СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗРЫВОВ, УСТРОЙСТВО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗРЫВОВ, ПРОГРАММА, НОСИТЕЛЬ ЗАПИСИ И СПОСОБ ВЫЧИСЛЕНИЯ КРИТЕРИЯ РАСПОЗНАВАНИЯ РАЗРЫВОВ
METHOD OF PREDICTING BREAKS, BREAK PREDICTING DEVICE, PROGRAM, RECORDING MEDIUM AND METHOD FOR CALCULATING BREAK RECOGNITION CRITERION

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится к способу прогнозирования разрывов, устройству прогнозирования разрывов, программе, носителю записи и способу вычисления критерия распознавания разрывов.
Данная заявка притязает на приоритет заявки на патент (Япония) № 2015-037121, поданной в Японии 26 февраля 2015 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Описание предшествующего уровня техники
[0002] В последние годы, в машиностроении, разработка конструкции кузова транспортного средства, которая может уменьшать удар во время столкновения, становится неотложной задачей. В этом случае, важно, когда конструктивные элементы транспортного средства поглощают энергию удара. Основной компонент, который поглощает энергию удара во время столкновения транспортного средства, имеет конструкцию, в которой элементы формируются посредством прессования и формируются в замкнутое поперечное сечение посредством точечной сварки. Точечносварной участок должен обеспечивать прочность, которая может поддерживать замкнутое сечение элемента без простого разрыва в состоянии сложной деформации во время столкновения и в состоянии нагрузки.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0003] Патентный документ 1. Патент (Япония) № 4150383.
Патентный документ 2. Патент (Япония) № 4133956.
Патентный документ 3. Патент (Япония) № 4700559.
Патентный документ 4. Патент (Япония) № 4418384.
Патентный документ 5. Патент (Япония) № 5742685.
Патентный документ 6. Патент (Япония) № 4748131.
Сущность изобретения
Проблемы, разрешаемые изобретением
[0004] В качестве способа для измерения прочности на разрыв точечносварного участка, применяется типовое испытание на растяжение нахлесточных соединительных швов или перекрестных соединительных швов. Типовое испытание нахлесточных соединительных швов измеряет прочность, когда сдвигающая сила прикладывается главным образом так, что она вызывает разрыв, а типовое испытание перекрестных соединительных швов измеряет прочность, когда осевая сила прикладывается главным образом так, что она вызывает разрыв. В патентных документах 1-3, изучены способы прогнозирования разрыва точечносварного участка в каждой из входных форм. Тем не менее, не только эти входные формы, но также и прогнозирование разрывов в форме разрыва, вызывающей разрыв посредством нагрузки оцениваемого момента в типовом испытании на растяжение L-образных соединительных швов, являются важными. В случае рассмотрения деформации во время столкновения фактического элемента транспортного средства, возникает сложная деформация, не только сдвигающая сила и осевая сила, но также и момент также нагружает точечносварной участок, и имеется проблема в том, что достаточная точность прогнозирования не достигается посредством способа прогнозирования разрывов точечносварного участка, который получается на основе типового испытания на растяжение нахлесточных соединительных швов или перекрестных соединительных швов.
[0005] Патентный документ 4 описывает прогнозирование разрывов L-образного соединительного шва. Тем не менее, в этом случае, высокорастяжимый материал, имеющий относительно низкую прочность, является целевым, и обнаружено, что точность прогнозирования ухудшается для сверхвысокорастяжимого материала (прочность на растяжение в 980 МПа или более) в последние годы. Дополнительно, при моделировании L-образного соединительного шва с использованием метода конечных элементов (FEM), даже в модели образца для испытания идентичной формы, обнаружено, что значение изгибающего момента, возникающего в точечносварном участке, изменяется в зависимости от размера элемента (сетки) используемого участка основного материала. Следовательно, имеется проблема в том, что время определения разрыва варьируется в зависимости от размера элемента участка основного материала модели, для которой выполняется анализ деформаций в результате столкновений, и точность прогнозирования ухудшается. Также обнаружено то, что эта проблема становится более заметной в модели, в которой момент нагрузки прикладывается главным образом так, что он вызывает разрыв, по сравнению с моделью, в которой сдвигающая сила или осевая сила прикладывается главным образом к точечносварному участку так, что она вызывает разрыв.
[0006] Патентный документ 5 описывает способ для прогнозирования разрыва точечносварного соединительного шва. Значение определения разрыва определяется для каждого параметра материала, указываемого из механических свойств и химических компонентов стали, приблизительная обобщающая кривая значения определения разрыва формируется из распределения, и прогнозируются разрывы участка основного материала, HAZ-части и части ядра сварной точки. Как описано выше, даже в моделях идентичного материала и идентичной формы, поскольку механическое усилие и механическое напряжение, формируемые в каждом элементе, изменяются в зависимости от размера элементов используемого участка основного материала, имеется проблема в том, что время определения разрыва варьируется в зависимости от размера элементов участка основного материала модели, для которой выполняется анализ деформаций в результате столкновений, и точность прогнозирования ухудшается.
[0007] Патентный документ 6 раскрывает способ получения разрывного механического усилия участка основного материала вокруг точечносварного участка или части с тепловым воздействием, из значения параметра размера элементов, задающего размер элемента участка основного материала. В этом случае, поскольку необходимо определять взаимосвязь между параметром размера элементов и разрывным механическим усилием посредством использования модели конкретного материала и толщины, и она может применяться только к прогнозированию разрывов модели идентичного материала и идентичной толщины с материалом и толщиной в модели, для которой определяется взаимосвязь, имеется проблема в том, что прогнозирование разрывов не может выполняться для модели из любого материала и толщины. Дополнительно, такая технология просто определяет разрывное механическое усилие участка основного материала, включающего в себя часть с тепловым воздействием вокруг точечносварного участка, и непосредственно не прогнозирует разрыв точечносварного участка, который представляет собой соединительный участок.
