Skip to content

粘塑性材料#

構造解析ソフトウェア Advance/FrontSTR 事例

粘塑性とは#

粘塑性材料では、高ひずみ速度で生じる時間依存の塑性変形を扱います。当初、衝撃負荷のもとでの高速塑性変形におけるひずみ速度依存性を表すために粘塑性構成式が提案されました。

Advance/FrontSTRではNorton則を採用し、以下の材料モデルを使用しています。1

ここで、 : 相当粘性ひずみ速度、 : ミーゼス応力、 : 材料定数、 : 時間

下図2に示すように、粘塑性モデルは弾塑性のモデルにダッシュポットを追加し、ひずみ速度依存性を表しています。

図中の記号は、 : 弾性率、 : 応力、 : 塑性応力、 : 粘性率 を示します。

粘塑性モデル

解析事例:引張または繰り返し載荷のシミュレーション#

引張試験および繰り返し載荷を模擬したパラメトリックスタディを実施し、その結果評価を行いました。

解析条件#

粘塑性解析モデル

材料物性

項目
ヤング率 200 GPa
ポアソン比 0.29

解析結果#

時間指数(m)に対する評価#

ひずみ0.3%付近の応力のピーク値から応力は低減し、時間の指数が増大するに従い応力はより低減しやすくなっています。

粘塑性 時間指数

解析ケースNo.1の変形図および応力分布

粘塑性 変形図

一定速度引張条件#

ひずみ速度が増大すると、降伏応力値が増大しました。

粘塑性 一定速度

一定応力条件(クリープ)#

材料に一定の静荷重を与えたとき、弾性域では変形が力のつり合いの位置で保たれます。材料に一定の静荷重を与えても時間とともに変形が増大していく現象をクリープと呼びます。下記のグラフから、荷重50MPaではひずみの増加が見られないことから概ね弾性域内の変形であると考えられます。続いて荷重100MPaでは、時間の経過とともにひずみが増大するクリープ現象を確認することができます。さらに荷重100MPaと200MPaの比較により、引張応力の増大によりひずみ速度も増大していることが分かります。

粘塑性 一定応力

繰り返し載荷#

粘塑性 繰り返し載荷

その他#

粘塑性材料に関するより詳しい内容は、構造解析ソフトウェアAdvance/FrontSTR Ver.6.0 ご紹介セミナー(2019年)の資料もご参照ください。

関連ページ#


  1. Advance/FrontSTRでは、お客様のご要望に応じて新たな材料モデルの実装も行っております。 

  2. 袁 Advance/FrontSTR Ver4.0解析機能の拡張 アドバンスシミュレーション 2011.7 Vol.8