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特許7605277金属板のせん断加工試験方法、金属板のせん断加工試験システム、及び金属板のせん断加工材の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-16
(45)【発行日】2024-12-24
(54)【発明の名称】金属板のせん断加工試験方法、金属板のせん断加工試験システム、及び金属板のせん断加工材の製造方法
(51)【国際特許分類】
G01L 1/00 20060101AFI20241217BHJP
【ＦＩ】
G01L1/00 M
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2023192042
(22)【出願日】2023-11-10
【審査請求日】2024-10-21
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127845
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 壽彦
(72)【発明者】
【氏名】玉城 史彬
(72)【発明者】
【氏名】石渡 亮伸
【審査官】藤澤 和浩
(56)【参考文献】
【文献】特許第６９８１５２１（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０１３－０３６７８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】NETO, EA de Souza ほか著, 寺田賢二郎 監訳，非線形有限要素法 第１版 COMPUTATIONAL METHODS FOR PLASTICITY，森北出版株式会社，pp. 623-705
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ １／００ ～ ５／２８
Ｇ０６Ｆ ３０／００ ～ ３０／３９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属板をせん断加工したせん断加工材のせん断端部における残留応力を算出する金属板のせん断加工試験方法であって、前記せん断端部の形成過程を、前記金属板を供試材とした試験片のせん断加工により再現するせん断加工再現試験プロセスと、前記試験片に形成されたせん断端部のせん断端部側面における残留応力分布を算出する残留応力分布算出プロセスと、を含み、
前記せん断加工再現試験プロセスは、パンチと、ダイと、ホルダと、を有するせん断金型を用い、前記ダイと前記ホルダとの間に前記試験片を配置した状態で、前記パンチと前記ダイを相対的に移動させて前記試験片をせん断加工し、
前記残留応力分布算出プロセスは、変形履歴取得工程と、逐次応力更新工程と、残留応力分布算出工程と、を有し、
前記変形履歴取得工程は、
前記試験片に形成される前記せん断端部の前記せん断端部側面に複数の測定点を設定し、前記せん断加工再現試験プロセスでの前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程における前記複数の測定点それぞれの三次元座標を測定することにより、前記せん断端部の変形開始から変形終了までの前記せん断端部側面の表面変形履歴を取得する表面変形履歴取得ステップと、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のひずみ履歴を取得するひずみ履歴取得ステップと、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のスピン履歴を取得するスピン履歴取得ステップと、を有し、
前記逐次応力更新工程は、
前記ひずみ履歴取得ステップにおいて取得した前記せん断端部側面のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出する取得ひずみ増分算出ステップと、
前記ひずみ履歴取得ステップにおいて前記ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみの増分であって前記せん断端部側面の変形状態を仮定して仮定ひずみ増分を算出する仮定ひずみ増分算出ステップと、
前記スピン履歴取得ステップにおいて取得した前記スピン履歴から取得スピン増分を算出する取得スピン増分算出ステップと、
前記取得ひずみ増分と、前記仮定ひずみ増分と、前記取得スピン増分と、を用いて、前記複数の測定点の応力増分を材料構成則に従って算出する応力増分算出ステップと、
前記複数の測定点それぞれについて算出した前記応力増分を用いて、前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力を、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形開始から変形終了まで逐次更新する逐次応力更新ステップと、を有し、
前記残留応力分布算出工程は、
前記逐次応力更新ステップにおいて逐次更新して求めた前記せん断端部の変形終了時における前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力をグローバル座標系における所定方向のグローバル応力値に変換し、該変換した前記複数の測定点それぞれのグローバル応力値を前記せん断端部側面の残留応力分布として求める応力座標系変換ステップを有する、ことを特徴とする金属板のせん断加工試験方法。
【請求項2】
前記残留応力分布算出工程は、前記応力座標系変換ステップにおいて求めた前記せん断端部側面の残留応力分布を表示する残留応力分布表示ステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の金属板のせん断加工試験方法。
【請求項3】
前記仮定ひずみ増分算出ステップは、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程から前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属板のせん断加工試験方法。
【請求項4】
前記仮定ひずみ増分算出ステップは、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程の有限要素解析により前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属板のせん断加工試験方法。
【請求項5】
金属板をせん断加工したせん断加工材のせん断端部における残留応力を算出する金属板のせん断加工試験システムであって、前記せん断端部の形成過程を、前記金属板を供試材とした試験片のせん断加工により再現するせん断加工再現試験装置と、前記試験片に形成されたせん断端部のせん断端部側面における残留応力分布を算出する残留応力分布算出装置と、を備え、
前記せん断加工再現試験装置は、パンチと、ダイと、ホルダと、を有するせん断金型を備え、前記ダイと前記ホルダとの間に前記試験片を配置した状態で、前記パンチと前記ダイを相対的に移動させて前記試験片をせん断加工し、
前記残留応力分布算出装置は、変形履歴取得ユニットと、逐次応力更新ユニットと、残留応力分布算出ユニットと、を有し、
前記変形履歴取得ユニットは、
前記試験片に形成される前記せん断端部の前記せん断端部側面に設定された複数の測定点について、前記せん断加工再現試験装置を用いた前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程における三次元座標を測定し、前記せん断端部の変形開始から変形終了までの前記せん断端部側面の表面変形履歴を取得する表面変形履歴取得部と、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のひずみ履歴を取得するひずみ履歴取得部と、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のスピン履歴を取得するスピン履歴取得部と、を有し、
前記逐次応力更新ユニットは、
前記ひずみ履歴取得部により取得した前記せん断端部側面のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出する取得ひずみ増分算出部と、
前記ひずみ履歴取得部により前記ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみの増分であって前記せん断端部側面の変形状態を仮定して仮定ひずみ増分を算出する仮定ひずみ増分算出部と、
前記スピン履歴取得部により取得した前記スピン履歴から取得スピン増分を算出する取得スピン増分算出部と、
前記取得ひずみ増分と、前記仮定ひずみ増分と、前記取得スピン増分と、を用いて、前記複数の測定点それぞれの応力増分を材料構成則に従って算出する応力増分算出部と、
前記複数の測定点それぞれについて算出した前記応力増分を用いて、前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力を、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形開始から変形終了まで逐次更新する逐次応力更新部と、を有し、
前記残留応力分布算出ユニットは、
前記逐次応力更新部により逐次更新して求めた前記せん断端部の変形終了時における前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力をグローバル座標系における所定方向のグローバル応力値に変換し、該変換した前記複数の測定点それぞれのグローバル応力値を前記せん断端部側面の残留応力分布として求める応力座標系変換部を有する、ことを特徴とする金属板のせん断加工試験システム。
【請求項6】
前記残留応力分布算出ユニットは、前記応力座標系変換部により求めた前記せん断端部側面の残留応力分布を表示する残留応力分布表示部をさらに有する、ことを特徴とする請求項５に記載の金属板のせん断加工試験システム。
【請求項7】
前記仮定ひずみ増分算出部は、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程から前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の金属板のせん断加工試験システム。
【請求項8】
前記仮定ひずみ増分算出部は、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程の有限要素解析により前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の金属板のせん断加工試験システム。
【請求項9】
金属板をせん断加工してせん断加工材を製造する金属板のせん断加工材の製造方法であって、前記金属板をせん断加工する仮のせん断条件を設定する仮せん断条件設定工程と、
前記請求項１又は２に記載の金属板のせん断加工試験方法により、前記仮のせん断条件で前記試験片をせん断加工することにより前記金属板のせん断端部の形成過程を再現し、前記試験片に形成された前記せん断端部の前記せん断端部側面の表面変形履歴に基づき、前記せん断端部側面における残留応力分布を算出するせん断加工再現試験工程と、
前記せん断端部側面における引張残留応力が、予め定めた所定の範囲内であるか判定する引張残留応力量判定工程と、
前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲外であると判定された場合、前記仮のせん断条件を変更する仮せん断条件変更工程と、
前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定されるまで、前記仮せん断条件変更工程と、前記せん断加工再現試験工程と、前記引張残留応力量判定工程と、を繰り返し実行する繰り返し工程と、
前記引張残留応力量判定工程において前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定された場合、その場合の前記仮のせん断条件をせん断条件として決定するせん断条件決定工程と、
該決定したせん断条件で前記金属板をせん断加工するせん断加工工程と、を含むことを特徴とする金属板のせん断加工材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属板をせん断加工したせん断加工材におけるせん断端部の残留応力を算出する金属板のせん断加工試験方法、金属板のせん断加工試験システム、及び、金属板をせん断加工したせん断加工材を製造する金属板のせん断加工材の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
金属板のせん断加工により製造されたせん断加工材は、プレス成形品（例えば自動車用部品）のブランクとして用いられるが、せん断加工により生じるせん断加工材の残留応力は、プレス成形品の疲労寿命や遅れ破壊特性に影響を及ぼすことが知られている。そのため、せん断加工材の残留応力を把握することは、せん断加工材を使用したプレス成形品の疲労寿命等を保証する上で重要である。
【0003】
従来より、金属板の残留応力は、Ｘ線又は超音波を用いて測定されたり、金属板の変形過程におけるひずみの測定により算出されている。さらには、せん断加工過程の有限要素解析による予測が行われている。
特許文献１には、試料にＸ線を照射した際に当該試料から発する回折Ｘ線を検出し、その回折Ｘ線の情報に基づいて試料内部の応力を非破壊で測定する技術が開示されている。
また、特許文献２には、塑性変形した被検査体（例えば、金属板等）に超音波を発生させ、測定された超音波の音速情報に基づいて残留応力を非破壊で測定する技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、金属板を塑性変形させる変形過程における変形部位のひずみを測定してひずみ履歴を取得し、取得したひずみ履歴に基づいて変形部位の変形開始から終了までの応力を逐次更新することにより、変形部位の残留応力を求める技術が開示されている。
特許文献１には、試料にＸ線を照射した際に当該試料から発する回折Ｘ線を検出し、その回折Ｘ線の情報に基づいて試料内部の応力を非破壊で測定する技術が開示されている。
また、特許文献２には、塑性変形した被検査体（例えば、金属板等）に超音波を発生させ、測定された超音波の音速情報に基づいて残留応力を非破壊で測定する技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、金属板を塑性変形させる変形過程における変形部位のひずみを測定してひずみ履歴を取得し、取得したひずみ履歴に基づいて変形部位の変形開始から終了までの応力を逐次更新することにより、変形部位の残留応力を求める技術が開示されている。
【0004】
また、せん断加工過程の有限要素解析による残留応力の予測に関しては、一般的に広く使用されている有限要素解析ソフトにより行うことが可能であり、このような有限要素解析においては材料構成則の高精度化が進められている。例えば、非特許文献１に開示されている材料構成則（以下、「Y-Uモデル」という）は、プレス成形品の残留応力の予測に重要なスプリングバック解析の高精度化に寄与している。さらに、非特許文献２では、延性材料が破断に至る破断条件が提示され、破断に至るまでの材料の挙動をシミュレーションするモデル化がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００２－３３３４０９号公報
【文献】特開２０１１－１９６９５３号公報
【文献】特許６９８１５２１号公報
【非特許文献】
【0006】
【文献】F. Yoshida and T. Uemori, International Journal of Mechanical Sciences, 45(2003), 1687-1702.
