(57)【要約】本発明のシミュレーション方法は、応力データ及びひずみデータから塑性ひずみを算出し、塑性ひずみの時間変化から塑性ひずみ速度を算出する。塑性ひずみ速度をパラメータとする粘性関数を設定し、塑性ひずみをパラメータとする等方硬化モデルを設定する。また、本発明のシミュレーション方法は、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの力学構成式の降伏応力に粘性関数及び等方硬化モデルを導入し、力学構成式の材料定数を大域的非線形数値最適化法によって決定する。さらに、本発明のシミュレーション方法は、決定した力学構成式を用いて、応力及びひずみを算出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの降伏応力に粘性関数及び等方硬化モデルを導入した力学構成式を設定し、大域的非線形数値最適化法によって材料定数が決定した前記力学構成式を用いることを特徴とする応力−ひずみ関係シミュレーション方法。
【請求項２】
応力データ及びひずみデータから塑性ひずみを算出し、
前記等方硬化モデルに前記塑性ひずみを設定することを特徴とする請求項１の応力−ひずみ関係シミュレーション方法。
【請求項３】
応力データ及びひずみデータから塑性ひずみを算出し、
前記塑性ひずみの時間変化から塑性ひずみ速度を算出し、
前記粘性関数に前記塑性ひずみ速度を設定することを特徴とする請求項１または２の応力−ひずみ関係シミュレーション方法。
【請求項４】
応力データ及びひずみデータから弾性率を算出し、
前記弾性率から塑性ひずみを算出することを特徴とする請求項１乃至３の応力−ひずみ関係シミュレーション方法。
【請求項５】
前記等方硬化モデルとして、収束型応力関数と発散型応力関数の線形結合を用いることを特徴とする請求項１乃至４の応力−ひずみ関係シミュレーション方法。
【請求項６】
前記等方硬化モデルが、
Ｃ［１−ｅｘｐ（−Ｄεｐ）］＋Ｆεｐ
ただし、
Ｃ、Ｄ、Ｆ：定数
εｐ：塑性ひずみ
なる式で表されることを特徴とする請求項１乃至５の応力−ひずみ関係シミュレーション方法。
【請求項７】
前記等方硬化モデルが、
Ｃ×Ｉｎ（Ｄεｐ−Ｆ）
ただし、
Ｃ、Ｄ、Ｆ：定数
εｐ：塑性ひずみ
なる式で表されることを特徴とする請求項１乃至４の応力−ひずみ関係シミュレーション方法。
【請求項８】
試験速度の異なる複数の樹脂材料試験から得られた応力データ及びひずみデータを用いて前記粘性関数を設定することを特徴とする請求項１乃至７の応力−ひずみ関係シミュレーション方法。
【請求項９】
Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの降伏応力算出部分に粘性関数と等方硬化モデルを導入する改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデル設定手段と、
大域的非線形数値最適化法によって前記改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの力学構成式の材料定数を決定する大域的非線形数値最適化近似手段と、
前記力学構成式を用いて応力及びひずみを算出する応力−ひずみ算出手段を有することを特徴とする応力−ひずみ関係シミュレーションシステム。
【請求項１０】
Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの降伏応力に粘性関数と等方硬化モデルを導入した力学構成式を設定する処理と、
大域的数値非線形最適化法によって材料定数を決定した前記力学構成式の処理と、
前記力学構成式を用いて応力及びひずみを算出する処理を有することを特徴とする応力−ひずみ関係シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルを用いて、材料の応力−ひずみ関係をシミュレーションする方法、そのシステムおよびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂材料は、剛性、強度、温度特性が金属材料に比べて大きく劣り、変形挙動が複雑で予測し難いことから、比較的強度要求の少ない部品領域に限定されて使用することが多かった。しかしながら近年、自動車や家電製品の軽量化のために繊維強化樹脂が車体や筐体材料として用いられる等、その需要が高まり、強度特性や変形特性を予測することが重要になってきた。
樹脂材料に対しては、これまで線形粘弾性解析が一般に行われてきた。しかし、線形粘弾性解析では塑性ひずみを計算できない。そのため、用途によっては降伏したり、くびれて破壊したりする樹脂材料の現象をシミュレーションできないという欠点があった。
