СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРУШЕНИЯ, УСТРОЙСТВО, ПРОГРАММА И ЧИТАЕМЫЙ КОМПЬЮТЕРОМ НОСИТЕЛЬ ЗАПИСИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРУШЕНИЯ
METHOD TO DETECT DAMAGE, DEVICE, PROGRAM AND COMPUTER-READABLE RECORD MEDIUM FOR DAMAGE DETECTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу определения разрушения, устройству определения разрушения, программе и читаемому компьютером носителю записи, предназначенным для определения разрушения металлической пластины, детали, сформированной из металлической пластины (листа), и конструкции, сформированной из металлической пластины, и подобного при моделировании столкновения для автомобиля, моделировании штамповки детали или подобного.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последние годы, в автомобильной промышленности, разработка конструкции автомобильного кузова, способной уменьшить для пассажиров телесные повреждения при столкновении, является актуальным вопросом. Конструкция автомобильного кузова, отличающаяся такой безопасностью при столкновении, может быть обеспечена путем поглощения, в случае столкновения, энергии удара конструктивными элементами, отличными от пассажирского салона, чтобы минимизировать деформацию пассажирского салона и обезопасить пространство выживания.
Таким образом, является важным обеспечить конструктивным элементам возможность поглощать энергию удара. Для повышения поглощения энергии удара крайне важно стабилизировать форму потери устойчивости (при продольном изгибе) и препятствовать изгибу или разрушению в середине, и необходимо точно оценивать, какая степень риска разрушения была достигнута на текущий момент.
Однако, при столкновении или штамповке автомобиля, каждый элемент проходит сложную траекторию деформации, и таким образом риск разрушения изменяется в зависимости от своей предыстории деформации. Следовательно, было трудным точно оценивать риск разрушения для каждой части каждого элемента.
Традиционно имелось много предложений для способов и устройств и подобного, предназначенных для прогнозирования разрушения. Например, японская выложенная патентная публикация №2007-152407 (Патентный документ 1 ниже) раскрывает устройство арифметической обработки (арифметический процессор), которое прогнозирует разрушение в ходе штамповки путем использования средства моделирования штамповки, средства вычисления эквивалентной пластической деформации, средства вычисления величины для определения образования трещин (при формовании), и средства определения образования трещин. Средство определения образования трещин в составе устройства арифметической обработки способно прогнозировать образование трещины более точно при прогнозировании образования трещины со ссылкой на диаграмму предельных значений в формовании путем прогнозирования образования трещины в соответствии с тем, превышает ли эквивалентная пластическая деформация объекта, используемого для определения, величину определения образования трещин в направлении развития деформации. Однако способ по Патентному документу 1 должен оценивать границу области разрушения согласно расстоянию до предельной величины непропорционального формообразования в пространстве деформаций, и способ должен повторно вычислять предельную величину непропорционального формообразования при каждом изменении направления развития деформации, и, следовательно, является сложным.
Кроме того, японская выложенная патентная публикация № 2007-232714 (Патентный документ 2 ниже) раскрывает, что с помощью кривой, полученной путем преобразования коэффициента расширения отверстия в напряжение, взятой в качестве линии предельного напряжения до начала разрушения, риск разрушения материала количественно оценивается путем сравнения отношения между данными, полученными на основе численного анализа с использованием метода конечных элементов, и линии предельного напряжения до разрушения. В способе Патентного документа 2 является возможным легко и эффективно получать линию предельных значений разрушения, при определении предельных значений разрушения для тонкой пластины в процессе, включающем в себя одно или несколько изменений траектории деформации, и определять предельное значение разрушения с высокой точностью прогноза.
Кроме того, японская выложенная патентная публикация № 2007-232715 (Патентный документ 3 ниже) раскрывает, что с помощью кривой, полученной преобразованием коэффициента расширения отверстия в напряжение, принимаемой в качестве линии предельного напряжения до разрушения, риск разрушения материала количественно оценивается путем сравнения отношения между данными, полученными на основе численного анализа с использованием метода конечных элементов, и линии предельного напряжения до разрушения. В способе Патентного документа 3 является возможным легко и эффективно получать линию предельных значений разрушения при определении предельного значения разрушения для отбортованной детали в тонкой пластине в процессе, включающем в себя одно или несколько изменений траекторий деформации, и определять разрушение с высокой точностью, посредством этого позволяя оценивание риска разрушения в течение штамповки или в случае столкновения.
Кроме того, японская выложенная патентная публикация №2007-285832 (Патентный документ 4 ниже) раскрывает систему получения предельного значения разрушения, в которой пользовательский терминал предоставляет на сервер данные материала в качестве объекта определения разрушения, и получает от сервера данные линии предела области разрушения. Публикация раскрывает, что пользовательский терминал количественно оценивает риск разрушения материала, используя полученную предельную линию области разрушения.
УКАЗАТЕЛЬ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК
ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Патентная литература 1: Японская выложенная патентная публикация № 2007-152407
Патентная литература 2: Японская выложенная патентная публикация № 2007-232714
Патентная литература 3: Японская выложенная патентная публикация № 2007-232715
Патентная литература 4: Японская выложенная патентная публикация № 2007-285832
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
Однако, хотя вышеописанные Патентные документы 2-4 могут соответствовать непропорциональной деформации согласно оцениванию напряжением, они не представляют конкретно количественные показатели, представляющие степень риска разрушения. Кроме того, в простом способе определения разрушения имеется проблема, что риск разрушения изменяется, если металлическая структура осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние.
Настоящее изобретение выполнено ввиду проблем традиционных способов, как описано выше, и его задача состоит в обеспечении способа определения разрушения, устройства определения разрушения, программы и читаемого компьютером носителя записи, которые способны выполнять определение разрушения с высокой точностью, даже если металлическая структура осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Настоящее изобретение представляет способ определения разрушения, предназначенный для определения разрушения металлической структуры, способ включает в себя: этап анализа деформации, состоящий в выполнении анализа деформации от начала деформирования до окончания деформирования металлической структуры; и этап определения разрушения, состоящий в извлечении целевой части определения разрушения исходя из состояния деформации металлической структуры, полученного на этапе анализа деформации, и если извлеченная целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, при условии, что напряжением при возврате части в упругое состояние является (x,y)=(σ2,σ1) (максимальное главное напряжение: σ1, минимальное главное напряжение: σ2) на координатной плоскости (x,y), то выполнении определения разрушения для целевой части определения разрушения с использованием напряжения нового начала текучести, определяемого по пересечению прямой, удовлетворяющей отношению y=(σ1/σ2)x, и кривой текучести, полученной исходя из пластического состояния целевой части определения разрушения.
Кроме того, настоящее изобретение представляет устройство определения разрушения, определяющее разрушение металлической структуры, устройство включает в себя: блок анализа деформации, выполняющий анализ деформации от начала деформирования до окончания деформирования металлической структуры; и блок определения разрушения, извлекающий целевую часть определения разрушения, исходя из состояния деформации металлической структуры, полученного в блоке анализа деформации, и если извлеченная целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, при условии, что напряжением возврата части в упругое состояние является (x,y)=(σ2,σ1) (максимальное главное напряжение: σ1, минимальное главное напряжение: σ2) на координатной плоскости (x,y), то выполнения определения разрушения для целевой части определения разрушения с использованием напряжения нового начала текучести, определяемого по пересечению прямой, удовлетворяющей отношению y=(σ1/σ2)x, и кривой текучести, полученной исходя из пластического состояния целевой части определения разрушения.
Кроме того, настоящее изобретение представляет программу для определения разрушения металлической структуры, программа побуждает компьютер исполнять: этап анализа деформации, состоящий в выполнении анализа деформации от начала деформирования до окончания деформирования металлической структуры; и этап определения разрушения, состоящий в извлечении целевой части определения разрушения исходя из состояния деформации металлической структуры, полученного на этапе анализа деформации, и если извлеченная целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, при условии, что напряжением при возврате части в упругое состояние является (x,y)=(σ2,σ1) (максимальное главное напряжение: σ1, минимальное главное напряжение: σ2) на координатной плоскости (x,y), то выполнения определения разрушения целевой части определения разрушения с использованием напряжения нового начала текучести, определяемого по пересечению между прямой, удовлетворяющей отношению y=(σ1/σ2)x, и кривой текучести, полученной исходя из пластического состояния целевой части определения разрушения.