【文献】F. X. C. Andrade, M. Feucht, A. Haufe and F. Neukamm, International Journal of Fracture, 200(2016),127-150．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に開示されたＸ線を利用した応力の測定や、特許文献２に開示された超音波による残留応力の測定は、Ｘ線が入射又は超音波が発生する領域内で試料（金属板等）が均一であることを仮定している。そのために、これらの測定技術は、２種類以上の相を持つ金属板（例えば、DP（Dual Phase）鋼板等）の残留応力を正確に測定することが困難であるという課題があった。
その上、特許文献１及び特許文献２の技術はいずれも変形後の残留応力を測定するものであって、変形中の応力履歴を測定することはできないという課題があった。
その上、特許文献１及び特許文献２の技術はいずれも変形後の残留応力を測定するものであって、変形中の応力履歴を測定することはできないという課題があった。
【0008】
さらに、特許文献１及び特許文献２の技術はいずれも、測定対象とする試料において特定の１点の応力を求める技術であり、残留応力の分布を得るためには、複数箇所の応力を繰り返し測定することが必要であるという課題があった。
【0009】
また、特許文献３の技術は、塑性変形を受けた金属板に生じる残留応力を金属板の各位置で定義された座標系に基づいて算出するものである。そのため、変形過程の途中で金属板自体の回転変形により座標系の向きが変化すると、残留応力の発生方向が不明瞭になるという課題があった。
【0010】
このような特許文献１～３の技術に対して、有限要素解析により残留応力を予測する方法によれば、残留応力の分布の算出は容易に行うことが可能であった。しかしながら、有限要素解析に用いる有限要素解析ソフトに与える入力値（形状、材料特性、変形特性、境界条件等）が残留応力の予測結果に大きく影響する。そのため、有限要素解析により残留応力を正確に予測するためには、金属板の材料特性だけではなく、塑性変形を加える工具の変形特性や金属板と工具の接触条件や摺動特性といった境界条件等の種々の入力値をより正確な値にする必要があった。
【0011】
さらに、金属板のせん断加工材における残留応力を有限要素解析により予測するには、金属板の破断の条件を有限要素解析に組み込む必要がある。そして、破断の条件として、これまでに、Cockcroft 等の延性破断条件、特許文献２に開示されているGISSMO等の応力三軸度に基づく破断条件等、種々の破断クライテリアが提案されている。しかしながら、せん断加工における破断を正確に予測可能な判定基準は未だ確立されていない。
また、有限要素解析における破断現象のモデル化については、有限要素解析モデルの要素毎に破断の条件を満たすか否かを判定し、破断の条件を満たした要素は有限要素解析モデルから削除することが一般的である。しかしながら、要素を削除してしまうと、金属板（せん断加工材）の質量やエネルギーが消滅することになり、実際の破断現象との乖離の原因となり得る。このため、せん断加工後の金属板のせん断端面に生じる残留応力を、有限要素解析により高精度に予測することは非常に困難であるという課題があった。
また、有限要素解析における破断現象のモデル化については、有限要素解析モデルの要素毎に破断の条件を満たすか否かを判定し、破断の条件を満たした要素は有限要素解析モデルから削除することが一般的である。しかしながら、要素を削除してしまうと、金属板（せん断加工材）の質量やエネルギーが消滅することになり、実際の破断現象との乖離の原因となり得る。このため、せん断加工後の金属板のせん断端面に生じる残留応力を、有限要素解析により高精度に予測することは非常に困難であるという課題があった。
【0012】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、金属板のせん断加工を再現して試験片に形成されるせん断端部における残留応力を正確にかつ容易に求めることができる金属板のせん断加工試験方法及びシステムを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、疲労寿命や遅れ破壊特性に影響を及ぼす引張残留応力の発生を抑制するための対策を適切に施した金属板のせん断加工材の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、疲労寿命や遅れ破壊特性に影響を及ぼす引張残留応力の発生を抑制するための対策を適切に施した金属板のせん断加工材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
（１）本発明に係る金属板のせん断加工試験方法は、金属板をせん断加工したせん断加工材のせん断端部における残留応力を算出するものであって、
前記せん断端部の形成過程を、前記金属板を供試材とした試験片のせん断加工により再現するせん断加工再現試験プロセスと、前記試験片に形成されたせん断端部のせん断端部側面における残留応力分布を算出する残留応力分布算出プロセスと、を含み、
前記せん断加工再現試験プロセスは、パンチと、ダイと、ホルダと、を有するせん断金型を用い、前記ダイと前記ホルダとの間に前記試験片を配置した状態で、前記パンチと前記ダイを相対的に移動させて前記試験片をせん断加工し、
前記残留応力分布算出プロセスは、変形履歴取得工程と、逐次応力更新工程と、残留応力分布算出工程と、を有し、
前記変形履歴取得工程は、
前記試験片に形成される前記せん断端部の前記せん断端部側面に複数の測定点を設定し、前記せん断加工再現試験プロセスでの前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程における前記複数の測定点それぞれの三次元座標を測定することにより、前記せん断端部の変形開始から変形終了までの前記せん断端部側面の表面変形履歴を取得する表面変形履歴取得ステップと、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のひずみ履歴を取得するひずみ履歴取得ステップと、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のスピン履歴を取得するスピン履歴取得ステップと、を有し、
前記逐次応力更新工程は、
前記ひずみ履歴取得ステップにおいて取得した前記せん断端部側面のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出する取得ひずみ増分算出ステップと、
前記ひずみ履歴取得ステップにおいて前記ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみの増分であって前記せん断端部側面の変形状態を仮定して仮定ひずみ増分を算出する仮定ひずみ増分算出ステップと、
前記スピン履歴取得ステップにおいて取得した前記スピン履歴から取得スピン増分を算出する取得スピン増分算出ステップと、
前記取得ひずみ増分と、前記仮定ひずみ増分と、前記取得スピン増分と、を用いて、前記複数の測定点の応力増分を材料構成則に従って算出する応力増分算出ステップと、
前記複数の測定点それぞれについて算出した前記応力増分を用いて、前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力を、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形開始から変形終了まで逐次更新する逐次応力更新ステップと、を有し、
前記残留応力分布算出工程は、
前記逐次応力更新ステップにおいて逐次更新して求めた前記せん断端部の変形終了時における前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力をグローバル座標系における所定方向のグローバル応力値に変換し、該変換した前記複数の測定点それぞれのグローバル応力値を前記せん断端部側面の残留応力分布として求める応力座標系変換ステップを有する、ことを特徴とするものである。
前記せん断端部の形成過程を、前記金属板を供試材とした試験片のせん断加工により再現するせん断加工再現試験プロセスと、前記試験片に形成されたせん断端部のせん断端部側面における残留応力分布を算出する残留応力分布算出プロセスと、を含み、
前記せん断加工再現試験プロセスは、パンチと、ダイと、ホルダと、を有するせん断金型を用い、前記ダイと前記ホルダとの間に前記試験片を配置した状態で、前記パンチと前記ダイを相対的に移動させて前記試験片をせん断加工し、
前記残留応力分布算出プロセスは、変形履歴取得工程と、逐次応力更新工程と、残留応力分布算出工程と、を有し、
前記変形履歴取得工程は、
前記試験片に形成される前記せん断端部の前記せん断端部側面に複数の測定点を設定し、前記せん断加工再現試験プロセスでの前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程における前記複数の測定点それぞれの三次元座標を測定することにより、前記せん断端部の変形開始から変形終了までの前記せん断端部側面の表面変形履歴を取得する表面変形履歴取得ステップと、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のひずみ履歴を取得するひずみ履歴取得ステップと、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のスピン履歴を取得するスピン履歴取得ステップと、を有し、
前記逐次応力更新工程は、
前記ひずみ履歴取得ステップにおいて取得した前記せん断端部側面のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出する取得ひずみ増分算出ステップと、
前記ひずみ履歴取得ステップにおいて前記ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみの増分であって前記せん断端部側面の変形状態を仮定して仮定ひずみ増分を算出する仮定ひずみ増分算出ステップと、
前記スピン履歴取得ステップにおいて取得した前記スピン履歴から取得スピン増分を算出する取得スピン増分算出ステップと、
前記取得ひずみ増分と、前記仮定ひずみ増分と、前記取得スピン増分と、を用いて、前記複数の測定点の応力増分を材料構成則に従って算出する応力増分算出ステップと、
前記複数の測定点それぞれについて算出した前記応力増分を用いて、前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力を、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形開始から変形終了まで逐次更新する逐次応力更新ステップと、を有し、
前記残留応力分布算出工程は、
前記逐次応力更新ステップにおいて逐次更新して求めた前記せん断端部の変形終了時における前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力をグローバル座標系における所定方向のグローバル応力値に変換し、該変換した前記複数の測定点それぞれのグローバル応力値を前記せん断端部側面の残留応力分布として求める応力座標系変換ステップを有する、ことを特徴とするものである。
【0014】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記残留応力分布算出工程は、前記応力座標系変換ステップにおいて求めた前記せん断端部側面の残留応力分布を表示する残留応力分布表示ステップをさらに有する、ことを特徴とするものである。
前記残留応力分布算出工程は、前記応力座標系変換ステップにおいて求めた前記せん断端部側面の残留応力分布を表示する残留応力分布表示ステップをさらに有する、ことを特徴とするものである。
【0015】
（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、
前記仮定ひずみ増分算出ステップは、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程から前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とするものである。
前記仮定ひずみ増分算出ステップは、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程から前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とするものである。
【0016】
（４）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、
前記仮定ひずみ増分算出ステップは、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程の有限要素解析により前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とするものである。
前記仮定ひずみ増分算出ステップは、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程の有限要素解析により前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とするものである。
【0017】
（５）本発明に係る金属板のせん断加工試験システムは、金属板をせん断加工したせん断加工材のせん断端部における残留応力を算出するものであって、
前記せん断端部の形成過程を、前記金属板を供試材とした試験片のせん断加工により再現するせん断加工再現試験装置と、前記試験片に形成されたせん断端部のせん断端部側面における残留応力分布を算出する残留応力分布算出装置と、を備え、
前記せん断加工再現試験装置は、パンチと、ダイと、ホルダと、を有するせん断金型を備え、前記ダイと前記ホルダとの間に前記試験片を配置した状態で、前記パンチと前記ダイを相対的に移動させて前記試験片をせん断加工し、
前記残留応力分布算出装置は、変形履歴取得ユニットと、逐次応力更新ユニットと、残留応力分布算出ユニットと、を有し、
前記変形履歴取得ユニットは、
前記試験片に形成される前記せん断端部の前記せん断端部側面に設定された複数の測定点について、前記せん断加工再現試験装置を用いた前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程における三次元座標を測定し、前記せん断端部の変形開始から変形終了までの前記せん断端部側面の表面変形履歴を取得する表面変形履歴取得部と、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のひずみ履歴を取得するひずみ履歴取得部と、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のスピン履歴を取得するスピン履歴取得部と、を有し、
前記逐次応力更新ユニットは、
前記ひずみ履歴取得部により取得した前記せん断端部側面のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出する取得ひずみ増分算出部と、
前記ひずみ履歴取得部により前記ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみの増分であって前記せん断端部側面の変形状態を仮定して仮定ひずみ増分を算出する仮定ひずみ増分算出部と、
前記スピン履歴取得部により取得した前記スピン履歴から取得スピン増分を算出する取得スピン増分算出部と、
前記取得ひずみ増分と、前記仮定ひずみ増分と、前記取得スピン増分と、を用いて、前記複数の測定点それぞれの応力増分を材料構成則に従って算出する応力増分算出部と、
前記複数の測定点それぞれについて算出した前記応力増分を用いて、前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力を、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形開始から変形終了まで逐次更新する逐次応力更新部と、を有し、
前記残留応力分布算出ユニットは、
前記逐次応力更新部により逐次更新して求めた前記せん断端部の変形終了時における前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力をグローバル座標系における所定方向のグローバル応力値に変換し、該変換した前記複数の測定点それぞれのグローバル応力値を前記せん断端部側面の残留応力分布として求める応力座標系変換部を有する、ことを特徴とするものである。
前記せん断端部の形成過程を、前記金属板を供試材とした試験片のせん断加工により再現するせん断加工再現試験装置と、前記試験片に形成されたせん断端部のせん断端部側面における残留応力分布を算出する残留応力分布算出装置と、を備え、
前記せん断加工再現試験装置は、パンチと、ダイと、ホルダと、を有するせん断金型を備え、前記ダイと前記ホルダとの間に前記試験片を配置した状態で、前記パンチと前記ダイを相対的に移動させて前記試験片をせん断加工し、
前記残留応力分布算出装置は、変形履歴取得ユニットと、逐次応力更新ユニットと、残留応力分布算出ユニットと、を有し、
前記変形履歴取得ユニットは、
前記試験片に形成される前記せん断端部の前記せん断端部側面に設定された複数の測定点について、前記せん断加工再現試験装置を用いた前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程における三次元座標を測定し、前記せん断端部の変形開始から変形終了までの前記せん断端部側面の表面変形履歴を取得する表面変形履歴取得部と、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のひずみ履歴を取得するひずみ履歴取得部と、
