メッシュフリー法によるチューブハイドロフォーミングの高精度挙動予測に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550086
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 野口 裕久 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70218303)
• 研究分担者: 黒田 充紀 山形大学, 工学部, 助教授 (70221950)
• キーワード: メッシュフリー法 / 塑性不安定 / チューブハイドロフォーミング / 非線形問題

研究概要

近年チューブハイドロフォーミング(以下THF)は、高強度鋼管に内圧を負荷して拡張、成形、曲げ加工を行うものであるが、従来の加工技術、工程数、部品点数を大幅に削減することが可能であり、同時に部品の軽量化も計れるため、画期的な加工技術として注目されている。このようなTHFの技術を確立するためには、高精度なコンピュータシミュレーションによるバルジング(塑性不安定現象)の予測が不可欠である。特に、Forming Limit Diagramやスプリングバック量の正確に予測するためのシミュレーションとして、次の2つの機能、すなわちkinematics(幾何学的な運動)とconstitutive law(構成則)の高精度の再現が要求される。このような背景の下、本研究の目的は、前者に対してメッシュフリー法によるアプローチ、後者に対して異方性の発達、尖り点を考慮した新しいひずみ速度依存型の構成則、を導入することで高精度なシミュレータを開発することである。本研究の成果として、1)異方性の発達、尖り点を考慮した新しいひずみ速度依存型の現象論的構成則を開発した。2)この構成則の実装を可能とするメッシュフリー法による解析コードを開発した。この時、メッシュフリー法を拡張した、移動最小自乗法を用いた歪み仮定型有限要素法を新たに提案した。3)メッシュフリー法の開発において基盤とした解析コードを用い、種々の高強度管に対するTHF解析を実施し、種々の解析条件でForming Limit Diagramを作成しその限界挙動の評価を行った。4)今後の課題としては、単独の機能の性能向上だけではなく、シミュレータとして統合的な機能の向上があげられる。

研究成果

• [文献書誌] Tadano, Y., Noguchi, H., Kuroda M.: "An Analysis of Thin-walled Tube under Combined Loading using Different Yield Criteria"Proceedings of Plasticity '03 : The Tenth International Symposium on Plasticity and Current Applications. 561-563 (2003)
• [文献書誌] 只野裕一, 野口裕久, 黒田充紀: "複合荷重を受ける薄肉金属管の成形限界解析"M&M2003材料力学部門講演会講演論文集. No.03-11. 1089-1090 (2003)
• [文献書誌] 只野裕一, 野口裕久, 黒田充紀: "2軸応力制御による薄肉管の大変形弾塑性解析"JSME第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 567-570 (2003)
• [文献書誌] 中原和洋, 野口裕久: "移動最小自乗法を用いたひずみ仮定型有限要素法"JSME第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 925-926 (2003)
• [文献書誌] Kuroda, M.: "A phenomenological plasticity model accounting for hydrostatic stress-sensitivity and vertex-type of effect."Mechanics of Materials. 36. 285-297 (2003)