冲击破坏预测方法

专利名称：冲击破坏预测方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度的树脂成形品的冲击破坏预测方法。
背景技术：
树脂是粘弹性体，具有越快地变形就越硬越脆的性质。由 于树脂具有该性质，因此，若在模拟时不知道变形时的应变速 度，则无法预测准确的断裂应变。
另外，成形的树脂成形品具有强度及导致断裂的应变在与 流动方向不同的方向上而不同的性质。因此，树脂成形品有时 从冲击模拟结果中的最大产生应变之外的部位断裂。因此，公 知有考虑到树脂制品的各向异性的树脂制品的冲击破坏预测方 法(专利文献l )。
根据专利文献l,在考虑到树脂成形品的各向异性时，采 用流动方向及与流动方向垂直的方向的平均值来提高解析精 度。但是，由于输入物性是平均值，因此与实际的破损应变容 许值相比，判定输入物性在流动方向上为偏低的值、在与流动 方向垂直的方向上为偏高的值，因此很有可能进行错误的判断。
还公知有将规定形状的树脂成形品的实际试验结果与冲击 模拟的结果进行比较而采用两者的变形形态 一致的情况的破坏
判定值的方法(专利文献2)。在该专利文献2所述的方法中， 不实施实际试-验就无法进行判定。
此外，公开有即使不进行与实际的树脂成形品的应变速度 相对应的拉伸试验，也能够计算出对树脂成形品实施冲击模拟 时所需的树脂材料破坏的应变的值，并且通过仅进行2次~ 3次
4的较少的冲击模拟，能够容易地计算出预测的导致破坏的实际
条件的的技术(专利文献3)。在专利文献3中，由于设法将与
结果方程式化，因此，能够预测产生迄今为止无法做到的高精 度的破坏的实验条件。
专利文献l:曰本4争开2002 — 228566号7>才艮 专利文献2:曰本净争开2002 — 226164号^^才艮 专利文献3:曰本斗寺开2005 — 337784号乂>才艮 但是，即使是上述专利文献3的沖击模拟的破坏判定方法， 也有时判定结果与实验结果不同，要求进一步改良。另外，在 上述专利文献中，未考虑树脂成形品的应变速度随时间的变化。

发明内容
本发明是为了解决以上目的而做成的，其目的在于提供一 种对树脂成形品施加冲击的情况下的更准确的冲击破坏预测方 法。
本发明人为了解决上述课题而反复进行深入研究。结果发 现，在由以往的树脂成形品的冲击破坏预测方法进行的预测与 实际的冲击实验结果不同的大多数情况下，只要考虑到对树脂 成形品施加冲击时树脂成形品的应变速度随时间的变化，预测 就与实验结果一致，从而完成本发明。更具体地讲，本发明提 供以下内容。
(1) 一种冲击破坏预测方法，是通过模拟进行的树脂成 形品的冲击破坏预测方法，其中，包括断裂应变-应变速度 的关系式导出工序，该关系式是使用由该树脂制作的树脂试样 而由每个应变速度对应的应力-应变曲线获得的；第l模拟， 模拟在规定条件下对上述树脂成形品的规定位置施加冲击时的、上述树脂成形品中的规定部分随时间变化的产生应变；第
2模拟，模拟在规定条件下对上述树脂成形品的规定位置施加
冲击时的、上述树脂成形品中的规定部分随时间变化的应变速
拟随时间变化的断裂应变；比较判定工序，使用上述第1及第2 模拟结果，随着时间变化对上述产生应变与上述断裂应变进行 比较，在上述产生应变大于上述断裂应变的情况下，判定上述 树脂成形品产生破坏。
(2) 根据(1)所述的沖击破坏预测方法，其中，上述规 定位置是最大应变产生部分。
(3) 根据(1)所述的冲击破坏预测方法，其中，上述树 脂试样是具有熔接部分的试样，上述关系式导出工序是上述熔 接部分的断裂应变-应变速度的关系式导出工序，上述规定位 置是熔接部分。