[0008] Настоящее изобретение осуществлено с учетом вышеизложенных проблем, и цель заключается в том, чтобы предоставлять способ прогнозирования разрывов, устройство прогнозирования разрывов, программу, носитель записи и способ вычисления критерия распознавания разрывов, которые допускают стабильное получение высокой точности прогнозирования разрывов в зависимости от размера элементов участка основного материала, при прогнозировании разрыва соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом (в частности, разрыва, вызываемого посредством приложения момента к соединительному участку), например, разрыва из точечносварного участка при анализе деформации при столкновениях транспортного средства посредством использования метода конечных элементов.
Средство решения проблемы
[0009] Настоящее изобретение предлагает следующие средства для того, чтобы разрешать вышеуказанные проблемы и достигать цели.
(1) Способ прогнозирования разрывов согласно аспекту настоящего изобретения представляет собой способ для прогнозирования разрыва соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, посредством использования метода конечных элементов, и включает в себя первый этап получения, по меньшей мере, размера элементов участка основного материала, из числа параметров, заданных в элементной модели для объекта, подлежащего анализу; второй этап вычисления, в качестве критерия распознавания разрывов, предельного момента разрыва, заданного посредством функции, включающей в себя в качестве переменной размер элемента участка основного материала; и третий этап распознавания того, превышает или нет момент, прикладываемый к соединительному участку при анализе деформаций элементной модели для объекта, подлежащего анализу, предельный момент разрыва, и вывода результата распознавания в качестве результата прогнозирования разрывов для соединительного участка.
[0010] (2) Устройство прогнозирования разрывов согласно другому аспекту настоящего изобретения представляет собой устройство, которое прогнозирует разрыв соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, посредством использования метода конечных элементов, и включает в себя модуль получения параметров, который получает, по меньшей мере, размер элемента участка основного материала, из числа параметров, заданных в элементной модели для объекта, подлежащего анализу; модуль хранения, который сохраняет предельный момент разрыва, заданный посредством функции, включающей в себя в качестве переменной размер элемента участка основного материала; модуль вычисления критерия распознавания разрывов, который вычисляет предельный момент разрыва в качестве критерия распознавания разрывов посредством считывания функции из модуля хранения и ввода размера элементов участка основного материала, который получается посредством модуля получения параметров, в функцию; и модуль распознавания разрывов, который распознает то, превышает или нет момент, прикладываемый к соединительному участку при анализе деформаций элементной модели для объекта, подлежащего анализу, предельный момент разрыва, и выводит результат распознавания в качестве результата прогнозирования разрывов для соединительного участка.
[0011] (3) Программа согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения представляет собой программу, инструктирующую компьютеру выполнять процесс прогнозирования разрыва соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, посредством использования метода конечных элементов, и инструктирует компьютеру выполнять первый процесс получения, по меньшей мере, размера элементов участка основного материала, из числа параметров, заданных в элементной модели для объекта, подлежащего анализу; второй процесс вычисления, в качестве критерия распознавания разрывов, предельного момента разрыва, заданного посредством функции, включающей в себя в качестве переменной размер элемента участка основного материала; и третий процесс распознавания того, превышает или нет момент, прикладываемый к соединительному участку при анализе деформаций элементной модели для объекта, подлежащего анализу, предельный момент разрыва, и вывода результата распознавания в качестве результата прогнозирования разрывов для соединительного участка.
[0012] (4) Носитель записи согласно дополнительному, еще одному другому аспекту настоящего изобретения представляет собой носитель записи, имеющий программу согласно (3), считываемую посредством компьютера, записанную на нем.
[0013] (5) Способ вычисления критерия распознавания разрывов согласно дополнительному, еще одному другому аспекту настоящего изобретения представляет собой способ, который вычисляет критерий распознавания разрывов, используемый при прогнозировании разрыва соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, посредством использования метода конечных элементов, и включает в себя первый процесс получения, по меньшей мере, размера элементов участка основного материала, из числа параметров, заданных в элементной модели для объекта, подлежащего анализу; и второй процесс вычисления, в качестве критерия распознавания разрывов, предельного момента разрыва, заданного посредством функции, включающей в себя в качестве переменной размер элемента участка основного материала.
Преимущества изобретения
[0014] Согласно аспектам, описанным выше, можно стабильно получать высокую точность без зависимости от размера элементов участка основного материала, при прогнозировании разрыва соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом (в частности, разрыва, вызываемого посредством приложения момента к соединительному участку), посредством использования метода конечных элементов. Таким образом, в случае, если анализ деформаций в результате столкновений транспортного средства выполняется на компьютере, можно точно выполнять прогнозирование разрывов точечной сварки, так что можно точно проектировать элемент для предотвращения разрыва во время столкновения на компьютере. Как результат, можно опускать испытание на столкновение в фактическом транспортном средстве или значительно сокращать число испытаний на столкновение, что может способствовать значительному снижению затрат и сокращению периода разработки.
Краткое описание чертежей
[0015] Фиг. 1 является принципиальной схемой, показывающей схематичную конфигурацию устройства прогнозирования разрывов согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей способ прогнозирования разрывов согласно варианту осуществления настоящего изобретения в порядке выполнения этапов.
Фиг. 3A является схемой, показывающей результат исследования взаимосвязи между прогнозируемой разрывной нагрузкой, полученной посредством способа прогнозирования разрывов согласно варианту осуществления настоящего изобретения, и экспериментальной разрывной нагрузкой, полученной посредством эксперимента, в случае, если прочность на растяжение L-образного соединительного шва, который представляет собой объект, подлежащий анализу, равна или выше 980 МПа.
Фиг. 3B является схемой, показывающей результат исследования взаимосвязи между прогнозируемой разрывной нагрузкой, полученной посредством способа прогнозирования разрывов согласно варианту осуществления настоящего изобретения, и экспериментальной разрывной нагрузкой, полученной посредством эксперимента, в случае, если прочность на растяжение L-образного соединительного шва, который представляет собой объект, подлежащий анализу, меньше 980 МПа.
