JP4938695B2 - き裂進展評価装置及びき裂進展評価方法 - Google Patents
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Description
Nf =1/2・(Δεin/ε0 )-n ・・・(式1)
によって繰り返し疲労寿命サイクル数Nf を算出する方法が従来から用いられている。式1において、n及びε0 は、はんだ接合部102の材料と形状とによって決まるパラメータである。
Nfi =C・(Δεi )-n (1≦i≦k) ・・・(式2)
式2において、Nfi は第iの負荷のサイクル(第iサイクル)についての繰り返し疲労寿命サイクル数を示す。Δεi は第iサイクルについての非線形ひずみ振幅の値を示す。C、nは、連続体の材料と形状とによって決まるパラメータである。前述した式1の乗数の項を展開すると、式2のように、非線形ひずみ振幅の値の−n乗に定数を掛けた式の形となる。
D=1/C・(Δε1 )-n+1/C・(Δε2 )-n+・・・+1/C・(Δεk )-n
・・・(式3)
更に、判断部13は、算出結果記憶部131に記憶された累積損傷値Dと予め定められた閾値(例えば1)とを比較する。閾値は経験的に定めることができる。この比較の結果は、算出部15、変更部14、表示部18に送信される。
次に、本実施形態のき裂進展評価装置1が、電子部品のはんだ接合部について、具体的なシミュレーションを行った結果を、図17乃至25を参照して説明する。
連続体に生じる応力及びひずみの有限要素法による解析に用いられる解析モデルであって、前記連続体を複数の有限要素に分割した解析モデルを作成する作成部と、
前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、当該負荷によって前記連続体の複数の有限要素の各々に生じる応力及びひずみを有限要素法によって解析する解析部と、
前記解析結果に基づいて、前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、前記連続体の複数の有限要素の各々について、累積非線形ひずみ値を算出し、算出された累積非線形ひずみ値に基づいて非線形ひずみ振幅の値を算出し、算出された非線形ひずみ振幅の値に基づいてコフィンマンソン則を用いて損傷値を算出し、算出された損傷値に基づいてその累積値を算出し、前記累積値と予め定められた閾値とを比較して、前記累積値が前記閾値以上であるか否かを判断する判断部と、
前記判断部による判断結果に基づいて、前記負荷のサイクル毎に、当該負荷のサイクルの終了時において前記連続体に生じるき裂の進展率を算出して、負荷のサイクル数とき裂の進展率との対応を示す第1の対応情報を求める算出部と、
前記第1の対応情報と、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル数の実測値と当該連続体に当該サイクル数分負荷を加えたときの当該連続体に生じるき裂の進展率の実測値との対応を示す第2の対応情報とに基づいて、前記コフィンマンソン則を変更するコフィンマンソン則変更部とを備える
ことを特徴とするき裂進展評価装置。
前記累積値が前記閾値以上である場合に、当該損傷値の累積値が前記閾値以上である有限要素を削除するか、又は当該有限要素の剛性を変更する変更部を備え、
前記解析部が、前記負荷のサイクルの現サイクルの終了時において前記変更部によって削除又は剛性が変更された前記連続体の複数の有限要素の各々について、前記現サイクルの次サイクルの負荷により生じる応力及びひずみを解析する
ことを特徴とするき裂進展評価装置。
前記判断部が、前記連続体の複数の有限要素の各々について、前記負荷のサイクルの現サイクルにおける累積非線形ひずみ値から前記現サイクルの直前サイクルにおける累積非線形ひずみ値を減ずることにより、前記現サイクルにおける前記非線形ひずみ振幅の値を算出する
ことを特徴とするき裂進展評価装置。
前記算出部が、予め記憶手段に記憶された、前記連続体に生じるき裂の進展経路上に配置された有限要素の節点への外挿情報を用いて、前記累積値が前記閾値以上である前記き裂の進展経路の開始位置に配置された節点をき裂が開始する節点とし、当該き裂が開始する節点から前記累積値が前記閾値以上である最後の節点までの経路長を前記連続体に生じるき裂の長さとして算出し、前記き裂の進展経路の経路全長に対する前記算出されたき裂の長さの割合を前記連続体に生じるき裂の進展率として算出し、
前記コフィンマンソン則変更部が、前記算出部によって算出されたき裂の進展率、当該き裂の進展率に対応する負荷のサイクル数が、それぞれ、前記き裂の進展率の実測値、当該き裂の進展率の実測値に対応する負荷のサイクル数の実測値に一致するときの負荷のサイクル数の実測値を求め、前記コフィンマンソン則に基づいて、前記求まった負荷のサイクル数の実測値に対応する非線形ひずみ振幅の値を算出し、当該算出された非線形ひずみ振幅の値と前記求まった負荷のサイクル数の実測値とに基づいて、新たなコフィンマンソン則を求める
ことを特徴とするき裂進展評価装置。
前記判断部による判断結果に基づいて、前記解析モデルを用いて、前記連続体に生じるき裂の進展状態を表示する表示部を備える
ことを特徴とするき裂進展評価装置。
前記表示部が、前記算出部によって求められる前記第1の対応情報を表示する
