働して実行される。
【００４１】
まず、情報取得部２１は、引張強度等の材料特性、板厚及び要素サイズを含む入力情報１２０を記憶部１２から取得する（Ｓ１０１）と共に、基準成形限界値情報１２１を記憶部１２から取得する（Ｓ１０２）。
【００４２】
次いで、要素抽出部２２は、鋼材のスポット溶接部の周囲に形成されたＨＡＺ部に含まれる要素を抽出する（Ｓ１０３）。
【００４３】
次いで、基準成形限界値生成部２３は、Ｓ１０２の処理で取得された基準成形限界値情報１２１に基づいて、ＨＡＺ部の材料特性及び板厚に応じた基準成形限界値を生成する（Ｓ１０４）。
【００４４】
次いで、熱影響部成形限界値生成部２４は、式（１）〜（４）に示す成形限界値予測式によって、Ｓ１０４の処理で生成された基準成形限界値を変更して、ＨＡＺ部の要素サイズにおける成形限界値を示す熱影響部成形限界値を生成する（Ｓ１０５）。
【００４５】
次いで、シミュレーション実行部２５は、Ｓ１０１の処理で取得された入力情報に基づいて、記憶部１２に記憶されるメッシュデータを使用して、鋼材によって形成された自動車等の車両の衝突変形シミュレーションをＦＥＭにより実行する（Ｓ１０６）。シミュレーション実行部２５は、シミュレーションの実行結果として、接点の変位、要素のひずみ及び要素の応力を含む変形情報を要素毎に順次出力する。
【００４６】
次いで、主ひずみ決定部２６は、ＨＡＺ部の要素のそれぞれの最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2を決定する（Ｓ１０７）。一例では、主ひずみ決定部２６は、Ｓ１０６の処理で出力された変形情報に含まれる要素のそれぞれのひずみ成分から要素のそれぞれの最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2を決定する。
【００４７】
次いで、破断判定部２７は、Ｓ１０７の処理で決定された要素のそれぞれの最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2と、Ｓ１０４の処理で生成された対象成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、ＨＡＺ部の要素のそれぞれが破断するか否かを判定する（Ｓ１０８）。破断判定部２７は、最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2が熱影響部成形限界線にて与えられる閾値を超えていないとき、要素が破断しないと判定し、最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2が熱影響部成形限界線にて与えられる閾値を超えているとき、要素が破断すると判定する。一例では、熱影響部成形限界線は、対象成形限界値の近似式として演算される。
【００４８】
次いで、破断判定部２７は、ＨＡＺ部の要素が破断したと判定する（Ｓ１０８−ＹＥＳ）と、要素が破断したことを示す要素破断情報をシミュレーション実行部２５に出力する（Ｓ１０９）。シミュレーション実行部は、破断と判定された要素を消去するすなわち衝突変形シミュレーション用のデータから削除することもできる。
【００４９】
基準成形限界値生成部２３、熱影響部成形限界値生成部２４、主ひずみ決定部２６及び破断判定部２７の処理に対応する処理は、ＨＡＺ部以外の鋼板の要素についても実行される。すなわち、基準成形限界値生成部２３は、基準成形限界値情報１２１に基づいてＨＡＺ部以外の要素の材料特性及び板厚に応じた基準成形限界値を生成する。また、不図示の対象成形限界値生成部は、成形限界値予測式によって基準成形限界値を変更してＨＡＺ部以外の素子の要素サイズにおける成形限界値を示す対象成形限界値を生成する。また、主ひずみ決定部２６は、ＨＡＺ部以外の要素のそれぞれの最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2を決定する。そして、破断判定部２７は、ＨＡＺ部以外の要素のそれぞれの最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2と、Ｓ１０３の処理で生成された対象成形限界値とに基づいて、ＨＡＺ部以外の要素のそれぞれが破断するか否かを判定する。
【００５０】
シミュレーション結果出力部２８は、シミュレーション実行部２５が順次出力した変形情報を出力する（Ｓ１１０）。次いで、シミュレーション実行部２５は、所定のシミュレーション終了条件が成立したか否かを判定する（Ｓ１１１）。シミュレーション終了時間は、入力データから取得される。シミュレーション終了条件が成立したと判定するまで、処理が繰り返される。
