機械的特性算出プログラム及び機械的特性計測装置


【課題】計測のための加工を要することなく、微小変位領域においても試料の破壊応力と破壊ひずみを精度よく計測する。
【解決手段】特性計測部１が、圧子１ｂによって試料Ｄに圧力を加えることにより試料Ｄの弾塑性領域ＡＥＰにおける荷重−変位特性を計測する。特性算出部２ａが、試料Ｄと圧子１ｂの形状を含む荷重−変位特性の計測状態の数値モデルを利用して、設定された試料Ｄの弾性率、降伏応力、破壊応力、及び破壊ひずみにおいて破壊を考慮した力学的シミュレーションを行うことにより、試料Ｄの荷重−変位特性を算出し、特性計測部１により計測された荷重−変位特性と算出された荷重−変位特性とが弾塑性領域ＡＥＰにおいて略同一となるまで破壊応力と破壊ひずみを変化させて収束演算を行うことにより、試料Ｄの破壊応力と破壊ひずみを算出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小部品の破壊応力と破壊ひずみを計測する機械的特性算出プログラム及び機械的特性計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、破壊応力や破壊ひずみ等の材料の破壊強度を計測する際には、計測対象の材料から作製された試験片の両端を引っ張ることにより破壊強度を計測する引張試験機が用いられる。ところで近年、装置の小型化，薄型化，及びマイクロマシンの開発等の背景から、微小部品の破壊強度を計測する必要性が増してきている。しかしながら、引張試験機を用いて微小部品の破壊強度を計測する場合には、微小な試験片を作製する必要があるために、多くの労力を要する。また、微小な試験片を引張試験機に取り付ける際に試験片を破壊してしまったり、試験片の軸と引張試験機の軸とが一致していない状態で試験片に応力を加えてしまうことによって計測精度が悪くなることがある。このような背景から、所定の材料試験デバイスに試験片を一体的に形成することにより、試験片自体を試験機に直接取り付ける作業を不要にした試験機が提案されている（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特許第２８４４１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の試験機では、試験片を所定の材料試験デバイスに加工する必要があるために、単結晶シリコン等のようにエッチングによる加工が可能である材料でなければ破壊強度を計測することができない。また一般に、微小部品の破壊強度は製造方法や製造条件によって大きく変化するために、実際の微小部品の破壊強度を実際の形状とは異なる形状の試験片から正確に計測することは難しい。
【０００４】
本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、計測のための加工を要することなく、試料の破壊応力と破壊ひずみを精度よく計測することが可能な機械的特性算出プログラム及び機械的特性計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る機械的特性算出プログラムは、試料の弾性率と降伏応力を取得する第１の処理と、圧子によって前記試料に圧力を加えることにより計測された、試料の弾塑性領域における荷重−変位特性を入力する第２の処理と、試料の破壊応力と破壊ひずみを設定する第３の処理と、試料と圧子の形状を含む荷重−変位特性の計測状態の数値モデルを利用して、第１の処理により取得した試料の弾性率と降伏応力、及び第３の処理により設定した試料の破壊応力と破壊ひずみにおいて破壊を考慮した力学的シミュレーションを行うことにより、試料の荷重−変位特性を算出する第４の処理と、第２の処理において入力された荷重−変位特性と第４の処理により算出された荷重−変位特性とが弾塑性領域において略同一となるまで破壊応力と破壊ひずみを変化させて収束演算を行うことにより、試料の破壊応力と破壊ひずみを算出する第５の処理とをコンピュータに実行させる。
【０００６】