(4) 根据(1 )所述的沖击破坏预测方法，其中，上述关 系式导出工序是沿着与上述树脂成形品的树脂流动方向正交的 方向的部分的断裂应变-应变速度的关系式导出工序，上述规 定位置是沿着与上述树脂成形品的树脂流动方向正交的方向的 部分。
采用本发明，在对树脂成形品施加冲击时，通过考虑树脂 成形品的应变速度、产生应变等随时间的变化，能够极为准确 地预测树脂成形品的沖击破坏。


图l是表示实施例l的应力-应变曲线的图。 图2是表示实施例l的关系方程式的图。 图3是表示实施例1的冲击破坏试验的图。图5是表示实施例1的第1模拟、第2模拟的图。 图6是表示实施例2的关系方程式的图。
图7 ( a)是表示实施例2的冲击试验的图。图7 (b)是表 示最大产生应变部位和熔接部的图。
图9是表示实施例2的第l模拟及第2模拟的图。
具体实施例方式
下面，详细说明本发明的一个实施方式，^旦本发明并不限 于如下实施方式，但在本发明的目的范围内能够适当地变更来 实施。
关系式导出工序
关系式导出工序是指，首先在获得每个应变速度对应的应 力-应变曲线之后，导出由应力-应变曲线获得的断裂点的断 裂应变、与断裂点的应变速度之间的关系式(关系方程式)的 工序。利用实施例详细说明具体的关系式导出的一个例子。
在获得每个应变速度对应的应力-应变曲线时实验的应变 速度优选为在对树脂成形品施加冲击时树脂成形品的应变速度 程度。其原因在于能够获得更准确的关系方程式。
关系方程式的斜率根据树脂的种类等而不同。本发明的冲 击破坏预测方法无论是哪种树脂都能够预测冲击破坏，但本发 明的冲击破坏预测方法的特征在于，即使由于应变速度的不同 而断裂应变随时间的变化较大，也能够较佳地预测。采用本发 明的沖击破坏预测方法，即使在应变速度变为10倍时断裂应变 减少5成以上，也能够较佳地进行沖击s皮坏预测。
作为树脂成形品所含有的树脂，能够列举聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚氯乙烯、聚酰胺、聚缩醛、聚乙酸酯、聚苯乙醚、聚对苯二曱酸乙二醇酯、聚对苯二曱酸丁二酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、多芳基化合物、聚砜、聚醚砜、聚酮醚、液晶聚合物、聚四氟乙烯、热塑性弹性体等各种树脂或者它们的树脂混合物。并且，还能够采用向这些树脂或树脂混合物中添加填充材料、阻燃剂、稳定剂等添加剂而成的树脂组成物。
在对树脂成形品施加冲击时，施加到树脂成形品上的应变速度不恒定而随时间变化而变化。在本发明的冲击石皮坏预测方法中，本发明的特征在于考虑该随时间的变化。即，本发明的特征在于，即使是含有产生应变、断裂应变或者应变速度随时间的变化较大的树脂的树脂成形品，也能够准确地进行预测，作为如上所述随时间的变化变大的树脂，例如可列举聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二酯、聚苯硫醚等。
另外，即使是熔接部、与树脂流动方向正交的方向、沿着树脂流动方向的方向等相同的树脂成形品，断裂应变等也由于施加冲击的位置的不同而不同。因而，通过针对每个这些强度不同的部分求出关系式，能够对树脂成形品进行更准确的冲击破坏预测。特别是，即使在熔接部等的树脂成形品中较弱的部分也^皮施加冲击时，每个时间在该部分的应变速度的变化较大。并且，在这些部分，断裂应变较小。因而，在以往那样的未考虑随时间产生的应变、应变速度等的方法中，准确地预测这些部分的断裂是极为困难的。采用本发明的冲击破坏预测，由于也考虑到对树脂成形品施加冲击时产生的应变、应变速度等随时间的变化来进行预测，能够也包括这样的树脂成形品中的部分在内地进行模拟，因此，能够非常准确地预测断裂、破坏形态。