【００５１】
図４は、Ｓ１０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。図５は図４に示す処理を説明するための図であり、図５（ａ）及び（ｂ）はＳ２０１の処理を説明するための図であり、図５（ｃ）はＳ２０２の処理を説明するための図であり、図５（ｄ）はＳ２０３の処理を説明するための図である。
【００５２】
まず、接合要素抽出部２２１は、２つの鋼材を接合することを規定する接合要素を抽出する（Ｓ２０１）。
【００５３】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の第１シェル要素４１０で形成される第１鋼材４０１と、複数の第２シェル要素４２０で形成される第１鋼材４０１とは、バー要素４０３を介して接合される。バー要素４０３は、ビーム要素とも称され、第１鋼材４０１と第２鋼材４０２とを結合する接合要素である。バー要素４０３は、第１端点４３１で第１鋼材４０１に接合され、第２端点４３２で第２鋼材４０２に接合される。
【００５４】
次いで、図５（ｃ）に示すように、円環規定部２２２は、バー要素４０３の一端と第１鋼材４０１の第１シェル要素４１０との接点である第１端点４３１を中心点とする円環４４０を規定する（Ｓ２０２）。円環４４０の内径は入力情報に示されている、スポット溶接による溶接部であるナゲットのナゲット径に相当する。そのため、円環４４０の内径は、ナゲット径〜ナゲット径＋０．１〜２．０〔ｍｍ〕程度とすることが好ましく、これによって、円環４４０と交差する領域はスポット溶接により生じるＨＡＺ部と定義することができる。一例では、ＨＡＺ部の幅は０．１〔ｍｍ〕から２〔ｍｍ〕程度である。
【００５５】
そして、図５（ｄ）において斜線を付して示すように、要素決定部２２３は、円環４４０に少なくとも一部が含まれる第１シェル要素４１０を、ＨＡＺ部を形成するシェル要素４５０に決定する（Ｓ２０３）。
【００５６】
図６は、Ｓ１０４の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。
【００５７】
まず、隣接情報取得部２３１は、接合要素であるバー要素４０３の一端と第１鋼材４０１を形成する第１シェル要素４１０との接点である第１端点４３１に隣接する第１シェル要素４１１の材料特性及び板厚を取得する（Ｓ３０１）。
【００５８】
隣接情報取得部２３１は、図５（ｂ）において斜線が付された第１シェル要素４１１を、第１端点４３１に隣接する第１シェル要素４１１と判定して、隣接する第１シェル要素４１１の材料特性及び板厚を記憶部１２に記憶される入力情報１２０から取得する。一例では、隣接情報取得部２３１は、入力情報１２０に含まれる応力ひずみ曲線もしくは、Swiftの式に示されるSwift係数に基づいて、第１鋼材４０１の引張強度ＴＳを理論的に計算し、隣接する第１シェル要素４１０の材料グレードを取得する。
【００５９】
次いで、材料特性推定部２３２は、記憶部１２に記憶されるＨＡＺ部特性テーブル１２２を参照して、隣接情報取得部２３１によって取得された材料特性から、ＨＡＺ部を形成するシェル要素４５０の材料特性を推定する（Ｓ３０２）。
【００６０】
そして、成形限界値生成部２３３は、材料特性推定部２３２によって推定された材料特性及び隣接情報取得部２３１によって取得された板厚に対応する基準成形限界値を生成する（Ｓ３０３）。具体的には、基準成形限界値生成部２２は、例えば、記憶部１２に記憶された複数群の基準成形限界値の中から入力情報１２０に含まれる材料特性及び板厚の組み合わせに基づいて、一群の基準成形限界値を選択することで、当該材料特性及び板厚に対応する基準成形限界値を生成する。この場合、基準成形限界値情報１２１に含まれる複数群の基準成形限界値は実測値である。また、基準成形限界値生成部２２は、例えば、記憶部１２に記憶された一群の基準成形限界値を材料特性及び板厚に応じた実測値で補正することで材料特性及び板厚に対応する基準成形限界値を生成する。この場合、成形限界線生成部２３３は、まず、Storen-Riceの理論式から成形限界線に対応する成形限界値を生成する。次いで、成形限界値生成部２３３は、材料特性及び板厚に応じたシフト量として記憶部１２に記憶されている実測値に基づいて、Storen-Riceの理論式から生成した成形限界値を実測値に応じて成形限界値をシフトして当該材料特性及び板厚に対応する基準成形限界値を生成する。
【００６１】
図７は、Ｓ１０５の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。
【００６２】