前記取得した前記せん断端部側面の表面変形履歴から、前記せん断端部の変形過程における前記せん断端部側面のスピン履歴を取得するスピン履歴取得部と、を有し、
前記逐次応力更新ユニットは、
前記ひずみ履歴取得部により取得した前記せん断端部側面のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出する取得ひずみ増分算出部と、
前記ひずみ履歴取得部により前記ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみの増分であって前記せん断端部側面の変形状態を仮定して仮定ひずみ増分を算出する仮定ひずみ増分算出部と、
前記スピン履歴取得部により取得した前記スピン履歴から取得スピン増分を算出する取得スピン増分算出部と、
前記取得ひずみ増分と、前記仮定ひずみ増分と、前記取得スピン増分と、を用いて、前記複数の測定点それぞれの応力増分を材料構成則に従って算出する応力増分算出部と、
前記複数の測定点それぞれについて算出した前記応力増分を用いて、前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力を、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形開始から変形終了まで逐次更新する逐次応力更新部と、を有し、
前記残留応力分布算出ユニットは、
前記逐次応力更新部により逐次更新して求めた前記せん断端部の変形終了時における前記複数の測定点それぞれの材料座標系における応力をグローバル座標系における所定方向のグローバル応力値に変換し、該変換した前記複数の測定点それぞれのグローバル応力値を前記せん断端部側面の残留応力分布として求める応力座標系変換部を有する、ことを特徴とするものである。
【0018】
（６）上記（５）に記載のものにおいて、
前記残留応力分布算出ユニットは、前記応力座標系変換部により求めた前記せん断端部側面の残留応力分布を表示する残留応力分布表示部をさらに有する、ことを特徴とするものである。
前記残留応力分布算出ユニットは、前記応力座標系変換部により求めた前記せん断端部側面の残留応力分布を表示する残留応力分布表示部をさらに有する、ことを特徴とするものである。
【0019】
（７）上記（５）又は（６）に記載のものにおいて、
前記仮定ひずみ増分算出部は、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程から前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とするものである。
前記仮定ひずみ増分算出部は、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程から前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とするものである。
【0020】
（８）上記（５）又は（６）に記載のものにおいて、
前記仮定ひずみ増分算出部は、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程の有限要素解析により前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とするものである。
前記仮定ひずみ増分算出部は、前記試験片のせん断加工による前記せん断端部の変形過程の有限要素解析により前記せん断端部側面の変形状態を仮定し、該仮定した変形状態に基づいて前記せん断端部側面における前記仮定ひずみ増分を算出する、ことを特徴とするものである。
【0021】
（９）本発明に係る金属板のせん断加工材の製造方法は、金属板をせん断加工してせん断加工材を製造するものであって、
前記金属板をせん断加工する仮のせん断条件を設定する仮せん断条件設定工程と、
前記上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の金属板のせん断加工試験方法により、前記仮のせん断条件で前記試験片をせん断加工することにより前記金属板のせん断端部の形成過程を再現し、前記試験片に形成された前記せん断端部の前記せん断端部側面の表面変形履歴に基づき、前記せん断端部側面における残留応力分布を算出するせん断加工再現試験工程と、
前記せん断端部側面における引張残留応力が、予め定めた所定の範囲内であるか判定する引張残留応力量判定工程と、
前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲外であると判定された場合、前記仮のせん断条件を変更する仮せん断条件変更工程と、
前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定されるまで、前記仮せん断条件変更工程と、前記せん断加工再現試験工程と、前記引張残留応力量判定工程と、を繰り返し実行する繰り返し工程と、
前記引張残留応力量判定工程において前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定された場合、その場合の前記仮のせん断条件をせん断条件として決定するせん断条件決定工程と、
該決定したせん断条件で前記金属板をせん断加工するせん断加工工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記金属板をせん断加工する仮のせん断条件を設定する仮せん断条件設定工程と、
前記上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の金属板のせん断加工試験方法により、前記仮のせん断条件で前記試験片をせん断加工することにより前記金属板のせん断端部の形成過程を再現し、前記試験片に形成された前記せん断端部の前記せん断端部側面の表面変形履歴に基づき、前記せん断端部側面における残留応力分布を算出するせん断加工再現試験工程と、
前記せん断端部側面における引張残留応力が、予め定めた所定の範囲内であるか判定する引張残留応力量判定工程と、
前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲外であると判定された場合、前記仮のせん断条件を変更する仮せん断条件変更工程と、
前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定されるまで、前記仮せん断条件変更工程と、前記せん断加工再現試験工程と、前記引張残留応力量判定工程と、を繰り返し実行する繰り返し工程と、
前記引張残留応力量判定工程において前記引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定された場合、その場合の前記仮のせん断条件をせん断条件として決定するせん断条件決定工程と、
該決定したせん断条件で前記金属板をせん断加工するせん断加工工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0022】
本発明においては、金属板をせん断加工したせん断加工材のせん断端部の形成過程を、金属板を供試材とした試験片のせん断加工により再現し、試験片に形成されるせん断端部の変形過程におけるせん断端部側面の表面変形履歴を取得する。そして、取得したせん断端部側面の表面変形履歴に基づいて、せん断端部の変形開始から変形終了までのせん断端部側面の応力を逐次更新して求める。これにより、試験片のせん断加工によりせん断端部側面における測定点の位置毎に材料座標系の向きが変化する場合であっても、応力の方向を揃えてせん断端部側面における残留応力分布を高精度かつ容易に求めることができる。
【0023】
また、本発明によれば、試験片のせん断端部側面について求めた残留応力分布から最大残留応力（最大の引張残留応力）を評価することで、せん断加工により生成されたせん断端面において遅れ破壊又は疲労破壊のき裂の起点となり得る部位の有無を判断することも可能である。
【0024】
さらに、本発明によれば、試験片のせん断加工によるせん断端部の変形中においても高精度な応力分布の履歴を取得することが可能である。その上、有限要素解析では予測困難な金属板の破壊を伴うせん断変形等についても、せん断端部に生じた残留応力分布を正確かつ容易に算出することができる。
【0025】
また、本発明においては、せん断加工した金属板のせん断端部側面における残留応力分布を求めることにより、疲労寿命や遅れ破壊特性に影響を及ぼす引張残留応力の発生を抑制するための対策を適切に施した金属板のせん断加工材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法における処理の流れを示すフロー図である（（ａ）全体、（ｂ）残留応力分布算出プロセス）。
【図2】本発明で対象とするせん断加工材を説明する図である。
【図3】せん断加工材のせん断端面における残留応力とせん断端部側面における最大残留応力との相関を示すグラフである（（ａ）せん断端面及びせん断端部側面の位置、（ｂ）残留応力の相関を示すグラフ）。
【図4】金属板のせん断加工前後における材料座標系及びグローバル座標系の向きの変化を説明する図である（（ａ）せん断加工前、（ｂ）せん断加工後）。
【図5】本発明の実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験システムの構成を説明する図である。
【図6】本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法において、試験片のせん断端部側面に設定した３つ測定点について測定したせん断加工による変形前後の三次元座標から、各測定点の表面変形履歴と、当該３つの測定点からなる領域に生じるひずみとスピンを説明する図である（（ａ）せん断加工による変形前、（ｂ）せん断加工による変形後）。
【図7】本発明の実施の形態２に係る金属板のせん断加工材の製造方法における処理の流れを示すフロー図である。
【図8】実施例１において、試験片のせん断加工によるせん断端部の変形過程におけるせん断端部側面の残留応力を求めるせん断加工試験装置と、試験片の形状を説明する図である（（ａ）せん断加工試験装置の側面図、（ｂ）せん断加工試験装置の正面図、（ｃ）試験片）。
【図9】実施例１において、せん断加工した試験片のせん断端部の残留応力分布を示すコンター図である。
【図10】実施例１において、試験片のせん断端部におけるせん断端面からの距離と、板厚中央部における板厚方向残留応力と、の関係を示すグラフである。
【図11】実施例２において、仮のせん断条件と、せん断端部側面における残留応力が所定の範囲となるように決定したせん断条件と、により形成した試験片のせん断端部側面における残留応力分布を示すコンター図である（（ａ）仮のせん断条件、（ｂ）残留応力が所定の範囲となるように決定したせん断条件）。
【発明を実施するための形態】
【0027】
本発明の実施の形態を説明するに先立ち、本発明に至った経緯について説明する。
＜本発明に至った経緯＞
図２に示すように、せん断刃１１０を用いて金属板１００をせん断加工すると、製品に用いられるせん断加工材１０１と、廃棄されるスクラップ材１１１と、に切断され、せん断加工材１０１には、せん断加工により塑性変形が生じたせん断端部１０３が形成される。そして、せん断端部１０３は、せん断加工により新たに生成される表面であるせん断端面１０５と、金属板１００の板側面１０９の一部であってせん断端部１０３の形成により変形を受けるせん断端部側面１０７と、を有する。なお、せん断端部１０３は、せん断端面１０５より1mm未満の範囲である。
＜本発明に至った経緯＞
図２に示すように、せん断刃１１０を用いて金属板１００をせん断加工すると、製品に用いられるせん断加工材１０１と、廃棄されるスクラップ材１１１と、に切断され、せん断加工材１０１には、せん断加工により塑性変形が生じたせん断端部１０３が形成される。そして、せん断端部１０３は、せん断加工により新たに生成される表面であるせん断端面１０５と、金属板１００の板側面１０９の一部であってせん断端部１０３の形成により変形を受けるせん断端部側面１０７と、を有する。なお、せん断端部１０３は、せん断端面１０５より1mm未満の範囲である。
【0028】
せん断加工材１０１を用いた部品（例えば、プレス成形品）の使用状態における疲労破壊や遅れ破壊のき裂は、せん断端面１０５から発生し、残留応力の高い部位が起点となることが知られている。
【0029】
そのため、せん断加工材１０１の疲労破壊や遅れ破壊の発生を抑制するためには、せん断加工材１０１のせん断端面１０５における残留応力を把握し、当該残留応力が低くなるようにせん断加工材１０１を製造することが重要になる。
しかしながら、前述したように、せん断端面１０５の残留応力を求めることは困難であった。そこで、発明者は、疲労破壊や遅れ破壊のき裂の起点となるせん断端面１０５の残留応力を把握する方法を鋭意検討した。
しかしながら、前述したように、せん断端面１０５の残留応力を求めることは困難であった。そこで、発明者は、疲労破壊や遅れ破壊のき裂の起点となるせん断端面１０５の残留応力を把握する方法を鋭意検討した。
【0030】
当該検討において、せん断加工により生成されるせん断端面１０５における残留応力は、せん断端部の形成により変形を受けるせん断端部側面における残留応力と、関係するのではないかと考えた。そこで、図３（ａ）に示すように、金属板１００をせん断加工したせん断加工材１０１のせん断端面１０５の板厚方向中央における残留応力をＸ線回折法（ＸＲＤ）により測定し、せん断端部側面１０７における残留応力との関係を調査した。
【0031】
その結果、図３（ｂ）に示すように、せん断端面１０５の板厚方向中央における残留応力は、せん断端部側面１０７における最大の引張残留応力（以下、「最大残留応力」という）。と相関することを見い出した。
【0032】
このことから、発明者は、せん断端部側面１０７における残留応力分布から最大残留応力を求めることができれば、せん断端面１０５において疲労破壊や遅れ破壊のき裂の起点となる部位の有無を判断できるのではないかと考えた。
【0033】
次に、発明者は、せん断端部側面１０７の残留応力分布を求める方法について検討した。
前述した特許文献３に開示された方法によれば、塑性変形を受ける金属板の変形部位の板側面におけるひずみ履歴を取得し、板側面の変形開始から終了までの応力を逐次更新することにより、変形部位の残留応力分布を求めることができる。しかしながら、当該方法は、塑性変形を受けた金属板の変形部位に生じる残留応力を、ひずみを測定する各測定点の位置で定義された座標系に基づいて算出するため、変形過程の途中で金属板自体の回転変形により座標系の向きが変化すると残留応力の発生方向が不明瞭になるという課題があった。
前述した特許文献３に開示された方法によれば、塑性変形を受ける金属板の変形部位の板側面におけるひずみ履歴を取得し、板側面の変形開始から終了までの応力を逐次更新することにより、変形部位の残留応力分布を求めることができる。しかしながら、当該方法は、塑性変形を受けた金属板の変形部位に生じる残留応力を、ひずみを測定する各測定点の位置で定義された座標系に基づいて算出するため、変形過程の途中で金属板自体の回転変形により座標系の向きが変化すると残留応力の発生方向が不明瞭になるという課題があった。
【0034】
塑性変形を受けた金属板の材料座標系の向きが変化する一例として、図４に示すような、せん断加工する金属板１００について考える。図４において、（ａ）はせん断加工前の金属板１００、（ｂ）はせん断加工後の金属板１００（せん断加工材１０１及びスクラップ材１１１）を示している。ここで、金属板１００の各位置で定義される座標系を材料座標系と称す。これに対し、せん断加工により変形する金属板１００を外部から見た時の座標系をグローバル座標系と称す。
【0035】
せん断加工前の金属板１００においては、図４（ａ）に示すように、材料座標系の向きは金属板１００における位置によらず一定であり、グローバル座標系の向きと一致している。
これに対し、せん断加工により変形した後のせん断加工材１０１においては、図４（ｂ）に示すように、せん断加工材１０１における位置の違いによって材料座標系の向きは異なり、グローバル座標系の向きと乖離している。
これに対し、せん断加工により変形した後のせん断加工材１０１においては、図４（ｂ）に示すように、せん断加工材１０１における位置の違いによって材料座標系の向きは異なり、グローバル座標系の向きと乖離している。
【0036】
すなわち、材料座標系は、せん断加工材１０１に生じた変形に応じて向きが変化し、さらには、せん断加工材１０１における位置により向きが異なる。
これに対し、グローバル座標系は、材料座標系とは異なり、せん断加工によるせん断加工材１０１の変形によって向きは変化せず、せん断加工材１０１の位置によらず同一である。
これに対し、グローバル座標系は、材料座標系とは異なり、せん断加工によるせん断加工材１０１の変形によって向きは変化せず、せん断加工材１０１の位置によらず同一である。
【0037】
また、せん断加工により変形したせん断加工材における残留応力の分布を算出するためには、せん断加工材１０１における複数の位置について残留応力を算出する必要がある。しかしながら、特許文献３に開示された方法で算出される残留応力は、応力を算出する位置の材料座標系に従うものである。そのため、複数の位置における残留応力を算出する場合、位置によって残留応力の方向が異なるためにばらつきが生じて不揃いとなってしまう可能性があった。
【0038】
残留応力の方向を揃えるためには、残留応力を算出した測定点の位置毎に材料座標系の向きに基づいて残留応力の方向を一致させればよいと考えられる。しかしながら、特許文献３に開示された方法では、ひずみ履歴のみを用いて変形過程における応力を逐次計算している。そのため、変形過程においてせん断加工材１０１がどのような向きに変化しているかが分からず、応力を計算する測定点の位置毎の材料座標系の向きに関する情報を得ることはできなかった。
【0039】
