CN104919460A - 变形解析装置、变形解析方法及程序 - Google Patents

Abstract

具备：存储部(12)，将材料的解析数据存储；状态变量计算部(152)，基于解析数据，计算材料的变形的各时刻的上述材料的各要素的应力及其他状态变量；断裂判定部(153)，基于计算出的状态变量，根据预先对上述材料求出的断裂极限应力线，判定在材料的各要素中是否发生了断裂；应力修正部(154)，对于材料的各要素中的被判定为发生了断裂的要素，不将该要素去除，设σ为考虑了刚性降低的应力，D为连续体损伤力学中的损伤变量(其中，0≦D≦1)，以及σ’为没有考虑刚性降低的应力，通过下式使σ减小，σ＝(1－D)σ’，从而使该要素的刚性降低，并将解析数据更新。

Description

变形解析装置、变形解析方法及程序

技术领域

本发明涉及变形解析装置、变形解析方法及程序。

背景技术

在材料的变形、例如板材的冲压成形中，已知如果成形条件不适当则会在成形品上发生成形破裂。因此，使用计算机通过各种各样的成形条件进行板材的冲压成形的模拟、并基于其结果判断成形条件的妥当性的方法被采用(例如专利文献1)。

这样的方法通常是将

(1)通过设定的成形条件进行冲压成形的模拟，使用其模拟结果依次计算材料各部的应变；

(2)基于计算出的应变是否超过在预先按照每个材料准备的成形极限线图(Forming Limit Diagram，FLD)中描绘的成形极限线(Forming LimitCurve，FLC)，进行关于成形破裂的发生的判定；

(3)在判定为发生成形破裂的情况下，修正认为是成形破裂发生的原因的部分的成形条件；

这三个步骤反复执行，直到能够得到不发生成形破裂且也满足其他要求(例如，制品的低重量化、薄型化等)那样的适当的成形条件。

如此这样的参照成形极限线图通过冲压成形的模拟来探索适当的成形条件的方法在实现制品设计阶段中的成本削减和设计期间的缩短方面非常有用。

但是，以往的方法是单纯参照应变的方向总为一定的、所谓比例变形的情况下的成形极限线图(比例变形FLD)来判定是否发生成形破裂的，如果应用到伴随着复杂的变形的实际的冲压成形中，不能完成适当的成形条件的探索的情况也较多。换言之，以往的方法其变形路径依存性较强，对于发生复杂的变形的碰撞等的现象不能适用。

所以，近年来，开发了代替应变而使用应力来判定是否发生成形破裂的方法(应力FLD)。例如，在专利文献2中公开了以下方法：以比例负荷路径推测应变空间的断裂极限线，将应变空间的断裂极限线变换为应力空间的断裂极限线(断裂极限应力线)，利用断裂极限应力线计算断裂危险度，根据计算出的断裂危险度进行断裂判定。通过这样的方法，能够进行包括一个以上的变形路径变化的过程中的断裂判定对象部位的断裂判定。换言之，这样的方法其变形路径依存性较弱，对于发生复杂的变形的碰撞等的现象也能够适用。

可是，在以往的方法中，在某个要素中发生了断裂的情况下，通过将该要素去除来表现断裂状态。如果某个要素被去除，则作用在该要素上的应力分散作用到其周边的要素。因而，如果被去除的要素的尺寸较小，则作用在其周边的要素上的应力也较小，龟裂逐渐发展，而如果被去除的要素的尺寸较大，则作用在其周边的要素上的应力也变大，模拟中的龟裂容易以实际以上的程度发展。因而，在以往的方法中，有难以预测发生断裂后的动态的情况。

例如，在专利文献3中公开了以下方法：在将筒状体使轴线相互平行地集合而构成的冲击吸收体通过有限单元法而模型化、使其与通过有限单元法而模型化的被碰撞体规定地碰撞来进行碰撞解析的碰撞解析装置中，在用上述模型化的冲击吸收体的压缩时的应力与应变的关系表示的整体的抗力特性超过预先设定的应变的值的区域中，设定抑制应力上升的修正特性。更具体地讲，公开了在应变ε超过ε1的区域中、随着应变ε的增加而应力σ降低的修正特性。通过这样的方法，在应力－应变控制的幅度较宽的特性区域中能够将碰撞自然而精度良好地再现并解析。

但是，在专利文献3中，关于修正特性的具体的设定的方式没有被公开。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2007－152407号公报

专利文献2：特许第4980499号公报

专利文献3：特开2011－53807号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如上述那样，在以往的方法中，有难以预测断裂发生后的动态的情况。