まず、要素サイズ抽出部２４１は、記憶部１２に記憶されるメッシュデータから、ＨＡＺ部に含まれるシェル要素４５０のそれぞれの要素サイズを抽出する（Ｓ４０１）。
【００６３】
次いで、要素サイズ演算部２４２は、要素サイズ抽出部２４１によって抽出された要素サイズのそれぞれから、ＨＡＺ部に含まれるシェル要素４５０の要素サイズを演算する（Ｓ４０２）。一例では、要素サイズ演算部２４２は、要素サイズ抽出部２４１によって抽出された要素サイズの平均値を、ＨＡＺ部に含まれるシェル要素４５０の要素サイズとして演算する。
【００６４】
要素サイズ抽出部２４１及び要素サイズ演算部２４２は、ＨＡＺ部に含まれるシェル要素４５０の要素サイズを決定する要素サイズ決定部として機能する。
【００６５】
そして、成形限界値変更部２４３は、成形限界値予測式によって、要素サイズ演算部２４２によって演算された要素サイズに応じて基準成形限界値を変更して、熱影響部成形限界値を生成する（Ｓ４０３）。
【００６６】
（第１実施形態に係る破断判定装置の作用効果）
破断判定装置１は、成形限界値予測式によって要素サイズに応じて変更された熱影響部成形限界値を使用してＨＡＺ部が破断したか否かを判定するため、要素サイズに依存せず正確にＨＡＺ部の破断予測を行うことができる。
【００６７】
破断判定装置１によって正確なＨＡＺ部の破断予測を行うことができるので、実際の自動車部材での衝突試験の回数を大幅に削減することができる。さらに、場合によっては、実際の自動車部材での衝突試験を省略することが可能となる。
【００６８】
また、破断判定装置１によって正確なＨＡＺ部の破断予測を行うことで、衝突時の破断を防ぐ部材をコンピュータ上で設計することができるため、大幅なコスト削減、開発期間の短縮に寄与することができる。
【００６９】
（第２実施形態に係る破断判定装置の構成及び機能）
図８は、第２実施形態に係る破断判定装置を示す図である。
【００７０】
破断判定装置２は、処理部３０が処理部２０の代わりに配置されることが第１実施形態に係る破断判定装置１と相違する。処理部３０は、熱影響部成形限界応力生成部３４及びひずみ応力変換部３５を有すること、並びに破断判定部３６が破断判定部２７の代わりに配置されることが処理部３０と相違する。熱影響部成形限界応力生成部３４、ひずみ応力変換部３５及び破断判定部３６以外の破断判定装置２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された破断判定装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００７１】
（第２実施形態に係る破断判定装置による破断判定処理）
図９は、破断判定装置２が衝突変形シミュレーションされたＨＡＺ部の要素のそれぞれが破断するか否かを判定する破断判定処理のフローチャートである。図９に示す破断判定処理は、予め記憶部１２に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部３０により破断判定装置２の各要素と協働して実行される。
【００７２】
Ｓ５０１〜Ｓ５０５の処理は、Ｓ１０１〜Ｓ１０５の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。熱影響部成形限界応力生成部３４は、Ｓ５０５の処理で生成された基準成形限界値を変更して熱影響部成形限界応力を生成する（Ｓ５０６）。
【００７３】
次いで、シミュレーション実行部２５は、有限要素法を使用して、記憶部１２に記憶されるメッシュデータを使用して、所定の衝突が発生したときの衝突変形シミュレーションをＦＥＭにより実行する（Ｓ５０７）。次いで、主ひずみ決定部２６は、ＨＡＺ部の要素のそれぞれの最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2を決定する（Ｓ５０８）。
【００７４】
次いで、ひずみ応力変換部３５は、Ｓ５０８の処理で出力された決定されたＨＡＺ部の要素のそれぞれの最大主ひずみε1及び最小主ひずみε2を最大主応力および最小主応力に変換する（Ｓ５０９）。
【００７５】
次いで、破断判定部３６は、Ｓ５０９の処理で変換された要素のそれぞれの最大主応力および最小主応力と、Ｓ５０６の処理で生成された熱影響部成形限界応力とに基づいて、ＨＡＺ部の要素を含む要素のそれぞれが破断するか否かを判定する（Ｓ５１０）。破断判定部３６は、最大主応力及び最小主応力が熱影響部成形限界応力を超えていないとき、要素が破断しないと判定し、最大主応力及び最小主応力が熱影響部成形限界応力を超えているとき、要素が破断すると判定する。Ｓ５１１〜Ｓ５１３の処理は、Ｓ１０９〜Ｓ１１１の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００７６】