そこで、発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討した。その結果、金属板のせん断加工による変形過程におけるひずみの履歴だけでなく、ひずみの履歴を取得する各測定点において材料座標系の回転（以降、「スピン」と呼ぶ）の履歴についても取得することを想起した。
そして、各測定点におけるスピンの履歴を、金属板の変形過程において逐次更新される材料座標系のグローバル座標系に対する向きに関する情報、として取得する。さらに、金属板の各測定点において材料座標系に従って算出した残留応力をスピンの履歴に基づいてグローバル座標系における所定の方向の応力に変換することで、複数の測定点における残留応力の向きを揃えてその分布が得られることを見い出した。
そして、各測定点におけるスピンの履歴を、金属板の変形過程において逐次更新される材料座標系のグローバル座標系に対する向きに関する情報、として取得する。さらに、金属板の各測定点において材料座標系に従って算出した残留応力をスピンの履歴に基づいてグローバル座標系における所定の方向の応力に変換することで、複数の測定点における残留応力の向きを揃えてその分布が得られることを見い出した。
【0040】
本発明は、上記検討の結果に基づいてなされたものであり、以下、具体的に説明する。
【0041】
［実施の形態１］
＜金属板のせん断加工試験方法＞
本発明の実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法は、せん断加工した金属板のせん断端部における残留応力を算出するものであり、図１（ａ）に示すように、せん断加工再現試験プロセスＰ１と、残留応力分布算出プロセスＰ３と、を含む。そして、残留応力分布算出プロセスＰ３は、図１（ｂ）に示すように、変形履歴取得工程Ｓ１０と、逐次応力更新工程Ｓ２０と、残留応力分布算出工程Ｓ３０と、を含むものである。
以下、図２に示すように、せん断加工した試験片１２１における変形部位であるせん断端部１２３のせん断端部側面１２７の残留応力分布を算出する場合について、上記の各プロセス及び各工程について説明する。
＜金属板のせん断加工試験方法＞
本発明の実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法は、せん断加工した金属板のせん断端部における残留応力を算出するものであり、図１（ａ）に示すように、せん断加工再現試験プロセスＰ１と、残留応力分布算出プロセスＰ３と、を含む。そして、残留応力分布算出プロセスＰ３は、図１（ｂ）に示すように、変形履歴取得工程Ｓ１０と、逐次応力更新工程Ｓ２０と、残留応力分布算出工程Ｓ３０と、を含むものである。
以下、図２に示すように、せん断加工した試験片１２１における変形部位であるせん断端部１２３のせん断端部側面１２７の残留応力分布を算出する場合について、上記の各プロセス及び各工程について説明する。
【0042】
［せん断加工再現試験プロセス］
せん断加工再現試験プロセスＰ１は、金属板１００をせん断加工したせん断加工材１０１のせん断端部１０３の形成過程を、金属板を供試材とした試験片１２１のせん断加工により再現するプロセスである（図２参照）。
せん断加工再現試験プロセスＰ１は、金属板１００をせん断加工したせん断加工材１０１のせん断端部１０３の形成過程を、金属板を供試材とした試験片１２１のせん断加工により再現するプロセスである（図２参照）。
【0043】
せん断加工再現試験プロセスＰ１は、例えば図５に示すように、パンチ１３と、ダイ１５と、ホルダ１７とを有するせん断金型１１を用い、試験片１２１のせん断加工をすることができる。せん断金型１１を用いたせん断加工は、ダイ１５とホルダ１７の間に試験片１２１を配置し、せん断加工中に試験片１２１がダイ１５から浮き上がることを防止するためダイ１５とホルダ１７とをボルトで固定した状態で、パンチ１３とダイ１５を相対的に移動させる。
なお、試験片１２１がダイ１５から浮き上がることを防止する方法は、ボルトによる固定に限らず、例えば、油圧等の動力源を用いてホルダ１７に一定荷重を付与しても良い。
なお、試験片１２１がダイ１５から浮き上がることを防止する方法は、ボルトによる固定に限らず、例えば、油圧等の動力源を用いてホルダ１７に一定荷重を付与しても良い。
【0044】
［残留応力分布算出プロセス］
残留応力分布算出プロセスＰ３は、せん断加工再現試験プロセスＰ１において試験片１２１に形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７（図２参照）における残留応力分布を算出するプロセスである。
残留応力分布算出プロセスＰ３は、せん断加工再現試験プロセスＰ１において試験片１２１に形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７（図２参照）における残留応力分布を算出するプロセスである。
【0045】
残留応力分布算出プロセスＰ３は、図１（ｂ）に示すように、変形履歴取得工程Ｓ１０、逐次応力更新工程Ｓ２０、及び残留応力分布算出工程Ｓ３０を含む。
【0046】
≪変形履歴取得工程≫
変形履歴取得工程Ｓ１０は、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７の変形履歴を取得する工程であり、図１（ｂ）に示すように、表面変形履歴取得ステップＳ１１と、ひずみ履歴取得ステップＳ１３と、スピン履歴取得ステップＳ１５と、を有する。
変形履歴取得工程Ｓ１０は、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７の変形履歴を取得する工程であり、図１（ｂ）に示すように、表面変形履歴取得ステップＳ１１と、ひずみ履歴取得ステップＳ１３と、スピン履歴取得ステップＳ１５と、を有する。
【0047】
（表面変形履歴取得ステップ）
表面変形履歴取得ステップＳ１１は、試験片１２１におけるせん断端部側面１２７に複数の測定点を設定し、せん断加工再現試験プロセスＰ１において試験片１２１をせん断加工する過程における各測定点の三次元座標を測定することにより、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までのせん断端部側面１２７の表面変形履歴を取得するステップである。
本実施の形態１では、図５に示すように、試験片１２１のせん断端部側面１２７を撮影可能な位置に２台のカメラ２９を設置する。そして、各測定点の三次元座標をデジタル画像相関法（Digital Image Correlation、以下、「DIC」という）により測定する。
表面変形履歴取得ステップＳ１１は、試験片１２１におけるせん断端部側面１２７に複数の測定点を設定し、せん断加工再現試験プロセスＰ１において試験片１２１をせん断加工する過程における各測定点の三次元座標を測定することにより、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までのせん断端部側面１２７の表面変形履歴を取得するステップである。
本実施の形態１では、図５に示すように、試験片１２１のせん断端部側面１２７を撮影可能な位置に２台のカメラ２９を設置する。そして、各測定点の三次元座標をデジタル画像相関法（Digital Image Correlation、以下、「DIC」という）により測定する。
【0048】
DICにおいては、２台のカメラ２９を用いて試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７を所定の時間間隔で撮像し、各時間ステップにおいて撮像した画像（以下、「DIC画像」という）を画像解析する。これにより、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までの各時間ステップにおける各測定点の三次元座標を測定することができる。
なお、２台のカメラ２９による撮影範囲は、図２に示すように、試験片１２１のせん断端部側面１２７を含む板側面１２９ａが、変形開始から変形終了まで常に撮影範囲外へ外れない範囲に決定すればよい。また、試験片１２１のせん断端部側面１２７を含む板側面１２９ａが撮影できればよく、板側面１２９の全体を撮影する必要はない。
なお、２台のカメラ２９による撮影範囲は、図２に示すように、試験片１２１のせん断端部側面１２７を含む板側面１２９ａが、変形開始から変形終了まで常に撮影範囲外へ外れない範囲に決定すればよい。また、試験片１２１のせん断端部側面１２７を含む板側面１２９ａが撮影できればよく、板側面１２９の全体を撮影する必要はない。
【0049】
（ひずみ履歴取得ステップ）
ひずみ履歴取得ステップＳ１３は、表面変形履歴取得ステップＳ１１において取得したせん断端部側面１２７の表面変形履歴から、試験片１２１のせん断加工におけるせん断端部側面１２７のひずみ履歴を取得するステップである。
ひずみ履歴取得ステップＳ１３は、表面変形履歴取得ステップＳ１１において取得したせん断端部側面１２７の表面変形履歴から、試験片１２１のせん断加工におけるせん断端部側面１２７のひずみ履歴を取得するステップである。
【0050】
（スピン履歴取得ステップ）
スピン履歴取得ステップＳ１５は、表面変形履歴取得ステップＳ１１において取得したせん断端部側面１２７の表面変形履歴から、せん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７のスピン履歴を取得するステップである。
スピン履歴取得ステップＳ１５は、表面変形履歴取得ステップＳ１１において取得したせん断端部側面１２７の表面変形履歴から、せん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７のスピン履歴を取得するステップである。
【0051】
変形履歴取得工程Ｓ１０における具体的な処理について、図６に示すように、せん断端部側面１２７に３つの測定点を設定した場合を例として説明する。
【0052】
まず、図６に示すように、せん断端部側面１２７に複数の測定点を設定し、試験片のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程において所定の時間間隔で各測定点の三次元座標を測定する。
【0053】
図６において、変形過程のある時間ステップにおける各測定点の座標を変形前の座標Xiとし、当該時間ステップから所定の時間間隔が経過した後の時間ステップにおける各測定点の座標を変形後の座標xiとする（i=0,1,2）。
【0054】
そして、変形前の時間ステップにおいて３つの測定点からなる領域a1が、変形後の時間ステップにおいて領域a2へと変形した場合、３つの測定点からなる領域の変形により生じるひずみとスピンは次のように算出することができる。
【0055】
変形前の領域a1と変形後の領域a2のそれぞれについて座標X0及びx0の測定点を基準とする。そして、座標Xi、xi（i=1、2）の測定点の基準点（X0又はx0）からの相対的な位置を、それぞれ、dXi=Xi-X0（i=1、2）、dxi=xi-x0（i=1、2）と表す。この時、dxi=FdXiを満たすFを変形勾配テンソルと呼ぶ。
【0056】
一般に、複数の測定点からなる領域の変形は前述の３つの測定点の変位から求める必要はなく、以下の式（１）で表すことができる。
【数1】
【0057】
式（１）を変形勾配テンソルFについて解くと、式（２）となる。
【数2】
【0058】
さらに、変形勾配テンソルFを用いて、右コーシー・グリーン変形テンソルC及び右ストレッチテンソルUは、それぞれ、式（３）及び（４）で表される。
【数3】
【0059】
これらを用いて、対数ひずみテンソル（ヘンキーひずみテンソルE）及びスピンテンソルRは、それぞれ、式（５）及び式（６）で定義される。
【数4】
【0060】
式（５）において、ヘンキーひずみテンソルEは、変形開始から変形終了までの各時間ステップにおけるひずみである。
また、式（６）において、スピンテンソルRは、変形開始から変形終了までの各時間ステップにおけるスピンである。
また、式（６）において、スピンテンソルRは、変形開始から変形終了までの各時間ステップにおけるスピンである。
【0061】
前述したように、DICによる変形履歴の取得においては、まず、変形過程における試験片１２１のせん断端部側面１２７を所定の時間間隔で撮像する。
次に、各時間ステップにおいて撮像したDIC画像を画像解析し、せん断端部側面１２７に設定した各測定点の三次元座標（Xi、xi）を測定する。
続いて、測定した各測定点の三次元座標から、せん断端部側面１２７の所定位置におけるヘンキーひずみテンソルEとスピンテンソルRを算出する（式（１）～式（６））。
次に、各時間ステップにおいて撮像したDIC画像を画像解析し、せん断端部側面１２７に設定した各測定点の三次元座標（Xi、xi）を測定する。
続いて、測定した各測定点の三次元座標から、せん断端部側面１２７の所定位置におけるヘンキーひずみテンソルEとスピンテンソルRを算出する（式（１）～式（６））。
【0062】
そして、変形開始から変形終了までの各時間ステップにおいて算出したヘンキーひずみテンソルEをひずみ履歴として取得する（Ｓ１３）。
同様に、変形開始から変形終了までの各時間ステップにおいて算出したスピンテンソルRをスピン履歴として取得する（Ｓ１５）。
同様に、変形開始から変形終了までの各時間ステップにおいて算出したスピンテンソルRをスピン履歴として取得する（Ｓ１５）。
【0063】
≪逐次応力更新工程≫
逐次応力更新工程Ｓ２０は、試験片１２１のせん断端部側面１２７に設定した各測定点の材料座標系における応力（以下、「ローカル応力」ともいう）をせん断端部１２３の変形過程の変形開始から変形終了まで逐次更新する工程である。
そして、逐次応力更新工程Ｓ２０は、図１（ｂ）に示すように、取得ひずみ増分算出ステップＳ２１と、仮定ひずみ増分算出ステップＳ２３と、取得スピン増分算出ステップＳ２５と、応力増分算出ステップＳ２７と、逐次応力更新ステップＳ２９と、を有する。
逐次応力更新工程Ｓ２０は、試験片１２１のせん断端部側面１２７に設定した各測定点の材料座標系における応力（以下、「ローカル応力」ともいう）をせん断端部１２３の変形過程の変形開始から変形終了まで逐次更新する工程である。
そして、逐次応力更新工程Ｓ２０は、図１（ｂ）に示すように、取得ひずみ増分算出ステップＳ２１と、仮定ひずみ増分算出ステップＳ２３と、取得スピン増分算出ステップＳ２５と、応力増分算出ステップＳ２７と、逐次応力更新ステップＳ２９と、を有する。
【0064】
（取得ひずみ増分算出ステップ）
まず、取得ひずみ増分算出ステップＳ２１においては、ひずみ履歴取得ステップＳ１３において取得したせん断端部側面１２７のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出する。
取得ひずみ増分とは、ひずみ履歴取得ステップＳ１３においてひずみ履歴を取得したひずみの時間ステップごとのひずみの増分である。
表面変形履歴取得ステップＳ１１においてせん断端部側面１２７に設定した各測定点の変形過程における三次元座標を表面変形履歴として取得した場合、ひずみ履歴取得ステップＳ１３において取得するひずみ履歴は面内２方向のひずみと面内のせん断ひずみである。そのため、取得ひずみ増分算出ステップＳ２１において算出される取得ひずみ増分は、面内２方向のひずみ及び面内のせん断ひずみのそれぞれのひずみ増分である。
まず、取得ひずみ増分算出ステップＳ２１においては、ひずみ履歴取得ステップＳ１３において取得したせん断端部側面１２７のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出する。
取得ひずみ増分とは、ひずみ履歴取得ステップＳ１３においてひずみ履歴を取得したひずみの時間ステップごとのひずみの増分である。
表面変形履歴取得ステップＳ１１においてせん断端部側面１２７に設定した各測定点の変形過程における三次元座標を表面変形履歴として取得した場合、ひずみ履歴取得ステップＳ１３において取得するひずみ履歴は面内２方向のひずみと面内のせん断ひずみである。そのため、取得ひずみ増分算出ステップＳ２１において算出される取得ひずみ増分は、面内２方向のひずみ及び面内のせん断ひずみのそれぞれのひずみ増分である。
【0065】
そして、取得ひずみ増分は、ひずみ履歴を取得した時間ステップごとに算出する。各時間ステップにおける取得ひずみ増分は、例えば、当該時間ステップにおけるひずみとその前後の時間ステップにおけるひずみから算出することができる。
【0066】
（仮定ひずみ増分算出ステップ）
次に、仮定ひずみ増分算出ステップＳ２３においては、仮定ひずみ増分を算出する。
仮定ひずみ増分とは、ひずみ履歴取得ステップＳ１３においてひずみ履歴を取得したひずみ以外の時間ステップごとのひずみの増分である。そして、ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみは、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程からせん断端部側面１２７の変形状態を仮定し、仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて求めることができる。
次に、仮定ひずみ増分算出ステップＳ２３においては、仮定ひずみ増分を算出する。
仮定ひずみ増分とは、ひずみ履歴取得ステップＳ１３においてひずみ履歴を取得したひずみ以外の時間ステップごとのひずみの増分である。そして、ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみは、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程からせん断端部側面１２７の変形状態を仮定し、仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて求めることができる。
【0067】
前述したように、ひずみ履歴取得ステップＳ１３においては、せん断端部側面１２７の面内２方向（x方向及びy方向）それぞれのひずみεx及びεyと、面内（xy平面）のせん断ひずみεxyと、の３成分のひずみが算出される。
【0068】