本发明是为了解决这样的课题而做出的，目的是能够使断裂发生后的动态接近于实际的动态。

用于解决问题的手段

本发明的变形解析装置，计算状态变量，该状态变量表示相应于变形而在材料内部发生的状态，该变形解析装置的特征在于，具备：

存储部，存储材料的解析数据；

状态变量计算部，基于上述解析数据，计算上述材料的变形的各时刻的上述材料的各要素的应力及其他状态变量；

断裂判定部，基于计算出的上述状态变量，根据预先对上述材料求出的断裂极限应力线，判定在上述材料的各要素中是否发生了断裂；

刚性降低部，对于上述材料的各要素中的被判定为发生了上述断裂的要素，不将该要素去除，设σ为考虑了刚性降低的应力，D为连续体损伤力学中的损伤变量、其中0≦D≦1，以及σ’为没有考虑刚性降低的应力，通过下式使σ减小，

σ＝(1－D)σ’

从而使该要素的刚性降低，并将上述解析数据更新；以及

输出部，将计算出的上述状态变量输出。

此外，本发明的变形解析装置的另一作为特征的地方是，在上述刚性降低部中，在上述损伤变量D超过了另外设定的阈值的情况下，将被判定为发生了上述断裂的要素去除。

本发明的变形解析方法，通过解析装置来计算状态变量；该解析装置具备将材料的解析数据存储的存储部；该状态变量表示相应于变形而在上述材料内部发生的状态；该变形解析方法的特征在于，

上述解析装置

基于上述解析数据，计算上述材料的变形的一时刻的上述材料的各要素的应力及其他状态变量；

基于计算出的上述状态变量，根据预先对上述材料求出的断裂极限应力线，判定在上述材料的各要素中是否发生了断裂；

对于上述材料的各要素中的被判定为发生了上述断裂的要素，不将该要素去除，设σ为考虑了刚性降低的应力，D为连续体损伤力学中的损伤变量、其中0≦D≦1，以及σ’为没有考虑刚性降低的应力，通过下式使σ减小，

σ＝(1－D)σ’

从而使该要素的刚性降低，并将上述解析数据更新；

基于更新后的上述解析数据，计算上述材料的变形的下个时刻的上述材料的各要素的状态变量；

将计算出的上述状态变量输出。

此外，本发明的变形解析方法的另一作为特征的地方是，在上述损伤变量D超过了另外设定的阈值的情况下，将被判定为发生了上述断裂的要素去除。

本发明的程序，用来使计算机执行变形解析，该计算机具备将材料的解析数据存储的存储部；该变形解析计算状态变量；该状态变量表示相应于变形而在上述材料内部发生的状态；该程序的特征在于，

用来使上述计算机执行：

基于上述解析数据，计算上述材料的变形的一时刻的上述材料的各要素的应力及其他状态变量；

基于计算出的上述状态变量，根据预先对上述材料求出的断裂极限应力线，判定在上述材料的各要素中是否发生了断裂；

对于上述材料的各要素中的被判定为发生了上述断裂的要素，不将该要素去除，设σ为考虑了刚性降低的应力，D为连续体损伤力学中的损伤变量、其中0≦D≦1，以及σ’为没有考虑刚性降低的应力，通过下式使σ减小，

σ＝(1－D)σ’

从而使该要素的刚性降低，并将上述解析数据更新；

基于更新后的上述解析数据，计算上述材料的变形的下个时刻的上述材料的各要素的状态变量；

将计算出的上述状态变量输出。

此外，本发明的程序的另一作为特征的地方是，在上述损伤变量D超过了另外设定的阈值的情况下，将被判定为发生了上述断裂的要素去除。

发明的效果

根据本发明，对于基于断裂极限应力线而判定为发生了断裂的要素，不将该要素去除，而是设σ为考虑到刚性降低的应力、D为连续体损伤力学中的损伤变量(其中，0≦D≦1)、以及σ’为不考虑刚性降低的应力，通过由下式使σ减小，σ＝(1－D)σ’，从而能够使该要素的刚性降低，使发生断裂后的动态接近于实际的动态。