（実施形態に係る破断判定装置の変形例）
破断判定装置１及び２は、車両の衝突変形シミュレーションにおける破断判定処理を実行するが、実施形態に係る破断判定装置は、鋼板をプレス成形時の変形シミュレーション等の他のシミュレーションにおいて破断判定処理を実行してもよい。また、説明した例では、解析モデルの要素サイズが均一な場合を例にして説明されたが、実施形態に係る破断判定装置は、部位によって要素サイズが異なる解析モデルを使用してよい。すなわち、実施形態に係る破断判定装置が使用する要素モデルは、複数の要素サイズを含むものであってもよい。
【００７７】
また、破断判定装置１及び２では、バー要素が第１鋼材４０１及び第２鋼材４０２を結合する接合要素として使用されるが、実施形態に係る破断判定装置では、シェル要素、ソリッド要素等の他の要素を一対の鋼材を接合する接合要素として使用してもよい。
【００７８】
また、破断判定装置１及び２では、第１シェル要素４１０及び第２シェル要素４２０のそれぞれは、同一の要素サイズを有するが、実施形態に係る破断判定装置では、要素の要素サイズは、要素毎に相違してもよい。
【００７９】
図１０は、要素サイズが相違するときのＳ１０３の処理を説明するための図である。図１０（ａ）はＳ２０１の処理を説明するための図であり、図１０（ｂ）はＳ２０２の処理を説明するための図であり、図１０（ｃ）はＳ２０３の処理を説明するための図である。
【００８０】
図１０（ａ）に示すように、Ｓ２０１の処理により接合要素抽出部２２１によって抽出された接合要素の第１端５３１は、４つのシェル要素５１０で形成される八角形の中心に位置する。４つのシェル要素５１０で形成される八角形の外側に位置する台形状の４つのシェル要素５１０は、ＨＡＺ部に対応するように、不図示の設計者によって配置される。
【００８１】
図１０（ｂ）に示すように、Ｓ２０２の処理により円環規定部２２２によって、円環５４０が４つのシェル要素５１０で形成される八角形の外側に位置する台形状の４つのシェル要素５１０に含まれるように配置される。
【００８２】
そして、図１０（ｃ）に示すように、Ｓ２０２の処理により要素決定部２２３によってＨＡＺ部を形成するシェル要素５５０が決定される。
【００８３】
（実施形態に係る破断判定装置の適用例）
図１１は、実施形態に係る破断判定装置の適用例の一例である金型製造システムを示す図である。
【００８４】
金型製造システム１００は、破断判定装置１と、金型設計装置１１１と、金型製造装置１１２とを有する。金型設計装置１１１は、例えば自動車のボデーを製造するための金型を設計する装置であり、破断判定装置１とＬＡＮ１１３を介して接続される電気計算機である。金型設計装置１１１は、破断判定装置１による破断判定を使用して、所望の金型を示す金型データを生成する。図８では、金型設計装置１１１は、破断判定装置１と別個の装置として配置されるが、他の例では破断判定装置１と一体化されてもよい。
【００８５】
金型製造装置１１２は、不図示の放電加工機、フライス及び研磨機等の金型製造設備を有し、不図示の交換機によって広域通信回線網である通信ネットワーク１１４を介して金型設計装置１１１に接続される。金型製造装置１０２は、金型設計装置１１１から送信された金型データに基づいて、金型データに対応する金型を製造する。
【実施例】
【００８６】
図１２は測定に使用したハット部材３点曲げ試験装置を示す図であり、図１２（ａ）は側面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。【００８７】
ハット部材３点曲げ試験装置６００は、被試験部材であるハット部材６０１と、押下冶具６０２と、第１支持冶具６０３と、第２支持冶具６０４とを有する。ハット部材６０１は、ハット型にプレス成形されたフランジ部を有すハットパネル６１１と、ハットパネル６１１のフランジ部でスポット溶接部６１３を介して接合されたクロージングプレート６１２で構成されている。ハットパネル６１１は、材質の引張強度が１．５〔ＧＰａ〕であり且つ板厚が１．６〔ｍｍ〕であるホットスタンプ材である。クロージングプレート６１２は、材質引張強度が４４０〔ＭＰａ〕であり且つ板厚が１．２〔ｍｍ〕である。ハット部材の高さは、６０〔ｍｍ〕、幅は、８０〔ｍｍ〕である。ハットパネル６１１のフランジ部とクロージングプレート６１２とを長手方向に５０〔ｍｍ〕ピッチでスポット溶接することで、スポット溶接部６１３は、ハット部材６０１のフランジ部の長手方向に５０〔ｍｍ〕ピッチで配置される。【００８８】