Кроме того, настоящее изобретение представляет читаемый компьютером носитель записи, записывающий программу для определения разрушения металлической структуры, программа побуждает компьютер исполнять: этап анализа деформации, состоящий в выполнении анализа деформации от начала деформирования до окончания деформирования металлической структуры; и этап определения разрушения, состоящий в извлечении целевой части определения разрушения исходя из состояния деформации металлической структуры, полученного на этапе анализа деформации, и если извлеченная целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, при условии, что напряжением возврата части в упругое состояние является (x,y)=(σ2,σ1) (максимальное главное напряжение: σ1, минимальное главное напряжение: σ2) на координатной плоскости (x,y), то выполнении определения разрушения для целевой части определения разрушения с использованием напряжения нового начала текучести, определяемого по пересечению между прямой, удовлетворяющей отношению y=(σ1/σ2)x, и кривой текучести, полученной исходя из пластического состояния целевой части определения разрушения.
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению, определение разрушения может выполняться с высокой точностью, даже если целевая часть определения разрушения в металлической структуре осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - схема, иллюстрирующая функциональную структуру устройства определения разрушения.
Фиг. 2 - структурная схема, иллюстрирующая обработку по способу определения разрушения в первом режиме определения разрушения.
Фиг. 3 - структурная схема, иллюстрирующая обработку по способу определения разрушения во втором режиме определения разрушения.
Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая пространство напряжений в упругом состоянии.
Фиг. 5 - схема, иллюстрирующая пространство напряжений в пластическом состоянии.
Фиг. 6 - схема, иллюстрирующая пространство напряжений при возврате из пластического состояния в упругое состояние.
Фиг. 7 - структурная схема, иллюстрирующая обработку вычисления риска разрушения.
Фиг. 8 - схема, иллюстрирующая обработку вычисления эквивалентной пластической деформации и эквивалентной пластической деформации для предела разрушения.
Фиг. 9 - структурная схема, иллюстрирующая определение разрушения в процессе формования.
Фиг. 10 - структурная схема, иллюстрирующая определение разрушения в процессе столкновения.
Фиг. 11 - принципиальная схема, иллюстрирующая внутреннюю структуру устройства определения разрушения.
Фиг. 12 - схема, иллюстрирующая пример отображения риска разрушения, вычисленного по способу сравнительного примера, с помощью изолиний (контуров).
Фиг. 13 - схема, иллюстрирующая пример отображения с помощью изолиний риска разрушения, вычисленного по способу первого варианта осуществления.
Фиг. 14 - схема, иллюстрирующая пример отображения с помощью изолиний риска разрушения, вычисленного по способу второго варианта осуществления.
Фиг. 15 - схема, иллюстрирующая изолинии для рисков разрушения от начальной точки s до вершины t.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже в документе, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На Фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая функциональную структуру устройства 10 определения разрушения согласно этому варианту осуществления. Устройство 10 определения разрушения включает в себя основной блок 1 определения разрушения, устройство 2 ввода и устройство 3 отображения. Основной блок 1 определения разрушения включает в себя блок 4 анализа деформации, блок 5 извлечения и блок 6 анализа разрушения. Блок 6 анализа разрушения включает в себя блок 7 оценивания, блок 8 преобразования и блок 9 определения разрушения.
Устройство 10 определения разрушения по этому варианту осуществления (имитационно) моделирует последовательность деформации от начала деформирования до окончания деформирования для металлической пластины, детали, выполненной из металлической пластины, и конструкции, выполненной из металлической пластины (именуемых в дальнейшем «металлическая структура»). Устройство 10 определения разрушения извлекает целевую часть определения разрушения в качестве объекта определения разрушения, исходя из состояния деформации металлической структуры, с произвольной цикличностью, соответствующей режиму определения разрушения, и выполняет определение разрушения относительно этой целевой части определения разрушения.
В первом режиме определения разрушения, после выполнения анализа деформации от начала деформирования до окончания деформирования металлической структуры, целевая часть определения разрушения извлекается исходя из состояния деформации на одном или нескольких, произвольных или заранее заданных проходах, и выполняется определение разрушения относительно извлеченной целевой части определения разрушения.
Во втором режиме определения разрушения, анализ деформации выполняется от начала деформирования металлической структуры, и затем целевая часть определения разрушения извлекается исходя из состояния деформации таковой, выполняется определение разрушения относительно извлеченной целевой части определения разрушения, и анализ деформации и определение разрушения повторяются до окончания деформирования.
Сначала способ определения разрушения в первом режиме определения разрушения будет описан со ссылкой на структурную схему, приведенную на Фиг. 2. При этом в устройстве 10 определения разрушения значения характеристик материала и механических характеристик, и так далее, для металлической структуры сохраняются заранее, и оно готово к моделированию.
При условии, что заранее заданное (деформирующее) напряжение прикладывается к заранее заданной позиции металлической структуры, блок 4 анализа деформации начинает анализ деформации металлической структуры в ответ на команду от блока 2 ввода (S21). Блок 4 анализа деформации выполняет анализ деформации многопроходно в каждый заранее заданный момент времени или в каждый момент времени, определенный в соответствии со степенью деформации. Кроме того, блок 4 анализа деформации использует для каждого прохода подход, такой как метод конечных элементов, чтобы последовательно анализировать состояние деформации относительно механического напряжения, деформации и т.п., возникающих в металлической структуре, и выполняет анализ деформации на следующем проходе на основании этого состояния деформации (S22). Например, одна часть металлической структуры изменяется из упругого состояния в пластическое состояние или возвращается из пластического состояния в упругое состояние, как будет описано далее. Блок 4 анализа деформации выполняет анализ деформации до окончания деформирования металлической структуры (S23). Блок 4 анализа деформации сохраняет состояние деформации металлической структуры, полученное путем анализа деформации, на каждом проходе. Нужно отметить, что в практическом анализе металлической структуры, количеством проходов может быть, например, от нескольких десятков тысяч проходов до нескольких миллионов проходов.
Затем, блок 5 извлечения извлекает состояние деформации для одного или нескольких произвольных или заранее заданных проходов из сохраненных состояний деформации, и извлекает произвольную или заранее заданную целевую часть определения разрушения исходя из извлеченного состояния деформации (S24). Состояние деформации, подлежащее извлечению, является состоянием деформации для прохода, который произвольно вводится пользователем посредством блока 2 ввода, или состоянием деформации для заранее заданного прохода. Кроме того, целевая часть определения разрушения, подлежащая извлечению, является целевой частью определения разрушения, которая произвольно вводится пользователем посредством блока 2 ввода, или является заранее заданной целевой частью определения разрушения. Целевая часть определения разрушения, подлежащая извлечению, может представлять все части металлической структуры. Кроме того, для состояния деформации для этапа, подлежащего извлечению, хотя желательно извлечь состояния деформации всех проходов для установления состояния разрушения, предпочтительно извлекать состояние деформации каждые от 10 проходов до 1000 проходов для того, чтобы повысить эффективность вычисления.
Блок 6 анализа разрушения выполняет определение разрушения для каждой извлеченной целевой части определения разрушения (этапы S25, S26). Нужно отметить, что подробности определения разрушения посредством блока 6 анализа разрушения будут описаны далее. Блок 6 анализа разрушения сохраняет определение разрушения для целевой части определения разрушения и завершает определение разрушения.