8第l模拟
第1模拟是指模拟在规定条件下对树脂成形品的规定位置施加冲击时树脂成形品的规定部分随时间变化的产生应变的工序。在对树脂成形品施加冲击时，通过对树脂成形品的规定部分随时间变化的产生应变的变化进行模拟，能够在后述的比较判断工序中准确地预测冲击石皮坏。利用实施例详细i兌明具体的第l模拟的一个例子。
作为用于进行上述第l模拟的软件，例如可列举LS -DYNA、RADIOSS、MASYMO、MSC. dytoran、PAM- CLASH
等，但只要适合本发明的目的就没有特别的限定，能够使用任何软件。
"冲击破坏"与持续地反复施加负荷来破坏的疲劳破坏等不同，是指在被施加冲击之后在大约l秒以内破坏。"沖击"是指对树脂成形品急剧地施加力。冲击可以是单轴沖击，也可以是多轴冲击，但明显地显现本发明效果的是多轴冲击。采用本发明的冲击破坏预测方法，即使沿各个方向施力，也能够通过使用多个关系方程式来应对。
"规定位置"是指，实际上对树脂成形品施加冲击的位置。
由于本发明是预测在对树脂成形品施加冲击时是否产生破坏的方法，因此，即使在预测的阶段，也需要在与实际上对树脂成形品施加冲击的位置相同的位置进行模拟。
"规定条件，，是指，实际上对树脂成形品施加冲击时的冲击条件，作为具体的条件，能够列举出冲撞速度、落下高度、冲撞能量等，但只要能够数值化就没有特别的限定。本发明的冲击破坏预测方法能够准确地对树脂成形品相对于各种条件的冲击是否产生石皮坏进行预测，但在导致树脂成形品 一 瞬间破坏这样的很强的冲击条件下，不太需要考虑产生应变、应 速度等随时间的变化。若不考虑更明显地显现本发明效果的"规定条件"、即产生应变、应变速度等随时间的变化就无法准确地预测对树脂成形品施加冲击时是否产生破坏，在这样的规定条件下的冲击是指，在对树脂成形品施加冲击之后l x 10_4秒~ l秒以内导致树脂成形品破坏的条件。
"树脂成形品的规定部分"是指，只要是在树脂成形品中想要预测是否产生破坏的部分，其部位就没有特别的限定。但是，本发明是能够准确地预测对树脂成形品施加冲击时是否产生破坏的方法。即使是如上所述相同的树脂成形品，也由于树脂成形品内的位置不同，导致断裂所需的应变速度不同。因而，通过针对每个使用规定的关系方程式的部分对最大应变产生部分随时间变化的产生应变进行模拟，能够在对树脂成形品施加规定条件的冲击的情况下准确地预测树脂成形品是否产生破坏。只要在这些部分中应变最大的部分不石皮坏，树脂成形品也不会A皮坏。
"随时间变化的产生应变"是指，树脂成形品的规定部分的产生应变的随时间变化。通过进行随时间变化的模拟，实现作为本发明效果的具有高准确性的冲击破坏预测。在以往的方法中，认为树脂受到沖击时的应变速度恒定，因此，认为产生应变和断裂应变均恒定。但是，在本发明中如下所述地考虑到树脂成形品受到沖击时的应变速度、产生应变、断裂应变的随时间变化，因此，能够极为准确地对树脂成形品进行冲击破坏预测。
在树脂成形品中，由于其材料为树脂，因此，树脂成形品在冲击时受到的应变速度随时间变化有很大不同。在冲击时受到的应变速度随时间进行变化时，断裂应变也随时间进行变化。由于断裂应变随时间进行变化，产生应变也随时间进行变化，内，产生应变的值容易大于断裂应变。产生应变大于断裂应变是指树脂成形品断裂。因而，本发明的冲击破坏预测方法通过考虑上述那样的产生应变与断裂应变随时间的变化，能够更准确地判定树脂成形品受到冲击时是否产生破坏。