しかしながら、試験片１２１のせん断端部側面１２７には、面内方向のひずみ成分だけではなく、面外方向（z方向）のひずみ成分を含めた６成分のひずみ（εx、εy、εz、εxy、εyz、εzx）が生じている。
【0069】
一般的に、せん断加工による変形過程における試験片１２１の表面は自由表面となっているので、試験片１２１の表面の垂直方向には応力が生じない。すなわち、試験片１２１のせん断端部側面１２７の変形状態は、平面応力状態であると仮定することができる。
【0070】
そして、仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて、DICにより取得した表面変形履歴により取得されるひずみ（εx、εy及びεxy）と、未知の面外方向を含むひずみ（εz、εyz、εzx）と、により面外方向の応力増分を与える式が得られる。
【0071】
ここで、せん断端部側面１２７の変形状態を平面応力状態であると仮定すると、面外方向の応力増分は0となるので、塑性力学理論に基づくひずみと応力増分の式を用いて、面外方向のひずみ（εz）を一義に算出することができる。
【0072】
すなわち、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程からせん断端部側面１２７の変形状態を仮定する。そして、仮定した変形状態における塑性力学理論に基づいて、ひずみ履歴取得ステップＳ１３においてひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみを求めることができる。
【0073】
このように、仮定ひずみ増分算出ステップＳ２３では、せん断端部１２３の変形過程の各時間ステップにおいてひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみをせん断端部側面１２７の変形状態を仮定して算出する。そして、前述した取得ひずみ増分と同様、せん断端部１２３の変形過程の各時間ステップにおいてせん断端部側面１２７の変形状態を仮定して算出したひずみ（仮定ひずみ）から仮定ひずみ増分を算出する。各時間ステップにおける仮定ひずみ増分は、前述した取得ひずみ増分と同様、当該時間ステップとその前後の時間ステップにおいて求めたひずみから算出することができる。
【0074】
（取得スピン増分算出ステップ）
続いて、取得スピン増分算出ステップＳ２５においては、スピン履歴取得ステップＳ１５で取得したスピン履歴から取得スピン増分を算出する。ここで、取得スピン増分とは、所定の時間間隔で取得したせん断端部側面１２７の時間ステップごとのスピンの増分である。
各時間ステップにおける取得スピン増分は、例えば、当該時間ステップにおけるスピンとその前後の時間ステップにおけるスピンから算出することができる。
続いて、取得スピン増分算出ステップＳ２５においては、スピン履歴取得ステップＳ１５で取得したスピン履歴から取得スピン増分を算出する。ここで、取得スピン増分とは、所定の時間間隔で取得したせん断端部側面１２７の時間ステップごとのスピンの増分である。
各時間ステップにおける取得スピン増分は、例えば、当該時間ステップにおけるスピンとその前後の時間ステップにおけるスピンから算出することができる。
【0075】
（応力増分算出ステップ）
続いて、応力増分算出ステップＳ２７においては、取得ひずみ増分及び仮定ひずみ増分と取得スピン増分とを用いて、変形過程におけるせん断端部側面１２７の応力増分を算出する。
続いて、応力増分算出ステップＳ２７においては、取得ひずみ増分及び仮定ひずみ増分と取得スピン増分とを用いて、変形過程におけるせん断端部側面１２７の応力増分を算出する。
【0076】
応力増分の算出には弾塑性力学に基づく材料構成則を用いることができる。このとき、材料座標系における応力増分は、ひずみ増分（取得ひずみ増分及び仮定ひずみ増分）とスピン増分とにより式（７）に示す関係で表される。
【数5】
【0077】
式（７）において、ひずみ増分テンソルDは単位時間ステップでのひずみテンソルEの増加量であり、スピン増分テンソルWは単位時間ステップでのスピンテンソルRの増加量である。
【0078】
さらに、式（７）における弾塑性係数テンソルCepは、式（８）で与えることができる。
【数6】
【0079】
本実施の形態１では、材料構成則の一例として、バウシンガー効果を高精度に再現可能である非特許文献１に開示されているY-Uモデルに基づいて、ひずみ増分（取得ひずみ増分、仮定ひずみ増分）から応力増分を算出する。
【0080】
Y-Uモデルは、限界曲面内を降伏曲面が移動する二曲面モデルに分類することができ、限界曲面（中心β、半径R）及び降伏曲面（中心α、半径Y）の発展がひずみ増分により以下の式（９）で定義されている。
【0081】
【数7】
【0082】
このとき、式（８）は式（１０）で表される。
【数8】
【0083】
このように、ひずみ増分とスピン増分が明らかとなれば材料構成則に従って応力増分が得られる。
【0084】
なお、材料構成則は、前述のY-Uモデルに限るものではなく、任意の材料構成則に従って弾塑性係数テンソルを計算してもよい。
例えば、Y-Uモデルではなく等方硬化を仮定した材料構成則を用いた場合、弾塑性係数テンソルCepは、式（１１）で表される。
例えば、Y-Uモデルではなく等方硬化を仮定した材料構成則を用いた場合、弾塑性係数テンソルCepは、式（１１）で表される。
【数9】
【0085】
また、弾塑性係数テンソルCepを与えるのに用いる降伏関数fには、等方性であるvon Misesの降伏関数のみではなく、材料（金属板）の異方性を高精度に表現可能なHill’48やYld2000-2d等、任意の降伏関数を用いることが可能である。
【0086】
（逐次応力更新ステップ）
続いて、逐次応力更新ステップＳ２９においては、各測定点について算出した応力増分を用いて、各測定点の材料座標系における応力をせん断端部の変形開始から変形終了まで逐次更新する。
続いて、逐次応力更新ステップＳ２９においては、各測定点について算出した応力増分を用いて、各測定点の材料座標系における応力をせん断端部の変形開始から変形終了まで逐次更新する。
【0087】
逐次応力更新ステップＳ２９では、まず、変形過程のある時間ステップにおいて、各測定点について算出した応力増分を用いてローカル応力を更新する（Ｓ２９ａ）。
そして、全ての測定点の応力更新が終了しているか否かを判定する（Ｓ２９ｂ）。
そして、全ての測定点の応力更新が終了しているか否かを判定する（Ｓ２９ｂ）。
【0088】
全ての測定点の応力更新が終了していないと判定された場合（Ｓ２９ｂ）、図１（ｂ）に示すように、応力更新が終了していない測定点について前述したＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２５、Ｓ２７及びＳ２９の各処理を実行し、ローカル応力を更新する（Ｓ２９ａ）。
【0089】
全ての測定点について応力更新が終了していると判定された場合（Ｓ２９ｂ）、せん断端部の変形終了であるか否か、すなわち、せん断端部の変形終了まで次の時間ステップがあるか否かを判定する（Ｓ２９ｃ）。
【0090】
変形終了ではないと判定された場合、変形過程の次の時間ステップに進む。そして、全ての測定点について、取得ひずみ増分の算出（Ｓ２１）、仮定ひずみ増分の算出（Ｓ２３）と、取得スピン増分の算出（Ｓ２５）と、応力増分の算出（Ｓ２７）、ローカル応力の逐次更新（Ｓ２９ａ）、応力更新の判定（Ｓ２９ｂ）と、を実行する。
このように、逐次応力更新ステップＳ２９においては、Ｓ２９ａ～Ｓ２９ｃの処理を行うことで、変形開始から変形終了までの全ての測定点のローカル応力を逐次更新する。
このように、逐次応力更新ステップＳ２９においては、Ｓ２９ａ～Ｓ２９ｃの処理を行うことで、変形開始から変形終了までの全ての測定点のローカル応力を逐次更新する。
【0091】
≪残留応力分布算出工程≫
残留応力分布算出工程Ｓ３０は、せん断端部１２３の変形終了時における各測定点のローカル応力をグローバル座標系におけるグローバル応力値に変換し、せん断端部側面１２７の残留応力分布を算出する工程である。本実施の形態１において、残留応力分布算出工程Ｓ３０は、応力座標系変換ステップＳ３１と、残留応力分布表示ステップＳ３３と、を有する。
残留応力分布算出工程Ｓ３０は、せん断端部１２３の変形終了時における各測定点のローカル応力をグローバル座標系におけるグローバル応力値に変換し、せん断端部側面１２７の残留応力分布を算出する工程である。本実施の形態１において、残留応力分布算出工程Ｓ３０は、応力座標系変換ステップＳ３１と、残留応力分布表示ステップＳ３３と、を有する。
【0092】
（応力座標系変換ステップ）
まず、応力座標系変換ステップＳ３１においては、逐次応力更新工程Ｓ２０においてせん断端部１２３の変形開始から変形終了まで逐次更新した各測定点のローカル応力のうち、変形終了時のローカル応力を、グローバル座標系における所定方向の応力の値（グローバル応力値）に変換する。そして、応力座標系変換ステップＳ３１においては、変換した各測定点のグローバル応力値をせん断端部側面１２７の残留応力分布として求める。
まず、応力座標系変換ステップＳ３１においては、逐次応力更新工程Ｓ２０においてせん断端部１２３の変形開始から変形終了まで逐次更新した各測定点のローカル応力のうち、変形終了時のローカル応力を、グローバル座標系における所定方向の応力の値（グローバル応力値）に変換する。そして、応力座標系変換ステップＳ３１においては、変換した各測定点のグローバル応力値をせん断端部側面１２７の残留応力分布として求める。
【0093】
各測定点について求めたローカル応力をσとし、グローバル座標系における所定の方向のベクトルをnとすると、グローバル座標系でのグローバル応力値σgは、式（１２）により算出することができる。
【数10】
【0094】
グローバル座標系における所定方向は、グローバル座標系で表される方向であれば特に限定されるものではなく、応力の方向を揃えて算出する方向を適宜設定すればよい。
【0095】
（残留応力分布表示ステップ）
続いて、残留応力分布表示ステップＳ３３においては、応力座標系変換ステップＳ３１で求めたせん断端部側面１２７の残留応力分布を表示する。
続いて、残留応力分布表示ステップＳ３３においては、応力座標系変換ステップＳ３１で求めたせん断端部側面１２７の残留応力分布を表示する。
【0096】
残留応力分布を表示させるためには、例えば、グローバル応力値を求めた各測定点の座標をせん断端部側面１２７のDIC画像上での座標に変換するとよい。
【0097】
せん断端部側面１２７のDIC画像上での座標に変換にするためには、式（１３）により、グローバル座標系における各測定点の座標（X,Y,Z）をDIC画像上の二次元平面における座標（u,v）に変換することができる。
【数11】
【0098】
なお、本実施の形態１において、残留応力分布算出工程Ｓ３０は、逐次応力更新工程Ｓ２０の終了後に行うものであった。もっとも、せん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７のひずみ分布を表示させるには、逐次応力更新ステップＳ２９において、時間ステップ毎に全ての測定点の応力更新の終了後（Ｓ２９ｂ）に、残留応力分布算出工程Ｓ３０を時間ステップ毎に実施してもよい。
【0099】
以上、本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法においては、金属板１００をせん断加工したせん断加工材１０１のせん断端部１０３の形成過程を、金属板１００を供試材とした試験片１２１のせん断加工により再現する。そして、試験片１２１のせん断加工により形成されるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７の表面変形履歴を取得する。さらに、せん断端部側面１２７の表面変形履歴に基づいて、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までのせん断端部側面１２７の応力を逐次更新して求める。これにより、試験片１２１のせん断加工によりせん断端部側面１２７における測定点の位置毎に材料座標系の向きが変化する場合であっても、応力の方向を揃えてせん断端部側面１２７における残留応力分布を高精度に求めることができる。
【0100】
また、前述した図３（ｂ）に示したように、せん断端部側面１２７における最大残留応力は、せん断端面１２５の残留応力と相関する。このことから、本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法によれば、試験片１２１のせん断端部側面１２７について求めた残留応力分布から最大残留応力を評価することで、せん断加工により生成されたせん断端面１２５において遅れ破壊又は疲労破壊のき裂の起点となり得る部位の有無を判断することも可能である。なお、当該判断は、例えば、せん断端部側面１２７における最大残留応力が所定の値を超えているか否かにより行うことができる。
【0101】
さらに、本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法においては、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形中においても、せん断端部側面１２７の応力分布の履歴を高精度に算出することが可能である。さらに、有限要素解析では予測困難な金属板の破壊を伴うせん断変形等についても、金属板のせん断端部側面に生じた残留応力分布を正確かつ容易に算出することができる。
【0102】
なお、本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法において、仮定ひずみ増分算出ステップＳ２３は、試験片１２１におけるせん断端部１２３の変形過程からせん断端部側面１２７の変形状態を仮定し、仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて仮定ひずみ増分を算出するものであった。
もっとも、本発明において、仮定ひずみ増分算出ステップは、試験片１２１のせん断加工によりせん断端部１２３が塑性変形する過程の有限要素解析を行い、その結果からせん断端部側面１２７の変形状態（例えば、ひずみ比）を仮定し、せん断端部側面１２７における仮定ひずみ増分を算出するものであってもよい。
もっとも、本発明において、仮定ひずみ増分算出ステップは、試験片１２１のせん断加工によりせん断端部１２３が塑性変形する過程の有限要素解析を行い、その結果からせん断端部側面１２７の変形状態（例えば、ひずみ比）を仮定し、せん断端部側面１２７における仮定ひずみ増分を算出するものであってもよい。
【0103】
せん断端部１２３の変形過程の有限要素解析によりせん断端部側面１２７の変形状態を仮定して仮定ひずみ増分を算出する場合、試験片１２１全体を解析対象とする必要はなく、せん断端部１２３とその近傍のみをモデル化して有限要素解析を実施すればよい。これにより、試験片１２１全体を解析対象とした有限要素解析に比べると、より短時間でせん断端部側面１２７の変形状態を仮定することが可能となる。
【0104】
特に、板厚方向の応力が高精度に計算できるソリッド要素を用いた有限要素解析は、計算時間が大幅に増大するため、一般的な金属板のせん断加工を対象に用いられることは少ない。しかしながら、せん断加工により塑性変形するせん断端部を含む金属板の一部を解析対象とするものであれば、ソリッド要素を用いて有限要素解析を行ったとしても、短時間かつ高精度にせん断端部側面の変形状態を予測することができる。
したがって、本発明においては、ソリッド要素による有限要素解析による予測された変形状態を仮定し、せん断端部の変形過程におけるせん断端部側面１２７のひずみ履歴とスピン履歴の取得を組み合わせることにより、せん断端部側面における残留応力分布をさらに高精度に算出することが可能となる。
したがって、本発明においては、ソリッド要素による有限要素解析による予測された変形状態を仮定し、せん断端部の変形過程におけるせん断端部側面１２７のひずみ履歴とスピン履歴の取得を組み合わせることにより、せん断端部側面における残留応力分布をさらに高精度に算出することが可能となる。
【0105】
［実施の形態２］
＜金属板のせん断加工試験システム＞
本発明の実施の形態２に係る金属板のせん断加工試験システム（以下、「せん断加工試験システム」という）は、金属板のせん断加工材のせん断端部に生じる残留応力の分布を算出するものである。
以下、図５に示すように、試験片１２１のせん断加工し、せん断端部側面１２７に生じる残留応力の分布を算出する場合について、せん断加工試験システム１の各構成を説明する。
＜金属板のせん断加工試験システム＞
本発明の実施の形態２に係る金属板のせん断加工試験システム（以下、「せん断加工試験システム」という）は、金属板のせん断加工材のせん断端部に生じる残留応力の分布を算出するものである。
以下、図５に示すように、試験片１２１のせん断加工し、せん断端部側面１２７に生じる残留応力の分布を算出する場合について、せん断加工試験システム１の各構成を説明する。
【0106】
せん断加工試験システム１は、一例として図５に示すように、試験片１２１をせん断加工するせん断加工再現試験装置１０と、せん断加工により試験片１２１に形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７（図２参照）における残留応力分布を算出する残留応力分布算出装置２０と、を備えている。
【0107】
≪せん断加工再現試験装置≫
せん断加工再現試験装置１０は、せん断加工した金属板のせん断端部の形成過程を、金属板を供試材とした試験片１２１のせん断加工により再現する装置である。そして、せん断加工再現試験装置１０は、図５に例示するように、パンチ（上刃）１３と、ダイ（下刃）１５と、ホルダ１７と、を有するせん断金型１１を備え、ダイ１５とホルダ１７との間に試験片１２１を配置した状態で、パンチ１３とダイ１５を相対的に移動させて試験片１２１をせん断加工するものである。