Фиг. 4 является принципиальной схемой, показывающей внутреннюю структуру персонального пользовательского оконечного  устройства.
Варианты осуществления изобретения
[0016] Далее подробно описывается вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
[0017] В настоящем варианте осуществления, разрыв (в частности, разрыв, вызываемый посредством приложения момента к соединительному участку) соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, прогнозируется посредством использования метода конечных элементов. В элементной модели, участок основного материала представляет собой элемент оболочки или сплошной элемент, и соединительный участок представляет собой элемент балки, сплошной элемент или элемент оболочки. В настоящем варианте осуществления, образец для типового испытания L-образных соединительных швов, включающих в себя пару L-образных стальных пластин, соединенных посредством точечной сварки, примерно иллюстрируется в качестве объекта, подлежащего анализу, и описывается случай прогнозирования разрыва точечносварного участка образца для испытания. Чтобы стабильно получать высокую точность прогнозирования разрывов без зависимости от размера элемента (сетки) с использованием FEM, способ прогнозирования разрывов согласно настоящему варианту осуществления включает в себя первый этап получения, по меньшей мере, размера элемента участка основного материала, из числа параметров, заданных в элементной модели образца для типового испытания L-образных соединительных швов; второй этап вычисления, в качестве критерия распознавания разрывов, предельного момента разрыва, заданного посредством функции, включающей в себя в качестве переменной размер элемента участка основного материала; и третий этап распознавания того, превышает или нет момент, прикладываемый к точечносварному участку, при анализе деформаций элементной модели для объекта, подлежащего анализу, предельный момент разрыва, и вывода результата распознавания в качестве результата прогнозирования разрывов для точечносварного участка.
[0018] Чтобы повышать точность прогнозирования разрывов, предпочтительно, когда на первом этапе, прочность на растяжение участка основного материала образца для типового испытания L-образных соединительных швов получается вместе с размером элемента участка основного материала, из параметров, заданных в элементной модели образца для типового испытания L-образных соединительных швов, и на втором этапе, функция, используемая для того, чтобы вычислять предельный момент разрыва, варьируется в зависимости от прочности на растяжение.
[0019] Например, в случае, если прочность на растяжение образца для типового испытания L-образных соединительных швов составляет 980 МПа или более (в случае, если основной материал образца для типового испытания L-образных соединительных швов представляет собой сверхвысокорастяжимый материал), на втором этапе, предельный момент разрыва вычисляется посредством использования уравнения (1) в качестве функции:
Mf=Me*F(Me, t, D, W, L, e)... (1)
где Mf: предельный момент разрыва (Н*мм),
Me: модифицированный момент упругого изгиба (Н*мм),
F(Me, t, D, W, L, e): корректировочные члены,
t: толщина основного материала образца для типового испытания L-образных соединительных швов (мм),
D: диаметр ядра сварной точки точечносварного участка (мм),
W: эффективная ширина, при которой точечносварной участок принимает нагрузку (мм),
L: длина плеча (мм),
e: размер элемента участка основного материала (мм).
[0020] В уравнении (1), модифицированный момент Me упругого изгиба может задаваться посредством уравнения (2), и корректировочные члены F(Me, t, D, W, L, e) могут задаваться посредством уравнения (3).
3
Me=(el/L)*(E*D*t)/12... (2)
где el: полное удлинение основного материала образца для типового испытания L-образных соединительных швов (ε),
E: модуль Юнга основного материала образца для типового испытания L-образных соединительных швов (МПа)
F(Me, t, D, W, L, e)=F(Me)*f(t)*f(D)*f(W)*f(L)*f(e)... (3)
где f(Me): корректировочный член модифицированного момента Me упругого изгиба,
f(t): корректировочный член толщины t,
f(D): корректировочный член диаметра D ядра сварной точки,
f(W): корректировочный член эффективной ширины W,
f(L): корректировочный член длины L плеча,
f(e): корректировочный член размера e элемента участка основного материала.
[0021] В случае, если прочность на растяжение образца для типового испытания L-образных соединительных швов составляет 980 МПа или более, предельный момент разрыва корректируется на основе модифицированного момента упругого изгиба, но модифицированный момент упругого изгиба описывается ниже.
3
В случае, если прочность на растяжение образца для типового испытания L-образных соединительных швов составляет 980 МПа или более, пластическая деформация наблюдается локально около точечносварного участка, но обнаружено, что соединительный шов находится почти в упругодеформированном состоянии в целом, и точечносварной участок разрывается. Из этого, обнаружено, что в материалах, имеющих прочность на растяжение 980 МПа или более, в результате анализа взаимосвязи между предельным моментом разрыва и моментом упругого изгиба, становится очевидным, что существует определенная корреляция. Хотя общее уравнение момента упругого изгиба представляет собой (1/ρ)*(E*W*t)/12, затруднительно получать кривизну (1/ρ) основного материала точечносварного участка во время возникновения разрыва в качестве параметра из элементной модели объекта, подлежащего анализу. Следовательно, чтобы заменять кривизну значением получаемого параметра, в результате исследования соотношения каждого параметра, выясняется, что продукт кривизны и длины плеча является пропорциональным полному удлинению основного материала. Следовательно, кривизна (1/ρ) заменяется посредством значения (el/L), полученного посредством деления полного удлинения (el) основного материала на длину (L) плеча. Дополнительно, в случае, если прочность на растяжение составляет 980 МПа или более, поскольку влияние ширины образца для испытания на предельный момент разрыва является небольшим, и распределение механического усилия в FEM-модели образца для типового испытания L-образных соединительных швов концентрируется в точечносварном участке, ширина W, которая принимает нагрузку, совпадает с диаметром D ядра сварной точки, и W в общем уравнении момента упругого изгиба заменяется диаметром D ядра сварной точки. Модифицированный момент упругого изгиба, сформированный таким образом, корректируется таким образом, что он включает в себя корректировочный член размера элементов, и за счет этого вычисляется предельный момент разрыва.
