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弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法 新技術説明会

国内特許コード P08A014176
掲載日 2009年1月9日
出願番号 特願2007-046689
公開番号 特開2008-209262
登録番号 特許第4899058号
出願日 平成19年2月27日(2007.2.27)
公開日 平成20年9月11日(2008.9.11)
登録日 平成24年1月13日(2012.1.13)
発明者
  • 大口 健一
出願人
  • 国立大学法人秋田大学
発明の名称 弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】本発明は、従来は数種類のひずみ速度下での引張試験と数種類の保持応力でのクリープ試験を実施しなければならなかった弾・塑性・クリープ特性評価を、瞬間的負荷部とひずみ保持部から成る1種類の階段波負荷試験のみで実行可能とする弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法を提供する。
【解決手段】瞬間的負荷とひずみ保持を繰返す階段波負荷試験を実施し、瞬間的負荷部に対応する応力-ひずみ曲線から応力‐弾塑性ひずみ曲線を取得し、前記応力-弾塑性ひずみ曲線から弾・塑性特性に関する材料定数を導出し、応力緩和曲線から、応力とクリープひずみ速度の関係を取得し、繰返し応力緩和曲線から、遷移クリープひずみ速度と定常クリープひずみ速度の比を取得し、前記応力とクリープひずみ速度の関係や遷移クリープひずみ速度と定常クリープひずみ速度の比から、定常クリープ則と遷移クリープ則の材料定数を導出するものである。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


従来、計算コストの削減のために、弾・塑性有限要素解析のみに因っていた機器の設計分野においても、弾・塑性・クリープ有限要素解析が実行される機会が増えてきている。 これは、クリープ変形が生じる部位の存在が予測される機器に対して、より高い安全性が要求されるようになった為である。
また、計算技術の発展により、弾・塑性・クリープ有限要素解析が従来に比べ短時間で実行できるようになったこともその一因と考えられる。
弾・塑性・クリープ有限要素解析を実行するためには、解析対象となる材料の弾・塑性・クリープ特性を調査し、その特性を反映させた材料定数を決定しなければならない。
これらの材料定数は、数種類のひずみ速度による引張試験と数種類の保持応力によるクリープ試験から決定する必要がある。
また、変形特性の温度依存性を考慮する際には、これらの試験は複数の温度下で実行しなければならず、弾・塑性・クリープ有限要素解析の実施までには、さらに多くの試験の実施が不可欠となる。
特に、クリープ試験は長時間におよぶことが多いため、このような試験を多数実施することは、材料定数を決定し弾・塑性・クリープ有限要素解析を実施するまでに膨大な時間を要することを意味する。
すなわち、計算技術の発展により弾・塑性・クリープ解析を如何に高速で実行できるようになっても、解析を実行するまでのクリープ試験時間を短縮できなければ、弾・塑性・クリープ解析を実行するためのハードルは依然高いままである。
以上のことから、材料の弾・塑性・クリープ特性を極少数の実験から速やかに評価し、この特性を反映した材料定数を的確に導出できる弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法の構築が望まれている。



なお、公知技術として、IC(集積回路)チップをプリント基板に実装したICパッケージなどの電子機器において、寿命サイクル数を簡単で正確に求めて、信頼性をより簡単で正確に評価できる電子機器の信頼性評価方法及びその信頼性評価装置が知られている(特許文献1を参照)。
この公知技術は、特定の電子機器に対する周期的温度条件下にさらす加速試験、すなわち温度サイクル試験を行って、全ての電気機器に普遍な寿命サイクル数と歪み振幅との関係式、すなわち寿命歪み関係式を求め、任意の電子機器の解析モデルに対して熱応力シミュレーションを行い、歪みの振幅を算出し、次に寿命歪み関係式に、任意の電子機器の解析モデルに対する歪み振幅を代入して、任意の電子機器の解析モデルの寿命サイクル数を求めるものである。




【特許文献1】特開2000-46905号公報

産業上の利用分野


本発明は、弾・塑性・クリープ特性評価を、瞬間的負荷部とひずみ保持部から成る1種類の階段波負荷試験のみで実行可能とする弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
瞬間的負荷とひずみ保持を繰返す階段波負荷試験を実施し、瞬間的負荷部に対応する応力-ひずみ曲線から応力-弾塑性ひずみ曲線を取得する第一工程と、前記応力-弾塑性ひずみ曲線から弾・塑性特性に関する材料定数であるヤング率と塑性接線係数を導出する第二工程と、応力緩和曲線と前記第二工程で導出したヤング率から、応力と定常クリープひずみ速度の関係を取得する第三工程と、繰返し応力緩和曲線と前記第二工程で導出したヤング率から、応力とクリープひずみ速度の関係を取得し、その結果と前記第三工程の結果から、遷移クリープひずみ速度と定常クリープひずみ速度の比を取得する第四工程と、前記第三工程及び第四工程で得た情報から、定常クリープ則と遷移クリープ則の材料定数を導出する第五工程とを含むことを特徴とする弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法。

【請求項2】
前記第一工程では、階段波負荷の全ての瞬間的負荷から弾塑性変形部のみを抽出し、それらをつなぎ合わせることで、弾・塑性特性の評価に必要な応力-弾・塑性ひずみ曲線を取得することを特徴とする請求項1記載の弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法。

【請求項3】
前記第二工程では、弾・塑性特性を表す材料定数であるヤング率と塑性接線係数を、応力-弾塑性ひずみ曲線をRamberg-Osgood則で近似することにより取得することを特徴とする請求項1記載の弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法。

【請求項4】
前記第三工程では、ひずみεendを保持することで得られる応力緩和曲線を用いて、応力と定常クリープひずみ速度の関係を取得することを特徴とする請求項1記載の弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法。

【請求項5】
前記第四工程では繰返し応力緩和曲線を構成する複数の応力緩和曲線と前記第二工程で取得したヤング率から、各応力緩和曲線の応力とクリープひずみ速度の関係を取得し、この結果と前記第三工程で得られた結果から、それぞれクリープひずみ速度と定常クリープひずみ速度を算出し、前記クリープひずみ速度と前記定常クリープひずみ速度の差から、遷移クリープひずみ速度を算出し、算出した定常クリープひずみ速度と遷移クリープ速度を用いて、遷移クリープひずみ速度と定常クリープひずみ速度の比を算出することを特徴とする請求項1記載の弾・塑性・クリープ特性の迅速評価方法。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007046689thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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