能够将本发明的沖击破坏预测方法较佳地用于由具有如下
性质的树脂构成的树脂成形品在对树脂成形品施加冲击时应变速度随时间进行变化时，则该变化与产生应变均在短时间内变化较大，产生应变易于受到应变速度影响。其原因在于，若
因此，产生应变的值容易大于断裂应变的值。
"产生应变在短时间内变化较大"是指，利用以往的静态解析无法判定的区域，包括在随时间的变化过程中每0.01秒产生1%以上应变变化这样的变化。采用本发明的冲击破坏预测方法，即使是这样产生应变变化较大的树脂成形品，也能够准确地进行冲击破坏预测。第2模拟
第2模拟是指模拟在规定条件下对树脂成形品的规定位置施加冲击时树脂成形品的规定部分随时间变化的应变速度，通过将该随时间变化的应变速度代入到上述关系方程式来模拟随时间变化的断裂应变的工序。在对树脂成形品施加冲击时，通过对树脂成形品的规定部分的随时间变化的断裂应变的变化进行模拟，能够在后述的比较判断工序中准确地预观冲击破坏。另外，利用实施例详细说明具体的第2模拟的一个例子。
可用于模拟的软件、"规定位置"、"规定条件"与第l模拟中说明的内容同样。
"树脂成形品的规定部分"是指，只要是在树脂成形品中想要预测是否产生破坏的部分，其部位就没有特别的限定。但是，本发明是能够准确地预测对树脂成形品施加沖击时是否产生破坏的方法。即使是如上所述相同的树脂成形品，由于树脂成形品内的位置的不同，规定的应变速度下的断裂应变不同。因而，通过针对每个使用规定的关系方程式的部分对最大应变产生部分的随时间变化的断裂应变进行模拟，能够在对树脂成形品施加规定条件的冲击的情况下准确地预测树脂成形品是否产生破坏。只要在这些部分中应变最大的部分不产生破坏，树脂成形品也不会产生破坏。
"随时间变化的断裂应变"是指树脂成形品的规定部分的断裂应变随时间的变化。通过进行随时间变化的模拟，实现作为本发明效果的具有较高准确性的沖击破坏预测。在以往的方法中，由于认为树脂受到冲击时的应变速度为恒定，因此，认为产生应变和断裂应变均为恒定。但是，在本发明中如下所述地考虑到树脂成形品受到冲击时的应变速度、产生应变、断裂应变的时间变化，因此，能够极为准确地对树脂成形品进行冲击-皮坏预测。
能够将本发明的冲击破坏预观'J方法较佳地用于由这样的树脂构成的树脂成形品，若在对树脂成形品施加冲击时该树脂的应变速度随时间进行变化，则该变化与断裂应变均变化较大，具有断裂应变易于受到应变速度影响的性质。其原因在于，若
则断裂应变急剧地变小，因此，断裂应变的值容易小于产生应变的值。
"断裂应变在短时间内变化较大"是指，包括在随时间的变化过程中每1秒产生断裂变化1 0 0 %以上这样的变化。采用本发明的沖击破坏预测方法，即使是这样地断裂应变变化较大的树脂成形品，也能够准确地进行冲击破坏预测。
本发明的特征之一在于，在断裂应变的值与产生应变的值 以相近的值随时间进行变化的情况下，也能够准确地预测沖击 破坏。其原因在于，若断裂应变与产生应变以相近的值随时间 进行变化，则在断裂应变变小的同时产生应变变大的时刻，即 使它们是很小的变化也易于断裂。这样的断裂利用认为树脂受 到冲击时的应变速度为恒定、认为产生应变和断裂应变均为恒 定的以往的方法难以准确地预测断裂，^旦由于本发明的冲击破 坏预测方法也考虑产生应变、断裂应变等随时间的变化来进行 冲击破坏预测，因此，能够准确地预测。
"以相近的值随时间进行变化，，是指，沖击之后l秒以内 的断裂应变的最小值与产生应变的最大值之差为10%以下。在 这样的情况下，采用如上所述的本发明的冲击破坏预测方法， 也能够准确地预测。