本発明に係る機械的特性計測装置は、圧子によって試料に圧力を加えることにより試料の弾塑性領域における荷重−変位特性を計測する特性計測部と、試料と圧子の形状を含む荷重−変位特性の計測状態の数値モデルを利用して、設定された試料の弾性率、降伏応力、破壊応力、及び破壊ひずみにおいて破壊を考慮した力学的シミュレーションを行うことにより、試料の荷重−変位特性を算出し、特性計測部により計測された荷重−変位特性と算出された荷重−変位特性とが弾塑性領域において略同一となるまで破壊応力と破壊ひずみを変化させて収束演算を行うことにより、試料の破壊応力と破壊ひずみを算出する処理部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る機械的特性算出プログラム及び機械的特性計測装置によれば、計測のための加工を要することなく、微小変位領域においても試料の破壊応力と破壊ひずみを精度よく計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる機械的特性計測装置の構成と動作について説明する。なお、図面の記載において同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【０００９】
〔機械的特性計測装置の構成〕
本発明の実施形態となる機械的特性計測装置は、特性計測部１と、処理部２と、記憶部３と、入力部４と、出力部５とを主な構成要素として備える。特性計測部１は、試料Ｄを固定する金属製の固定部１ａと、試料Ｄの一部と接触して試料Ｄに圧力を加える圧子１ｂと、固定部１ａに直交するように立てた状態で固定部１ａに設けられた支柱１ｆと、支柱１ｆに設けられたレール（図示せず）上を動作する駆動部１ｄと、駆動部１ｄに設けられ圧子１ｂを支持する圧子支持体１ｇと、圧子支持体１ｇに設けられ圧子１ｂに加わる荷重を計測する荷重センサ１ｃと、駆動部１ｄを制御すると共に駆動部１ｄの変位と荷重センサ１ｃの出力とを取得する入出力部１ｅとを備え、試料Ｄの荷重−変位特性を取得する。
【００１０】
固定部１ａは、真鍮やステンレスで直方体形状に形成された金属板であり、圧子１ｂにより加えられる圧力に対して変形しない十分な強度を有し、計測時には水平面に配置される。固定部１ａは試料Ｄを固定するための固定手段（図示せず）を有し、試料Ｄは圧子１ｂにより圧力が加えられても動かないように固定されている。固定手段としては、固定部１ａにねじ止めされる２つの板片により試料Ｄの両端部を固定部１ａの試料Ｄを置く面との間で挟み込むものでよい。
【００１１】
支柱１ｆは、真鍮やステンレス等の金属で四角柱形状に形成されたものであり、固定部１ａの一側面の幅方向の中央に、固定部１ａの試料Ｄを置く面に直交するように設けられている。支柱１ｆの長さ方向にはレールが設けられており、駆動部１ｄがレールに沿って動作できるようにしている。
【００１２】
駆動部１ｄは、リニアステッピングモータであり、支柱１ｆのレールはリニアステッピングモータの固定部側となっている。駆動部１ｄは、ケーブルＣ２により入出力部１ｅと接続されており、入出力部１ｅにより制御される。そして、駆動部１ｄは、側面視でＬ字状の圧子支持体１ｇにより圧子１ｂと接続され、駆動部１ｄが上下に動くと圧子１ｂが試料Ｄの方向に上下に動作するようになっている。
【００１３】
圧子１ｂは、ダイヤモンドで三角錐形状に形成されたものであり、十分な強度を有し、圧力により変形しないように形成されている。圧子１ｂは取付部に圧子の形状等の種類に応じて一意的に定まる電極パターンを有している。圧子１ｂの形状としては、三角錐形状のほかに円錐や角錐の形状であってもよい。
【００１４】
圧子支持体１ｇは、真鍮やステンレス等の金属で側面視でＬ字状に形成されたものであり、一方の端部には駆動部１ｄが接続され、他方の端部には圧子１ｂを試料Ｄに接触可能なように接続する圧子接続部１ｇａを有している。圧子接続部１ｇａは、ケーブルＣ３により入出力部１ｅと接続されており、入出力部１ｅにより圧子１ｂが接続されると圧子１ｂの電極パターンの情報を検出できるようにしている。また、圧子支持体１ｇは、圧子接続部１ｇａの側に荷重センサ１ｃを介在させ、圧子１ｂに加わる荷重、つまり圧子１ｂが試料Ｄに加えた荷重を計測するようにしている。
【００１５】
荷重センサ１ｃは、ロードセルであり、ケーブルＣ１により入出力部１ｅに接続され、入出力部１ｅによりロードセルの出力を検出できるように構成されている。入出力部１ｅは、制御部１ｅａと計測情報取得部１ｅｂとを有し、計測装置の内部で処理部２に接続され、処理部２から計測信号が入力されると、圧子１ｂの変位に対する荷重を出力する。また、処理部２から計測条件取得信号が入力されると、圧子１ｂに固有の番号等、圧子１ｂの種類の情報を出力する。