一方、金属材料に対しては、塑性ひずみを考慮した様々な力学構成式を用いた有限要素法による応力−ひずみ関係シミュレーションが一般に行われ、構造物の設計に利用されてきた。有限要素法解析とは、力、熱、磁場等が均一である微小で有限な領域（要素）に物体を分割し、力の釣合いを計算することにより、物体の各位置の応力やひずみを算出する手法である。主な汎用ソフトとしては、ＡＢＡＱＵＳ（登録商標）、ＬＳ−ＤＹＮＡ（登録商標）、ＡＮＳＹＳ（登録商標）等を挙げられる。
応力−ひずみ関係をシミュレーションするための力学構成式としては、非特許文献１（Ｊ．Ｌ．Ｃｈａｂｏｃｈｅ、Ｇ．Ｒｏｕｓｓｅｌｉｅｒ、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．１０５、ｐ．１５３−１５８  １９８３）にあるような、Ｊ．Ｌ．ＣｈａｂｏｃｈｅとＧ．Ｒｏｕｓｓｅｌｉｅｒによる塑性構成式（以下Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルと呼ぶ）が知られている。Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルによる塑性構成式を計算可能な汎用有限要素法解析ソフトとしては、ＡＢＡＱＵＳ、ＬＳ−ＤＹＮＡ、ＡＮＳＹＳ等を挙げられる。Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルは、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ−Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ型の非線形移動硬化理論であり、負荷反転時のバウシンガ効果を計算可能である。また、降伏関数に等方硬化則を組み合わせて複合硬化モデルに発展させる等の応用も可能である。
ここで、等方硬化とは、材料が塑性変形を開始する降伏条件を曲面で表した、応力０を中心とする降伏曲面において、中心は移動せずに、応力が増加した分だけ半径が広がる硬化であり、塑性変形により生じる材料の加工硬化を表している。
また、移動硬化とは、前述の降伏曲面において、降伏後に応力が増加した分、または背応力が増加した分だけ、半径は変わらずにその方向に中心が移動する硬化であり、負荷反転後の降伏応力の低下、すなわちバウシンガ効果を表すことができる。
特許文献１（特許３８９７４７７号公報）では、２０％ひずみのような金属の大ひずみに対して、図１０Ａのように、第１背応力成分α１の特性を、極低ひずみ領域ａと非極低ひずみ領域ｂに分けて解析するとともに、第２背応力成分α２の特性を、低ひずみ領域ｃと中ひずみ領域ｄと高ひずみ領域ｅに分けて解析する手段が開示されている。また、応力−ひずみ関係を正確にシミュレーションする際に、図１０Ｂのように、等方硬化の定数、引張時の移動硬化定数、圧縮時の移動硬化定数を順次決定する手段が開示されている。
特許文献２（特開２００８−１４２７７４号公報）では、図１１のように、一部の材料定数を先に決定し、その結果を入力した塑性構成式を用いた計算結果から残りの材料定数を決定することにより、材料定数決定の計算の収束性を向上させる方法が開示されている。
また、特許文献１および特許文献２では、バウシンガ効果を考慮し、金属材料が塑性変形後に弾性回復により変形が戻るスプリングバック変形量を予測できる。
金属材料とは異なり、樹脂材料は粘性特性を持つため、負荷によって生じる応力がひずみ速度によって変化することが知られている。また、樹脂材料の種類や負荷条件によって、様々な塑性特性を示すことが知られている。すなわち、樹脂材料では、金属材料では考慮する必要がなかった、応力のひずみ速度依存性を考慮する必要が生じる。
このため、有限要素法により応力−ひずみ関係をシミュレーションする場合には、ひずみ速度による応力変化を精度よく表現する必要がある。しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されているような一般的な方法では、金属材料に関しては精度よくシミュレーションできるものの、ゴムから硬質プラスチックまで様々な種類がある樹脂材料の変形や応力−ひずみ関係を、正確にしかも手軽にシミュレーションすることは難しいという課題がある。
また、応力−ひずみ関係をシミュレーションする場合、力学構成式としてＣｈａｂｏｃｈｅモデルを用いることによってバウシンガ効果を表現できる。しかしながら、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルを樹脂材料に応用するための具体的な方法や、材料定数の効率的な決定法がないという課題がある。
本発明の目的は、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルを応用して、材料に生じる応力のひずみ速度依存性を計算する方法、およびそのための材料定数を効率よく決定する方法を開示し、材料の応力−ひずみ関係のシミュレーション方法、シミュレーションシステムおよびプログラムを提供することにある。