附图说明

图1A是表示通过实验得到的应力－应变关系c₀及通过以往方法得到的应力－应变关系c₁的图。

图1B是表示不考虑刚性降低的应力－应变关系c₂及通过本方法得到的(考虑了刚性降低的)应力－应变关系c₃的图。

图2是表示解析装置的概略结构的一例的图。

图3A是表示要素结构数据的数据构造的一例的图。

图3B是表示节点坐标数据的数据构造的一例的图。

图3C是表示变位条件数据的数据构造的一例的图。

图3D是表示载荷条件数据的数据构造的一例的图。

图4是表示试验片的一例的图。

图5A是表示评价点数据的数据构造的一例的图。

图5B是表示时刻－节点坐标数据的数据构造的一例的图。

图5C是表示时刻－评价点状态数据的数据构造的一例的图。

图6A是表示解析装置的动作流程的一例的流程图。

图6B是表示断裂判定执行处理的一例的流程图。

图6C是表示应力修正处理的一例的流程图。

图7A是表示解析参数的各模式的一例的图。

图7B是表示在各模式中共通的断裂极限应力线的一例的图。

图8是表示解析结果的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明用于实施本发明的方式。

在本实施方式中，使用有限单元法(Finite Element Method，FEM)进行材料的变形解析。此外，基于应力FLD进行断裂判定。在某个要素(element)(实际上是要素具有的某个评价点)中发生了断裂的情况下，不是将该要素立即去除，而是使该要素的刚性逐渐降低，在刚性降低到某个程度的时点，将该要素去除。要素的刚性降低通过操作作用在该要素上的应力来表现。具体而言，基于连续体损伤力学的考虑方式，如下式那样表现。

σ＝(1－D)σ’  …(式1)

这里，σ是考虑到刚性降低的应力，D是连续体损伤力学中的损伤变量(其中，0≦D≦1)，σ’是不考虑刚性降低的应力。根据式1，如果损伤变量D变大，则考虑到刚性降低的应力σ变小。

所谓连续体损伤力学，是用来将材料的损伤和破坏的进展过程从连续体力学的立场解析的力学理论。在连续体损伤力学中，将损伤状态使用适当的宏观力学的损伤变量而模型化，并使用该损伤变量来描述损伤材料的力学动态和损伤的发展。损伤的发展例如如下式那样记述。

[数式1]

$D^{\′}=\frac{Y}{S}{p}^{\′}H(p-p_D)$   (式2)

这里，D’是损伤变量D的变化率(损伤速度)，Y是损伤相伴变量，S是材料常数，p是累积塑性应变，p’是累积塑性应变p的变化率，p_D是累积塑性应变p的阈值，H( )是Heaviside函数。并且，当损伤变量D增大而达到临界值D_C时，即下式成立时，认为发生了龟裂的或发生破坏。

[数式2]

$D=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}{D}^{\′}dt=D_C$   (式3)

损伤变量D可以解释为伴随着损伤过程中的微小分布空隙的发展的载荷负担有效面积的减少率。载荷负担有效面积的减少将通过外力引起的应力σ的效果扩大。将该扩大的应力(有效应力)σ’如下式那样记述。

σ’＝σ/(1－D)  …(式4)

式1是根据该式4导出的。

图1A、图1B是表示本发明的概念的图。

在图1A中，表示通过实验得到的应力－应变关系c₀及以往方法(将发生了断裂的要素去除的方法)得到的应力－应变关系c₁。这里，横轴表示应变，纵轴表示应力。此外，应力σ₀表示断裂极限应力。如在图1A中用箭头表示那样，本发明的目的是使曲线c₁接近于曲线c₀。

所以，在某个要素中发生了断裂的情况下，不是将该要素去除，而是通过使该要素的刚性逐渐降低来实现。在图1B中，表示不考虑刚性降低的应力－应变关系c₂及通过本方法得到的(考虑刚性降低的)应力－应变关系c₃。这里，横轴表示应变，纵轴表示应力。此外，应力σ₀表示断裂极限应力。如在图1B中用箭头表示那样，通过使断裂要素的刚性逐渐降低，能得到曲线c₃。

图2是表示进行这样的解析的解析装置1的概略结构的一例的图。

解析装置1基于预先存储在存储部12中的程序，参照同样存储在存储部12中的数据及/或存储在未图示的其他装置中的数据来执行各种处理。此外，解析装置1根据由用户经由操作部13输入的指示来执行各种处理，将其结果向显示部14输出。为此，解析装置1具备通信部11、存储部12、操作部13、显示部14和处理部15。

通信部11具备用来将解析装置1连接到未图示的网络的通信接口电路。并且，通信部11将从未图示的其他装置经由网络接收到的数据向处理部15供给。此外，通信部11将从处理部15供给的数据经由网络向其他装置发送。