В первом режиме определения разрушения, состояние деформации для одного или нескольких проходов извлекается после анализа деформации от начала деформирования до окончания определения относительно металлической структуры, произвольная или заранее заданная целевая часть определения разрушения извлекается из извлеченного состояния деформации, и выполняется определение разрушения для извлеченной целевой части определения разрушения. Следовательно, определение разрушения на произвольном проходе является возможным, если целевая часть определения разрушения для металлической структуры находится в любом состоянии из упругого состояния и пластического состояния. Кроме того, поскольку может выполняться определение разрушения для произвольной целевой части определения разрушения, пользователь может воспринимать локальную прочность металлической структуры.
Затем, способ определения разрушения во втором режиме определения разрушения будет описан со ссылкой на структурную схему, приведенную на Фиг. 3. При этом в устройстве 10 определения разрушения значения характеристик материала и механических характеристик, и подобное, для металлической структуры сохраняются заранее, и устройство готово к моделированию.
При условии, что заранее заданное напряжение прикладывается к заранее заданной позиции металлической структуры, блок 4 анализа деформации начинает анализ деформации металлической структуры в ответ на команду от блока 2 ввода (S31). Блок 4 анализа деформации выполняет анализ деформации в виде проходов в каждый заранее заданный момент времени или в каждый момент времени, определяемый в соответствии со степенью деформации. Кроме того, блок 4 анализа деформации использует подход, такой как метод конечных элементов, для каждого прохода, чтобы последовательно анализировать состояние деформации относительно механического напряжения, деформации и т.п., возникающих в металлической структуре, и выполняет анализ деформации на следующем проходе на основании этого состояния деформации (S32, S33). Например, одна часть металлической структуры переходит из упругого состояния в пластическое состояние или возвращается из пластического состояния в упругое состояние, как будет описано далее. Блок 4 анализа деформации сохраняет состояние деформации для металлической структуры, полученное путем анализа деформации, на каждом проходе.
Затем, блок 5 извлечения извлекает произвольную или заранее заданную целевую часть определения разрушения из состояния деформации металлической структуры после заранее заданного интервала группирования (числа проходов) (S34). Нужно отметить, что хотя интервал группирования может быть интервалом в один проход или интервалами из произвольного числа проходов, предпочтительно это должен происходить каждые от 10 проходов до 1000 проходов для повышения эффективности вычисления. Кроме того, целевая часть определения разрушения, подлежащая извлечению, является целевой частью определения разрушения, произвольно вводимой пользователем посредством блока 2 ввода, или заранее заданной целевой частью определения разрушения. Целевая часть определения разрушения, подлежащая извлечению, может представлять все части металлической структуры. Нужно отметить, что структурная схема, приведенная на Фиг. 3, описывает способ для выполнения анализа разрушения после интервала в два прохода.
Затем блок 6 анализа разрушения выполняет определение разрушения относительно извлеченной целевой части определения разрушения (S35). Нужно отметить, что подробности определения разрушения посредством блока 6 анализа разрушения будут описаны далее. Блок 6 анализа разрушения сохраняет результат определения разрушения для целевой части определения разрушения.
Затем, подобным образом вслед за анализом деформации после заранее заданного интервала группирования (S36, S37), блок 5 извлечения извлекает произвольную или заранее заданную целевую часть определения разрушения из состояния деформации металлической структуры (S38). Блок 6 анализа разрушения выполняет определение разрушения для извлеченной целевой части определения разрушения (S39), осуществляет запись (результатов) определения разрушения и завершает определение разрушения.
Во втором режиме определения разрушения, вслед за анализом деформации после заранее заданного интервала группирования от начала деформирования металлической структуры, извлекается произвольная или заранее заданная целевая часть определения разрушения из состояния деформации таковой, и выполняется определение разрушения относительно извлеченной целевой части определения разрушения. Эта обработка выполняется до окончания деформирования. Следовательно, определение разрушения является возможным, если целевая часть определения разрушения для металлической структуры находится в любом состоянии из упругого состояния, и пластического состояния. Кроме того, поскольку определение разрушения для целевой части определения разрушения может выполняться последовательно, пользователь может понять, какой процесс проходит металлическая структура до разрушения.
Таким образом, устройство 10 определения разрушения может выполнять определение разрушения для состояния деформации, которое желает пользователь. Кроме того, поскольку устройство 10 определения разрушения способно выполнять определение разрушения последовательно после окончания деформирования металлической структуры или от начала деформирования до окончания деформирования металлической структуры, является возможным гибко реагировать на произвольный способ определения разрушения, который желает пользователь.
Первый вариант осуществления
Затем, будет описан способ определения разрушения согласно первому варианту осуществления. Нужно отметить, что хотя ниже будет описано определение разрушения для одной целевой части определения разрушения, извлеченной блоком 5 извлечения, определение разрушения выполняется подобным образом для любой другой извлеченной целевой части определения разрушения.
Блок 6 анализа разрушения способен выполнять определение разрушения для целевой части определения разрушения в виде процесса, включающего в себя одно или несколько изменений траектории деформации. Блок 6 анализа разрушения включает в себя блок 7 оценивания, блок 8 преобразования и блок 9 определения разрушения, как описано выше. Блок 7 оценивания осуществляет оценку линии предела области разрушения в пространстве деформаций с помощью траектории пропорционального нагружения. Блок 8 преобразования преобразовывает линию предела разрушения в пространстве деформаций, полученную с помощью траектории пропорционального нагружения, в линию предела разрушения в пространстве напряжений (именуемую в дальнейшем линией предельного напряжения разрушения). Блок 9 определения разрушения вычисляет риск разрушения, используя линию предельного напряжения разрушения, выполняет определение разрушения исходя из вычисленного риска разрушения, и отображает результат определения разрушения на устройстве 3 отображения и/или отображает риск разрушения в форме изолиний.
Здесь, линии предельного напряжения разрушения, преобразованные в пространство напряжений посредством блока 8 преобразования, проиллюстрированы на фиг. 4-6. На Фиг. 4-6 показаны схемы, иллюстрирующие пространство напряжений на координатной плоскости (x,y). На Фиг. 4-6 извлекаемая целевая часть определения разрушения является той же, но цикличность извлечения отличается. То есть, на Фиг. 4 иллюстрируется пространство напряжений в момент времени извлечения упругого состояния прежде, чем целевая часть определения разрушения начинает пластично деформироваться. На Фиг. 5 иллюстрируется пространство напряжений в момент времени извлечения пластического состояния, когда целевая часть определения разрушения начинает пластично деформироваться. На Фиг. 6 иллюстрируется пространство напряжений в момент времени извлечения состояния, когда целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние. В дальнейшем Фиг. 4-6 будут описаны конкретно.
В пространстве напряжений для упругого состояния, приведенном на Фиг. 4, вышеописанная линия предельного напряжения разрушения может быть изображена на наиболее удаленной стороне, и на внутренней части таковой может быть изображена кривая текучести для начального состояния, оцененная на основании материала металлической структуры. Кроме того, напряжение P упругого состояния, приведенное на Фиг. 4, является возникающим в целевой части определения разрушения, и может быть представлено минимальным главным напряжением σ2 по оси x и максимальным главным напряжением σ1 по оси y.
На Фиг. 4, при условии, что напряжение P проходит траекторию пропорционального нагружения, может быть получена прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, соединяющая начало координат и напряжение P. Пересечение, где эта прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и кривая текучести начального состояния пересекаются, является оценкой начального пластического напряжения A. Начальное пластическое напряжение A является напряжением, когда целевая часть определения разрушения переходит из упругого состояния в пластическое состояние. Следовательно, часть находится в упругом состоянии, пока напряжение P не превысит начальное пластическое напряжение A в целевой части определения разрушения, и когда напряжение превышает начальное пластическое напряжение A, часть начинает пластично деформироваться и оказывается в пластическом состоянии.
Кроме того, на Фиг. 4, пересечение, где пересекаются вышеописанная прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и линия предельного напряжения разрушения, является оценкой разрушающего предельного напряжения B при разрушении. Разрушающее предельное напряжение B является напряжением, когда целевая часть определения разрушения разрушается. Следовательно, разрушение происходит, когда напряжение P в целевой части определения разрушения доходит до линии разрушающего предельного напряжения B.