【発明の開示】
【０００３】
本発明における応力−ひずみ関係シミュレーション方法は、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの降伏応力に粘性関数及び等方硬化モデルを導入した力学構成式を設定し、大域的非線形数値最適化法によって材料定数が決定した力学構成式を用いる。
本発明における応力−ひずみ関係シミュレーションシステムは、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの降伏応力算出部分に粘性関数と等方硬化モデルを導入する改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデル設定手段と、大域的非線形数値最適化法によって改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの力学構成式の材料定数を決定する大域的非線形数値最適化近似手段と、力学構成式を用いて応力及びひずみを算出する応力−ひずみ算出手段を有する。
本発明における応力−ひずみ関係シミュレーションプログラムは、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの降伏応力に粘性関数と等方硬化モデルを導入した力学構成式を設定する処理と、大域的数値非線形最適化法によって材料定数を決定した力学構成式の処理と、力学構成式を用いて応力及びひずみを算出する処理を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の実施形態の応力−ひずみ関係シミュレーションの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の応力−ひずみ関係シミュレーションのフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態のＣｈａｂｏｃｈｅモデルの機能を示す概念図である。
【図４】本発明の実施形態の材料定数決定の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態の等方硬化モデルを示す図である。
【図６】本発明の実施例１の材料定数決定の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施例１の応力−ひずみ曲線表示の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の材料定数決定の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施例２のる応力−ひずみ曲線表示の一例を示す図である。
【図１０Ａ】特許文献１のひずみ領域を分割することを示した図である。
【図１０Ｂ】塑性構成式同定プログラムを示すフローチャートである。
【図１１】特許文献２のパラメータ同定処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
〔実施形態〕以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
図１は、本実施形態の応力−ひずみ関係シミュレーションの構成を示すブロック図である。まず、対象とする材料について、引張、圧縮、応力緩和、クリープ等の単軸や２軸試験等、種々の材料試験を行って測定データを取得する。
塑性ひずみ算出手段１では、測定データから塑性ひずみを算出する処理を行う。塑性ひずみを直接求めることができない場合は、測定データから弾性率を算出し、塑性ひずみを算出する手段を含む。塑性ひずみ速度算出手段２では、塑性ひずみの時間変化から、塑性ひずみ速度を算出する処理を行う。
粘性関数設定手段３では、塑性ひずみ速度をパラメータとする粘性関数を設定する。設定した粘性関数は、応力のひずみ速度依存性を表現している。等方硬化モデル設定手段４では、塑性ひずみをパラメータとする等方硬化モデルの応力関数を設定する。改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデル設定手段５では、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの力学構成式の降伏応力項に、粘性関数および等方硬化モデルの応力関数を導入する。一般に、背応力は塑性ひずみをパラメータとする関数で表される。なお、本発明の実施形態において、改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルとは、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの降伏応力項に粘性関数と等方硬化モデルを導入したモデルを意味する。