せん断加工再現試験装置１０は、せん断加工した金属板のせん断端部の形成過程を、金属板を供試材とした試験片１２１のせん断加工により再現する装置である。そして、せん断加工再現試験装置１０は、図５に例示するように、パンチ（上刃）１３と、ダイ（下刃）１５と、ホルダ１７と、を有するせん断金型１１を備え、ダイ１５とホルダ１７との間に試験片１２１を配置した状態で、パンチ１３とダイ１５を相対的に移動させて試験片１２１をせん断加工するものである。
【0108】
≪残留応力分布算出装置≫
残留応力分布算出装置２０は、せん断加工再現試験装置１０により試験片１２１に形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における残留応力分布を算出する装置である。
残留応力分布算出装置２０は、せん断加工再現試験装置１０により試験片１２１に形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における残留応力分布を算出する装置である。
【0109】
本実施の形態２において、残留応力分布算出装置２０は、図５に示すように、表示装置２１、入力装置２３、主記憶装置２５、補助記憶装置２７、カメラ２９、２９、及び測定制御・演算処理部３１を備えて構成される。
【0110】
残留応力分布算出装置２０において、表示装置２１、入力装置２３、主記憶装置２５、補助記憶装置２７及び測定制御・演算処理部３１は、PC（パーソナルコンピュータ）等によって構成されたものを適用することができる。この場合、表示装置２１と、入力装置２３と、主記憶装置２５と、補助記憶装置２７と、カメラ２９、２９は、測定制御・演算処理部３１に接続され、測定制御・演算処理部３１からの指令によってそれぞれの機能が実行される。
【0111】
表示装置２１は、２台のカメラ２９により撮像した試験片１２１のせん断端部１２３におけるせん断端部側面１２７の画像や、算出したせん断端部側面１２７における残留応力分布の表示等に用いられ、液晶モニター等で構成される。
【0112】
入力装置２３は、せん断端部側面１２７の画像や残留応力分布の表示指示や、操作者による条件入力等に用いられ、キーボードやマウス等で構成される。
【0113】
主記憶装置２５は、２台のカメラ２９によりせん断端部側面１２７を撮像した画像や、残留応力分布を算出するためのプログラム等といった各種ファイルの記憶等に用いられ、ハードディスク等で構成される。
【0114】
補助記憶装置２７は、測定制御・演算処理部３１で使用するデータの一時保存や演算に用いられ、RAM（Random Access Memory）等で構成される。
【0115】
カメラ２９、２９は、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７をステレオ撮影するものである。
【0116】
測定制御・演算処理部３１は、せん断端部側面１２７の表面変形履歴の測定を制御する測定制御部３３と、測定した表面変形履歴に基づいて残留応力分布を算出するための演算処理を行う演算処理部３５と、を有する。
【0117】
測定制御部３３は、画像撮影手段３３ａと、三次元座標算出手段３３ｂと、を有する。
画像撮影手段３３ａは、２台のカメラ２９により、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７の所定の時間間隔での撮像を制御するものである。
三次元座標算出手段３３ｂは、撮像したせん断端部側面１２７の画像を画像解析することにより、せん断端部側面１２７に設定した複数の測定点について変形過程における三次元座標を算出するものである。
画像撮影手段３３ａは、２台のカメラ２９により、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７の所定の時間間隔での撮像を制御するものである。
三次元座標算出手段３３ｂは、撮像したせん断端部側面１２７の画像を画像解析することにより、せん断端部側面１２７に設定した複数の測定点について変形過程における三次元座標を算出するものである。
【0118】
本実施の形態２において、三次元座標算出手段３３ｂは、２台のカメラ２９により試験片１２１のせん断端部側面１２７をステレオ撮影した画像をDICにより画像処理し、せん断端部側面１２７に設定した複数の測定点の三次元座標を算出する。
【0119】
DICにおいては、試験片１２１のせん断端部１２３の変形過程においてせん断端部側面１２７を所定の時間間隔で撮像し、各時間ステップにおいて撮像した画像（以下、「DIC画像」という）を画像解析する。これにより、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までの各時間ステップにおける各測定点の三次元座標で測定することができる。
≪変形履歴取得ユニット≫
変形履歴取得ユニット３７は、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程において、せん断端部側面１２７の表面変形履歴を取得し、取得した表面変形履歴からせん断端部側面１２７に生じるひずみ履歴とスピン履歴とを取得するものである。
変形履歴取得ユニット３７は、図５に示すように、表面変形履歴取得部３７ａと、ひずみ履歴取得部３７ｂと、スピン履歴取得部３７ｃと、を有する。
≪変形履歴取得ユニット≫
変形履歴取得ユニット３７は、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程において、せん断端部側面１２７の表面変形履歴を取得し、取得した表面変形履歴からせん断端部側面１２７に生じるひずみ履歴とスピン履歴とを取得するものである。
変形履歴取得ユニット３７は、図５に示すように、表面変形履歴取得部３７ａと、ひずみ履歴取得部３７ｂと、スピン履歴取得部３７ｃと、を有する。
【0120】
表面変形履歴取得部３７ａは、試験片１２１に形成されるせん断端部１２３のせん断端部側面１２７に設定された複数の測定点について、せん断加工再現試験装置１０を用いた試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程における三次元座標を測定し、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までのせん断端部側面１２７の表面変形履歴として取得するものである。
【0121】
ひずみ履歴取得部３７ｂは、表面変形履歴取得部３７ａにより取得したせん断端部側面１２７の表面変形履歴から、せん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７のひずみ履歴を取得するものである。
【0122】
スピン履歴取得部３７ｃは、表面変形履歴取得部３７ａにより取得したせん断端部側面１２７の表面変形履歴から、せん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７のスピン履歴を取得するものである。
【0123】
≪逐次応力更新ユニット≫
逐次応力更新ユニット３９は、試験片１２１のせん断端部側面１２７に設定した各測定点の材料座標系における応力を、せん断端部１２３の変形過程の変形開始から変形終了まで逐次更新して求めるものである。
逐次応力更新ユニット３９は、図５に示すように、取得ひずみ増分算出部３９ａと、仮定ひずみ増分算出部３９ｂと、取得スピン増分算出部３９ｃと、応力増分算出部３９ｄと、逐次応力更新部３９ｅと、を有する。
逐次応力更新ユニット３９は、試験片１２１のせん断端部側面１２７に設定した各測定点の材料座標系における応力を、せん断端部１２３の変形過程の変形開始から変形終了まで逐次更新して求めるものである。
逐次応力更新ユニット３９は、図５に示すように、取得ひずみ増分算出部３９ａと、仮定ひずみ増分算出部３９ｂと、取得スピン増分算出部３９ｃと、応力増分算出部３９ｄと、逐次応力更新部３９ｅと、を有する。
【0124】
（取得ひずみ増分算出部）
取得ひずみ増分算出部３９ａは、ひずみ履歴取得部３７ｂにより取得したせん断端部側面１２７のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出するものである。
取得ひずみ増分算出部３９ａは、ひずみ履歴取得部３７ｂにより取得したせん断端部側面１２７のひずみ履歴から取得ひずみ増分を算出するものである。
【0125】
取得ひずみ増分とは、ひずみ履歴取得部３７ｂによりひずみ履歴を取得したひずみの時間ステップごとのひずみの増分である。
例えば、せん断端部側面１２７に設定した各測定点の変形過程における三次元座標を表面変形履歴として取得した場合、ひずみ履歴取得部３７ｂにより取得するひずみ履歴は面内２方向のひずみ及び面内のせん断ひずみである。この場合、取得ひずみ増分算出部３９ａにより算出される取得ひずみ増分は、面内２方向のひずみ及び面内のせん断ひずみのそれぞれのひずみ増分である。
例えば、せん断端部側面１２７に設定した各測定点の変形過程における三次元座標を表面変形履歴として取得した場合、ひずみ履歴取得部３７ｂにより取得するひずみ履歴は面内２方向のひずみ及び面内のせん断ひずみである。この場合、取得ひずみ増分算出部３９ａにより算出される取得ひずみ増分は、面内２方向のひずみ及び面内のせん断ひずみのそれぞれのひずみ増分である。
【0126】
そして、取得ひずみ増分は、せん断端部側面１２７のひずみ履歴を取得した時間ステップごとに算出する。各時間ステップにおける取得ひずみ増分は、例えば、当該時間ステップにおけるひずみとその前後の時間ステップにおけるひずみから算出することができる。
【0127】
（仮定ひずみ増分算出部）
仮定ひずみ増分算出部３９ｂは、仮定ひずみ増分を算出するものである。
仮定ひずみ増分とは、ひずみ履歴取得部３７ｂによりひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみの時間ステップごとのひずみ増分である。そして、ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみは、せん断端部の変形過程からせん断端部側面１２７の変形状態を仮定し、仮定した変形状態における塑性力学理論に基づいて算出することができる。
仮定ひずみ増分算出部３９ｂは、仮定ひずみ増分を算出するものである。
仮定ひずみ増分とは、ひずみ履歴取得部３７ｂによりひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみの時間ステップごとのひずみ増分である。そして、ひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみは、せん断端部の変形過程からせん断端部側面１２７の変形状態を仮定し、仮定した変形状態における塑性力学理論に基づいて算出することができる。
【0128】
仮定ひずみ増分算出部３９ｂによる仮定ひずみ増分の算出は、前述した本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法の仮定ひずみ増分算出ステップＳ２３と同様の手順により行うものとすればよい。
すなわち、まず、試験片１２１におけるせん断端部側面１２７の変形状態を平面応力状態と仮定する。そして、仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて、ひずみ履歴取得部３７ｂによって取得した面内２方向のひずみ及び面内のせん断ひずみと、未知の面外方向を含むひずみと、により、面外方向の応力増分を与える式を得る。
すなわち、まず、試験片１２１におけるせん断端部側面１２７の変形状態を平面応力状態と仮定する。そして、仮定した変形状態での塑性力学理論に基づいて、ひずみ履歴取得部３７ｂによって取得した面内２方向のひずみ及び面内のせん断ひずみと、未知の面外方向を含むひずみと、により、面外方向の応力増分を与える式を得る。
【0129】
ここで、せん断端部側面１２７の変形状態を平面応力状態であると仮定すると、面外方向の応力増分は0となるので、塑性力学理論に基づくひずみと応力増分の式を用いることにより、面外方向のひずみを一義的に算出することができる。
【0130】
このように、仮定ひずみ増分算出部３９ｂは、せん断端部１２３の変形過程の各時間ステップにおいてひずみ履歴を取得したひずみ以外のひずみをせん断端部側面１２７の変形状態を仮定して算出する。そして、前述した取得ひずみ増分と同様、せん断端部１２３の変形過程の各時間ステップにおいてせん断端部側面１２７の変形状態を仮定して算出したひずみから仮定ひずみ増分を算出する。各時間ステップにおける仮定ひずみ増分は、前述した取得ひずみ増分と同様、当該時間ステップとその前後の時間ステップにおいて求めたひずみから算出することができる。
【0131】
（取得スピン増分算出部）
取得スピン増分算出部３９ｃは、スピン履歴取得部３７ｃにより取得したスピン履歴から取得スピン増分を算出するものである。ここで、取得スピン増分とは、所定の時間間隔で求めたせん断端部側面１２７のスピンの増分である。
各時間ステップにおける取得スピン増分は、例えば、当該時間ステップにおけるスピンとその前後の時間ステップにおけるスピンから算出することができる。
取得スピン増分算出部３９ｃは、スピン履歴取得部３７ｃにより取得したスピン履歴から取得スピン増分を算出するものである。ここで、取得スピン増分とは、所定の時間間隔で求めたせん断端部側面１２７のスピンの増分である。
各時間ステップにおける取得スピン増分は、例えば、当該時間ステップにおけるスピンとその前後の時間ステップにおけるスピンから算出することができる。
【0132】
（応力増分算出部）
応力増分算出部３９ｄは、取得ひずみ増分及び仮定ひずみ増分と取得スピン増分とを用いて、せん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７の応力増分を算出する。
応力増分算出部３９ｄによる応力増分の算出は、前述した本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法の応力増分算出ステップＳ２７と同様の手順で行うものとすることができる。
応力増分算出部３９ｄは、取得ひずみ増分及び仮定ひずみ増分と取得スピン増分とを用いて、せん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７の応力増分を算出する。
応力増分算出部３９ｄによる応力増分の算出は、前述した本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法の応力増分算出ステップＳ２７と同様の手順で行うものとすることができる。
【0133】
応力増分算出部３９ｄによる応力増分の算出においては、材料構成則として、前述したように、バウシンガー効果を高精度に再現可能であるY-Uモデル（非特許文献１）を好適に適用することができる。
もっとも、応力増分算出部３９ｄは、材料構成則としてY-Uモデルを適用するものに限らず、任意の材料構成則を適用するものであってもよい。
また、材料構成則により弾塑性係数テンソルCepを与えるのに用いる降伏関数fとしては、等方性であるvon Misesの降伏関数に限らず、材料（金属板）の異方性を高精度に表現可能なHill’48やYld2000-2d等、任意の降伏関数を用いてもよい。
もっとも、応力増分算出部３９ｄは、材料構成則としてY-Uモデルを適用するものに限らず、任意の材料構成則を適用するものであってもよい。
また、材料構成則により弾塑性係数テンソルCepを与えるのに用いる降伏関数fとしては、等方性であるvon Misesの降伏関数に限らず、材料（金属板）の異方性を高精度に表現可能なHill’48やYld2000-2d等、任意の降伏関数を用いてもよい。
【0134】
（逐次応力更新部）
逐次応力更新部３９ｅは、応力増分算出部３９ｄにより各測定点について算出した応力増分を用いて、各測定点の材料座標系における応力（ローカル応力）をせん断端部１２３の変形開始から変形終了まで逐次更新する。
逐次応力更新部３９ｅは、応力増分算出部３９ｄにより各測定点について算出した応力増分を用いて、各測定点の材料座標系における応力（ローカル応力）をせん断端部１２３の変形開始から変形終了まで逐次更新する。
【0135】
逐次応力更新部３９ｅは、まず、変形過程のある時間ステップにおいて、各測定点について算出した応力増分を用いてローカル応力を更新する。
【0136】
次に、逐次応力更新部３９ｅは、全ての測定点についてローカル応力の更新を終了したか否かを判定する。全ての測定点についてローカル応力の更新を終了していないと判定した場合、ローカル応力を更新していない測定点について、取得ひずみ増分算出部３９ａ、仮定ひずみ増分算出部３９ｂ、取得スピン増分算出部３９ｃ、応力増分算出部３９ｄ、による処理を行う。そして、逐次応力更新部３９ｅは、ローカル応力を更新していない測定点のローカル応力を更新する。
【0137】
全ての測定点についてローカル応力を更新したと判定した場合、逐次応力更新部３９ｅは、せん断端部１２３の変形終了であるか否か、すなわち、せん断端部１２３の変形終了まで次の時間ステップがあるか否かを判定する。
【0138】
変形終了ではないと判定した場合、変形過程の次の時間ステップに進み、全ての測定点について、取得ひずみ増分算出部３９ａ、仮定ひずみ増分算出部３９ｂ、取得スピン増分算出部３９ｃ、応力増分算出部３９ｄ、による処理を行う。そして、全ての測定点についてローカル応力を更新する。
変形終了であると判定した場合、逐次応力更新部３９ｅによる処理は終了する。
変形終了であると判定した場合、逐次応力更新部３９ｅによる処理は終了する。
【0139】
このように、逐次応力更新ユニット３９は、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までの全ての測定点の材料座標系の応力を逐次更新する。
【0140】
≪残留応力分布算出ユニット≫
残留応力分布算出ユニット４１は、変形終了時における各測定点の材料座標系の応力を、グローバル座標系における応力に変換し、せん断端部側面１２７の残留応力分布を算出するものである。