Затем, в пространстве напряжений для пластического состояния, приведенного на Фиг. 5, могут быть изображены та же линия предельного напряжения разрушения и кривая текучести для начального состояния, как на Фиг. 4. Кроме того, напряжение P для пластического состояния, приведенное на Фиг. 5, является тем, которое возникает в целевой части определения разрушения, и может быть представлено минимальным главным напряжением σ2 по оси x и максимальным главным напряжением σ1 по оси y.
На Фиг. 5, как описано выше на Фиг. 4, напряжение P превысило начальное пластическое напряжение A, и, следовательно, целевая часть определения разрушения находится в пластическом состоянии. Кроме того, в связи с повышением напряжения P для пластического состояния, может иллюстрироваться кривая текучести для пластического состояния.
Теперь, в анализе деформации, целевая часть определения разрушения может быть разгружена вследствие, например, (продольного) изгиба части, отличной от целевой части определения разрушения, и т.п. В это время напряжение P для целевой части определения разрушения меньше напряжения P для пластического состояния, и таким образом целевая часть определения разрушения осуществляет возврат из пластического состояния в упругое состояние. На Фиг. 6 иллюстрируется пространство напряжений, когда целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние этим образом.
В пространстве напряжений, когда часть осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, как проиллюстрировано на Фиг. 6, могут быть изображены те же линия предельного напряжения разрушения и кривая текучести для начального состояния, как на Фиг. 4. Кроме того, напряжение P, когда часть осуществила возврат в упругое состояние, приведенное на Фиг. 6, является возникающим в целевой части определения разрушения, и может быть представлено минимальным главным напряжением σ2 по оси x, и максимальный главным напряжением σ1 по оси y. Нужно отметить, что напряжение P меньше напряжения P в пластическом состоянии, иллюстрируемом на Фиг. 5, вследствие разгрузки.
Кроме того, на Фиг. 6, может иллюстрироваться кривая текучести, когда часть осуществила возврат в упругое состояние. Кривая текучести, когда часть осуществила возврат в упругое состояние, и кривая текучести для пластического состояния, иллюстрируемого на Фиг. 5, является той же кривой. В дальнейшем, кривая текучести при возврате части в упругое состояние по Фиг. 6, и кривая текучести при возврате части в упругое состояние по Фиг. 5, описываются в качестве мгновенной кривой текучести. Таким образом, когда целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, мгновенная кривая текучести, иллюстрируемая на Фиг. 6, сохраняется неизменившейся от мгновенной кривой текучести, иллюстрируемой на Фиг. 5. Следовательно, мгновенная кривая текучести, иллюстрируемая на Фиг. 6, может быть получена исходя из мгновенной кривой текучести, иллюстрируемой на Фиг. 5. При этом часть находится в упругом состоянии, если напряжение P при возврате части в упругое состояние, находится внутри мгновенной кривой текучести, как иллюстрируется на Фиг. 6. С другой стороны, исходя из состояния, иллюстрируемого на Фиг. 6, когда напряжение P для целевой части определения разрушения превышает мгновенную кривую текучести, часть начинает пластично деформироваться снова и переходит в пластическое состояние. Из этого, пересечение прямой, удовлетворяющей отношению y=(σ1/σ2)x, и мгновенной кривой текучести, является оценкой напряжения R нового начала текучести, где целевая часть определения разрушения начинает пластично деформироваться снова.
Теперь, когда определение разрушения выполняется с использованием пространства напряжений, иллюстрируемого на Фиг. 4-6, риск разрушения (или допустимый предел деформации) был вычислен на настоящий момент, путем сравнения линии предельного напряжения разрушения с напряжением P, возникающим в целевой части определения разрушения. Конкретно, величина (степень) напряжения вычислялась с помощью следующего выражения f1.
[Выражение 1]
Сравнительный пример:
1
f=
1
Это выражение f представляет риск разрушения в виде отношения между расстоянием до точки координат для напряжения P, возникающего в целевой части определения разрушения, на каждой из Фиг. 4-6, и расстоянием до точки координат для линии разрушающего предельного напряжения B, от начала координат в качестве опорной точки, где имеется нулевое напряжение, каковое иллюстрируется на Фиг. 4-6.
1
1
В выражении f, когда напряжение P для пластического состояния и напряжение R нового начала текучести совпадают, как в пластическом состоянии, иллюстрируемом на Фиг. 5, риск разрушения может вычисляться с точностью до некоторой степени. Однако когда часть осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, как иллюстрируется на Фиг. 6, напряжение P, когда часть, возвращенная в упругое состояние, становится ближе к началу координат, чем напряжение R нового начала текучести. Соответственно, несмотря на то, что пластичность для целевой части определения разрушения продолжается, риск разрушения вычисляется меньшим напряжения R нового начала текучести, и не является возможным выполнять точное определение разрушения. Кроме того, в выражении f, поскольку опорной точкой для вычисления риска разрушения является начало координат, напряжение P упругого состояния, иллюстрируемого на Фиг. 4, не превышает начальное пластическое напряжение A в упругом состоянии, и риск разрушения вычисляется, несмотря на то, что риск разрушения не возникает.
Соответственно, в этом варианте осуществления, когда выполняется определение разрушения для целевой части определения разрушения, в пластическом состоянии, иллюстрируемом на Фиг. 5, риск разрушения вычисляется с использованием напряжения P для пластического состояния. Кроме того, когда часть осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, как иллюстрируется на Фиг. 6, напряжение R нового начала текучести используется вместо напряжения P при возврате части в упругое состояние, чтобы вычислять риск разрушения.
Кроме того, для вычисления риска разрушения, исключая случай, где риск разрушения не возникает, опорная точка для вычисления риска разрушения устанавливается в начальное пластическое напряжение A вместо начала координат. Следовательно, в упругом состоянии, иллюстрируемом на Фиг. 4, риск разрушения вычисляют как 0.
2
Конкретно, риск разрушения вычисляется с помощью следующего выражения f.
[Выражение 2]
Пример настоящего изобретения:
2
Когда в упругом состоянии f=0
2
Когда в пластическом состоянии f=
При возврате из пластического состояния в упругое состояние
2
f=
2
Когда используется вышеописанное выражение f, в упругом состоянии, иллюстрируемом на Фиг. 4, риск разрушения вычисляется как 0. Кроме того, в пластическом состоянии, иллюстрируемом на Фиг. 5, риск разрушения вычисляется в виде числового значения между 0 и 1 на основании точки координат для напряжения P для пластического состояния. Кроме того, когда часть осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, как иллюстрируется на Фиг. 6, риск разрушения вычисляется в виде числового значения между 0 и 1 на основании точки координат для напряжения R нового начала текучести.
Затем, блок 9 определения разрушения может выполнять определение разрушения, используя вычисленный риск разрушения в качестве показателя определения разрушения. Конкретно, блок 9 определения разрушения выполняет определение разрушения на основании коэффициента (запаса) надежности, который заранее вводится пользователем посредством устройства 2 ввода. Блок 9 определения разрушения определяет, что "возможности разрушения нет", когда риск разрушения имеет значение 0, определяет, что "риск разрушения является низким", когда риск разрушения больше 0 и меньше коэффициента надежности, определяет, что "риск разрушения является высоким", когда риск разрушения больше коэффициента надежности и меньше 1, или определяет, что "разрушение произошло", когда риск разрушения имеет значение 1. Коэффициент надежности может устанавливаться пользователем произвольно в диапазоне, например, от 0 до 1, например, 0,9.
Затем, будет описан способ для вычисления вышеописанного риска разрушения со ссылкой на структурную схему, иллюстрируемую на Фиг. 7. При этом блок 7 оценивания уже оценил кривую предела разрушения в пространстве деформаций, и блок 8 преобразования преобразовывает оценочную линию предела разрушения в пространстве деформаций в линию предельного напряжения разрушения в пространстве напряжений и представляет ее на координатной плоскости (x,y), как иллюстрируется на Фиг. 4-6. Подобным образом, блок 8 преобразования иллюстрирует кривую текучести для начального состояния и, в некоторых случаях, мгновенную кривую текучести, иллюстрируемую на Фиг. 5 и Фиг. 6, на координатной плоскости (x,y).