[0022] С другой стороны, например, в случае, если прочность на растяжение образца для типового испытания L-образных соединительных швов меньше 980 МПа (в случае, если прочность на растяжение основного материала (стальной пластины) образца для типового испытания L-образных соединительных швов составляет 780 МПа или меньше, в качестве классификации прочностей), на втором этапе, предельный момент разрыва вычисляется с использованием уравнения (4) в качестве функции:
Mf=Mp*F(Mp, t, D, W, el, e)... (4)
где Мf: предельный момент разрыва (Н*мм),
Mp: полный момент пластического изгиба (Н*мм),
F(Mp, t, D, W, el, e): корректировочные члены,
t: толщина основного материала образца для типового испытания L-образных соединительных швов (мм),
D: диаметр ядра сварной точки точечносварного участка (мм),
W: эффективная ширина, при которой точечносварной участок принимает нагрузку (мм),
el: полное удлинение основного материала образца для типового испытания L-образных соединительных швов (ε),
e: размер элемента участка основного материала (мм).
[0023] В уравнении (4), полный момент Mp пластического изгиба задается посредством уравнения (5), и корректировочные члены F(Mp, t, D, W, el, e) задаются посредством уравнения (6)
2
Mp=(TS*W*t)/4... (5)
где TS: прочность на растяжение основного материала образца для типового испытания L-образных соединительных швов (МПа)
F(Mp, t, D, W, el, e)=f(Mp)*f(t)*f(D)*f(W)*f(el)*f(e)... (6)
где f(Mp): корректировочный член полного момента Mp пластического изгиба,
f(t): корректировочный член толщины t,
f(D): корректировочный член диаметра D ядра сварной точки,
f(W): корректировочный член эффективной ширины W,
f(el): корректировочный член полного удлинения el,
f(e): корректировочный член размера e элемента участка основного материала.
[0024] В случае, если образец для испытания, имеющий прочность на растяжение, меньше 980 МПа, представляет собой объект, подлежащий анализу, обнаружено, что существует определенная корреляция между предельным моментом разрыва и полным моментом пластического изгиба, и предельный момент разрыва вычисляется посредством коррекции таким образом, что он включает в себя корректировочный член размера элемента на основе полного момента пластического изгиба.
[0025] В дальнейшем в этом документе, описывается способ определения каждого корректировочного члена уравнения (3) и уравнения (6).
Во-первых, в FEM-модели, сформированной с использованием образца для типового испытания L-образных соединительных швов, разрывная нагрузка (максимальная нагрузка), подтверждаемая в эксперименте, нагружается для края образца для испытания (части для обработки в патроне), и момент, прикладываемый к точечносварному участку, получается в качестве предельного момента разрыва. Получение предельного момента разрыва выполняется посредством различных видов стали, толщины, формы L-образного соединительного шва, диаметра ядра сварной точки, размера элементов участка основного материала и т.п.
[0026] Затем каждый корректировочный член определяется из каждой множественной регрессии, полученной таким образом, что минимизируется ошибка между предельным моментом разрыва, полученным так, как описано выше, и предельным моментом разрыва, вычисленным посредством уравнения (3) или (6). В частности, каждый корректировочный член задается следующим образом. Форма уравнения корректировочного члена не ограничена конкретным образом, и, например, квадратичное уравнение может использоваться вместо линейного уравнения.
[0027] 1. В случае, если образец для испытания, имеющий прочность на растяжение 980 МПа или более, представляет собой объект, подлежащий анализу:
f(Me)=(A1/Me)+A2
f(t)=B1*t+B2
f(D)=C1*D+C2
f(W)=D1*W+D2
f(L)=E1*L+E2
f(e)=F1*e+F2... (7)
[0028] 2. В случае, если образец для испытания, имеющий прочность на растяжение меньше 980 МПа, представляет собой объект, подлежащий анализу:
f(Mp)=(a1/Mp)+a2
f(t)=b1*t+b2
f(D)=c1*D+c2
f(W)=d1*W+d2
f(el)=e1*(el)+e2
f(e)=f1*e+f2... (8)
[0029] Как описано выше, соответствующие коэффициенты A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2, F1 и F2 в уравнении (7) и соответствующие коэффициенты a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2, e1, e2, f1 и f2 уравнения (8) определяются таким образом, что минимизируется ошибка между предельным моментом разрыва, полученным в FEM-модели, и предельным моментом разрыва, вычисленным посредством уравнения (3) или (6), и получается предельный момент Mf разрыва уравнения (3) или (6).
[0030] В связи с настоящим вариантом осуществления, в FEM-модели, сформированной с использованием образца для типового испытания L-образных соединительных швов, разрывная нагрузка (максимальная нагрузка), подтверждаемая в эксперименте, нагружается для края образца для испытания (части для обработки в патроне), момент, прикладываемый к точечносварному участку, получается, и значение непосредственно используется в качестве предельного момента разрыва. Тем не менее, имеется множество комбинаций условий (вид стали, толщина, форма, диаметр ядра сварной точки размера элементов участка основного материала и т.п.) L-образного соединительного шва, для которого пользователь фактически пытается прогнозировать разрыв посредством моделирования. Невозможно выполнять эксперимент со всеми этими комбинациями и получать разрывную нагрузку (максимальную нагрузку). Следовательно, в настоящем варианте осуществления, разрыв прогнозируется посредством использования вышеприведенного уравнения (3) или (6).
[0031] Фиг. 1 является принципиальной схемой, показывающей схематичную конфигурацию устройства прогнозирования разрывов согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей способ прогнозирования разрывов согласно настоящему варианту осуществления в порядке на основе этапов.
Как показано на фиг. 1, устройство прогнозирования разрывов согласно настоящему варианту осуществления включает в себя модуль 1 получения параметров, модуль 2 вычисления критерия распознавания разрывов, модуль 3 распознавания разрывов и модуль 4 хранения.