材料定数決定手段６では、大域的非線形数値最適化法を用いて、力学構成式の材料定数の決定を行う。大域的非線形数値最適化法（以下、大域最適化近似と呼ぶ）とは、局所的な最小点にとらわれずに広範囲にわたってデータと近似値の差を最小にできる非線形最小二乗法の一種である。応力−ひずみ算出手段７では、測定データを得る際の負荷条件を設定し、材料定数を当てはめた力学構成式を用い、有限要素法応力解析手法を用いて、応力及びひずみを算出する。表示手段８では、測定データをデータ点としてプロットし、また、シミュレーションで得られた応力−ひずみ曲線を重ね合わせて表示する。
図２は、本実施形態の応力−ひずみ関係シミュレーションのフローチャートである。
まず、測定データを取得する（ステップ１０）。測定データは、材料定数を決定するためにデータ変換し（ステップ２０）、材料定数が決定していない力学構成式に当てはめ、大域最適化近似によって材料定数を決定する（ステップ３０）。決定した材料定数を力学構成式に当てはめ、力学構成式を決定する（ステップ４０）。決定した力学構成式を用いて有限要素法による応力解析を行い（ステップ５０）、その結果を応力−ひずみ曲線として表示する（ステップ６０）。
図３は、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの降伏応力５２に、粘性関数５５と等方硬化モデル５６からなる追加拡張機能５４を追加することを示した改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデル５０の概念図である。本実施形態では、力学構成式のベースにＣｈａｂｏｃｈｅモデル５１を採用し、これに追加拡張機能５４を与える構成とした。ここで用いる力学構成式は自作プログラムとしてもよく、追加拡張機能５４をユーザサブルーチンで汎用有限要素法解析ソフトに組み込んで用いてもよい。
一般にＣｈａｂｏｃｈｅモデル５１では、応力を降伏応力５２と背応力５３の和として算出する。ここで背応力５３は、移動硬化モデルでバウシンガ効果の計算に使われる。通常、降伏応力５２は定数であるが、これに種々の関数を追加拡張できる。本実施形態では、降伏応力５２の算出部分に、種々の等方硬化モデル５６と、ひずみ速度を変数とする粘性関数５５を追加するモデルを用いる。
図４は、本実施形態に係る材料定数決定の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、測定によって得られた（応力、ひずみ）測定データ群を、塑性ひずみ算出手段１において（応力、塑性ひずみ）データ群に変換し、さらに塑性ひずみ速度算出手段２において（応力、塑性ひずみ、塑性ひずみ速度）データ群に変換し、塑性ひずみ材料定数が決定していない力学構成式にデータを取り込む（ステップ３１）。取り込んだデータをもとに、大域最適化近似によって材料定数を見積もる（ステップ３２）。大域最適化近似を用いると、測定データと近似値との誤差が最小となるような材料定数を同時に複数決定することができる（ステップ３３）。
そのため、材料定数を一度に決定することができ、計算ステップの削減と計算時間の短縮が実現できる。この近似部分は自作プログラムを用いても、Ｍａｐｌｅ（登録商標）やＭａｔｈｅｍａｔｉｃａ（登録商標）等の市販の数式処理ソフトを用いてもよい。このフローによって、力学構成式が決定する（ステップ３４）。
図５は、本実施形態の等方硬化モデルの例を示す図である。塑性ひずみに対して応力が収束する応力関数を収束型、発散する応力関数を発散型とし、この二つの応力関数の和として等方硬化モデルを定義した例である。例えば、ゴム材料のように、大ひずみでは応力勾配がほぼ一定になるような場合には、収束型の応力関数が適している。また、ある種の硬質プラスチックのように、ひずみに対する応力勾配が減少しない場合には、発散型の応力関数が適している。収束型応力関数と発散型応力関数のそれぞれに係数をかけて線形結合させておけば、係数を材料定数として決定することができる。その結果、最適な等方硬化モデルが選択され、応力−ひずみ関係のシミュレーションに使用される。
さらに、降伏応力の算出部分には、塑性ひずみ速度の関数で表した応力を粘性関数として追加している。粘性関数においては、ひずみ速度に対して変化する応力の割合が材料定数に相当する。これらの機能が追加拡張された力学構成式を用いることによって、多様な樹脂材料の変形や応力−ひずみ関係を正確にシミュレーションすることが可能となる。
【実施例１】
【０００６】
本発明に係る実施例１について詳細に説明する。実施例１では、熱可塑性樹脂材料であるＡＢＳ樹脂材料に強化繊維としてガラス繊維を３０％含有させた樹脂材料を用いて材料試験を行った。ここでは、ひずみ速度が１［１／ｓ］の条件で単軸引張試験を行った。ただし、ひずみ速度が１［１／ｓ］とは、ある長さの試験片が１秒間で２倍の長さになる引張試験速度を意味する。