押下冶具６０２は、半径が１５０〔ｍｍ〕の円柱状の部材であり、ハット部材６０１を、クロージングプレート６１２と対向するハットパネル６１１の表面を押下する。第１支持冶具６０３及び第２支持冶具６０４は、３００〔ｍｍ〕離隔して配置され、クロージングプレート６１２の裏面でハット部材６０１を支持する。【００８９】
図１３は、実施例及び比較例のスポット溶接近傍のＦＥＭシミュレーション条件を示す図である。【００９０】
実施例１では、メッシュ形状はクモの巣状であり、ＨＡＺ部の定義は本発明によりＨＡＺ部に対応する要素を抽出した後に材料特性を規定している。ＨＡＺ部の平均要素サイズは１．１〔ｍｍ〕であり、成形限界線は本発明の予測式によるものである。【００９１】
実施例２では、メッシュ形状は格子状であり、ＨＡＺ部の定義は本発明によりＨＡＺ部に対応する要素を抽出した後に材料特性を規定している。ＨＡＺ部の平均要素サイズは１．３〔ｍｍ〕であり、成形限界線は本発明の予測式によるものである。【００９２】
比較例１では、メッシュ形状はクモの巣状であり、ＨＡＺ部は定義されず、成形限界線は本発明の予測式によるものである。【００９３】
比較例２では、メッシュ形状はクモの巣状であり、ＨＡＺ部の定義は本発明によりＨＡＺ部に対応する要素を抽出した後に材料特性を規定している。ＨＡＺ部の平均要素サイズは１．１〔ｍｍ〕であり、成形限界線は従来のStoren-Riceの理論式によるものである。【００９４】
実施例１及び２並びに比較例１及び２において、ハット部材６０１の母材部のSwift係数は、Ｋ＝２０００〔ＭＰａ〕、ｎ＝０．０５、ε0＝＝０．０００１である。一方、ハット部材６０１のＨＡＺ部のSwift係数は、Ｋ＝１４００〔ＭＰａ〕、ｎ＝０．０４、ε0＝＝０．０００２である。【００９５】
図１４は、実物による実験結果と実施例１及び２のＦＥＭシミュレーション結果との比較を示す図である。図１４（ａ）は実物の実験後のハット部材を示す図であり、図１４（ｂ）は実施例１のＦＥＭシミュレーション結果を示す図であり、図１４（ｃ）は実施例２のＦＥＭシミュレーション結果を示す図であり、図１４（ｄ）は押下冶具６０２の押下距離と押下反力との関係を示す図である。図１４（ｄ）において、横軸は押下部材６０２の押下距離、すなわちストローク〔ｍｍ〕を示し、縦軸は押下冶具に生じる反力、つまり荷重〔ｋＮ〕を示す。【００９６】
図１４（ａ）において矢印Ａ及びＢで示すように、実物による実験結果では、２つのＨＡＺ部において破断が発生した。また、図１４（ｂ）において矢印Ｃ及びＤで示すように、実施例１では、実物による実験結果と同じ２つのＨＡＺ部において破断が発生した。また、図１４（ｃ）において矢印Ｅ及びＦで示すように、実施例２では、実物による実験結果と同じ２つのＨＡＺ部において破断が発生した。また、図１４（ｄ）に示すように、実験において、破断発生直後に荷重がわずかに低下することが分かっているが、実施例１及び２において破断が発生するタイミングは、実物による実験において破断が発生するタイミングと略同一であり、かつ破断発生直後にわずかに荷重が低下する現象も再現していた。【００９７】
実施例１及び２は、実物による実験において発生したＨＡＺ部からの破断位置及び破断発生タイミングを正確に予測することができた。また、スポット溶接周りのメッシュ切りの方法として、クモの巣状に切った実施例１、及び格子状に切った実施例２の何れにおいても、実験結果を精度良く予測できることが確認できた。【００９８】
図１５は、実物による実験結果と比較例１及び２のＦＥＭシミュレーション結果との比較を示す図である。図１５（ａ）は実物の実験後のハット部材を示す図であり、図１５（ｂ）は比較例１のＦＥＭシミュレーション結果を示す図であり、図１５（ｃ）は比較例２のＦＥＭシミュレーション結果を示す図であり、図１５（ｄ）は押下部材６０２の押下距離と押下反力との関係を示す図である。図１５（ａ）に示される図は、図１４（ａ）に示される図と同一である。図１５（ｄ）において、横軸は押下部材６０２の押下距離、すなわちストローク〔ｍｍ〕を示し、縦軸は押下冶具に生じる反力つまり、荷重〔ｋＮ〕を示す。【００９９】
図１５（ａ）において矢印Ａ及びＢで示すように、実物による実験結果では、２つのＨＡＺ部において破断が発生した。また、図１５（ｂ）に示すように、比較例１では、実機での実験における押下距離の範囲では、破断は発生しなかった。また、図１５（ｃ）において矢印Ｃ〜Ｆで示すように、比較例２では、実物による実験結果よりも多い４つのＨＡＺ部において破断が発生した。また、図１５（ｄ）に示すように、比較例１は、破断が発生しないので、押下距離（ストローク）の増加に従って荷重が増加する。一方、比較例２において破断が発生するタイミングは、実物による実験において破断が発生するタイミングよりも早い。また、比較例２では、破断後の荷重の低下量が、実物による実験における破断後の荷重の低下量よりも大きい。【０１００】