Устройство прогнозирования разрывов согласно настоящему варианту осуществления может быть реализовано посредством компьютера, такого как персональный компьютер. Модуль 4 хранения представляет собой энергонезависимое устройство хранения данных, такое как флэш-память, жесткий диск или постоянное запоминающее устройство (ROM), предоставленное в таком компьютере.
Модуль 1 получения параметров, модуль 2 вычисления критерия распознавания разрывов и модуль 3 распознавания разрывов соответственно представляют собой функции, реализованные, когда арифметический процессор (не показан на фиг. 1), такой как центральный процессор (CPU), предоставленный в компьютере, работает согласно программе, сохраненной в модуле 4 хранения.
Здесь, программа представляет собой прикладное программное обеспечение, сконструированное с помощью машиночитаемого машинного языка с возможностью реализовывать вышеуказанный способ прогнозирования разрывов согласно настоящему варианту осуществления посредством компьютера. Программа может сохраняться в модуле 4 хранения посредством загрузки программы из портативного носителя записи, такого как запоминающее устройство по стандарту универсальной последовательной шины (USB) или CD-ROM, в компьютер.
[0032] Например, в случае прогнозирования разрыва точечносварного участка при FEM-анализе столкновений для шляпкообразного элемента (элементов с L-образным соединительным швом), соединенных посредством точечной сварки, LS-DYNA, которое представляет собой программное обеспечение для анализа столкновений общего назначения, используется в качестве основной программы, и можно соединять программу с LS-DYNA в качестве подпрограммы LS-DYNA. Таким образом, арифметический процессор компьютера (устройства прогнозирования разрывов) работает в соответствии с основной программой LS-DYNA для того, чтобы выполнять процесс анализа деформаций в результате столкновений шляпкообразного элемента, который представляет собой объект, подлежащий анализу, и работает в соответствии с программой, которая представляет собой подпрограмму для того, чтобы выполнять процесс прогнозирования разрывов для определения того, возникает или нет разрыв в точечносварном участке, при связывании с процессом анализа деформаций в результате столкновений.
[0033] Следовательно, не только программа, но также и LS-DYNA, которая представляет собой основную программу, сохраняются в модуле 4 хранения. Помимо этого, LS-DYNA может сохраняться в модуле хранения, отличающемся от модуля 4 хранения. Дополнительно, другие программы, необходимые для работы компьютера, такие как программа операционной системы (ОС), могут сохраняться в модуле 4 хранения или могут сохраняться в модуле хранения, отличающемся от модуля 4 хранения.
Дополнительно, каждый корректировочный член уравнения (7), в котором определяется каждый из коэффициентов A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2, F1 и F2, и каждый корректировочный член уравнения (8), в котором определяется каждый из коэффициентов a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2, e1, e2, f1 и f2, и уравнения (1)-(6) сохраняются в модуле 4 хранения. Эти элементы данных могут сохраняться в модуле 4 хранения посредством загрузки этих элементов данных вместе с программой из портативного носителя записи, такого как запоминающее USB-устройство или CD-ROM, в компьютер.
[0034] В дальнейшем в этом документе, со ссылкой на фиг. 2, описывается способ прогнозирования разрывов (функции модуля 1 получения параметров, модуля 2 вычисления критерия распознавания разрывов и модуля 3 распознавания разрывов) реализованный посредством арифметического процессора устройства прогнозирования разрывов (компьютера), работающего в соответствии с программой.
Как показано на фиг. 2, модуль 1 получения параметров получает прочность TS на растяжение, модуль E Юнга, эффективную ширину W, толщину t, диаметр D ядра сварной точки, длину L плеча, полное удлинение el и размер e элементов участка основного материала, из числа параметров, заданных в элементной модели шляпкообразного элемента (этап S1: первый процесс).
[0035] Как описано выше, арифметический процессор устройства прогнозирования разрывов выполняет процесс анализа деформаций в результате столкновений шляпкообразного элемента на основе LS-DYNA и процесс прогнозирования разрывов на основе программы параллельно. Чтобы выполнять процесс анализа деформаций в результате столкновений шляпкообразного элемента на основе LS-DYNA, необходимо подготавливать элементную модель шляпкообразного элемента заранее и в силу этого необходимо задавать различные параметры. Следовательно, модуль 1 получения параметров может легко получать прочность TS на растяжение, модуль E Юнга, эффективную ширину W, толщину t, диаметр D ядра сварной точки, длину L плеча, полное удлинение el и размер e элементов участка основного материала, из числа различных параметров, предварительно заданных для того, чтобы формировать элементную модель шляпкообразного элемента.
Помимо этого, эти параметры могут представлять собой данные, вводимые посредством устройства ввода (не показано на фиг. 1), предоставленного в устройстве прогнозирования разрывов, в начале выполнения прогнозирования разрывов обрабатывают на основе программы.
[0036] Дополнительно, на этапе S1, средний размер элемента вокруг точечносварного участка может получаться в качестве размера e элемента участка основного материала посредством автоматического считывания различных параметров элементной модели шляпкообразного элемента, который представляет собой объект, подлежащий анализу, из входного файла для анализа столкновения, с использованием входного вспомогательного программного обеспечения, и поиска элементов участка основного материала, соединенного с точечносварным участком.
[0037] Затем, модуль 2 вычисления критерия распознавания разрывов вычисляет предельный момент Mf разрыва в качестве критерия распознавания разрывов (этап S2: второй процесс).
В частности, в случае, если прочность TS на растяжение, полученная на этапе S1, составляет 980 МПа или более, модуль 2 вычисления критерия распознавания разрывов считывает уравнения (1)-(3) и каждый корректировочный член уравнения (7), в котором определяется каждый из коэффициентов A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2, F1 и F2, из модуля 4 хранения, и вычисляет предельный момент Mf разрыва, посредством подстановки модуля E Юнга, эффективной ширины W, толщины t, диаметра D ядра сварной точки, длины L плеча, полного удлинения el и размера e элементов участка основного материала в каждое уравнение, из параметров, полученных на этапе S1.