【００１６】
制御部１ｅａは、ケーブルＣ２を介して駆動部１ｄに接続され、制御信号を駆動部１ｄに出力することにより駆動部１ｄを制御して移動させると共に、その移動による変位量を取得する。従って、この実施形態では、制御部１ｅａは、圧子１ｂの変位を計測する変位計測部の機能を兼ねている。但し、制御部１ｅａが変位計測部の機能を兼ねている必要は特になく、レーザ変位計等のように変位計測部を単体で備えてもよい。
【００１７】
計測情報取得部１ｅｂは、ケーブルＣ１により荷重センサ１ｃと接続され、荷重センサ１ｃから荷重に比例する電圧値を取得し、記憶部３の計測パラメータ情報３ｂに記憶されている荷重センサ１ｃに対する変換係数をその電圧値に掛けて荷重に変換する。一方、計測情報取得部１ｅｂは、ケーブルＣ３により圧子接続部１ｇａと接続され、圧子接続部１ｇａから圧子１ｂの電極パターン情報を取得し、記憶部３の記憶パラメータ情報３ｂに記憶されている圧子情報の中から取得した電極パターン情報を検索し、圧子１ｂの種類を取得する。
【００１８】
記憶部３は、揮発性メモリと不揮発性メモリにより構成され、特性算出プログラム３ａと、計測パラメータ情報３ｂと、計測結果データ３ｃと、解析モデルデータ３ｄとを記憶する。特性算出プログラム３ａは、不揮発性メモリ上に記憶され、後述の処理部２の特性算出部２ａにより読み出されて実行される。
【００１９】
計測パラメータ情報３ｂは、不揮発性メモリ上に記憶され、荷重センサ１ｃの種類毎の変換係数と、圧子１ｂに関する情報を収めた圧子情報を有する。変換係数は、荷重センサ１ｃから出力される電圧値を荷重に変換するための数値である。また、圧子情報は、圧子１ｂの種類と電極パターンとを対応づけた電極パターン情報と、圧子１ｂの種類毎の形状を示した圧子形状情報とを有する。
【００２０】
計測結果データ３ｃは、特性計測部１により計測した荷重−変位特性を、変位と荷重を対にした点列で揮発性メモリ上に記憶されている。解析モデルデータ３ｄは、計測時の状態をモデル化したものであり、外形データ及び有限要素法用の分割図のデータが揮発性メモリ上に記憶されている。ここで、外形データは、閉領域を形成する頂点座標と、各頂点の接続関係とを有している。有限要素法用の分割図のデータは、空間を分割する要素データと、要素を形成する節点データと、節点の座標データ等を有する。
【００２１】
処理部２は、中央処理装置を有するコンピュータであり、入出力部１ｅと、記憶部３と、入力部４と、出力部５と接続され、プログラムを処理することにより各部を制御する。処理部２は、記憶部３に記憶された特性算出プログラム３ａを読み込み、実行することにより、破壊応力と破壊ひずみを求める特性算出部２ａを有する。特性算出部２ａは、記憶部３から特性算出プログラム３ａを読み込み、実行する。
【００２２】
〔特性計測処理〕
図２に示すフローチャートは、オペレータが入力部４を介して計測開始指示を入力したタイミングで開始となり、特性計測処理はステップＳ１の処理に進む。
【００２３】
ステップＳ１の処理では、特性算出部２ａが、出力部５を介して計測条件データの入力をオペレータに促し、オペレータが入力部４を介して計測条件データの入力を完了したタイミングで特性計測処理をステップＳ２の処理に進める。ここで、本実施形態では、計測条件データとして、圧子１ｂを押し込む変位の範囲，圧子１ｂを１回に移動させる変位刻み，試料Ｄの外形データが設定され、オペレータにより入力された計測条件データは計測パラメータ情報３ｂとして記憶部３に記憶される。また、圧子１ｂを押し込む変位の範囲は、図３に示すように、圧子１ｂの始点位置ＳＰと終点位置ＥＰの座標値により指定される。
【００２４】
なお、本実施形態では、圧子１ｂが試料Ｄに接する状態の変位量を０とし、圧力が大きくなる変位の方向を正方向としている。また、圧子１ｂを１回に移動させる変位刻みは小さければ小さいほど計測点は多くなる。また、試料Ｄの外形データは、基本的に試料Ｄの輪郭を形成する点の座標値を入力することにより指定されるが、試料Ｄの外形が直方体等のような簡単な形状である場合には、縦，横，厚みの値を入力することにより指定し、特性算出部２ａは縦，横，厚みの値から試料Ｄの輪郭を形成する各点の座標値を算出するようにしてもよい。