Сначала блок 9 определения разрушения определяет, начала ли целевая часть определения разрушения пластично деформироваться или нет (S71). Блок 9 определения разрушения может определять, что часть начала пластично деформироваться, если пластическая деформация сохраняется в течение анализа деформации посредством блока 4 анализа деформации.
Когда целевая часть определения разрушения начала пластично деформироваться, блок 9 определения разрушения определяет, находится ли целевая часть определения разрушения в пластическом состоянии или в состоянии возвращенной из пластического состояния в упругое состояние (S72). Блок 9 определения разрушения определяет, что она находится в пластическом состоянии, если напряжение P достигло мгновенной кривой текучести в пространстве напряжений, иллюстрируемом на Фиг. 5 и Фиг. 6, или определяет, что находится в состоянии возвращенной из пластического состояния в упругое состояние, если напряжение P не достигло мгновенной кривой текучести.
Нужно отметить, что в вышеописанном процессе анализа деформации, иллюстрируемом на Фиг. 2 и Фиг. 3, блок анализа деформации 4 сохраняет пластическую деформацию целевой части определения разрушения, и блок 7 оценивания и блок 8 преобразования используют эту пластическую деформацию, чтобы изобразить мгновенную кривую текучести на координатной плоскости (x,y). Эта обработка подобна обработке для блока 8 преобразования, чтобы преобразовывать линию предела разрушения в пространстве напряжений, оцененную блоком 7 оценивания, в линию предельного напряжения разрушения и изображать ее на координатной плоскости (x,y).
В случае, где целевая часть определения разрушения находится в состоянии возврата из пластического состояния в упругое состояние, блок 9 определения разрушения оценивает напряжение R нового начала текучести (S73). Конкретно, как описано выше с помощью Фиг. 6, блок 9 определения разрушения вычисляет в качестве напряжения R нового начала текучести пересечение, где прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и мгновенная кривая текучести пересекаются.
2
Затем, блок 9 определения разрушения вычисляет риск разрушения для целевой части определения разрушения (S74). Когда определяется, что целевая часть определения разрушения является начинающей ранее пластично деформироваться (переход по НЕТ от этапа S71), блок 9 определения разрушения определяет, что целевая часть определения разрушения находится в упругом состоянии, и вычисляет риск разрушения как 0 с помощью вышеописанного выражения f.
2
Кроме того, когда целевая часть определения разрушения находится в пластическом состоянии (при переходе к пластическому состоянию от этапа S72), блок 9 определения разрушения вычисляет риск разрушение, используя напряжение P для пластического состояния, начальное пластическое напряжение A и разрушающее предельное напряжение B в вышеописанном выражении f. Нужно отметить, что как описано выше с помощью Фиг. 5, блок 9 определения разрушения вычисляет в качестве начального пластического напряжения A пересечение, где пересекаются прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и кривая текучести начального состояния. Кроме того, блок 9 определения разрушения вычисляет в качестве линии разрушающего предельного напряжения B пересечение, где пересекаются прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и линия предельного напряжения разрушения.
2
Когда целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние (при переходе от этапа S73 на этап S74), блок 9 определения разрушения вычисляет риск разрушения, используя напряжение R нового начала текучести, оцененное на этапе S73, начальное пластическое напряжение A и предельное напряжение B разрушения в вышеописанном выражении f. Нужно отметить, что начальное пластическое напряжение A и предельное напряжение B разрушения могут быть вычислены подобно случаю пластического состояния.
Таким образом, блок 9 определения разрушения вычисляет риск разрушения, используя напряжение R нового начала текучести, когда целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние. Следовательно, когда определение разрушения выполняется в пространстве напряжений, является возможным избежать проблемы, что риск разрушения изменяется, если целевая часть определения разрушения осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние.
Кроме того, путем установки опорной точки для вычисления риска разрушения в начальное пластическое напряжение A вместо начала координат, может вычисляться риск разрушения, исключая случай, где риск разрушения не возникает.
Нужно отметить, что хотя вышеописанный способ определения разрушения описывается из условия, что пластическая деформация не возникла в целевой части определения разрушения, является возможным выполнять определение разрушения подобным образом также в случае, когда пластическая деформация произошла в части металлической структуры. Таким образом, устройство 10 определения разрушения может выполнять определение разрушения также относительно металлической структуры, на которой выполняется штамповка или подобное, например, и произошла пластическая деформация.
В случае такой металлической структуры, в зависимости от целевой части определения разрушения мгновенная кривая текучести находится вне кривой текучести для начального состояния, как иллюстрируется на Фиг. 6, до начала анализа деформации. Посредством блока 4 анализа деформации, использующего пластическую деформацию, сохраненную в ходе анализа деформации для штамповки или подобного, блок 8 преобразования может изобразить эту мгновенную кривую текучести на координатной плоскости (x,y) пространства напряжений.
Второй вариант осуществления
Затем, будет описан способ определения разрушения согласно второму варианту осуществления со ссылкой на Фиг. 8.
eq
eq
P
B
Во втором варианте осуществления, блок 9 определения разрушения преобразовывает каждое напряжение из напряжения R нового начала текучести и предельного напряжения B при разрушении, которые вычисляются с использованием пространства напряжений в первом варианте осуществления, в эквивалентное напряжение, и кривая «эквивалентное напряжение - эквивалентная пластическая деформация», иллюстрируемая на Фиг. 8, используется для получения эквивалентной пластической деформации ε  и эквивалентной пластической деформации ε  при пределе разрушения с тем, чтобы вычислять риск разрушения. Кривая «эквивалентное напряжение - эквивалентная пластическая деформация», иллюстрируемая на Фиг. 8, основывается на материале металлической структуры, и сохраняется заранее в устройстве 10 определения разрушения. Кроме того, подобно первому варианту осуществления, для упругого состояния, пока напряжение P для целевой части определения разрушения не превышает начальное пластическое напряжение A, риск разрушения вычисляется как 0.
Конкретно, в пластическом состоянии, иллюстрируемом на Фиг. 5, блок 9 определения разрушения вычисляет напряжение P для пластического состояния в виде напряжения R нового начала текучести. Кроме того, блок 9 определения разрушения вычисляет предельное напряжение B разрушения исходя из пересечения, где пересекаются прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и линия предельного напряжения разрушения.
Кроме того, когда часть осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, как иллюстрируется на Фиг. 6, блок 9 определения разрушения вычисляет напряжение R нового начала текучести исходя из пересечения, где пересекаются прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и мгновенная кривая текучести. Кроме того, блок 9 определения разрушения вычисляет предельное напряжение B разрушения исходя из пересечения, где пересекаются прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и линия предельного напряжения разрушения.
eq
eq
eq
eq
eq
eq
3
P
B
P
B
P
B
Блок 9 определения разрушения преобразовывает каждое напряжение из вычисленного напряжения R нового начала текучести и разрушающего предельного напряжения B в эквивалентное напряжение, и использует кривую «эквивалентное напряжение - эквивалентная пластическая деформация», иллюстрируемую на Фиг. 8, чтобы получить эквивалентную пластическую деформацию ε  и эквивалентную пластическую деформацию ε  при пределе разрушения. При этом напряжение R нового начала текучести является таким же, как либо в пластическом состоянии, иллюстрируемом на Фиг. 5, либо при возврате части из пластического состояния в упругое состояние, как иллюстрируется на Фиг. 6, и также предельное напряжение B при разрушении является таким же. Соответственно, полученная эквивалентная пластическая деформация ε  является такой же, и эквивалентная пластическая деформация ε  при пределе разрушения также является такой же. Блок 9 определения разрушения подставляет полученную эквивалентную пластическую деформацию ε  и эквивалентную пластическую деформацию ε при пределе разрушения в следующее выражение f, чтобы вычислить риск разрушения.