树脂成形品的熔接部与其他部分相比其断裂应变较小，因
变化的倾向。因而，具有熔接部的树脂成形品难以利用以往的 方法准确地进行沖击破坏预测，但采用本发明的方法，能够准 确地进行预测。
另外，沿着与树脂成形品的树脂流动方向正交的方向的部 分也与熔接部同样，与其他部分相比其断裂应变较小，但采用 本发明的冲击破坏预测方法，能够准确地预测。
比较判定工序
比较判定工序是指，使用第1及第2模拟结果，随时间变化 对产生应变与断裂应变进行比较，在产生应变大于断裂应变的 情况下判定树脂成形品的破坏的工序。由于本发明的冲击破坏 预
,比比较来预测，因此，能够准确地预测树脂成形品是否断裂，在 断裂的情况下准确地预测何时断裂。另外，利用实施例详细说 明具体的比较判定工序的 一 个例子。
相比较，在产生应变与断裂应变最初相交时判定为树脂成形品 断裂。采用本发明的冲击破坏预测方法，能够准确地模拟直到 断裂为止的断裂应变和产生应变，由于能够也考虑熔接部、沿 着树脂成形品的树脂流动方向的部分、与沿着树脂成形品的树 脂流动方向正交的方向的部分等的树脂成形品中强度不同的部 分，能够准确地计算直到树脂成形品破坏为止吸收的能量，因 此，也能够准确地预测树脂成形品的断裂形态。 实施例
下面，列举实施例来更详细地说明本发明，本发明不限于 这些实施例。 实施例l
关系式导出工序
使用由聚缩醛(Polyplastics Co.,Ltd.制，"DURACON(注 册商标)M90 - 44")构成的树脂成形品(长度170mmx宽度 10mmx厚度4mm)、拉伸试验机(鹭宫制作所制，"仪表化冲 击试验机TS- 4000")获得每个应变速度对应的应力_应变曲 线。将获得的每个应变速度对应的应力_应变曲线表示在图1 中。由图l的应力-应变曲线求出应变速度与断裂应变的关系 方程式。关系方程式表示在图2中。另外，关系方程式之外的 树脂材料的物性为弹性模量4000MPa、泊松比0.35、密度1.41 x 1CT 9ton / mm3。
第l模拟
如图3所示，在使两侧固定有锤(宽度30mmx高度30mmx厚度20mm)的弯曲试样(长度100mm x宽度6mm x厚度 4mm)从3m的高度向空心箭头所指的方向落下的条件下，判 定使树脂成形品的中央部冲撞于突起物(此后为撞针)时是否 有断裂及断裂时间。试样材料使用聚缩醛，软件使用了LS-DYNA ( Livermore Software Technology司制)。
具体地讲，首先，如图3所示那样进行冲击解析，求出产 生应变最大的部位。产生应变最大的部位是树脂成形品的中央 部。针对树脂成形品的中央部模拟了随时间变化的产生应变。 以图5中的虚线表示第l模拟的结果。
第2模拟
接着，模拟了上述最大应变产生部分随时间变化的应变速 度。将获得的结果表示在图4中。将利用该模拟获得随时间变 化的应变速度代入到图2所示的关系方程式中，模拟了随时间 变化的断裂应变。以图5的实线表示该第2模拟的结果。
比较判定工序
使用上述第1及第2模拟结果，经时地将上述产生应变与上 述断裂应变相比较，在上述产生应变大于上述断裂应变的情况 下判定了上述树脂成形品的破坏。判定结果如下所示。
判定结果
预测从沖击开始的0.00075秒产生断裂，能够确认实际上 也在该时刻断裂。由图4可知，产生断裂的是在应变速度随时 间的变化较大的时间区域。因而，能够确认只要不是本发明这 样的考虑了应变速度、产生应变、断裂应变随时间的变化的方 法，就无法准确地对树脂成形品进行沖击石皮坏预观'J 。
实施例2