樹脂材料試験の結果、時間ごとの応力σとひずみεの測定データが対になって得られた。すなわち、（時間、ひずみ、応力）測定データ群が得られた。
次に、（時間、ひずみ、応力）測定データ群から、塑性ひずみεｐを算出した。塑性ひずみεｐは式１を使って計算した。
εｐ＝ε−εｅ＝ε−σ／Ｅ（１）
式１において、Ｅは弾性率、εｅは弾性ひずみである。
ここで、弾性率Ｅは、応力σと弾性ひずみεｅの比であり、微小なひずみの範囲においては、弾性ひずみεｅはひずみεと等しいとみなすことができる。そのため、（時間、ひずみ、応力）測定データ群から、微小ひずみ範囲δεにおける応力変化量δσを求めることによって、弾性率Ｅを式２から算出することができる。
Ｅ＝δσ／δε（２）
（時間、ひずみ、応力）測定データ群と弾性率Ｅがあれば、式１を使って塑性ひずみεｐが計算される。
また、塑性ひずみεｐの時間変化から、塑性ひずみ速度（式３）が計算される。塑性ひずみ速度とは、単位時間当たりの塑性ひずみの変化量を意味する。
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すなわち、（時間、ひずみ、塑性ひずみ、塑性ひずみ速度、応力）データ群が得られた。得られた（時間、ひずみ、塑性ひずみ、塑性ひずみ速度、応力）データ群から、（塑性ひずみ、応力）データ群を抜き出して図６に○で示した。
また、材料試験から得られた（時間、ひずみ、応力）データ群を、（塑性ひずみ、応力）データ群に変換し、これらをデータ点として、大域最適化近似によって材料定数を決定した。なお、近似で求めたデータ点は、図６には実線で示した。
実施例１における力学構成式は、Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルをベースにしており、式４のように、応力σは降伏応力σｙと背応力αの和として算出される。
σ＝σｙ＋α（４）
追加拡張機能の粘性関数は、応力のひずみ速度依存性を表現するための関数であり、実施例１では式５とした。
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Ａ、Ｂは材料ごとに異なる応力のひずみ速度依存性を表現するための材料定数である。
実施例１では、拡張機能の等方硬化モデルとして式６を用いた。
Ｃ［１−ｅｘｐ（−Ｄεｐ）］＋Ｆεｐ（６）
Ｃ、Ｄ、Ｆは材料定数であり、塑性ひずみεｐによって応力が変化することを表現する。
式６の第一項である式７は収束型の応力関数であり、塑性ひずみεｐの増加に対して、Ｄで決まる速さで応力Ｃに収束する。
Ｃ［１−ｅｘｐ（−Ｄεｐ）］（７）
式６の第二項のＦεｐは発散型の応力関数である。比例係数をＦとするため、塑性ひずみεｐに比例して応力が増加する。このように、収束型の応力関数と発散型の応力関数の線形結合の形にしておけば、試験データと一致するように材料定数を決定することによって、最適な等方硬化モデルを得ることができる。
Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルの初期降伏応力をｋとすれば、実施例１の力学構成式の降伏応力σｙは式８で表される。
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実施例１では、背応力αを式９で定義した。
α＝ａ（１−ｅｘｐ（−ｂεｐ））＋ｃ（１−ｅｘｐ（−ｄεｐ））（９）
ａ、ｂ、ｃ、ｄが材料定数である。
実施例１では、（時間、ひずみ、応力）測定データ群を変換した（塑性ひずみ、塑性ひずみ速度、応力）データ群をデータ点として、上記力学構成式の材料定数を大域最適化近似によって一度に決定した。実施例１では、大域最適化近似は数式処理ソフトＭａｐｌｅのプログラミング機能を利用して行った。こうして得られた材料定数は、力学構成式に代入され、有限要素法応力解析に用いられる。
ここでは、確認のために、測定データを得た際の材料試験の試験条件と拘束条件を負荷条件として与え、樹脂材料試験片形状の解析モデルを作成した。応力解析には汎用有限要素法解析ソフトＡＮＳＹＳを用い、（応力、ひずみ）データ群の算出を行った。その計算結果をＡＮＳＹＳからＭａｐｌｅに引き渡し、Ｍａｐｌｅ上で応力−ひずみ曲線表示を行った。
材料試験結果データとシミュレーション結果を重ねて示したものが図７である。
Ｃｈａｂｏｃｈｅモデルをベースにした実施例１の方法でシミュレーションした樹脂材料の応力−ひずみ曲線は、元の材料試験結果とよく一致した。
【実施例２】
【０００７】