【００２５】
ステップ２の処理では、特性算出部２ａが、ステップＳ１の処理により入力された変位の範囲内で試料Ｄの荷重−変位特性を計測する。具体的には、特性算出部２ａは、駆動部１ｄにより圧子１ｂを変位の始点位置ＳＰまで移動させるように入出力部１ｅに制御信号を出力すると共に、計測信号を入出力部１ｅに出力する。入出力部１ｅは、制御部１ｅａにより得られる変位量と計測情報取得部１ｅｂにより得られる荷重とを特性算出部２ａに出力する。そして、特性算出部２ａは、取得した変位量と荷重とを関連づけさせて計測結果データ３ｃとして記憶部３に記憶する。
【００２６】
次に、特性算出部２ａは、ステップＳ１の処理により入力された変位刻み分だけ正方向に圧子１ｂを変位させるように入出力部１ｅに制御信号を出力すると共に、計測信号を入出力部１ｅに出力する。そして、特性算出部２ａは、入出力部１ｅから取得する変位と荷重とを関連づけさせて計測結果データ３ｃとして記憶部３に記憶する。特性算出部２ａは、圧子１ｂが変位の終点位置ＥＰにくるまでこの動作を繰り返し実行する。
【００２７】
また、特性算出部２ａは、計測終了時に使用された圧子１ｂの電極パターンの情報を計測情報取得部１ｅｂを介して取得し、取得した情報を計測パラメータ３ｂとして記憶部３に記憶する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、特性計測処理はステップＳ３の処理に進む。なお、このステップＳ２の処理が完了すると、特性算出部２ａは図３に示すような荷重−変位特性のグラフを出力することができる。図３に示すグラフ中の領域ＡＥＬは弾性領域を示し、領域ＡＥＰは弾塑性領域を示す。
【００２８】
ステップＳ３の処理では、特性算出部２ａが、ステップＳ２の処理により計測された荷重−変位特性から破壊が顕著になる領域ＣＡを特定する。具体的には、破壊領域ＣＡは、図３に示すように、弾塑性領域ＡＥＰの後半部分から始点位置ＡＳと終点位置ＡＥとをオペレータが入力部４から入力することにより、２点で特定される。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、特性計測処理はステップＳ４の処理に進む。
【００２９】
ステップＳ４の処理では、特性算出部２ａが、ステップＳ１の処理により入力された計測条件データに基づいて数値解析モデルを作成し、作成された数値解析モデルのデータを解析モデルデータ３ｄとして記憶部３に記憶する。具体的には、特性算出部２ａは、計測情報取得部１ｅｂにより取得された圧子１ｂの電極パターン，計測パラメータ情報３ｂとして記憶されている電極パターン情報，及び圧子１ｂの形状情報を用いて導出した圧子１ｂの外形データと、ステップＳ１の処理により入力された試料Ｄの外形データとを用いて、ドロネイ変換法，格子法，逐次法，バブル法，デラウニー法等の自動メッシュ方法により有限要素解析に用いる数値解析モデルである分割図データを生成する。なお、四面体要素の場合には、この処理により図４に示すような数値解析モデルが生成される。また、本実施形態では、計算時間を短くするために、モデルの対称性を利用して計測モデルの半分のみを数値解析モデルにしている。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、特性計測処理はステップＳ５の処理に進む。
【００３０】
ステップＳ５の処理では、特性算出部２ａが、出力部５を介して試料Ｄの弾性率と降伏応力を入力するようにオペレータに促し、オペレータが試料Ｄの弾性率と降伏応力の入力を完了したタイミングで特性計測処理をステップＳ６の処理に進める。なお、試料Ｄの弾性率と降伏応力は、弾性率と降伏応力の影響が共に現れる弾性領域ＡＥＬと弾塑性領域ＡＥＰに跨る連続領域において、押し込み試験により得られた荷重−変位特性の計測結果と計測状態の数値モデルによる破壊を考慮しない力学的シミュレーションにより得られた荷重−変位特性とを比較し、弾性率と降伏応力を変化させながら荷重−変位特性が略同一になるまで収束計算を行うことにより、決めることができる。但し、本発明では、弾性率と降伏応力の決定方法は上述のものに限られることはなく、例えば文献値を用いるようにしてもよい。