比較例１では、ＨＡＺ部の抽出および材料特性の定義が行われていないため、実験において発生したＨＡＺ部からの破断を予測することができず、全く破断が発生しない結果となり、実験に比べ過大な荷重を発生させる結果となった。また、比較例２では、ＨＡＺ部の特性は定義出来ているものの、従来のStoren-Riceの理論式による限界線を使用しているため、実験に比べ過剰に破断を予測する結果となり、破断発生数が倍増し、実験と比べ大幅な荷重低下が起こる結果となった。
【図１】
2018066669.tif 000013
【図２】
2018066669.tif 000014
【図３】
2018066669.tif 000015
【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】
2018066669.tif 000020
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018066669.tif 000023
【図１２】
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【図１３】
2018066669.tif 000025
【図１４】
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【図１５】
2018066669.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月8日(2018.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱影響部を有する鋼材の材料特性及び板厚、並びに有限要素法による前記鋼材の変形シミュレーションに用いる解析モデルにおける要素サイズを示す要素の入力情報と、基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報と、を記憶する記憶部と、
前記鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出する要素抽出部と、
前記基準成形限界値情報に基づいて、前記熱影響部の材料特性及び板厚に応じた前記基準成形限界値を生成する基準成形限界値生成部と、
前記鋼材の引張強度を使用して前記基準成形限界値を変更し、前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成する熱影響部成形限界値生成部と、
前記入力情報を使用して前記変形シミュレーションを実行して、前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力するシミュレーション実行部と、
前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定する主ひずみ決定部と、
前記主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、前記熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、前記解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する破断判定部と、
を有することを特徴とする破断判定装置。
【請求項２】
前記要素抽出部は、
２つの鋼材を接合することを規定する接合要素を抽出する接合要素抽出部と、
前記接合要素と前記鋼材を形成する要素との接点を中心点とする円環を規定する円環規定部と、
前記円環に少なくとも一部が含まれる要素を、前記熱影響部を形成する要素に決定する要素決定部と、
を有する、請求項１に記載の破断判定装置。
【請求項３】
前記基準成形限界値生成部は
前記接合要素と前記鋼材を形成する要素との接点に隣接する前記要素の材料特性及び板厚を取得する隣接情報取得部と、
前記隣接情報取得部によって取得された材料特性から前記熱影響部の材料特性を推定する材料特性推定部と、
前記材料特性推定部によって推定された材料特性及び前記隣接情報取得部によって取得された板厚に応じた前記基準成形限界値を生成する成形限界値生成部と、
を有する、請求項２に記載の破断判定装置。
【請求項４】
熱影響部成形限界値生成部は、
前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズを決定する要素サイズ決定部と、
前記要素サイズ及び前記鋼材の引張強度を使用して、前記決定された要素サイズに応じて前記基準成形限界値を変更する成形限界値変更部と、