本発明に係る実施例２について詳細に説明する。実施例１と同様に、熱可塑性樹脂材料であるＡＢＳ樹脂材料に強化繊維としてガラス繊維を３０％含有させた樹脂材料を用いて材料試験を行った。ここでは、ひずみ速度を１、０．１、０．０１、０．００１［１／ｓ］の４通りに変化させて単軸引張試験を行った。ここで、ひずみ速度が０．００１［１／ｓ］とは、ある長さの試験片が１秒後に１．００１倍の長さになる引張試験速度を意味する。同様に、０．０１［１／ｓ］、０．１［１／ｓ］、１［１／ｓ］とは、それぞれある長さの試験片が１秒後に１．０１倍、１．１倍、２倍の長さになる引張試験速度を意味する。
樹脂材料試験の結果、測定データとして、試験速度ごとに（時間、ひずみ、応力）データ群が得られた。４通りの試験速度の測定データにおいて、それぞれの時間ごとに、式１を使って塑性ひずみεｐを計算した。さらに、時間による塑性ひずみεｐの変化から塑性ひずみ速度（式（３））を計算し、（時間、ひずみ、塑性ひずみ、塑性ひずみ速度、応力）データ群が得られた。得られたデータのうち、試験速度ごとの（塑性ひずみ、応力）データ群を、図８に○で示した。
実施例２では、追加拡張機能の粘性関数は式１０とした。
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Ａ、Ｂは材料定数である。
実施例２では、拡張機能の等方硬化モデルとして式１１を用いた。
Ｃ×Ｉｎ（Ｄεｐ−Ｆ）（１１）
Ｃ、Ｄ、Ｆは材料定数である。
実施例２では、式１２で背応力αを定義した。
α＝ａ（１−ｅｘｐ（−ｂεｐ））（１２）
ａ、ｂが材料定数である。
実施例２では、材料試験データを変換した、４通りの試験速度の（塑性ひずみ、塑性ひずみ速度、応力）データ群をデータ点として、上記力学構成式の材料定数を大域最適化近似によって決定した。実施例２では、大域最適化近似による近似に数式処理ソフトＭａｐｌｅを使用した。こうして得られた材料定数は、先の力学構成式に代入され、有限要素法応力解析に用いられる。
ここでは、確認のために、樹脂材料試験の試験条件と拘束条件を負荷条件として与え、樹脂材料試験片形状の解析モデルを作成した。応力解析には汎用有限要素法解析ソフトＡＮＳＹＳを用い、（応力、ひずみ）データ群の算出を行った。その計算結果をＡＮＳＹＳからファイルに書出し、Ｍａｐｌｅで読み込んで応力−ひずみ曲線を表示した。
各試験速度の材料試験データと重ねて図９に示した。図９の通り、測定データとシミュレーション結果の両者はよく一致した。すなわち、実施例２の方法によれば、繊維強化された樹脂材料の応力−ひずみ曲線を精度良く、しかも簡便に算出することができた。
本発明の実施形態においては、ＡＢＳ樹脂をガラス繊維で強化した樹脂材料の具体例を挙げている。しかし、本発明の実施形態に係わるシミュレーションは、樹脂材料に限定されない。樹脂材料以外では、例えば金属材料などにも本発明の実施形態に係わるシミュレーションを用いることができる。
本発明によれば、ひずみ速度が大きいほど応力が大きくなる材料の応力−ひずみ関係を効率的にシミュレーションすることが可能になる。また、多様な材料に関して、応力−ひずみ関係を正確にシミュレーションすることが可能になる。
以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１１年９月１９日に出願された日本出願特願２０１１−２０３９４８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
本発明によれば、多様な樹脂材料の応力−ひずみ関係を効率的かつ正確に求めることができる。そのため、樹脂材料の特性上、使用実績がなかった製品においても、実使用条件に近いシミュレーション結果を得ることができ、適用できるか否かを見積もることが可能となる。また、これまで樹脂材料の使用実績がある製品においても、シミュレーションを通じて、別の樹脂材料を置き換えることによる材料特性の違いを正確に見積もることが可能となる。そのため、簡便かつ低コストで製品の品質を向上することができる。
【符号の説明】
【０００９】
１  塑性ひずみ算出手段
２  塑性ひずみ速度算出手段
３  粘性関数設定手段
４  等方硬化モデル設定手段
５  改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデル設定手段
６  材料定数決定手段
７  応力−ひずみ算出手段
８  表示手段
５０  改良Ｃｈａｂｏｃｈｅモデル
５１  Ｃｈａｂｏｃｈｅモデル
５２  降伏応力
５３  背応力（移動硬化モデル）
５４  追加拡張機能
５５  粘性関数
５６  等方硬化モデル
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2013042600.tif 000020
2013042600.tif 000021
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