【００３１】
ステップＳ６の処理では、特性算出部２ａが、ステップＳ５の処理により入力された試料Ｄの弾性率と降伏応力の値を既定値として設定する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、特性計測処理はステップＳ７の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ７の処理では、特性算出部２ａが、特性算出プログラム３ａ内で予め設定されている所定値を試料Ｄの破壊応力と破壊ひずみの初期値として設定する。なお、本実施形態では、破壊応力と破壊ひずみの３つの組を設定し、破壊応力と破壊ひずみの座標系における点間の距離が等しくなるように初期値を設定する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、特性計測処理はステップＳ８の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ８の処理では、特性算出部２ａが、解析モデルデータ３ｄとして記憶されている数値解析モデルを用いて、弾性率と降伏応力の既定値，及び破壊応力と破壊ひずみの３組の初期値において破壊を考慮した力学的シミュレーションを実行することにより、破壊領域ＣＡの荷重−変位特性を算出する。なお、本実施形態では、力学的シミュレーション手法は、変位に対して受ける応力（又は荷重）と変形量を考慮できるように弾塑性構成式を有限要素法により離散化したものであり、設定した破壊ひずみに達した要素を除去することにより破壊を考慮する破壊要素除去型解析モデルを使用するものである。市販されている有限要素法プログラムでは、ＡＢＡＱＵＳ社製のＡＢＡＱＵＳ Ｓｔａｎｄａｒｄ（登録商標）等を用いればよい。また、上述の機能を有する有限要素法プログラムは一般的なものであるので、専用プログラムとして作成してもよい。このような処理によれば、特性算出部２ａは、破壊領域ＣＡにおいて荷重−変位特性を算出することができ、３つの離散的な点列を得ることができる。なお、特性算出部２ａは、設定した破壊ひずみに達した要素の剛性を低下させることによって破壊を考慮する破壊要素剛性低下型解析モデルを用いて破壊を考慮した力学的シミュレーションを行うようにしてもよい。また、特性算出部２ａは、設定した破壊ひずみに達した要素を分割することによって破壊を考慮する破壊要素分離型解析モデルを用いて破壊を考慮した力学的シミュレーションを行うようにしてもよい。図３に示す例では、複数の点列のうち、１つのみを白丸で示している。なお、これにより、ステップＳ８の処理は完了し、特性計測処理はステップＳ９の処理に進む。
【００３４】
ステップＳ９の処理では、特性算出部２ａが、荷重−変位特性の計測値と算出値とを比較し、以下の数式１に示す評価関数ｆの値を算出する。なお、以下の数式１において、ｘ１は破壊応力，ｘ２は破壊ひずみ、ｄｊは変位、Ｆｍ（ｄｊ）は荷重−変位特性の計測値，Ｆｃ（ｄｊ，ｘｉ）は荷重−変位特性の算出値，Ｎは評価するポイント数を示す。なお、本実施形態では、破壊応力と破壊ひずみの３つの組を初期値として算出しているので、評価関数ｆの値も３つ算出されることになる。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、特性計測処理はステップＳ１０の処理に進む。
【数１】

【００３５】
ステップＳ１０の処理では、特性算出部２ａが、複数の評価関数ｆの値の差が所定値以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、差が所定値以下である場合、特性算出部２ａは、計算が収束したと判定し、特性計測処理をステップＳ１１の処理に進める。一方、差が所定値以下でない場合には、特性算出部２ａは、計算は収束していないと判定し、特性計測処理をステップＳ１２の処理に進める。
【００３６】
ステップＳ１１の処理では、特性算出部２ａが、破壊応力と破壊ひずみの値の平均値を算出し、算出された値を出力部１５に出力する。なお、計算が収束した結果、荷重−変位特性の計測結果と力学的シミュレーションにより得られた荷重−変位特性は破壊領域ＣＡにおいて略同一となっている。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、一連の特性計測処理は終了する。