[0038] С другой стороны, в случае, если прочность TS на растяжение, полученная на этапе S1, меньше 980 МПа, модуль 2 вычисления критерия распознавания разрывов считывает уравнения (4)-(6) и каждый корректировочный член уравнения (8), в котором определяется каждый из коэффициентов a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2, e1, e2, f1 и f2, из модуля 4 хранения, и вычисляет предельный момент Mf разрыва, посредством подстановки прочности TS на растяжение, эффективной ширины W, толщины t, диаметра D ядра сварной точки, полного el удлинения и размера e элемента участка основного материала в каждое уравнение, из параметров, полученных на этапе S1.
[0039] Затем, модуль 3 распознавания разрывов определяет то, превышает или нет изгибающий момент, прикладываемый к точечносварному участку при анализе деформаций в результате столкновений элементной модели шляпкообразного элемента, предельный момент Mf разрыва, полученный на этапе S2, и выводит результат определения в качестве результата прогнозирования разрывов точечносварного участка (этап S3: третий процесс).
В частности, в случае, если изгибающий момент M1, прикладываемый к точечносварному участку при анализе деформаций в результате столкновений элементной модели шляпкообразного элемента, и предельный момент Mf разрыва удовлетворяют уравнению (9), модуль 3 распознавания разрывов выводит результат, указывающий то, что существует разрыв, в качестве результата прогнозирования разрывов.
M1/Mf≥1... (9)
Изгибающий момент M1, приложенный к точечносварному участку при анализе деформаций в результате столкновений элементной модели шляпкообразного элемента, может получаться из результата процесса анализа деформаций в результате столкновений шляпкообразного элемента на основе LS-DYNA.
[0040] В случае, если результат прогнозирования разрывов, выводимый из модуля 3 распознавания разрывов, указывает то, что существует разрыв, арифметический процессор устройства прогнозирования разрывов удаляет точечносварной участок, включенный в элементную модель шляпкообразного элемента в процессе анализа деформаций в результате столкновений шляпкообразного элемента на основе LS-DYNA, с тем чтобы информировать пользователя в отношении того, что разрыв возникает в точечносварном участке.
С другой стороны, в случае, если результат прогнозирования разрывов, выводимый из модуля 3 распознавания разрывов, указывает то, что отсутствует разрыв, арифметический процессор устройства прогнозирования разрывов оставляет точечносварной участок, включенный в элементную модель шляпкообразного элемента в процессе анализа деформаций в результате столкновений шляпкообразного элемента на основе LS-DYNA, с тем, чтобы информировать пользователя в отношении того, что отсутствует разрыв в точечносварном участке.
[0041] Фиг. 3A и фиг. 3B показывают результат исследования взаимосвязи между нагрузкой (максимальной нагрузкой) непосредственно перед началом уменьшения нагрузки, которая определяется в качестве разрыва в настоящем варианте осуществления, и экспериментальной разрывной нагрузкой (максимальной нагрузкой), полученной посредством экспериментов посредством использования модели испытания на растяжение L-образного соединительного шва, участок основного материала которого создается из элемента оболочки, и точечносварной участок создается из твердотельного элемента на испытании на растяжение L-образного соединительного шва в качестве примера. Фиг. 3A показывает случай, когда прочность на растяжение L-образного соединительного шва, который представляет собой объект, подлежащий анализу, равна или выше 980 МПа, и фиг. 3B показывает случай, когда прочность на растяжение L-образного соединительного шва, который представляет собой объект, подлежащий анализу, меньше 980 МПа.
[0042] Пример настоящего изобретения и сравнительный пример на фиг. 3A являются общими при анализе, выполняемом в состоянии, в котором прочность TS на растяжение составляет 1057 МПа, модуль E Юнга составляет 205800 МПа, эффективная ширина W составляет 40 мм, толщина t составляет 1,6 мм, диаметр D ядра сварной точки составляет 6,3 мм, длина L плеча составляет 10 мм, и полное удлинение el составляет 0,15.
В каждом из примера настоящего изобретения и сравнительного примера на фиг. 3A, анализ испытания на растяжение выполняется с использованием аналитической модели (модели A), подготовленной таким образом, что размер e элементов (среднее значение) участка основного материала составляет 3,0 мм, аналитической модели (модели B), подготовленной таким образом, что размер e элементов (среднее значение) участка основного материала составляет 4,7 мм, и аналитической модели (модели C), подготовленной таким образом, что размер e элементов (среднее значение) участка основного материала составляет 5,8 мм.
Исходя из того, что прогнозная разрывная нагрузка вычисляется на основе предельного момента разрыва, вычисленного с использованием функций (см. уравнения (1)-(3)), включающих в себя размер e элементов участка основного материала, в качестве переменной в примере настоящего изобретения на фиг. 3A, прогнозная разрывная нагрузка вычисляется на основе предельного момента разрыва, вычисленного с использованием функции, не включающей в себя размер e элементов участка основного материала, в качестве переменной в сравнительном примере. В частности, в сравнительном примере, предельный момент разрыва не корректируется посредством размера e элементов участка основного материала, посредством ввода фиксированного значения 5 мм в корректировочном члене f(e) в любую из "модели A", "модели B" и "модели C".
[0043] Пример настоящего изобретения и сравнительный пример на фиг. 3B являются общими при анализе, выполняемом в состоянии, в котором прочность TS на растяжение составляет 467 МПа, эффективная ширина W составляет 50 мм, толщина t составляет 1,6 мм, диаметр D ядра сварной точки составляет 5,0 мм, и полное удлинение el составляет 0,36.
В каждом из примера настоящего изобретения и сравнительного примера на фиг. 3B, анализ испытания на растяжение выполняется с использованием аналитической модели (модели A), подготовленной таким образом, что размер e элементов (среднее значение) участка основного материала составляет 3,0 мм, аналитической модели (модели B), подготовленной таким образом, что размер e элементов (среднее значение) участка основного материала составляет 4,7 мм, и аналитической модели (модели C), подготовленной таким образом, что размер e элементов (среднее значение) участка основного материала составляет 5,8 мм.