を有する、請求項１〜３の何れか一項に記載の破断判定装置。
【請求項５】
前記要素サイズ決定部は、
前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれの要素サイズを抽出する要素サイズ抽出部と、
前記抽出された要素サイズのそれぞれから、前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズを演算する要素サイズ演算部と、
を有する、請求項４に記載の破断判定装置。
【請求項６】
前記変形シミュレーションは、前記鋼材によって形成された車両の衝突変形シミュレーションである、請求項１〜５の何れか一項に記載の破断判定装置。
【請求項７】
前記熱影響部成形限界値生成部は、前記要素サイズ及び前記鋼材の引張強度の関数である成形限界値予測式を使用して前記熱影響部成形限界値を生成し、
前記成形限界値予測式は、ρはひずみ比であり、ＭはＦＥＭによるシミュレーションに用いる解析モデルの要素の大きさを示す要素サイズを示す要素サイズであり、ε1は要素サイズＭにおける最大主ひずみであり、ε2は要素サイズＭにおける最小主ひずみであるとき、第１係数ｋ１及び第２係数ｋ２により
【数１】
2018066669.tif 000028
で示され、第１係数ｋ１は、前記鋼材の材料の引張強度ＴＳ並びに、係数γ及びδから
【数２】
2018066669.tif 000029
で示され、第２係数ｋ２は、前記基準要素サイズにおける最大主ひずみε1B及び係数ηから
【数３】
2018066669.tif 000030
で示される、請求項１に記載の破断判定装置。
【請求項８】
鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出し、
基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報に基づいて、前記熱影響部の材料特性及び板厚に応じた前記基準成形限界値を生成し、
前記要素サイズ及び前記鋼材の引張強度を使用して前記基準成形限界値を変更し、前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成し、
前記鋼材の材料特性及び板厚を含む有限要素法による前記鋼材の変形シミュレーションに用いる解析モデルにおける要素サイズを示す要素の入力情報を使用して前記変形シミュレーションを実行して、前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力し、
前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定し、
前記主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、前記熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、前記解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する、
ことを含むことを特徴とする破断判定方法。
【請求項９】
鋼材のスポット溶接部の周囲に形成された熱影響部に含まれる要素を抽出し、
基準となる要素サイズである基準要素サイズにおける成形限界値となる基準成形限界値を示す基準成形限界値情報に基づいて、前記熱影響部の材料特性及び板厚に応じた前記基準成形限界値を生成し、
前記要素サイズ及び前記鋼材の引張強度を使用して前記基準成形限界値を変更し、前記熱影響部に含まれる要素の要素サイズにおける成形限界値を予測して熱影響部成形限界値を生成し、
前記鋼材の材料特性及び板厚を含む有限要素法による前記鋼材の変形シミュレーションに用いる解析モデルにおける要素サイズを示す要素の入力情報を使用して前記変形シミュレーションを実行して、前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれのひずみを含む変形情報を出力し、
前記熱影響部に含まれる要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみを決定し、
前記主ひずみが決定された要素のそれぞれの最大主ひずみ及び最小主ひずみと、前記熱影響部成形限界値により規定される熱影響部成形限界線とに基づいて、前記解析モデルにおける要素のそれぞれが破断するか否かを判定する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする破断判定プログラム。
【国際調査報告】
2018066669.tif 000031
2018066669.tif 000032