【００３７】
ステップＳ１２の処理では、特性算出部２ａは、ＮｅｌｄｅｒとＭｅａｄによって提案されたシンプレックス法により破壊応力と破壊ひずみの値を再度設定する。具体的には、初期値として設定した破壊応力と破壊ひずみの組を頂点ｘｋ（ｋ＝１〜３）とし、そのうち評価関数ｆの値が最大になったものをｘｈ，評価関数の値が２番目に大きいものをｘｓ，評価関数ｆの値が最小であったものをｘｌ，及びｘｋのうち以外のものを平均したｘａの４点を特徴的な点として区別する。なお、本実施形態は収束計算手法としてシンプレックス法を用いたものであるが、応答曲面法等のその他の収束計算手法を用いて収束計算を行ってもよい。
【００３８】
そして、特性算出部２ａは、以下の数式２に示す鏡映点ｘｒ，拡張点ｘｅ，収縮点ｘｃを算出する手続と、頂点ｘｋを縮小する手続との４つの手続を行うことにより、鏡映点ｘｒ，拡張点ｘｅ，収縮点ｘｃ，及び頂点ｘｋを破壊壊応力と破壊ひずみの探索点として再設定する。なお、以下の数式２において、ａ＝１，ｂ＝２，ｃ＝１／２とする。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、特性計測処理はステップＳ８の処理に戻る。
【数２】

【００３９】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる機械的特性計測装置では、特性計測部１が、圧子１ｂによって試料Ｄに圧力を加えることにより試料Ｄの弾塑性領域ＡＥＰにおける荷重−変位特性を計測し、特性算出部２ａが、試料Ｄと圧子１ｂの形状を含む荷重−変位特性の計測状態の数値モデルを利用して、設定された試料Ｄの弾性率、降伏応力、破壊応力、及び破壊ひずみにおいて破壊を考慮した力学的シミュレーションを行うことにより、試料Ｄの荷重−変位特性を算出し、特性計測部１により計測された荷重−変位特性と算出された荷重−変位特性とが弾塑性領域ＡＥＰにおいて略同一となるまで破壊応力と破壊ひずみを変化させて収束演算を行うことにより、試料Ｄの破壊応力と破壊ひずみを算出する。従って、本発明の実施形態となる機械的特性計測装置によれば、微小変位領域においても試料の破壊応力と破壊ひずみを精度よく計測することができる。また、押し込み試験の結果得られる荷重−変位特性を用いて試料の破壊応力と破壊ひずみを算出するので、破壊応力と破壊ひずみを計測するために試料を加工する必要がない。
【００４０】
また、本発明の実施形態となる機械的特性計測装置によれば、破壊を考慮しない力学的シミュレーションを実行することにより試料Ｄの弾性率と降伏応力を取得することができるので、短時間で精度よく試料Ｄの破壊応力と破壊ひずみを計測することができる。また、本発明の実施形態となる機械的特性計測装置によれば、弾塑性領域ＡＥＰとして破壊の効果が顕著に現れる弾塑性領域の後半部分を中心に用いるので、試料Ｄの破壊応力と破壊ひずみを精度よく算出することができる。
【００４１】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態となる機械的特性計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態となる機械的特性計測処理の流れを示すフローチャート図である。
【図３】試料の荷重−変位特性の一例を示す図である。
【図４】圧子が試料に押し込まれた時の数値解析モデルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：特性計測部
１ａ：固定部
１ｂ：圧子
１ｃ：荷重センサ
１ｄ：駆動部
１ｅ：入出力部
１ｅａ：制御部（変位計測部）
１ｅｂ：計測情報取得部
１ｆ：支柱
１ｇ：圧子支持体
２：処理部
２ａ：特性算出部
３：記憶部
３ａ：機械的特性算出プログラム
３ｂ：計測パラメータ情報
３ｃ：計測結果データ
３ｄ：解析モデルデータ
４：入力部
５：出力部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の弾性率と降伏応力を取得する第１の処理と、
圧子によって前記試料に圧力を加えることにより計測された、試料の弾塑性領域における荷重−変位特性を入力する第２の処理と、