Исходя из того, что прогнозная разрывная нагрузка вычисляется на основе предельного момента разрыва, вычисленного с использованием функций (см. уравнения (4)-(6)), включающих в себя размер e элемента участка основного материала, в качестве переменной в примере настоящего изобретения на фиг. 3B, прогнозная разрывная нагрузка вычисляется на основе предельного момента разрыва, вычисленного с использованием функции, не включающей в себя размер e элемента участка основного материала, в качестве переменной в сравнительном примере. В частности, в сравнительном примере, предельный момент разрыва не корректируется посредством размера e элемента участка основного материала, посредством ввода фиксированного значения 5 мм в корректировочном члене f(e) в любую из "модели A", "модели B" и "модели C".
[0044] Как показано на фиг. 3A и фиг. 3B, в примере настоящего изобретения, в то время как отклонение между прогнозной разрывной нагрузкой и экспериментальной разрывной нагрузкой (5,6 кН или 3,9 кН) также является небольшим в любом состоянии, в котором размер e элемента участка основного материала модели испытания на растяжение L-образного соединительного шва отличается, предусмотрен случай, в котором отклонение между прогнозной разрывной нагрузкой и экспериментальной разрывной нагрузкой является большим в зависимости от размера e элемента участка основного материала модели испытания на растяжение L-образного соединительного шва в сравнительном примере.
Другими словами, согласно примеру настоящего изобретения, результаты анализа на фиг. 3A и фиг. 3B показывают то, что высокая точность прогнозирования разрывов может стабильно получаться без зависимости от размера e элемента участка основного материала, при прогнозировании разрыва точечносварного участка L-образного соединительного шва, который представляет собой объект, подлежащий анализу (в частности, разрыва, вызываемого посредством приложения момента к точечносварному участку) посредством использования метода конечных элементов.
[0045] Как описано выше, согласно настоящему варианту осуществления, можно стабильно получать высокую точность прогнозирования разрывов без зависимости от размера элементов участка основного материала, при прогнозировании разрыва соединительного участка (например, точечносварного участка) объекта, подлежащего анализу (например, шляпкообразного элемента), включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом (в частности, разрыва, вызываемого посредством приложения момента к соединительному участку), посредством использования метода конечных элементов.
[0046] Как описано выше, функция каждого компонента устройства прогнозирования разрывов согласно настоящему варианту осуществления (модуля 1 получения параметров, модуля 2 вычисления критерия распознавания разрывов и модуля 3 распознавания разрывов на фиг. 1) и способа прогнозирования разрывов (первого-третьего этапов) согласно настоящему варианту осуществления может быть реализована посредством арифметического процессора, работающего согласно программе, сохраненной в энергонезависимом устройстве хранения данных компьютера. Программа и машиночитаемый носитель записи, имеющий записанную программу, включены в настоящий вариант осуществления.
[0047] В частности, программа записывается на носителе записи, таком как CD-ROM, или предоставляется в компьютер через различные среды передачи. В качестве носителя записи, имеющего записанную программу, в дополнение к CD-ROM, гибкому диску, жесткому диску, магнитной ленте, магнитооптическому диску и т.п., может использоваться энергонезависимая карта памяти. С другой стороны, в качестве среды передачи программы, можно использовать среду связи в компьютерной сетевой системе для распространения и предоставления информации программы в качестве несущей. Здесь, компьютерная сеть представляет собой локальную вычислительную сеть (LAN), глобальную вычислительную сеть (WAN), к примеру, Интернет, сеть беспроводной связи и т.п., и среда связи представляет собой проводную линию, к примеру, оптоволоконную или беспроводную линию.
[0048] Дополнительно, программа, включенная в настоящий вариант осуществления, не ограничена программой, в которой функция настоящего варианта осуществления реализована посредством компьютера, выполняющего предоставляемую программу. Например, в случае, если функция настоящего варианта осуществления реализована совместно с операционной системой (ОС) или другим прикладным программным обеспечением, работающим на компьютере, такая программа включена в настоящий вариант осуществления. Дополнительно, в случае, если весь или часть процесса предоставляемой программы выполняется посредством функциональной платы расширения или функционального блока расширения компьютера для того, чтобы реализовывать функцию настоящего варианта осуществления, такая программа включена в настоящий вариант осуществления.
[0049] Например, фиг. 4 является принципиальной схемой, показывающей внутреннюю структуру персонального пользовательского терминального устройства. На фиг. 4, ссылка с номером 1200 обозначает персональный компьютер (сокращенно PC), содержащий CPU 1201. PC 1200 выполняет программное обеспечение управления устройством, сохраненное в ROM 1202 или на жестком диске 1211 (сокращенно HD) или предоставляемое из накопителя 1212 на гибких дисках (сокращенно FD). PC 1200 совместно управляет каждым устройством, соединенным с системной шиной 1204.
[0050] Посредством программы, сохраненной в CPU 1201, ROM 1202 или HD 1211 PC 1200, реализуются процедуры этапов S1 в S3 на фиг. 2 настоящего варианта осуществления.
[0051] Ссылка с номером 1203 обозначает оперативное запоминающее устройство (RAM), которое выступает в качестве основного запоминающего устройства, рабочей области и т.п. CPU 1201. Ссылка с номером 1205 обозначает контроллер клавиатуры (сокращенно KBC) и управляет инструкцией, вводимой из клавиатуры 1209 (сокращенно KB) или устройства (не показано).
[0052] Ссылка с номером 1206 обозначает CRT-контроллер (сокращенно CRTC), который управляет отображением CRT-дисплея 1210 (сокращенно CRT). Ссылка с номером 1207 обозначает дисковый контроллер (сокращенно DKC). DKC 1207 управляет доступом к HD 1211 и FD 1212, которые сохраняют загрузочную программу, множество приложений, файл редактирования, пользовательский файл и программу управления сетью и т.п. Здесь, загрузочная программа представляет собой программу активации для начала выполнения (работы) аппаратных средств и программного обеспечения PC 1200.