存储部12例如具备半导体存储器、磁盘装置及光盘装置中的至少某一个。存储部12存储在处理部15中的处理中使用的操作***程序、驱动程序、应用程序、和数据等。例如，存储部12存储控制操作部13的输入设备驱动程序、控制显示部14的输出设备驱动程序等作为驱动程序。此外，存储部12存储进行解析数据的制作的应用程序、进行材料的变形解析的应用程序等作为应用程序。此外，存储部12存储表示解析的对象、条件等的解析数据、表示断裂极限应力线的极限线数据、和表示解析的结束时刻的结束时刻数据等作为数据。此外，存储部12存储表示各要素的评价点的评价点数据、表示当前的时刻的时刻计时器、表示每时每刻的各节点的坐标的节点坐标数据、和表示每时每刻的各评价点的状态的评价点状态数据等作为其他数据。进而，存储部12也可以暂时地存储有关规定的处理的暂时性的数据。

解析数据是表示解析的对象、条件等的数据，包括例如表示材料的形状的解析模型数据、表示材料常数的材料特性数据、表示边界条件的边界条件数据、有关解析的控制的解析控制参数等。解析数据既可以是用户经由操作部13以手动方式输入，也可以是处理部15基于进行解析数据的制作的应用程序而自动地制作。

解析模型数据是表示材料的形状的数据，包括例如表示材料的各要素的节点的要素结构数据(图3A)、表示各节点的坐标的节点坐标数据(图3B)等。

图3A～图3D是表示各种数据的数据构造的一例的图。

在图3A中表示要素结构数据的数据构造的一例。在要素结构数据中，对于各要素，包括该要素的号码、该要素所具有的节点的号码等。

此外，在图3B中表示节点坐标数据的数据构造的一例。在节点坐标数据中，对于各节点，包括该节点的号码、该节点的X坐标、Y坐标及Z坐标等。

图4是表示基于解析模型数据而显示的试验片的一例的图。

在图4中，通过平面图表示使用6面体要素模型化的JIS(JapaneseIndustrial Standards、日本工业标准)5号试验片。

材料特性数据是表示材料常数的数据，例如包括密度、杨氏模量、泊松比等。

此外，在作为应力－应变关系而使用式5的Swift法则的情况下，包括K、ε₀、n等。

[数式3]

σ＝K(ε₀+ε)ⁿ  …(式5)

另外，应力－应变关系并不限定于此，也可以是其以外的关系(例如Voce法则)。此外，也可以不是结构方程式的形式，而是将应力－应变关系进行多直线近似化，将值直接输入。

进而，作为损伤关联常数，包括式2中的D′(损伤速度)、式3中的D_C(断裂判定的损伤度的阈值)等。

另外，决定这些材料常数，以使试验(例如单轴拉伸试验)的解析结果与实验结果一致。具体而言，

(1)决定材料常数的初始值。

(2)进行试验的解析，计算断裂应变及应力－应变关系。

(3)判定断裂应变及应力－应变关系与通过实验得到的关系是否一致。

(4)如果断裂应变不一致或应力－应变关系不一致，则变更材料常数的值。

(5)通过重复(2)～(4)直到断裂应变及应力－应变关系都一致，来调整材料常数。

但是，应力－应变关系由于特别在断裂应变周边处精度降低，所以该比较在没有特别发生损伤的最大应力点以前进行。

边界条件数据是表示边界条件的数据，例如包括表示变位条件的变位条件数据(图3C)、表示载荷条件的载荷条件数据(图3D)等。

在图3C中表示变位条件数据的数据构造的一例。在变位条件数据中，关于各节点包括该节点的号码、该节点的X变位、Y变位及Z变位等。

此外，在图3D中表示载荷条件数据的数据构造的一例。在载荷条件数据中，关于各节点包括该节点的号码、该节点的X载荷、Y载荷及Z载荷等。

回到图2，只要能够进行解析装置1的操作，操作部13是怎样的设备都可以，例如是键盘、触摸板等。用户能够经由操作部13输入字符、数字等。操作部13如果被用户操作，则产生与该操作对应的信号。并且，将产生的信号作为用户的指示向处理部15供给。

只要能够进行影像、图像、字符等的显示，显示部14是怎样的设备都可以，例如是液晶显示器、有机EL(Electro－Luminescence)显示器等。显示部14将与从处理部15供给的影像数据对应的影像、与图像数据对应的图像、与字符数据对应的字符等显示。

处理部15具备一或多个处理器及其周边电路。处理部15将解析装置1的整体的动作综合控制，例如是CPU(Central Processing Unit、中央处理器)。处理部15控制通信部11、显示部14等的动作，以将解析装置1的各种处理根据存储在存储部12中的程序、操作部13的操作等以适当的次序执行。处理部15基于存储在存储部12中的程序(操作***程序、驱动程序、应用程序等)来执行处理。此外，处理部12可以将多个程序(应用程序等)并行地执行。