ことを特徴とするき裂進展評価装置。
前記連続体が、電子部品のはんだ接合部からなる
ことを特徴とするき裂進展評価装置。
連続体に生じる応力及びひずみの有限要素法による解析に用いられる解析モデルであって、前記連続体を複数の有限要素に分割した解析モデルを作成し、
前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、当該負荷によって前記連続体の複数の有限要素の各々に生じる応力及びひずみを有限要素法によって解析し、
前記解析結果に基づいて、前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、前記連続体の複数の有限要素の各々について、累積非線形ひずみ値を算出し、算出された累積非線形ひずみ値に基づいて非線形ひずみ振幅の値を算出し、算出された非線形ひずみ振幅の値に基づいてコフィンマンソン則を用いて損傷値を算出し、算出された損傷値に基づいてその累積値を算出し、前記累積値と予め定められた閾値とを比較して、前記累積値が前記閾値以上であるか否かを判断し、
前記判断結果に基づいて、前記負荷のサイクル毎に、当該負荷のサイクルの終了時において前記連続体に生じるき裂の進展率を算出して、負荷のサイクル数とき裂の進展率との対応を示す第1の対応情報を求め、
前記第1の対応情報と、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル数の実測値と当該連続体に当該サイクル数分負荷を加えたときの当該連続体に生じるき裂の進展率の実測値との対応を示す第2の対応情報とに基づいて、前記コフィンマンソン則を変更する
ことを特徴とするき裂進展評価方法。
コンピュータに、
連続体に生じる応力及びひずみの有限要素法による解析に用いられる解析モデルであって、前記連続体を複数の有限要素に分割した解析モデルを作成する処理と、
前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、当該負荷によって前記連続体の複数の有限要素の各々に生じる応力及びひずみを有限要素法によって解析する処理と、
前記解析結果に基づいて、前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、前記連続体の複数の有限要素の各々について、累積非線形ひずみ値を算出し、算出された累積非線形ひずみ値に基づいて非線形ひずみ振幅の値を算出し、算出された非線形ひずみ振幅の値に基づいてコフィンマンソン則を用いて損傷値を算出し、算出された損傷値に基づいてその累積値を算出し、前記累積値と予め定められた閾値とを比較して、前記累積値が前記閾値以上であるか否かを判断する処理と、
前記判断結果に基づいて、前記負荷のサイクル毎に、当該負荷のサイクルの終了時において前記連続体に生じるき裂の進展率を算出して、負荷のサイクル数とき裂の進展率との対応を示す第1の対応情報を求める処理と、
前記第1の対応情報と、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル数の実測値と当該連続体に当該サイクル数分負荷を加えたときの当該連続体に生じるき裂の進展率の実測値との対応を示す第2の対応情報とに基づいて、前記コフィンマンソン則を変更する処理とを実行させるためのき裂進展評価プログラム。
コンピュータに、
連続体に生じる応力及びひずみの有限要素法による解析に用いられる解析モデルであって、前記連続体を複数の有限要素に分割した解析モデルを作成する処理と、
前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、当該負荷によって前記連続体の複数の有限要素の各々に生じる応力及びひずみを有限要素法によって解析する処理と、
前記解析結果に基づいて、前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、前記連続体の複数の有限要素の各々について、累積非線形ひずみ値を算出し、算出された累積非線形ひずみ値に基づいて非線形ひずみ振幅の値を算出し、算出された非線形ひずみ振幅の値に基づいてコフィンマンソン則を用いて損傷値を算出し、算出された損傷値に基づいてその累積値を算出し、前記累積値と予め定められた閾値とを比較して、前記累積値が前記閾値以上であるか否かを判断する処理と、
前記判断結果に基づいて、前記負荷のサイクル毎に、当該負荷のサイクルの終了時において前記連続体に生じるき裂の進展率を算出して、負荷のサイクル数とき裂の進展率との対応を示す第1の対応情報を求める処理と、
前記第1の対応情報と、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル数の実測値と当該連続体に当該サイクル数分負荷を加えたときの当該連続体に生じるき裂の進展率の実測値との対応を示す第2の対応情報とに基づいて、前記コフィンマンソン則を変更する処理とを実行させるためのき裂進展評価プログラムを記録した記録媒体。
11 解析モデル作成部
12 応力ひずみ解析部
13 要素損傷判断部
14 変更部
15 き裂進展率算出部(算出部)
16 実測値入力部
17 コフィンマンソン則変更部
18 表示部
19 き裂経路節点指示情報記憶部
20 座標点指示情報記憶部
21 判断結果情報記憶部
131 算出結果記憶部
Claims (5)