前記試料の破壊応力と破壊ひずみを設定する第３の処理と、
前記試料と前記圧子の形状を含む荷重−変位特性の計測状態の数値モデルを利用して、前記第１の処理により取得した試料の弾性率と降伏応力、及び前記第３の処理により設定した試料の破壊応力と破壊ひずみにおいて破壊を考慮した力学的シミュレーションを行うことにより、試料の荷重−変位特性を算出する第４の処理と、
前記第２の処理において入力された荷重−変位特性と前記第４の処理により算出された荷重−変位特性とが前記弾塑性領域において略同一となるまで破壊応力と破壊ひずみを変化させて収束演算を行うことにより、試料の破壊応力と破壊ひずみを算出する第５の処理と
をコンピュータに実行させることを特徴とする機械的特性算出プログラム。
【請求項２】
請求項１に記載の機械的特性算出プログラムであって、
前記第１の処理では、破壊を考慮しない力学的シミュレーションを行うことにより試料の弾性率と降伏応力を取得することを特徴とする機械的特性算出プログラム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の機械的特性算出プログラムであって、
前記第５の処理では、前記弾塑性領域として破壊の効果が顕著に現れる弾塑性領域の後半部分を中心に用いることを特徴とする機械的特性算出プログラム。
【請求項４】
圧子によって試料に圧力を加えることにより試料の弾塑性領域における荷重−変位特性を計測する特性計測部と、
前記試料と前記圧子の形状を含む荷重−変位特性の計測状態の数値モデルを利用して、設定された試料の弾性率、降伏応力、破壊応力、及び破壊ひずみにおいて破壊を考慮した力学的シミュレーションを行うことにより、試料の荷重−変位特性を算出し、前記特性計測部により計測された荷重−変位特性と算出された荷重−変位特性とが弾塑性領域において略同一となるまで破壊応力と破壊ひずみを変化させて収束演算を行うことにより、試料の破壊応力と破壊ひずみを算出する処理部と
を備えることを特徴とする機械的特性計測装置。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【公開番号】特開２００７−９３３０３（Ｐ２００７−９３３０３Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
物理学 | 測定；試験 | 材料の化学的または物理的性質の決定による材料の調査または分析 | 機械的応力の負荷による固体材料の強さの調査 | 定張力または定圧縮力によるもの
【出願番号】特願２００５−２８０８７４（Ｐ２００５−２８０８７４）
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社
【Ｆターム（参考）】
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 調査方法；試験の仕方 | 圧縮、耐圧試験
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 力を掛ける方法（時間的、空間的） | 静的負荷による試験
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 力を掛ける方法（時間的、空間的） | 静的負荷による試験 | 破断試験（試験片破断）
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 調査対象項目 | 強度 | 降伏点
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 調査対象項目 | 強度 | 破壊強度
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 調査対象項目 | 弾性率 | 伸び弾性率（縦弾性係数）
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 試験装置；構成、部分構成（治具を含む） | シュミレーション装置を有するもの
機械的応力負荷による材料の強さの調査 | 測定された変化量の取扱い | データの電気的処理 | 演算処理

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