处理部15具备控制部151、状态变量计算部152、断裂判定部153和应力修正部154。这些各部是通过由处理部15所具备的处理器执行的程序来实现的功能模块。或者，这些各部也可以作为固件安装到解析装置1中。

以下，对控制部151的处理进行说明。

在由用户经由操作部13指示了进行材料的变形解析的应用程序的执行的情况下，解析装置1基于该程序，开始处理。

通过该程序实现的控制部151将数据初始化。即，控制部151从存储部12取得解析模型数据，基于所取得的解析模型数据，对于各要素决定规定数量的(例如八个)评价点。并且，控制部151制作表示所决定的评价点的评价点数据(图5A)，将该评价点数据向存储部12保存。此外，控制部151在存储部12中确保用来将表示当前的时刻的时刻计时器、表示时时刻刻的各节点的坐标的时刻－节点坐标数据(图5B)、以及表示时时刻刻的各评价点的状态的时刻－评价点状态数据(图5C)存储的区域，将其分别初始化为“0”。

图5A～图5C是表示各种数据的数据构造的另一例的图。

在图5A中表示评价点数据的数据构造的一例。在评价点数据中，关于各要素包括该要素的号码、该要素具有的评价点的号码等。

此外，在图5B中表示时刻－节点坐标数据的数据构造的一例。在时刻－节点坐标数据中，关于各时刻的各节点，包括该节点的号码、该节点的X坐标、Y坐标及Z坐标等。

此外，在图5C中表示时刻－评价点状态数据的数据构造的一例。在时刻－评价点状态数据中，关于各时刻的各评价点，包括该评价点的号码、该评价点的应变、应力、表示是否已发生断裂的断裂标志、损伤变量(损伤度)及累积损伤速度等。

控制部151对状态变量计算部152指示执行处理，使其计算状态变量(例如应变、应力等)。

控制部151对断裂判定部153指示执行处理，使其执行基于应力FLD的断裂判定。

控制部151判定是否在某个评价点发生了断裂。即，控制部151参照存储在存储部12中的时刻计时器，取得时刻。此外，控制部151以所取得的时刻为关键字，参照存储在存储部12中的时刻－评价点状态数据，确定对应的各评价点。并且，控制部151判定是否所确定的各评价点中的某个评价点的断裂标志表示断裂已发生。

在某个评价点发生了断裂的情况下，即在某个评价点的断裂标志表示断裂已发生的情况下，控制部151向应力修正部154指示处理的执行，使其修正该评价点的应力。

控制部151使时刻前进一格。即，控制部151参照存储在存储部12中的时刻计时器，取得时刻。此外，控制部151将所取得的时刻增加(+1)而将时刻更新。并且，控制部151参照存储在存储部12中的时刻计时器，将更新后的时刻保存。

控制部151判定是否达到了结束时刻。即，控制部151参照存储在存储部12中的结束时刻数据，取得结束时刻。并且，控制部151判定更新后的时刻是否达到了所取得的结束时刻。

在没有达到结束时刻的情况下，控制部151对状态变量计算部152进行状态变量的计算指示。

另一方面，在达到了结束时刻的情况下，控制部151将解析结果输出。即，控制部151从存储部12取得时刻－节点坐标数据及时刻－评价点状态数据。并且，控制部151将所取得的时刻－节点坐标数据及时刻－评价点状态数据以规定的方式向显示部14输出。并且，控制部151结束处理。

以下，对状态变量计算部152的处理进行说明。

状态变量计算部152从存储部12取得解析数据、评价点数据、时刻－节点坐标数据及时刻－评价点状态数据，基于所取得的解析数据、评价点数据、时刻－节点坐标数据及时刻－评价点状态数据使材料的变形解析进展，计算当前时刻的节点坐标及状态变量。具体而言，状态变量计算部152参照存储在存储部12中的时刻计时器，取得时刻。此外，状态变量计算部152以所取得的时刻的紧接着之前时刻为关键字，参照存储在存储部12中的时刻－评价点状态数据，取得对应的各评价点的应力。此外，状态变量计算部152将所取得的应力变换为各节点的载荷，基于变换后的载荷来计算各节点的变位(坐标)。进而，状态变量计算部152基于计算出的变位来计算各评价点的应变，基于计算出的应变来计算各评价点的应力。

状态变量计算部152参照存储在存储部12中的时刻－节点坐标数据，将计算出的各节点的坐标与所取得的时刻建立对应而保存。此外，状态变量计算部152参照存储在存储部12中的时刻－评价点状态数据，将计算出的各评价点的应变及应力与所取得的时刻建立对应而保存。并且，状态变量计算部152结束处理。