[Выражение 3]
Пример настоящего изобретения:
3
Когда в упругом состоянии f=0
Когда в пластическом состоянии и при возврате из пластического состояния в упругое состояние
3
f=
На кривой «эквивалентное напряжение - эквивалентная пластическая деформация», иллюстрируемой на Фиг. 8, величина изменения эквивалентной пластической деформации является большой по отношению к величине изменения эквивалентного напряжения, и таким образом использование эквивалентной пластической деформации и эквивалентной пластической деформации предела разрушения для вычисления риска разрушения, повышает его точность. Кроме того, является возможным препятствовать отклонению риска разрушения, наблюдаемого по напряжению, от риска разрушения, наблюдаемого по деформации вследствие нелинейности напряжения и деформации.
Между прочим, подобно первому варианту осуществления, блок 9 определения разрушения может выполнять определение разрушения, используя вычисленный риск разрушения и коэффициент надежности.
Третий вариант осуществления
Затем, будет описан способ определения разрушения согласно третьему варианту осуществления.
1
В третьем варианте осуществления вычисляется риск разрушения, описанный в первом варианте осуществления или втором варианте осуществления, и, независимо от того, находится ли целевая часть определения разрушения в упругом состоянии или пластическом состоянии, или осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, как иллюстрируется на Фиг. 4-6, напряжение P, возникающее в целевой части определения разрушения, и предельное напряжение B при разрушении используются в вышеописанном сравнительном примере f, чтобы вычислять риск разрушения. В этом случае блок 9 определения разрушения отображает, по меньшей мере, одно из риска разрушения, вычисленного по способу первого варианта осуществления или второго варианта осуществления, и риска разрушения, вычисленного по сравнительному примеру, на устройстве 3 отображения в ответ на команду, введенную пользователем через устройство 2 ввода.
Конкретно, блок 9 определения разрушения вычисляет в качестве риска разрушения отношение между расстоянием до точки координат для напряжения P, возникающего в целевой части определения разрушения, по Фиг. 4-6 и расстоянием до точки координат для разрушающего предельного напряжения B относительно начала координат, где напряжение является нулевым. Нужно отметить, что блок 9 определения разрушения вычисляет разрушающее предельное напряжение B исходя из пересечения, где пересекаются прямая, удовлетворяющая отношению y=(σ1/σ2)x, и линия предельного напряжения разрушения.
1
Если пользователь намеревается увеличить допустимый предел для материала, используемого для целевой части определения разрушения, или подобное, риск разрушения, вычисленный по первому варианту осуществления или второму варианту осуществления будет более полезным показателем. С другой стороны, если пользователь намеревается подавлять напряжение в целевой части определения разрушения, или подобное, может быть желательным воспринимать напряжение, возникающее в целевой части определения разрушения независимо от состояния целевой части определения разрушения. В этом случае, риск разрушения, вычисленный по вышеописанному сравнительному примеру f, будет более полезным показателем. Следовательно, путем вычисления и риска разрушения по способу первого варианта осуществления или второго варианта осуществления, и риска разрушения по способу сравнительного примера, один из них может выбираться и использоваться в зависимости от намерения, такого как 1) увеличение допустимого предела в виде материала, и 2) подавление напряжения. То есть, становится возможным разрабатывать металлическую конструкцию, делая выбор между обеспечением надежности допустимого предела в виде материала и обеспечением надежности допустимого предела в виде напряженного состояния.
Затем, будет описан конкретный способ вычисления посредством вышеописанного блока 7 оценивания, блока 8 преобразования и блока 9 определения разрушения.
Блок 7 оценивания использует, например, приближенное выражение для кривой зависимости деформаций от напряжения, полученной из испытания на одноосное растяжение,
[Выражение 4]
eq
eq
0
eq
eq
n
n
σ=(ε+ε) или σ=Cε ,
модель локального образования шейки
[Выражение 5]
, и
модель диффузного образования шейки
[Выражение 6]
вместе, чтобы получить предел возникновения образования шейки в пространстве деформаций с тем, чтобы оценить линию предела разрушения в пространстве деформаций с помощью траектории пропорционального нагружения.
Блок 7 оценивания может использовать приближенное выражение для кривой «напряжение - деформация», полученной на основе испытания на одноосное растяжение.
[Выражение 7]
eq
eq
0
eq
eq
n
n
σ=(ε+ε) или σ=Cε ,
1
2
уравнение состояния, в котором направление тензора приращений пластической деформации зависит от тензора приращений напряжения в качестве правила приращений пластической деформации, параметра Kc материала, задающего направление тензора приращений пластической деформации, и модели Storen-Rice локального образования шейки, чтобы получить в пространстве деформаций предельное значение возникновения шейки, и оценить линию предела разрушения в пространстве деформаций с помощью траектории пропорционального нагружения. При этом блок 7 оценивания идентифицирует параметр Kc материала на основании значений измерения одного или нескольких из максимальных деформаций εпри пределе разрушения, и минимальных деформаций ε при пределе разрушения.
2
Нужно отметить, что в этом примере иллюстрируется случай логического оценивания линии предела областиразрушения в пространстве деформаций с использованием блока 7 оценивания, но линия предела разрушения в пространстве деформаций может измеряться экспериментально без использования блока 7 оценивания. Конкретно, после получения многих отношений деформации в плоскости по отношению к металлической пластине согласно эксперименту с пропорциональным нагружением, линию предела разрушения в пространстве деформаций получают, используя значения измерений для максимальной деформации ε1 для предела разрушения и минимальной деформации ε для предела разрушения в каждом из отношений деформации.
eq
ij
При преобразовании линии предела области разрушения в пространстве деформаций в линию предельного напряжения разрушения в пространстве напряжений, блок 8 преобразования выполняет вышеописанное преобразование, используя правило вертикали для поверхности текучести в качестве правила приращений пластической деформации. Конкретно, функция текучести Мизеса (Mises), которая является выражением отношения для эквивалентной пластической деформации ε и каждого компонента ε (тензора) деформации,
[Выражение 8]
eq
ε=, используется, как описано выше.
Блок 9 определения разрушения выполняет оценивание путем сравнения позиционного соотношения между линией напряжения предела разрушения в пространстве напряжений, преобразованной блоком 8 преобразования, и деформированным состоянием каждой части, полученным на основе результатов моделирования способом конечных элементов в процессе пластической деформации, и определяет, что "разрушение произошло", "риск разрушения является высоким" и подобное, когда деформация в процессе деформации достигает этой предельной деформации. При этом, используя выраженный явно способ динамики, которым является один из способов конечных элементов, в качестве способа анализа деформации, пластическая деформация, полученная по выраженному явно способу динамики, преобразовывается в напряжение, и это напряжение и линия предельного напряжения разрушения в пространстве напряжений сравниваются.
Нужно отметить, что блок 9 определения разрушения может преобразовывать деформацию, полученную исходя из состояния деформации металлической структуры, оцененного по эксперименту, в напряжение, и количественно оценивать наличие/отсутствие возникновения разрушения, используя линию предельного напряжения разрушения в пространстве напряжений, вместо выполнения вышеописанного моделирования.
При этом, когда происходит быстрая деформация в металлической структуре в анализе столкновения для автомобильного элемента, блок 9 определения разрушения исполняет анализ деформации, рассматривающий зависимость скорости деформации от напряжения (сопротивления) деформации металлической структуры. Блок 9 определения разрушения преобразовывает пластическую деформацию, полученную из этого анализа деформации, чтобы вычислить напряжение при опорной скорости деформации, и сравнивает это напряжение с линией напряжения предела разрушения в пространстве напряжений, соответствующей этой опорной скорости деформации.