- 連続体に生じるき裂の進展を評価するき裂進展評価装置であって、
連続体に生じる応力及びひずみの有限要素法による解析に用いられる解析モデルであって、前記連続体を複数の有限要素に分割した解析モデルを作成する作成部と、
前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、当該負荷によって前記連続体の複数の有限要素の各々に生じる応力及びひずみを有限要素法によって解析する解析部と、
前記解析結果に基づいて、前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、前記連続体の複数の有限要素の各々について、累積非線形ひずみ値を算出し、算出された累積非線形ひずみ値に基づいて非線形ひずみ振幅の値を算出し、算出された非線形ひずみ振幅の値に基づいてコフィンマンソン則を用いて損傷値を算出し、算出された損傷値に基づいてその累積値を算出し、前記累積値と予め定められた閾値とを比較して、前記累積値が前記閾値以上であるか否かを判断する判断部と、
前記判断部による判断結果に基づいて、前記負荷のサイクル毎に、当該負荷のサイクルの終了時において前記連続体に生じるき裂の進展率を算出して、負荷のサイクル数とき裂の進展率との対応を示す第1の対応情報を求める算出部と、
前記第1の対応情報と、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル数の実測値と当該連続体に当該サイクル数分負荷を加えたときの当該連続体に生じるき裂の進展率の実測値との対応を示す第2の対応情報とに基づいて、前記コフィンマンソン則を変更するコフィンマンソン則変更部とを備える
ことを特徴とするき裂進展評価装置。 - 請求項1に記載のき裂進展評価装置が、更に、
前記累積値が前記閾値以上である場合に、当該損傷値の累積値が前記閾値以上である有限要素を削除するか、又は当該有限要素の剛性を変更する変更部を備え、
前記解析部が、前記負荷のサイクルの現サイクルの終了時において前記変更部によって削除又は剛性が変更された前記連続体の複数の有限要素の各々について、前記現サイクルの次サイクルの負荷により生じる応力及びひずみを解析する
ことを特徴とするき裂進展評価装置。 - 請求項1に記載のき裂進展評価装置において、
前記算出部が、予め記憶手段に記憶された、前記連続体に生じるき裂の進展経路上に配置された有限要素の節点への外挿情報を用いて、前記累積値が前記閾値以上である前記き裂の進展経路の開始位置に配置された節点をき裂が開始する節点とし、当該き裂が開始する節点から前記累積値が前記閾値以上である最後の節点までの経路長を前記連続体に生じるき裂の長さとして算出し、前記き裂の進展経路の経路全長に対する前記算出されたき裂の長さの割合を前記連続体に生じるき裂の進展率として算出し、
前記コフィンマンソン則変更部が、前記算出部によって算出されたき裂の進展率、当該き裂の進展率に対応する負荷のサイクル数が、それぞれ、前記き裂の進展率の実測値、当該き裂の進展率の実測値に対応する負荷のサイクル数の実測値に一致するときの負荷のサイクル数の実測値を求め、前記コフィンマンソン則に基づいて、前記求まった負荷のサイクル数の実測値に対応する非線形ひずみ振幅の値を算出し、当該算出された非線形ひずみ振幅の値と前記求まった負荷のサイクル数の実測値とに基づいて、新たなコフィンマンソン則を求める
ことを特徴とするき裂進展評価装置。 - 請求項1に記載のき裂進展評価装置が、更に、
前記判断部による判断結果に基づいて、前記解析モデルを用いて、前記連続体に生じるき裂の進展状態を表示する表示部を備える
ことを特徴とするき裂進展評価装置。 - 連続体に生じるき裂の進展を評価するき裂進展評価方法であって、
連続体に生じる応力及びひずみの有限要素法による解析に用いられる解析モデルであって、前記連続体を複数の有限要素に分割した解析モデルを作成し、
前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、当該負荷によって前記連続体の複数の有限要素の各々に生じる応力及びひずみを有限要素法によって解析し、
前記解析結果に基づいて、前記解析モデルを用いて、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル毎に、前記連続体の複数の有限要素の各々について、累積非線形ひずみ値を算出し、算出された累積非線形ひずみ値に基づいて非線形ひずみ振幅の値を算出し、算出された非線形ひずみ振幅の値に基づいてコフィンマンソン則を用いて損傷値を算出し、算出された損傷値に基づいてその累積値を算出し、前記累積値と予め定められた閾値とを比較して、前記累積値が前記閾値以上であるか否かを判断し、
前記判断結果に基づいて、前記負荷のサイクル毎に、当該負荷のサイクルの終了時において前記連続体に生じるき裂の進展率を算出して、負荷のサイクル数とき裂の進展率との対応を示す第1の対応情報を求め、
前記第1の対応情報と、前記連続体に繰り返し加えられる負荷のサイクル数の実測値と当該連続体に当該サイクル数分負荷を加えたときの当該連続体に生じるき裂の進展率の実測値との対応を示す第2の対応情報とに基づいて、前記コフィンマンソン則を変更する
ことを特徴とするき裂進展評価方法。
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