另外，在变形解析中，使用作为商用的应用程序的Abaqus(注册商标)。但是，也可以使用其他的应用程序(例如，OpenFOAM(注册商标))。

在Abaqus(注册商标)中，基于动态显式方法求出状态变量。所谓动态显式方法，是将考虑到加速度项的动态平衡式(运动方程式)不进行反复计算而解开的方法。首先，通过将对于一个要素的运动方程式(式6)关于材料整体叠加，求出对于材料整体的运动方程式。

[数式4]

M·ü+P-F＝0  …(式6)

这里，M是质量矩阵，u是变位，P是等价节点力矢量，F是节点外力矢量。接着，通过将求出的运动方程式解开，求出变位u。并且，基于变位－应变关系等，根据求出的变位u求出状态变量。另外，为了将运动方程式解开，使用作为阵点法之一的中央差分法。但是，也可以使用其他解法(前方差分法、后方差分法、拉格朗日法、波谱法等)。

以下，对断裂判定部153的处理进行说明。

关于没有发生断裂的各评价点，断裂判定部153基于由状态变量计算部152计算出的该评价点的应力来计算该评价点的最大主应力及最小主应力。即，断裂判定部153参照存储在存储部12中的时刻计时器，取得时刻。此外，断裂判定部153以所取得的时刻为关键字，参照存储在存储部12中的时刻－评价点状态数据，确定对应的各评价点。关于所确定的各评价点，断裂判定部153参照该评价点的断裂标志，判定该断裂标志是否表示断裂已发生。并且，在该断裂标志没有表示断裂已发生的情况下，断裂判定部153提取该评价点的应力，基于所提取的应力来计算最大主应力及最小主应力。

断裂判定部153判定该评价点的最大主应力及最小主应力的关系是否超过断裂极限应力线。即，断裂判定部153从存储部12取得极限线数据。并且，断裂判定部153判定该评价点的最大主应力及最小主应力的关系是否超过所取得的极限线数据所表示的断裂极限应力线。

在该评价点的最大主应力及最小主应力的关系超过断裂极限应力线的情况下，断裂判定部153判定为在该评价点发生了断裂，将该信息记录。即，在该评价点的最大主应力及最小主应力的关系超过了所取得的极限线数据所表示的断裂极限应力线的情况下，断裂判定部153将该评价点的断裂标志变更以使其表示断裂已发生。并且，断裂判定部153结束处理。

以下，对应力修正部154的处理进行说明。

关于由断裂判定部153判定为发生了断裂的各评价点，应力修正部154计算该评价点的损伤速度。即，应力修正部154参照存储在存储部12中的时刻计时器，取得时刻。此外，应力修正部154以所取得的时刻为关键字，参照存储在存储部12中的时刻－评价点状态数据，确定对应的各评价点。关于所确定的各评价点，应力修正部154参照该评价点的断裂标志，判定该断裂标志是否表示断裂已发生。并且，在该断裂标志表示断裂已发生的情况下，应力修正部154将该评价点的号码、应变及应力提取。

此外，应力修正部154以所取得的时刻的刚刚之前时刻及所提取的评价点号码为关键字，参照存储在存储部12中的时刻－评价点状态数据，确定对应的评价点。进而，应力修正部154提取所确定的评价点的损伤度。

并且，应力修正部154基于所提取的应变、应力及损伤度，使用式2计算损伤速度。

应力修正部154计算该评价点的损伤度。即，应力修正部154提取所确定的评价点的累积损伤速度。此外，应力修正部154对所提取的累积损伤速度加上所计算出的损伤速度，将累积损伤速度更新。并且，应力修正部154将更新后的累积损伤速度加到所提取的损伤度中，将损伤度更新。应力修正部154将更新后的损伤度及累积损伤速度作为该评价点的损伤度及累积损伤速度向存储部12保存。

应力修正部154判定该评价点的损伤度是否超过了阈值。即，应力修正部154参照存储在存储部12中的材料特性数据，提取损伤度的阈值。并且，应力修正部154判定所提取的阈值是否超过了更新后的损伤度。

在该评价点的损伤度不超过阈值的情况下，应力修正部154修正该评价点的应力(使其减少)。即，应力修正部154基于所提取的应力及更新后的损伤度，使用式1计算修正应力。应力修正部154将计算出的修正应力作为该评价点的应力向存储部12保存。