除了由聚缩醛构成的树脂成形品具有熔接部之外，利用与 实施例l的关系式导出工序同样的方法，求出熔接部及未熔接的部分的关系方程式。将它们的关系方程式表示在图6中。
如图7的(a)所示，使在两侧具有孔的板状的零件(之后 为卡扣件)以50mm/ sec的速度到达具有突起物的对应构件 (刚体)上，在突起部到达孔、卡扣件被组装的状态的条件下 判定了是否有断裂及断裂时间。
除分为熔接部(在图7的(b)中表示为B的部分)和除此 之外的部分的最大应变产生部位(在图7的(a)中表示为A的 部分)地进行之外，与实施例l同样地进行了第l模拟、第2模 拟和比较判定工序。将作为第l模拟的结果的随时间变化的产 生应变表示在图9中，将随时间变化的应变速度的模拟表示在 图8中，将作为第2模拟的结果的随时间变化的断裂应变的模拟 结果表示在图9中。
预测产生应变在最大应变产生部位不会大于断裂应变、除 熔接部之外的部分不会断裂，实际上也能够确认不会断裂。另 一方面，预测熔接部在冲击之后大约0.4秒断裂，实际上也能够 在该时刻断裂。
由图8可知，沖击之后0.4秒附近是应变速度随时间的变化 较大的时间区域。因而，能够确认只要不是本发明这样的考虑 了应变速度、产生应变、断裂应变随时间的变化的方法，就无 法准确地对树脂成形品进行冲击破坏预测。
权利要求
1.一种冲击破坏预测方法，该树脂成形品的冲击破坏预测方法通过模拟来进行，其中，包括断裂应变-应变速度的关系式导出工序，该关系式是使用由上述树脂成形品所含有的树脂制作的树脂试样而由每个应变速度对应的应力-应变曲线获得的；第1模拟，模拟在规定条件下对上述树脂成形品的规定位置施加冲击时的、上述树脂成形品中的规定部分随时间变化的产生应变；第2模拟，模拟在规定条件下对上述树脂成形品的规定位置施加冲击时的、上述树脂成形品中的规定部分随时间变化的应变速度，通过将上述随时间变化的应变速度代入到上述关系式来模拟随时间变化的断裂应变；比较判定工序，使用上述第1及第2模拟结果，随着时间变化对上述产生应变与上述断裂应变进行比较，在上述产生应变大于上述断裂应变的情况下，判定上述树脂成形品产生破坏。
2. 根据权利要求l所述的冲击破坏预测方法，其中， 上述规定位置是最大应变产生部分。
3. 根据权利要求l所述的冲击破坏预测方法，其中， 上述树脂试样是具有熔接部分的试样； 上述关系式导出工序是上述熔接部分的断裂应变-应变速度的关系式导出工序；上述规定位置是熔接部分。
4. 根据权利要求l所述的冲击破坏预测方法，其中，上述关系式导出工序是沿着与上述树脂成形品的树脂流动 方向正交的方向的部分的断裂应变-应变速度的关系式导出工 序；上述规定位置是沿着与上述树脂成形品的树脂流动方向正 交的方向的部分。
全文摘要
本发明提供一种在对树脂成形品施加冲击的情况下更加准确的冲击破坏预测方法。利用该冲击破坏预测方法进行预测冲击破坏，该方法包括断裂应变-应变速度的关系式导出工序，该工序使用树脂成形品(构成树脂成形品的树脂试样)来进行；第1模拟，模拟上述树脂成形品中的规定部分随时间变化的产生应变；第2模拟，模拟上述树脂成形品中的规定部分随时间变化的应变速度，通过将上述随时间变化的应变速度代入到上述关系式来模拟随时间变化的断裂应变；比较判定工序，使用上述第1及第2模拟结果，随时间变化对上述产生应变与上述断裂应变进行比较，在上述产生应变大于上述断裂应变的情况下，判定上述树脂成形品产生破坏。
文档编号G01N3/30GK101676709SQ20091017186
公开日2010年3月24日 申请日期2009年9月11日 优先权日2008年9月17日
发明者大须贺晴信, 小林宪一郎 申请人:宝理塑料株式会社