Затем, обработка для выполнения определения разрушения на этапах S25, S26, иллюстрируемых на Фиг. 2, и S35, S39, иллюстрируемых на Фиг. 3, которые описываются выше, будет описаны со ссылкой на структурную схему, иллюстрируемую на Фиг. 9. На Фиг. 9 показана структурная схема для выполнения определения разрушения в процессе формования металлической структуры, конкретно - металлической пластины.
Сначала блок 7 оценивания оценивает линию предела разрушения в пространстве деформаций с помощью траектории пропорционального нагружения на основании значений характеристик материала и механических (t (толщина металлической пластины), YP (физический предел текучести), TS (предел прочности при растяжении), El (полное удлинение), U.El (равномерное удлинение), r-значение (значение Ланкфорда Lankford), закон упрочнения n-ой степени / закон упрочнения Свифта) для металлической пластины, которые сохраняются заранее (S91).
Затем, блок 8 преобразования преобразовывает, используя например функцию текучести Мизеса, линию предела разрушения в пространстве деформаций, которая измерена экспериментально, в линию предельного напряжения разрушения в пространстве напряжений (S92).
Затем, блок 9 определения разрушения использует линию предельного напряжения разрушения, преобразованную блоком 8 преобразования, напряжение, возникающее в целевой части определения разрушения, мгновенную кривую текучести и кривую текучести для начального состояния, чтобы вычислить риск разрушения для целевой части определения разрушения, и выполняет определение разрушения (S93). В определении разрушения, используя риск разрушения и коэффициент надежности, такой как описано выше, выполняется определение, такое как "нет возможности возникновения разрушения", "риск разрушения является низким", "риск разрушения является высоким", "разрушение произошло" и подобное. Кроме того, обработка вычисления риска разрушения является эквивалентной вышеописанной по структурной схеме, иллюстрируемой на Фиг. 7.
На этапе S93, когда определяют, что "разрушение произошло" или "риск разрушения является высоким", используя риск разрушения для целевой части определения разрушения и коэффициент надежности, блок 9 определения разрушения выполняет следующую различную обработку (S94).
То есть, блок 9 определения разрушения выводит информацию идентификатора (ID) элемента, значения толщины пластины для металлической пластины, деформации и напряжения в файл регистрации (статистики). В некоторых случаях блок 9 определения разрушения удаляет разрушенный элемент, и блок 4 анализа деформации продолжает анализ деформации после разрушения.
Затем, блок 9 определения разрушения выполняет следующие различные отображения на устройстве 3 отображения (этап S95). Конкретно, блок 9 определения разрушения контурно (изолиниями) отображает риск разрушения, что имеет место разрушение в металлической пластине, посредством скалярной величины, или отображает предыстории напряжения и линию предельного напряжения разрушения для части риска разрушения в пространстве напряжений. Одновременно, блок 9 определения разрушения контурно отображает риск возникновения складки в металлической пластине. При этом риск разрушения может отображаться по отношению к дисперсии (среднее значение, нижнее граничное значение) в рамках стандарта поставки испытательных значений.
С другой стороны, на этапе S93, когда определяется, что "нет возможности возникновения разрушения" или, "риск разрушения является низким" в каждой целевой части определения разрушения, блок 9 определения разрушения отображает эту информацию на устройстве 3 отображения (S96).
На Фиг. 10 показана структурная схема случая, где определение разрушения выполняется в процессе столкновения для конструкции, сформированной из металлической пластины путем подвергания металлической пластины процессу формования, после определения разрушения в процессе формования металлической пластины по Фиг. 9.
В этом случае, наследуется и используется линия предельного напряжения разрушения, преобразованная на этапе S92 Фиг. 9. Блок 9 определения разрушения выполняет анализ деформации с учетом зависимости скорости деформации от напряжения деформации в конструкции, сформированной из металлической пластины. Блок 9 определения разрушения преобразовывает пластическую деформацию, полученную из этого анализа деформации, чтобы вычислить напряжение при опорной скорости деформации, сравнивает это напряжение с линией предельного напряжения разрушения, соответствующей опорной скорости деформации, вычисляет риск разрушения целевой части определения разрушения, и выполняет определение разрушения (S103). В определении разрушения, использующем риск разрушения и коэффициент надежности, как описано выше, выполняется определение такое как "нет возможности возникновения разрушения", "риск разрушения является низким", "риск разрушения является высоким", "разрушение произошло" или подобное. Кроме того, обработка вычисления риска разрушения является эквивалентной вышеописанной структурной схеме, иллюстрируемой на Фиг. 7.
На этом этапе S103 блок 9 определения разрушения наследует состояние деформации металлической пластины, подвергнутой анализу деформации в процессе формования по Фиг. 9, в качестве начального условия анализа деформации в процессе столкновения. Этим состоянием (условием) деформации является толщина пластины и эквивалентная пластическая деформация металлической пластины, или толщина пластины, эквивалентная пластическая деформация, и тензор напряжения и тензор деформации металлической пластины.
На этапе S103, когда определяется, что "разрушение произошло" или "риск разрушения является высоким" с использованием риска разрушения для целевой части определения разрушения и коэффициента надежности, блок 9 определения разрушения выполняет следующую различную обработку (S104).
То есть, блок 9 определения разрушения выводит информацию идентификатора элемента, толщины листа для металлической пластины, деформации и напряжении в файл регистрации. В некоторых случаях, блок 9 определения разрушения удаляет разрушенный элемент, и блок 4 анализа деформации продолжает анализ деформации после разрушения.
Затем, блок 9 определения разрушения выполняет следующие различные отображения на устройстве 3 отображения (этап S105). Конкретно, блок 9 определения разрушения контурно отображает риск разрушения, что имеет место разрушение в конструкции, сформированной из металлической пластины, посредством скалярной величины, или отображает в пространстве напряжений предыстории напряжения и линию предельного напряжения разрушения для части с риском разрушения. Одновременно, блок 9 определения разрушения в виде контура отображает риск возникновения складки в конструкции, сформованной из металлической пластины. При этом риск разрушения может отображаться по отношению к дисперсии (среднее значение, нижнее граничное значение) в рамках стандарта поставки испытательных значений.
С другой стороны, на этапе S103, когда определяется, что "нет возможности возникновения разрушения" или "риск разрушения является низким" в каждой целевой части определения разрушения, блок 9 определения разрушения отображает эту информацию на устройстве 3 отображения (S106).
Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, когда выполняется определение разрушения металлической структуры, является возможным легко, и эффективно получать линию предельного напряжения разрушения и выполнять определение разрушения с высокой точностью. Таким образом, является возможным количественно оценить риск разрушения в течение штамповки или столкновения, и может достигаться эффективное и точное конструктивное решение для кузова автомобиля или подобного, рассматривающее материал, способ создания и конструкцию одновременно.
Функции соответственных компонентов (исключая устройство 3 отображения и устройство 2 ввода), составляющие вышеописанное устройство 10 определения разрушения, могут обеспечиваться работой программы, хранимой в оперативном ЗУ (RAM), постоянном ЗУ (ROM), или подобном, в компьютере. Подобным образом соответственные этапы анализа деформации и определения разрушения (структурные схемы по Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 7, Фиг. 9 и Фиг. 10) могут обеспечиваться работой программы, хранимой в RAM, ROM или подобном, в компьютере. Эта программа и читаемый компьютером носитель данных, осуществляющий запись этой программы, включены в настоящее изобретение.
Конкретно, программа предоставляется на компьютер, например, путем записи на носителе записи, таком как ПЗУ на компакт-диске (CD-ROM), или посредством одной из различных типов среды передачи. В качестве носителя записи, осуществляющего запись программы, помимо CD-ROM могут использоваться накопители на гибком диске, жестком диске, магнитной ленте, оптическом диске, карта энергонезависимой памяти или подобное. С другой стороны, в качестве среды передачи для программы может использоваться среда связи в системе вычислительной сети, предназначенной для предоставления информации программы путем распространения в виде несущих волн. При этом вычислительной сетью является локальная вычислительная сеть (ЛВС, LAN), глобальная сеть (WAN), такая как сеть Интернет, сеть радиосвязи или подобное, и средой связи является проводная оптоволоконная линия связи и т.п., беспроводная линия связи, и т.п.
