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ERROR EVALUATION METHOD FOR STRESS INTENSITY FACTOR commons

Patent code P04A004559
Posted date Aug 27, 2004
Application number P2001-160884
Publication number P2002-350310A
Patent number P3564538
Date of filing May 29, 2001
Date of publication of application Dec 4, 2002
Date of registration Jun 18, 2004
Inventor
  • (In Japanese)飯井 俊行
  • (In Japanese)渡邊 勝彦
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人福井大学
Title ERROR EVALUATION METHOD FOR STRESS INTENSITY FACTOR commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an error evaluation method to evaluate the degree of errors in the stress intensity factor which is obtained by analysis done only once, eventually, enables the calculation of the highly precise stress intensity factor in a short time.
SOLUTION: On the polar coordinates (r, θ), wherein let the head of the crack as origin, upper and down face of the crack be (θ=±π), the finite element method analysis is performed by applying singular elements which are positioned around the crack, obtaining the displacement U (r, θ), V (r, θ)of the nodal points on the singular elements in x,y axes directions respectively, acquiring necessary stress intensity factor from formula (1) by applying the nodal displacement, the error contained in the necessary stress intensity factor which is obtained by formula (1) is evaluated by the formula (2).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


任意の荷重を受ける構造物中のき裂の健全性評価を行うために、有限要素解析を行い、その結果をもとに応力拡大係数(K値)を評価することが広く行われている。これは、K値の解が存在しない場合に特に有効な手法となるが、その実用にあたっては、得られたK値解の精度判定が重要な課題となる。



有限要素解析にて、き裂を含む構造を扱う場合、き裂先端における応力の特異性を表現・評価するために多くの手法が考案されている。この中で有力なものの一つがBarsoumとHenshell、Shawが独立に提案した特異要素を用いて特異性を表し、Traceyの式によりK値を評価する手法(変位法:Displacement CorrelationTechnique,以下DCT)である。この手法の特徴は、比較的粗い要素分割で実用的に十分な精度のK値を得ることが期待できる点にあり、過去において多くの研究者がこの特異要素を用いたK値評価において、K値精度を確保するための特異要素寸法選定に関する研究を行ってきた。しかしながら、現在においては要素寸法のみならず、荷重条件もK値に影響を及ぼすことが指摘され、あらゆる条件を満足する特異要素の最適寸法は存在しないとの見解に至っている。



一般に、有限要素解析によるK値の解は、要素数を増加させることによりその精度は向上する。しかし、工学問題である以上(特に、特異要素を用いるメリットを最大限生かすためにも)少ない要素数で十分な精度の解が得られることが望ましく、その実現のためには、一度の解析を通じてK値の解と共にその誤差の程度を見積もることができ、それを踏まえた補正や得られた解の実用的観点からの適否を判断することができれば都合がよい。



一般に、弾性問題における有限要素解の誤差評価においてはZienkiewicz、Zhuらが提案したエネルギノルムを用いての誤差指標の考え方を適用することが考えられる。しかしながら、この誤差指標は、K値の次元を持たないため、この指標が小さくなる場合にK値の誤差も小さくなることは期待できても、そのK値の誤差の程度を知ることはできない。



その結果、数回の解析によりその収束をみるという性格のものであったため、解析に習熟・労力を要し、結果的に解析に要するコストは大きなものとならざるをえなかった。

Field of industrial application (In Japanese)


この発明は、応力拡大係数の誤差評価方法に係り、特に、機械構造物、土木構造物などのインフラストラクチャに欠陥が発見された場合の構造健全性評価に適用可能な応力拡大係数誤差評価指標に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
き裂先端を原点とし、き裂の上下面を各々θ=±πとする極座標系(r,θ)において、
き裂の周辺に配置した特異要素を用いて有限要素解析を行い、特異要素上の節点のx、y方向各々の変位U(r,θ)、V(r,θ)を求め、
前記節点変位を用いて、以下の式(1)により所要の応力拡大係数を求め、
【数1】
 


前記節点変位を用いて、以下の式(2)により誤差指標を求める一連の処理を特異要素数の異なる条件で行い、
【数2】
 


実際的なθ方向の分割を行ったときの特異要素数の条件で、前記式(1)により求めた所要の応力拡大係数に含まれる誤差を前記式(2)により求めた誤差指標により評価する、
ことを特徴とする応力拡大係数の誤差評価方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2001160884thum.jpg
State of application right Registered
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