本実施の形態２において、残留応力分布算出ユニット４１は、応力座標系変換部４１ａと、残留応力分布表示部４１ｂと、を有する。
残留応力分布算出ユニット４１は、変形終了時における各測定点の材料座標系の応力を、グローバル座標系における応力に変換し、せん断端部側面１２７の残留応力分布を算出するものである。
本実施の形態２において、残留応力分布算出ユニット４１は、応力座標系変換部４１ａと、残留応力分布表示部４１ｂと、を有する。
【0141】
（応力座標系変換部）
応力座標系変換部４１ａは、逐次応力更新ユニット３９によりせん断端部１２３の変形開始から変形終了まで逐次更新して求めた各測定点の材料座標系の応力のうち、せん断端部１２３の変形終了時における応力をグローバル座標系における所定の方向の応力の値（グローバル応力値）に変換する。そして、応力座標系変換部４１ａは、変換した各測定点のグローバル応力値をせん断端部側面１２７の残留応力分布として求める。
応力座標系変換部４１ａは、逐次応力更新ユニット３９によりせん断端部１２３の変形開始から変形終了まで逐次更新して求めた各測定点の材料座標系の応力のうち、せん断端部１２３の変形終了時における応力をグローバル座標系における所定の方向の応力の値（グローバル応力値）に変換する。そして、応力座標系変換部４１ａは、変換した各測定点のグローバル応力値をせん断端部側面１２７の残留応力分布として求める。
【0142】
各測定点について求めた材料座標系のローカル応力をσとし、グローバル座標系における所定の方向をベクトルnとすると、前述した式（１２）によりグローバル座標系でのグローバル応力値σgを算出することができる。
【0143】
（残留応力分布表示部）
残留応力分布表示部４１ｂは、応力座標系変換部４１ａにより求めたせん断端部側面１２７の残留応力分布を表示するものである。
残留応力分布表示部４１ｂにより残留応力分布を表示するためには、前述した残留応力分布表示ステップＳ３３と同様に、グローバル応力値を求めた各測定点の座標をせん断端部側面１２７のDIC画像上での座標に変換するとよい。
せん断端部側面１２７のDIC画像上での座標に変換にするためには、前述した式（１３）により、グローバル座標系における各測定点の座標（X,Y,Z）をDIC画像上の二次元平面における座標（u,v）に変換することができる。
残留応力分布表示部４１ｂは、応力座標系変換部４１ａにより求めたせん断端部側面１２７の残留応力分布を表示するものである。
残留応力分布表示部４１ｂにより残留応力分布を表示するためには、前述した残留応力分布表示ステップＳ３３と同様に、グローバル応力値を求めた各測定点の座標をせん断端部側面１２７のDIC画像上での座標に変換するとよい。
せん断端部側面１２７のDIC画像上での座標に変換にするためには、前述した式（１３）により、グローバル座標系における各測定点の座標（X,Y,Z）をDIC画像上の二次元平面における座標（u,v）に変換することができる。
【0144】
以上、本実施の形態２に係るせん断加工試験システム１においては、金属板１００をせん断加工したせん断加工材１０１のせん断端部１０３の形成過程を、金属板１００を供試材とした試験片１２１のせん断加工により再現する。そして、試験片１２１のせん断加工により形成されるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７の表面変形履歴を取得する。さらに、せん断端部側面１２７の表面変形履歴に基づいて、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までのせん断端部側面１２７の応力を逐次更新して求める。これにより、試験片１２１のせん断加工においてせん断端部１２３のせん断端部側面１２７の位置毎に材料座標系の向きが変化する場合であっても、応力の方向を揃えてせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における残留応力分布を高精度に求めることができる。
【0145】
また、本実施の形態２に係る金属板のせん断加工試験システム１によれば、試験片１２１のせん断端部側面１２７について求めた残留応力分布から最大残留応力を評価することで、せん断加工により生成されたせん断端面１２５において遅れ破壊又は疲労破壊のき裂の起点となり得る部位の有無を判断することも可能である。
【0146】
さらに、本実施の形態２に係る金属板のせん断加工試験システム１においては、試験片のせん断加工によるせん断端部の変形中においても高精度な応力分布の履歴を取得することが可能である。さらに、有限要素解析では予測困難な金属板の破壊を伴うせん断変形等についても、金属板に生じた残留応力分布を正確かつ容易に算出することができる。
【0147】
なお、本実施の形態２に係る金属板のせん断加工試験システム１において、残留応力分布算出ユニット４１は、各測定点の材料座標系のローカル応力をグローバル座標系の所定の方向の応力値に変換したグローバル応力値を表示する残留応力分布表示部４１ｂを有するものであった。もっとも、本発明は、残留応力分布表示部４１ｂを有するものに限るものではない。
【0148】
また、本実施の形態２に係るせん断加工試験システム１において、仮定ひずみ増分算出部３９ｂは、試験片１２１におけるせん断端部１２３の変形過程から仮定したせん断端部側面１２７の変形状態での塑性力学理論に基づいて仮定ひずみ増分を算出するものであった。もっとも、本発明において、仮定ひずみ増分算出部は、金属板が塑性変形する過程の有限要素解析を行い、その結果からせん断端部側面１２７の変形状態（例えば、ひずみ比）を仮定するものであってもよい。
【0149】
金属板（試験片）のせん断加工による変形過程の有限要素解析によりせん断端部側面１２７の変形状態を仮定し、仮定ひずみ増分を算出する場合、前述したように、金属板全体を解析対象とする必要はなく、せん断端部１２３とその近傍のみをモデル化して有限要素解析を実施すればよい。これにより、金属板全体を解析対象とした有限要素解析に比べると、より短時間でせん断端部側面１２７の変形状態を仮定することが可能となる。さらに、有限要素解析において板厚方向の応力を高精度に計算できるソリッド要素を用いることも可能となり、より高精度に残留応力分布を算出することができる。
【0150】
なお、本発明に係る金属板のせん断加工試験方法及び金属板のせん断加工試験システムは、各測定点の三次元座標をDICにより測定することに限定するものではなく、変形開始から変形終了まで所定の時間間隔で各測定点の三次元座標を測定できるものであればよい。
また、本発明は、試験片のせん断加工によるせん断端部の変形開始から変形終了までの所定の時間間隔で測定した各測定点の三次元座標を表面変形履歴として取得するものであってもよい。
前述のとおり、本発明に係る金属板のせん断加工試験方法及び金属板のせん断加工試験システムは、試験片のせん断端部側面の表面変形履歴に基づいてひずみ履歴とスピン履歴を取得することで残留応力分布を算出するものである。そのため、従来技術のようにＸ線や超音波を用いた残留応力の測定で問題であった２種類以上の相を持つ均一でない金属板についても、正確に残留応力分布を算出することができる。
また、本発明は、試験片のせん断加工によるせん断端部の変形開始から変形終了までの所定の時間間隔で測定した各測定点の三次元座標を表面変形履歴として取得するものであってもよい。
前述のとおり、本発明に係る金属板のせん断加工試験方法及び金属板のせん断加工試験システムは、試験片のせん断端部側面の表面変形履歴に基づいてひずみ履歴とスピン履歴を取得することで残留応力分布を算出するものである。そのため、従来技術のようにＸ線や超音波を用いた残留応力の測定で問題であった２種類以上の相を持つ均一でない金属板についても、正確に残留応力分布を算出することができる。
【0151】
また、前述したように、有限要素解析において残留応力分布を高精度に予測するためには大幅な計算時間を必要としたり、割れやせん断などの破断を伴う場合は解析が困難であった。
特に、せん断加工による塑性変形を受けた金属板は、当該金属板の端面から破壊することが多いため、疲労寿命や遅れ破壊特性を把握するために金属板端面の残留応力分布を正確に求めることが重要である。
これに対し、本発明に係る金属板のせん断加工試験方法、金属板のせん断加工試験システムによれば、試験片のせん断加工によりせん断端部が塑性変形する変形過程におけるせん断端部側面のひずみ履歴とスピン履歴を容易に測定することができるので、せん断端部側面の残留応力分布を正確に算出することができる。
特に、せん断加工による塑性変形を受けた金属板は、当該金属板の端面から破壊することが多いため、疲労寿命や遅れ破壊特性を把握するために金属板端面の残留応力分布を正確に求めることが重要である。
これに対し、本発明に係る金属板のせん断加工試験方法、金属板のせん断加工試験システムによれば、試験片のせん断加工によりせん断端部が塑性変形する変形過程におけるせん断端部側面のひずみ履歴とスピン履歴を容易に測定することができるので、せん断端部側面の残留応力分布を正確に算出することができる。
【0152】
なお、上記の説明は、Y-Uモデルを用いて応力増分を算出する場合についてのものであったが、Y-Uモデルでは、応力－ひずみ関係が速度系で定義されているため、非線形変形の場合、ひずみ増分を十分に小さくしなければ応力増分に誤差を生じる。そのため、Y-Uモデルを用いて応力増分を算出する場合においては、ひずみ増分が10-6以下となるように、表面変形履歴として各測定点の三次元座標を取得する時間間隔を調整することが好ましい。
また、本発明において取得した表面変形履歴は測定ノイズを含むと考えられ、このような測定ノイズを含む表面変形履歴から取得されるひずみ履歴とスピン履歴もノイズを含むことが懸念される。
また、本発明において取得した表面変形履歴は測定ノイズを含むと考えられ、このような測定ノイズを含む表面変形履歴から取得されるひずみ履歴とスピン履歴もノイズを含むことが懸念される。
【0153】
そのため、ひずみ履歴から算出される微小なひずみ増分（取得ひずみ増分）を用いて応力増分を算出すると、ひずみ履歴のノイズが応力増分に及ぼす影響が大きくなり、逐次算出される応力の精度が低くなる場合がある。このような場合においては、ノイズ除去のためローパスフィルター等によりひずみ履歴をスムージングすることで、高精度な残留応力分布の算出をすることができて好ましい。
【0154】
さらに、本発明によれば、従来技術のように変形終了後の残留応力だけでなく、せん断加工材のせん断端部における変形中の応力を知ることができる。そのため、その変形体に生じた最大の応力を算出することが可能である。
【0155】
［実施の形３］
本発明の実施の形態３の一態様に係る金属板のせん断加工材の製造方法は、金属板をせん断加工してせん断加工材を製造するものである。そして、本実施の形態３に係る金属板のせん断加工材の製造方法は、図７に示すように、仮せん断条件設定工程Ｓ４１と、せん断加工再現試験工程Ｓ４３と、引張残留応力量判定工程Ｓ４５と、仮せん断条件変更工程Ｓ４７と、繰り返し工程Ｓ４９と、せん断条件決定工程Ｓ５１と、せん断加工工程Ｓ５３と、を含む。以下、これらの各工程について説明する。
本発明の実施の形態３の一態様に係る金属板のせん断加工材の製造方法は、金属板をせん断加工してせん断加工材を製造するものである。そして、本実施の形態３に係る金属板のせん断加工材の製造方法は、図７に示すように、仮せん断条件設定工程Ｓ４１と、せん断加工再現試験工程Ｓ４３と、引張残留応力量判定工程Ｓ４５と、仮せん断条件変更工程Ｓ４７と、繰り返し工程Ｓ４９と、せん断条件決定工程Ｓ５１と、せん断加工工程Ｓ５３と、を含む。以下、これらの各工程について説明する。
【0156】
≪仮せん断条件設定工程≫
仮せん断条件設定工程Ｓ４１は、せん断加工材の仮のせん断条件を設定する工程である。
仮のせん断条件としては、例えば図５に示すせん断金型１１を用いる場合においては、パンチ１３とダイ１５のクリアランスd、パンチ１３とダイ１５の開き角度（シャー角）、せん断速度（パンチ１３とダイ１５の相対移動速度）、パンチ１３の刃先１３ａ及びダイ１５の刃先１５ａの曲率半径、切り代、等を設定すればよい。
仮せん断条件設定工程Ｓ４１は、せん断加工材の仮のせん断条件を設定する工程である。
仮のせん断条件としては、例えば図５に示すせん断金型１１を用いる場合においては、パンチ１３とダイ１５のクリアランスd、パンチ１３とダイ１５の開き角度（シャー角）、せん断速度（パンチ１３とダイ１５の相対移動速度）、パンチ１３の刃先１３ａ及びダイ１５の刃先１５ａの曲率半径、切り代、等を設定すればよい。
【0157】
≪せん断加工再現試験工程≫
せん断加工再現試験工程Ｓ４３は、前述した本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法により、仮せん断条件設定工程Ｓ４１で設定した仮のせん断条件で試験片１２１をせん断加工することにより、金属板のせん断端部の形成過程を再現する。そして、試験片１２１に形成されたせん断端部側面１２７の表面変形履歴に基づき、せん断端部側面１２７における残留応力分布を算出する。
せん断加工再現試験工程Ｓ４３は、前述した本実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法により、仮せん断条件設定工程Ｓ４１で設定した仮のせん断条件で試験片１２１をせん断加工することにより、金属板のせん断端部の形成過程を再現する。そして、試験片１２１に形成されたせん断端部側面１２７の表面変形履歴に基づき、せん断端部側面１２７における残留応力分布を算出する。
【0158】
せん断加工再現試験工程Ｓ４３においては、図６に示すように、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７を２台のカメラ２９によりステレオ撮影し、せん断端部側面１２７に設定した各測定点の三次元座標をDICにより測定するとよい。
【0159】
≪引張残留応力量判定工程≫
引張残留応力量判定工程Ｓ４５は、せん断加工再現試験工程Ｓ４３で算出した試験片１２１のせん断端部側面１２７における引張残留応力が、予め定めた所定の範囲内であるか判定する工程である。
引張残留応力量判定工程Ｓ４５において、せん断端部側面１２７における引張残留応力は、例えば、せん断端部側面１２７の残留応力分布における最大の引張残留応力（最大残留応力）とすればよい。また、予め定めた所定の範囲とは、引張残留応力を付与した試験片を水素侵入環境下（例えば、pH=4.0、濃度0.1%のチオシアン酸アンモニウムとマッキルベイン緩衝液に30時間浸漬）で、良好な耐水素脆化特性の得られる引張残留応力の範囲をいう。
引張残留応力量判定工程Ｓ４５は、せん断加工再現試験工程Ｓ４３で算出した試験片１２１のせん断端部側面１２７における引張残留応力が、予め定めた所定の範囲内であるか判定する工程である。
引張残留応力量判定工程Ｓ４５において、せん断端部側面１２７における引張残留応力は、例えば、せん断端部側面１２７の残留応力分布における最大の引張残留応力（最大残留応力）とすればよい。また、予め定めた所定の範囲とは、引張残留応力を付与した試験片を水素侵入環境下（例えば、pH=4.0、濃度0.1%のチオシアン酸アンモニウムとマッキルベイン緩衝液に30時間浸漬）で、良好な耐水素脆化特性の得られる引張残留応力の範囲をいう。
【0160】
≪仮せん断条件変更工程≫
仮せん断条件変更工程Ｓ４７は、引張残留応力量判定工程Ｓ４５において、試験片１２１のせん断端部側面１２７における引張残留応力が、予め定めた所定の範囲外であると判定された場合、引張残留応力を緩和する方向に、仮のせん断条件を変更する工程である。仮のせん断条件の変更は、例えば、パンチ１３とダイ１５のクリアランスを狭めたり、せん断速度を上昇させる、等が挙げられる。
仮せん断条件変更工程Ｓ４７は、引張残留応力量判定工程Ｓ４５において、試験片１２１のせん断端部側面１２７における引張残留応力が、予め定めた所定の範囲外であると判定された場合、引張残留応力を緩和する方向に、仮のせん断条件を変更する工程である。仮のせん断条件の変更は、例えば、パンチ１３とダイ１５のクリアランスを狭めたり、せん断速度を上昇させる、等が挙げられる。
【0161】
≪繰り返し工程≫
繰り返し工程Ｓ４９は、せん断端部側面１２７における引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定されるまで、仮せん断条件変更工程Ｓ４７と、せん断加工再現試験工程Ｓ４３と、引張残留応力量判定工程Ｓ４５と、を繰り返し実行する工程である。
繰り返し工程Ｓ４９は、せん断端部側面１２７における引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定されるまで、仮せん断条件変更工程Ｓ４７と、せん断加工再現試験工程Ｓ４３と、引張残留応力量判定工程Ｓ４５と、を繰り返し実行する工程である。
【0162】
≪せん断条件決定工程≫
せん断条件決定工程Ｓ５１は、引張残留応力量判定工程Ｓ４５において、試験片１２１のせん断端部側面１２７における引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定された場合、その場合の仮のせん断条件をせん断条件として決定する工程である。
せん断条件決定工程Ｓ５１は、引張残留応力量判定工程Ｓ４５において、試験片１２１のせん断端部側面１２７における引張残留応力が予め定めた所定の範囲内と判定された場合、その場合の仮のせん断条件をせん断条件として決定する工程である。
【0163】
≪せん断加工工程≫
せん断加工工程Ｓ５３は、せん断条件決定工程Ｓ５１で決定したせん断条件で金属板をせん断加工し、せん断加工材を製造する工程である。
せん断加工工程Ｓ５３は、せん断条件決定工程Ｓ５１で決定したせん断条件で金属板をせん断加工し、せん断加工材を製造する工程である。
【0164】