另一方面，在该评价点的损伤度超过了阈值的情况下，应力修正部154将具有该评价点的要素去除。即，应力修正部154以所提取的评价点号码为关键字，参照存储在存储部12中的评价点数据，提取对应的要素的号码及其他评价点的号码。并且，应力修正部154以所提取的要素号码为关键字，参照存储在存储部12中的要素结构数据，将有关对应的要素的项目删除。此外，应力修正部154以所提取的要素号码为关键字，参照存储在存储部12中的评价点数据，将有关对应的要素的项目删除。进而，应力修正部154以所取得的时刻及所提取的各评价点号码为关键字，参照存储在存储部12中的时刻－评价点状态数据，将对应的各评价点的应力变更为“0”。并且，应力修正部154结束处理。

图6A～图6C是表示解析装置1的动作流程的一例的图。另外，以下说明的动作流程基于预先存储在存储部12中的程序，主要由处理部15与解析装置1的各要素协同执行。

在图6A中表示控制部151的动作流程的一例。

在由用户经由操作部13指示了执行变形解析的情况下，控制部151将数据初始化(步骤S600)。

控制部151向状态变量计算部152指示执行处理，使其计算状态变量(例如应变、应力等)(步骤S602)。

控制部151向断裂判定部153指示执行处理，使其执行基于应力FLD的断裂判定(步骤S604)。

在图6B中表示断裂判定部153的动作流程的一例。

关于没有发生断裂的各评价点，断裂判定部153基于计算出的该评价点的应力来计算该评价点的最大主应力及最小主应力(步骤S620)。

断裂判定部153判定该评价点的最大主应力及最小主应力的关系是否超过了断裂极限应力线(步骤S622)。

在该评价点的最大主应力及最小主应力的关系超过了断裂极限应力线的情况下(步骤S622－是)，断裂判定部153在该评价点记录发生了断裂(步骤S624)。并且，断裂判定部153结束处理。

回到图6A，控制部151判定是否在某个评价点发生了断裂(步骤S606)。

在某个评价点处发生了断裂的情况下(步骤S606－是)，控制部151向应力修正部154指示执行处理，使其修正该评价点的应力(步骤S608)。

在图6C中表示应力修正部154的动作流程的一例。

关于发生了断裂的各评价点，应力修正部154计算该评价点的损伤速度(步骤S630)。

应力修正部154计算该评价点的损伤度(步骤S632)。

应力修正部154判定该评价点的损伤度是否超过了阈值(步骤S634)。

在该评价点的损伤度没有超过阈值的情况下(步骤S634－否)，应力修正部154修正该评价点的应力(步骤S636)。

另一方面，在该评价点的损伤度超过了阈值的情况下(步骤S634－是)，应力修正部154将包括该评价点的要素去除(步骤S638)。并且，应力修正部154结束处理。

回到图6A，控制部151使时刻进展一格(步骤S610)。

控制部151判定是否达到了结束时刻(步骤S612)。

在没有达到结束时刻的情况下(步骤S612－否)，控制部151向状态变量的计算指示(步骤S602)返回。

另一方面，在达到了结束时刻的情况下(步骤S612－是)，控制部151将解析结果输出(步骤S614)。并且，控制部151结束处理。

以下，对本实施方式的一实施例进行说明。

在本实施例中，进行了将图4所示的形状的试验片(JIS5号试验片)向箭头方向以一定速度拉伸的拉伸试验的解析。对于基于应力FLD的断裂判定的有无、断裂要素的刚性降低的有无、以及损伤关联常数的大小分别不同的解析参数的一些模式，计算应力－应变关系，确认刚性降低的程度。

图7A是表示解析参数的一例的图。

在图7A中表示解析参数的各模式的一例。这里，p₁表示不进行断裂判定及刚性降低的模式，p₂表示仅进行断裂判定的模式(以往方法)，p₃～p₅表示进行断裂判定及刚性降低的模式(本方法)。此外，p₃～p₅表示损伤关联常数(具体而言是损伤速度D′)分别不同的模式。另外，其以外的材料常数在各模式中是相同的。

在图7B中表示在解析参数的各模式中共通的断裂极限应力线的一例。在最大主应力及最小主应力的关系超过了断裂极限应力线c的情况下判定为发生了断裂，开始刚性降低。

图8是表示解析结果的一例的图。

在图8中表示对解析参数的各模式计算出的应力－应变关系。这里，横轴表示名义应变，纵轴表示名义应力。根据图8所示的应力－应变关系，在发生断裂后，模式p₂(以往方法)通过断裂要素的去除而刚性迅速地降低，相对于此，模式p₃～p₅(本方法)通过作用在断裂要素上的应力的减小而刚性逐渐降低。此外，还可以确认能够根据损伤关联常数的大小来调整刚性降低的程度。