Кроме того, программа, включенная в настоящее изобретение, не является только такой, что поставляемая программа исполняется в компьютере для обеспечения функций из вышеописанных вариантов осуществления. Например, когда эта программа совместно действует с операционной системой (OS), работающей на компьютере, или вместе с другим прикладным программным обеспечением или подобным, для выполнения функций вышеописанных вариантов осуществления, такая программа включается в настоящее изобретение. Кроме того, когда вся обработка или часть обработки по поставляемой программе исполняется на плате функционального расширения или блоке функционального расширения компьютера для выполнения функций из вышеописанных вариантов осуществления, такая программа включается в настоящее изобретение.
Например, на Фиг. 11 показана принципиальная схема, иллюстрирующая внутреннюю структуру устройства 10 определения разрушения. На Фиг. 11 числовая позиция 1200 обозначает персональный компьютер (PC), включая центральный процессор (CPU) 1201. PC 1200 исполняет программное обеспечение управления устройством, хранимое в ROM 1202 или на накопителе на жестком диске (HD) 1211, или поставляемое через дисковод гибкого диска (FD) 1212. Этот PC 1200 полностью управляет соответственными устройствами, подключенными к системной шине 1204.
С помощью программы, хранимой в CPU 1201, ROM 1202 или на жестком диске (HD) 1211 в PC 1200, выполняются процедуры соответственных этапов и или подобное, для структурных схем по Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 7, Фиг. 9, и Фиг. 10. Числовая позиция 1203 обозначает Оперативное ЗУ, которое функционирует в качестве основной памяти, рабочей области, и т.п., центрального процессора 1201. Числовая позиция 1205 обозначает контроллер клавиатуры (KBC), который управляет вводом команд с клавиатуры (KB) 1209, не проиллюстрированное устройство или подобное.
Числовая позиция 1206 обозначает контроллер устройства отображения с электронно-лучевой трубкой (CRTC), который управляет отображением на экранном устройстве отображения (CRT) 1210. Числовая позиция 1207 обозначает контроллер дискового накопителя (DKC). DKC 1207 управляет доступом к жесткому диску (HD) 1211 и гибкому диску (FD) 1212, которые хранят программу начальной загрузки, многие приложения, файлы редактирования, пользовательские файлы, программу управления сетью, и так далее. При этом, программа начальной загрузки является программа запуска: программы, начинающей исполнение (работу) аппаратных средств или программного обеспечения персонального компьютера.
Числовая позиция 1208 обозначает карту сетевого интерфейса (NIC), которая осуществляет обмен информацией двунаправленно с сетевым принтером, другим сетевым устройством или другим PC по LAN 1220.
1
Затем, примеры отображения риска разрушения при штамповке металлической пластины изолиний будут описаны со ссылкой на фигуры Фиг. 12 - Фиг. 14. На Фиг. 12 показана схема, иллюстрирующая с помощью изолиний результат отображения риска разрушения, вычисленный с использованием сравнительного примера f. Как иллюстрируется на Фиг. 12, изолинии вблизи вершины, где риск разрушения является наивысшим, являются грубыми, и участок риска разрушения не может быть идентифицирован. С другой стороны, в противоположных оконечных областях в продольном направлении, несмотря на то, что деформация является довольно малой, напряжение, когда часть осуществила возврат из пластического состояния в упругое состояние, нагружается с распределением, и таким образом формируются плотные изолинии.
На фигурах Фиг. 13 и Фиг. 14 показаны схемы, иллюстрирующие с помощью изолиний результаты отображения риска разрушения, вычисленного по способу из вариантов осуществления. Отображением изолиниями риска разрушения, вычисленного по первому варианту осуществления и второму варианту осуществления, может быть визуализирован точный риск разрушения.
На Фиг. 13 показана схема, иллюстрирующая с помощью изолиний риск разрушения, вычисленный по способу из первого варианта осуществления. Как иллюстрируется на Фиг. 13, высокий риск разрушения четко отображается вблизи вершины в центре металлической пластины. Кроме того, среди изолиний, иллюстрируемых на Фиг. 13, изолинии являются грубыми в частях, где деформация является малой на противоположных оконечных участках в продольном направлении по сравнению с Фиг. 12, и можно видеть, что риск разрушения является низким.
На Фиг. 14 показана схема, иллюстрирующая с помощью изолиний риск разрушения, вычисленный по способу второго варианта осуществления. Среди изолиний, иллюстрируемых на Фиг. 14, распределение риска разрушения вблизи вершины в центре металлической пластины отображается с дополнительной подробностью, и можно видеть, что риск разрушения является высоким немного за пределами вершины. Кроме того, среди изолиний, иллюстрируемых на Фиг. 14, можно видеть, что риск разрушения является довольно малым в частях, где деформация является малой в противоположных оконечных участках в продольном направлении. Можно видеть, что эта точка по восприятию соответствует традиционным практикам.
1
На Фиг. 15 показана схема, иллюстрирующая изолинии, иллюстрируемые на Фиг. 12 - Фиг. 14 вдоль траектории от начальной точки s к вершине t, как иллюстрируется на Фиг. 12. Нужно отметить, что на Фиг. 15 иллюстрируются изолинии в состоянии являющихся дополнительно деформированными из состояний деформации, иллюстрируемых на Фиг. 12 - Фиг. 14. Горизонтальная ось представляет позицию от начальной точки s к вершине t, и вертикальная ось представляет риск разрушения. Как иллюстрируется на Фиг. 15, фактически разрушенная позиция находится вблизи вершины. С помощью изолиний риска разрушения, вычисленного с использованием сравнительного примера f, трудно точно идентифицировать позицию, которая разрушится. С другой стороны, с помощью изолиний риска разрушения, вычисленного с использованием первого варианта осуществления, является возможным идентифицировать позицию, которая разрушится, до известной степени, и эта позиция по существу совпала с позицией, которая фактически разрушается согласно эксперименту. Кроме того, с помощью изолиний риска разрушения, вычисленного с использованием второго варианта осуществления, различие между позицией разрушения и риском разрушения для других позиций, является четким, и возможно идентифицировать позицию, которая разрушится, более точно.
Таким образом, в вариантах осуществления, степень риска разрушения может оцениваться с высокой точностью в каждой целевой части определения разрушения, даже если вызывается сложная деформация. Кроме того, визуализация риска разрушения может содействовать интуитивному пониманию, и таким образом это является полезным для рассмотрения мер.
Кроме того, даже если возникает разгрузка, риск разрушения не будет изменяться, и возможно установить пластичность, которая существенно остается. Кроме того, риск разрушения может быть преобразован в допустимый предел деформации и отображен, что может дополнительно содействовать интуитивному пониманию.
Особые эффекты вариантов осуществления составляют следующие.
1) Риск разрушения может быть вычислен согласно повреждению, которое восприняла металлическая структура, и таким образом это не вызывает неправильное понимание, что она восстанавливается после повреждения в течение разгрузки.
2) Путем преобразования в эквивалентную пластическую деформацию, часть, где риск разрушения является высоким, может оцениваться более подробно. Кроме того, изолинии в области низкого риска разрушения является могут быть сделаны грубыми, и таким образом отклонение, относящееся к риску разрушения, от традиционных практик может быть сделано малым.
В вышеизложенном настоящее изобретение было описано вместе с различными вариантами осуществления, но изобретение не ограничивается лишь этими вариантами осуществления, и модификации или подобное могут выполняться в рамках изобретения. Нужно отметить, что определение разрушения согласно вариантам осуществления может быть подходящим для тех случаев, в которых деформация и напряжение произошли вдоль плоской поверхности, имеющей ось x и ось y, в целевой части определения разрушения металлической структуры, и любые деформация и напряжение в направлении оси Z, ортогональной к оси x и оси y, могут игнорироваться.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Настоящее изобретение можно использовать для моделирования столкновения автомобиля или моделирования штамповки детали.