破壊限界ひずみ評価技術

破壊限界ひずみ評価技術とは

評価に必要な以下のプロセス全てに対応が可能です。

破断限界ひずみは破断までの変形量、応力三軸度は発生している応力の多軸度合いを表す指標です。応力三軸度はηで示され以下の式(1)、(2)、(3)で定義されます。

η=σ_m/σ …(1)

σ_m=1/3(σ₁+σ₂+σ₃ ) …(2)

σ ̅=√(1/2{(σ₁−σ₂)²+(σ₂−σ₃ )²+(σ₃−σ₁)²}) …(3)

ここで、
σ_m :平均垂直応力
σ ̅:ミーゼスの相当応力
σ_{1, 2, 3}:主応力
です。

ある要素に生じる垂直応力を図1に示すように考えたとき、例として特徴的な応力状態における応力三軸度ηの値は、

・純せん断状態; σ_{1, 2, 3}=0 ⇒ η =0
・単軸引張状態; σ₁=σ、σ_{2, 3}=0 ⇒ η = 1/3
・等二軸引張状態;σ_{1, 2}=σ、σ₃=0 ⇒ η = 2/3

になることが分かります。
このほかにも試験片形状を変えることで、多様な応力三軸度を再現することが可能です。

応力三軸度を変えることで材料の破断限界ひずみが変化することが知られており、例えば以図2に示すような破断限界ひずみと応力三軸度の関係が得られます。この関係を定式化し、CAE上で破断の閾値として用いることができます。

試験片の評価部に発生する応力はCAEから、ひずみはデジタル画像相関法(DIC)によって測定することで評価を行います。
デジタル画像相関法については別の技術紹介ページに記載がありますのでご参照下さい。

定型の試験片形状はなく、自動車分野では工夫を凝らした様々な形状が提案されています。ご希望の応力三軸度が再現できるようにCAEを用いて試験片形状の検討から承ります。

アルミニウム合金材(A6061-T6 板厚3mm)について評価し、得られた破断限界ひずみの応力三軸度依存性を図3に示します。図3には、各応力三軸度を再現するための試験片評価部におけるひずみ分布のコンター図も一緒に示しています。定式化した曲線のフィッティングには、以下の式(4)を用いています。

ε^p=α∙exp(−β∙η)・・・(4)

ここで、
ε^p :破断限界ひずみ(相当塑性ひずみで表します)
η :応力三軸度
α, β:フィッティング定数

このほか、ご指定の式でのフィッティングも対応可能です。

引張試験機や疲労試験機、成形試験機を用いて対応致します。