このように、本実施の形態３に係る金属板のせん断加工材の製造方法によれば、せん断加工により形成されるせん断端部のせん断端部側面における残留応力分布を求めることにより、疲労寿命や遅れ破壊特性に影響を及ぼす引張残留応力の発生を抑制するための対策を適切に施した金属板のせん断加工材を製造することができる。
【実施例1】
【0165】
本発明の作用効果を検証する実験を行ったので、以下、これについて説明する。
実施例１では、前述した実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法により、試験片１２１のせん断開始から破断までのひずみをDICにより測定し、試験片１２１のせん断加工により形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における板厚方向の残留応力の分布を求めた。さらに、せん断加工を受けた試験片１２１の板厚方向の中央位置において、せん断端面１２５から試験片１２１の長手方向（せん断端面に直交する方向）にＸ線応力測定を行い（比較例）、本発明に係る方法により算出したせん断端部側面１２７における残留応力と比較した。
実施例１では、前述した実施の形態１に係る金属板のせん断加工試験方法により、試験片１２１のせん断開始から破断までのひずみをDICにより測定し、試験片１２１のせん断加工により形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における板厚方向の残留応力の分布を求めた。さらに、せん断加工を受けた試験片１２１の板厚方向の中央位置において、せん断端面１２５から試験片１２１の長手方向（せん断端面に直交する方向）にＸ線応力測定を行い（比較例）、本発明に係る方法により算出したせん断端部側面１２７における残留応力と比較した。
【0166】
図８（ａ）、（ｂ）に、実施例１に用いたせん断加工再現試験装置１０を示す。図８において、X軸方向はせん断端面に直交する方向、Y軸方向は試験片１２１の板厚方向、Z軸方向はせん断端部側面１２７に直交する方向、である。
【0167】
せん断加工装置は、パンチ１３、ダイ１５、及びホルダ１７と、を有するせん断金型１１を備えたものである。さらに、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、試験片１２１のせん断加工により形成されるせん断端部１２３のせん断端部側面１２７を撮影可能な位置に２台のカメラ２９、２９を設置した。そして、せん断端部側面１２７に複数の測定点を設定し、各測定点の三次元座標をDICにより測定した。
【0168】
図８（ｃ）に、試験片１２１を上面視した図を示す。試験片１２１は、引張強度1470MPa級、板厚1.4mmの高強度鋼板より作成した。
【0169】
試験片１２１のせん断条件は、パンチ１３とダイ１５との間のクリアランスd（図８（ａ）参照）は、試験片１２１の板厚（=1.4mm）に対して20%とした。また試験片１２１のせん断速度（パンチ１３とダイ１５の相対速度）を30mm/min、パンチ１３とダイ１５の開き角度であるシャー角θ（図８（ｂ）参照）を0°、パンチ１３の刃先１３ａ及びダイ１５の刃先１５ａの曲率半径（刃先R）をいずれも0.05mm、試験片１２１の切り代（図８（ａ）において試験片１２１のダイ１５上からパンチ１３側に突き出した部分の長さ）を15mmとした。
【0170】
図９に、試験片１２１をせん断加工して破断した後のせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における板厚方向残留応力の分布を示す。せん断端面１２５から数十μm程度内側に、板厚方向に圧縮（マイナス、黒色）の残留応力が確認される。また、その内側から試験片１２１の上面付近にかけて、板厚方向に引張（プラス、白色）の残留応力が生じている。
図１０に、前述した実施の形態１に係る方法により算出したせん断端部側面１２７の残留応力分布から求めた残留応力（発明例）と、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により測定した残留応力（比較例）と、を比較して示す。図１０に示すグラフにおいて、横軸は、せん断端面１２５に直交する方向におけるせん断端面からの距離であり、縦軸は、板厚方向の中央における板厚方向残留応力である。
図１０に、前述した実施の形態１に係る方法により算出したせん断端部側面１２７の残留応力分布から求めた残留応力（発明例）と、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により測定した残留応力（比較例）と、を比較して示す。図１０に示すグラフにおいて、横軸は、せん断端面１２５に直交する方向におけるせん断端面からの距離であり、縦軸は、板厚方向の中央における板厚方向残留応力である。
【0171】
発明例と比較例は、せん断端面１２５から0.1～0.4mmの範囲においては比較的一致している。これより、遅れ破壊等で問題となるせん断端面近傍での残留応力推定は本手法により予測可能であることが確認された。なお、発明例と比較例の乖離は、せん断端面からの距離0.8mm付近において最大200MPa程度ある。これは、比較例に係るＸ線回折法（ＸＲＤ）では、1470MPa級鋼板のマルテンサイト相に由来する圧縮応力を測定していることに起因すると推察される。
【実施例2】
【0172】
次に、実施例２では、本発明の実施の形態３に係る金属板のせん断加工材の製造方法により、遅れ破壊特性に影響を及ぼす引張残留応力を所定の範囲に抑制可能なせん断条件を決定し、金属板のせん断加工材を製造した。
【0173】
実施例２では、前述した実施例１で用いたせん断加工装置（図８）を用い、試験片１２１のせん断加工により形成されるせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における残留応力分布を測定した。そして、せん断端部側面１２７における残留応力分布が所定の引張残留応力以下、すなわち、せん断端部側面１２７における最大の引張残留応力（最大残留応力）が所定の引張残留応力以下となるようにせん断条件を決定し、せん断加工材を製造した。
【0174】
なお、引張残留応力量判定工程においてせん断端部側面の残留応力の判定基準とする引張残留応力の所定範囲は、４点曲げ遅れ破壊試験（例えば、特開２０１４－０９２７の図３、４参照）に用いる曲げ治具と４点曲げ試験片を用い、４点曲げ試験片に引張応力（負荷応力）を付与した状態で、水素侵入環境（例えば、pH=4.0、濃度3.0%の塩酸に96時間浸漬）で遅れ破壊の発生しない引張応力範囲として求めた1000MPa以下とした。
【0175】
そして、実際にせん断加工する金属板（ブランク）と同じ、引張強度1470MPa級の板厚1.4mmの鋼板より、図８（ｃ）に示す試験片１２１を作成した。
試験片１２１は、せん断加工における切り代１３１と、ダイ１５とホルダ１７により試験片１２１を固定するためのボルトを貫通させる孔部１３３と、を有するものとした。
試験片１２１は、せん断加工における切り代１３１と、ダイ１５とホルダ１７により試験片１２１を固定するためのボルトを貫通させる孔部１３３と、を有するものとした。
【0176】
表１に、実施例２において試験片１２１に用いた鋼板の板厚及び引張強度、試験片１２１のせん断条件等を示す。
【0177】
【表1】
【0178】
試験片１２１の仮のせん断条件は、表１の試験No.１の条件とし、せん断速度を30mm/min、パンチ１３とダイ１５のクリアランスdを板厚の20%、シャー角θを0°、パンチ１３の刃先R及びダイ１５の刃先Rをいずれも0.05mm、試験片１２１の切り代１３１を15mmとした（仮せん断条件設定工程Ｓ４１）。
【0179】
仮のせん断条件で、試験片１２１をせん断加工してせん断端部の形成過程を再現し、せん断端部側面１２７の表面変形履歴を、２台のカメラ２９（図８）を用いてせん断端部側面１２７のDIC画像を撮影することにより測定した。そして、測定したせん断端部側面１２７の表面変形履歴に基づき、せん断端部側面１２７における板厚方向の残留応力分布を算出した。このときの、せん断端部側面１２７における最大残留応力は1755MPaであった（せん断加工再現試験工程Ｓ４３）。
図１１（ａ）に、仮のせん断条件でせん断加工した試験片１２１のせん断端部側面１２７における残留応力分布を示す（図中、矢印の箇所が最大残留応力である箇所）。
図１１（ａ）に、仮のせん断条件でせん断加工した試験片１２１のせん断端部側面１２７における残留応力分布を示す（図中、矢印の箇所が最大残留応力である箇所）。
【0180】
そして、試験片のせん断端部側面における最大残留応力1755MPaを、４点曲げ遅れ破壊試験により予め定めた遅れ破壊の発生しない所定の範囲（1000MPa以下）と比較し、範囲外と判定した（引張残留応力量判定工程Ｓ４５）。
【0181】
そこで、試験片１２１のせん断端部側面１２７における引張残留応力が緩和されるように、仮のせん断条件を表１の試験No.1から試験No.2に変更した（仮せん断条件変更工程Ｓ４７）。そして、変更した仮のせん断条件の下で、せん断加工再現試験工程Ｓ４３と、引張残留応力量判定工程Ｓ４５と、を行った。試験No.2の仮のせん断条件でせん断加工した試験片のせん断端部側面における最大残留応力は1548MPaであり、予め定めた遅れ破壊の発生しない所定の範囲外であった。
【0182】
そのため、せん断端部側面１２７における最大残留応力が、４点曲げ遅れ破壊試験により予め定めた遅れ破壊の発生しない所定の範囲内（1000MPa以下）と判定されるまで、表１の試験No.3～試験No.6に示すように仮のせん断条件（クリアランス、シャー角、パンチ刃先、ダイ刃先）を変更し、せん断加工再現試験工程Ｓ４３及び引張残留応力量判定工程Ｓ４５を繰り返し実行した（繰り返し工程Ｓ４９）。
【0183】
試験No.6の仮のせん断条件において、試験片１２１のせん断端部側面１２７の最大残留応力が835MPaと、所定の範囲内（1000MPa以下）になった。そのため、試験No.6の仮のせん断条件を、金属板をせん断加工する際のせん断条件として決定した（せん断条件決定工程Ｓ５１）。
【0184】
図１１（ｂ）に、決定したせん断条件でせん断加工した試験片１２１のせん断端部側面１２７における残留応力分布を示す（図中、矢印の箇所が最大残留応力を示す箇所）。
【0185】
前述した試験No.1の仮のせん断条件でせん断加工した場合（図１１（ａ））と比較すると、試験No.6のせん断条件でのせん断加工により変形したせん断端部側面１２７においては、引張残留力が1000MPa以上の箇所（コンター図の白い部分）が見られなくなっていることが分かる。これにより、試験No.6のせん断条件によれば、せん断端部側面１２７における最大残留応力を所定の範囲を満たすようにせん断加工材を製造することができ、遅れ破壊を抑制することが可能となる。
【0186】
試験No.6は、試験No.5のせん断条件のうちシャー角θを変更したものであったが、表１の試験No.7～試験No.11に示すように、他のせん断条件を変更することにより、せん断端部側面１０７における最大残留応力が所定の範囲となるどうかを調査した。
ここで、試験No.7及び試験No.8はせん断速度（30mm/minから60mm/min又は1mm/min）、試験No.9はクリアランス（10%から5%）、試験No.10及び試験No.11は切り代（15mmから5mm又は25mm）を変更したものである。
ここで、試験No.7及び試験No.8はせん断速度（30mm/minから60mm/min又は1mm/min）、試験No.9はクリアランス（10%から5%）、試験No.10及び試験No.11は切り代（15mmから5mm又は25mm）を変更したものである。
【0187】
表１に、試験No.7～試験No.11におけるせん断条件と、せん断端部側面１２７における残留応力分布から求めた最大残留応力と、を示す。試験No.7～試験No.11のいずれにおいても、せん断端部側面１２７における最大残留応力は、４点曲げ遅れ破壊試験により予め定めた遅れ破壊の発生しない所定の範囲内（1000MPa以下）であることが分かる。このことから、シャー角以外のせん断条件を変更した場合であっても、せん断端部側面１２７における最大残留応力が所定の範囲となるようにせん断条件を決定できることが分かる。
【0188】
さらに、表１の試験No.12～No.14に示すように、試験No.1～試験No.11と鋼板の引張強度及び板厚を変更した場合についても、せん断端部側面１２７における最大残留応力が所定の範囲となるようにせん断条件を決定した。
ここで、試験No.12は鋼板の板厚を1.2mm、試験No.13は鋼板の板厚を2.0mm、引張強度を780MPa級、試験No.14は鋼板の板厚を1.2mm、引張強度を590MPa級としたものである。
ここで、試験No.12は鋼板の板厚を1.2mm、試験No.13は鋼板の板厚を2.0mm、引張強度を780MPa級、試験No.14は鋼板の板厚を1.2mm、引張強度を590MPa級としたものである。
【0189】
表１に、試験No.12～試験No.14のそれぞれについて、せん断端部側面１２７における残留応力分布から求めた最大残留応力を示す。鋼板の引張強度と板厚が異なる場合においても、せん断端部側面１２７における最大残留応力は、遅れ破壊の発生しない所定の範囲内であることが分かる。このことから、鋼板の引張強度と板厚によらず、せん断端部側面における最大残留応力が所定の範囲となるようにせん断条件を決定できることが分かる。
【0190】
以上、本発明の実施の形態３の金属板のせん断加工材の製造方法によれば、遅れ破壊特性に影響を及ぼす引張残留応力の発生を抑制するための対策を適切に施した金属板のせん断加工材の製造が可能であることが示された。
【符号の説明】
【0191】
１ せん断加工試験システム
１０ せん断加工再現試験装置
１１ せん断金型
１３ パンチ
１３ａ 刃先
１５ ダイ
１５ａ 刃先
１７ ホルダ
２０ 残留応力分布算出装置
２１ 表示装置
２３ 入力装置
２５ 主記憶装置
２７ 補助記憶装置
２９ カメラ
３１ 測定制御・演算処理部
３３ 測定制御部
３３ａ 画像撮影手段
３３ｂ 三次元座標算出手段
３５ 演算処理部
３７ 変形履歴取得ユニット
３７ａ 表面変形履歴取得部
３７ｂ ひずみ履歴取得部
３７ｃ スピン履歴取得部
３９ 逐次応力更新ユニット
３９ａ 取得ひずみ増分算出部
３９ｂ 仮定ひずみ増分算出部
３９ｃ 取得スピン増分算出部
３９ｄ 応力増分算出部
３９ｅ 逐次応力更新部
４１ 残留応力分布算出ユニット
４１ａ 応力座標系変換部
４１ｂ 残留応力分布表示部
１００ 金属板
１０１ せん断加工材
１０３ せん断端部
１０５ せん断端面
１０７ せん断端部側面
１０９ 板側面
１１０ せん断刃
１１１ スクラップ材
１２１ 試験片
１２３ せん断端部
１２５ せん断端面
１２７ せん断端部側面
１２９ 板側面
１２９ａ 板側面（DICによる測定範囲）
１３１ 切り代
１３３ 孔部
１０ せん断加工再現試験装置
１１ せん断金型
１３ パンチ
１３ａ 刃先
１５ ダイ
１５ａ 刃先
１７ ホルダ
２０ 残留応力分布算出装置
２１ 表示装置
２３ 入力装置
２５ 主記憶装置
２７ 補助記憶装置
２９ カメラ
３１ 測定制御・演算処理部
３３ 測定制御部
３３ａ 画像撮影手段
３３ｂ 三次元座標算出手段
３５ 演算処理部
３７ 変形履歴取得ユニット
３７ａ 表面変形履歴取得部
３７ｂ ひずみ履歴取得部
３７ｃ スピン履歴取得部
３９ 逐次応力更新ユニット
３９ａ 取得ひずみ増分算出部
３９ｂ 仮定ひずみ増分算出部
３９ｃ 取得スピン増分算出部
３９ｄ 応力増分算出部
３９ｅ 逐次応力更新部
４１ 残留応力分布算出ユニット
４１ａ 応力座標系変換部
４１ｂ 残留応力分布表示部
１００ 金属板
１０１ せん断加工材
１０３ せん断端部
１０５ せん断端面
１０７ せん断端部側面
１０９ 板側面
１１０ せん断刃
１１１ スクラップ材
１２１ 試験片
１２３ せん断端部
１２５ せん断端面
１２７ せん断端部側面
１２９ 板側面
１２９ａ 板側面（DICによる測定範囲）
１３１ 切り代
１３３ 孔部
【要約】
【課題】金属板のせん断加工材のせん断端部における残留応力を算出する金属板のせん断加工試験方法、システム、及び金属板のせん断加工材の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る金属板のせん断加工試験方法は、せん断加工材１０１のせん断端部１０３の形成過程を試験片１２１のせん断加工により再現するプロセス（Ｐ１）と、試験片１２１のせん断加工により形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における残留応力分布を算出するプロセス（Ｐ３）と、を含み、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７のひずみ履歴とスピン履歴を取得し（Ｓ１０）、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までせん断端部側面１２７における応力を逐次更新して算出し（Ｓ２０）、変形終了時におけるせん断端部側面１２７の残留応力分布を算出する（Ｓ３０）、ものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係る金属板のせん断加工試験方法は、せん断加工材１０１のせん断端部１０３の形成過程を試験片１２１のせん断加工により再現するプロセス（Ｐ１）と、試験片１２１のせん断加工により形成されたせん断端部１２３のせん断端部側面１２７における残留応力分布を算出するプロセス（Ｐ３）と、を含み、試験片１２１のせん断加工によるせん断端部１２３の変形過程におけるせん断端部側面１２７のひずみ履歴とスピン履歴を取得し（Ｓ１０）、せん断端部１２３の変形開始から変形終了までせん断端部側面１２７における応力を逐次更新して算出し（Ｓ２０）、変形終了時におけるせん断端部側面１２７の残留応力分布を算出する（Ｓ３０）、ものである。
【選択図】 図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