[0053] Ссылка с номером 1208 обозначает сетевую интерфейсную плату (сокращенно NIC), которая двунаправленно обменивается данными с сетевым принтером, другим сетевым устройством или другим PC через LAN 1220.
Вместо использования PC 1200, который представляет собой персональное пользовательское терминальное устройство, может использоваться предварительно определенный модуль вычисления и т.п., специально предназначенный для устройства прогнозирования разрывов.
[0054] Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено вышеописанным вариантом осуществления, и следующие модификации возможны.
(1) В вышеприведенном варианте осуществления, описание приведено в отношении способа для прогнозирования разрыва соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, в частности, разрыва, вызываемого посредством приложения момента к соединительному участку посредством использования метода конечных элементов.
Тем не менее, общеизвестно, что не только момент, но также и сдвигающая сила и осевая сила добавляются в соединительный участок при анализе деформаций в результате столкновений объекта, подлежащего анализу. Следовательно, в способе прогнозирования разрывов в предшествующем уровне техники, разрыв, вызываемый посредством момента, разрыв, вызываемый посредством сдвигающей силы, и разрыв, вызываемый посредством осевой силы, прогнозируются с использованием отдельных уравнений прогнозирования разрывов, соответственно.
Способ (программа) прогнозирования разрывов согласно вышеописанному варианту осуществления может использоваться в качестве способа (подпрограммы) для прогнозирования разрыва, вызываемого посредством момента, из вышеуказанных трех режимов разрыва, но в случае, если осевая сила, прикладываемая к соединительному участку, представляет собой осевую силу сжатия, разрыв не возникает во время фактического столкновения, момент может возникать даже под действием осевой силы сжатия, и имеется вероятность ошибочного прогнозирования возникновения разрыва момента.
Следовательно, на третьем этапе способа прогнозирования разрывов согласно настоящему варианту осуществления, при анализе деформаций в результате столкновений объекта, подлежащего анализу, в случае, если осевая сила, прикладываемая к соединительному участку, представляет собой осевую силу сжатия, предпочтительно, когда результат, указывающий то, что отсутствует разрыв, принудительно выводится в качестве результата прогнозирования разрывов.
Другими словами, на этапе S3, в случае, если осевая сила, прикладываемая к соединительному участку, при анализе деформаций в результате столкновений объекта, подлежащего анализу, представляет собой осевую силу сжатия, предпочтительно, когда модуль 3 распознавания разрывов устройства прогнозирования разрывов согласно устройству прогнозирования разрывов принудительно выводит результат, указывающий то, что разрыв отсутствует, в качестве результата прогнозирования разрывов.
Это позволяет предотвращать ошибочное прогнозирование того, что момент, который не должен возникать во время фактического столкновения, возникает в численном анализе, и возникает разрыв момента, в случае, если осевая сила, прикладываемая к соединительному участку, представляет собой осевую силу сжатия.
[0055] (2) В вышеприведенном варианте осуществления, примерно иллюстрируется объект, подлежащий анализу, в котором точечно сварена пара элементов, и примерно иллюстрируется случай прогнозирования разрыва момента точечносварного участка. Соединительный участок в настоящем изобретении не ограничен точечносварным участком, и настоящее изобретение также может применяться, например, к случаю прогнозирования разрыва момента, возникающего в соединительном участке объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных посредством других способов сварки, таких как точечная сварка или сварка прямолинейным швом.
[0056] (3) В вышеприведенном варианте осуществления, примерно иллюстрируется случай, в котором объект, подлежащий анализу, представляет собой стальную пластину, но материал объекта, подлежащего анализу, в настоящем изобретении не ограничен стальной пластиной, и настоящее изобретение также может применяться к случаю прогнозирования разрыва момента объекта, подлежащего анализу, материал которого представляет собой железо, алюминий, титан, нержавеющую сталь, композитный материал (металлический материал на основе смолы или разнородный металлический материал), углеродное волокно и т.п.
[0057] (4) В вышеприведенном варианте осуществления, примерно иллюстрируется случай, в котором предельный момент разрыва вычисляется посредством отдельного использования двух типов функций (функции, используемой в случае, если прочность на растяжение составляет 980 МПа или более, и функции, используемой в случае, если прочность на растяжение меньше 980 МПа), но три или более функций могут использоваться отдельно в зависимости от прочности на растяжение.
[0058] (5) Настоящее изобретение может применяться не только к конструктивным элементам транспортных средств, таким как шляпкообразные элементы, но также и в качестве способа для прогнозирования разрыва момента конструктивных элементов, таких как различные транспортные средства, включающие в себя железнодорожный подвижной состав, общее машинное оборудование или суда.
[0059] (6) В вышеприведенном варианте осуществления, описание приведено в отношении способа для прогнозирования разрыва соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, в частности, разрыва, вызываемого посредством приложения момента к соединительному участку посредством использования метода конечных элементов. Тем не менее, могут быть пользователи, которые запрашивают только способ (программу) для вычисления критерия распознавания разрывов.
В ответ на такой запрос от пользователя, может предоставляться способ вычисления критерия распознавания разрывов, полученный посредством удаления третьего этапа из способа прогнозирования разрывов согласно вышеописанному варианту осуществления.
Таким образом, способ вычисления критерия распознавания разрывов представляет собой способ, который вычисляет критерий распознавания разрывов, используемый при прогнозировании разрыва соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, посредством использования метода конечных элементов, и включает в себя первый этап получения, по меньшей мере, размера элементов участка основного материала, из числа параметров, заданных в элементной модели для объекта, подлежащего анализу; и второй этап вычисления, в качестве критерия распознавания разрывов, предельного момента разрыва, заданного посредством функции, включающей в себя размер элемента участка основного материала, в качестве переменной.
Краткое описание ссылок с номерами
[0060] 1 - модуль получения параметров
2 - модуль вычисления критерия распознавания разрывов
3 - модуль распознавания разрывов
4 - модуль хранения