如以上说明，通过使作用在发生了断裂的要素上的应力减小、使该要素的刚性逐渐降低，能够使发生断裂后的动态接近于实际的动态。

请注意本发明的技术范围并不限定于这些实施方式，而涉及权利要求书所记载的发明和其等同物。

例如，在本实施方式中，假设解析装置1具备图2所示的各部，但关于其一部分，也可以不具备未图示的服务器装置。服务器装置例如也可以具备与解析装置1的存储部12对应的存储部，将存储在该存储部中的程序、数据等向解析装置1发送，使解析装置1执行处理。或者，服务器装置也可以具备与解析装置1的存储部12及处理部15对应的存储部及处理部，使用存储在该存储部中的程序、数据等执行处理，仅将其结果向解析装置1提供。

此外，用来使计算机实现处理部15所具备的各功能的计算机程序，也可以以记录在磁记录媒体、光记录媒体等的能够由计算机读取的记录媒体中的形式来提供。

产业上的可利用性

本发明能够应用到基于应力FLD进行断裂判定的变形解析装置、变形解析方法及程序中。

Claims (6)

1.一种变形解析装置，计算状态变量，该状态变量表示相应于变形而在材料内部发生的状态，该变形解析装置的特征在于，具备：

存储部，存储材料的解析数据；

状态变量计算部，基于上述解析数据，计算上述材料的变形的各时刻的上述材料的各要素的应力及其他状态变量；

断裂判定部，基于计算出的上述状态变量，根据预先对上述材料求出的断裂极限应力线，判定在上述材料的各要素中是否发生了断裂；

刚性降低部，对于上述材料的各要素中的被判定为发生了上述断裂的要素，不将该要素去除，设σ为考虑了刚性降低的应力，D为连续体损伤力学中的损伤变量、其中0≦D≦1，以及σ’为没有考虑刚性降低的应力，通过下式使σ减小，

σ＝(1－D)σ’

从而使该要素的刚性降低，并将上述解析数据更新；以及

输出部，将计算出的上述状态变量输出。

2.如权利要求1所述的变形解析装置，其特征在于，

在上述刚性降低部中，在上述损伤变量D超过了另外设定的阈值的情况下，将被判定为发生了上述断裂的要素去除。

3.一种变形解析方法，通过解析装置来计算状态变量；该解析装置具备将材料的解析数据存储的存储部；该状态变量表示相应于变形而在上述材料内部发生的状态；该变形解析方法的特征在于，

上述解析装置

基于上述解析数据，计算上述材料的变形的一时刻的上述材料的各要素的应力及其他状态变量；

基于计算出的上述状态变量，根据预先对上述材料求出的断裂极限应力线，判定在上述材料的各要素中是否发生了断裂；

对于上述材料的各要素中的被判定为发生了上述断裂的要素，不将该要素去除，设σ为考虑了刚性降低的应力，D为连续体损伤力学中的损伤变量、其中0≦D≦1，以及σ’为没有考虑刚性降低的应力，通过下式使σ减小，

σ＝(1－D)σ’

从而使该要素的刚性降低，并将上述解析数据更新；

基于更新后的上述解析数据，计算上述材料的变形的下个时刻的上述材料的各要素的状态变量；

将计算出的上述状态变量输出。

4.如权利要求3所述的变形解析方法，其特征在于，

在上述损伤变量D超过了另外设定的阈值的情况下，将被判定为发生了上述断裂的要素去除。

5.一种程序，用来使计算机执行变形解析，该计算机具备将材料的解析数据存储的存储部；该变形解析计算状态变量；该状态变量表示相应于变形而在上述材料内部发生的状态；该程序的特征在于，

用来使上述计算机执行：

基于上述解析数据，计算上述材料的变形的一时刻的上述材料的各要素的应力及其他状态变量；

基于计算出的上述状态变量，根据预先对上述材料求出的断裂极限应力线，判定在上述材料的各要素中是否发生了断裂；

对于上述材料的各要素中的被判定为发生了上述断裂的要素，不将该要素去除，设σ为考虑了刚性降低的应力，D为连续体损伤力学中的损伤变量、其中0≦D≦1，以及σ’为没有考虑刚性降低的应力，通过下式使σ减小，

σ＝(1－D)σ’

从而使该要素的刚性降低，并将上述解析数据更新；

基于更新后的上述解析数据，计算上述材料的变形的下个时刻的上述材料的各要素的状态变量；

将计算出的上述状态变量输出。

6.如权利要求5所述的程序，其特征在于，

在上述损伤变量D超过了另外设定的阈值的情况下，将被判定为发生了上述断裂的要素去除。