可塑性材料的评价方法及可塑性材料的塑性加工的评价方法

摘要

该可塑性材料的评价方法具备：使第1可塑性板简单剪切变形的第1剪切工序；使第2可塑性板简单剪切变形的第2剪切工序；取得第1部分应力‑应变曲线数据的第1部分应力‑应变曲线数据取得工序；取得第2部分应力‑应变曲线数据的第2部分应力‑应变曲线数据取得工序；及合成应力‑应变曲线数据取得工序，基于上述第1部分应力‑应变曲线数据与上述第2部分应力‑应变曲线数据，取得合成应力‑应变曲线数据。

说明书

技术领域

本发明涉及可塑性材料的评价方法及可塑性材料的塑性加工的评价方法。

本申请基于2014年5月8日在日本申请的特许出愿2014－097227号、2014年5月8日在日本申请的特许出愿2014－097228号及2014年5月8日在日本申请的特许出愿2014－097229号主张优先权，这里引用上述申请的内容。

背景技术

在金属材料等可塑性材料的塑性加工中，为了预测裂纹、褶皱、回弹、增厚不良等成形不良及成形载荷等成形条件，进行如专利文献1所示的使用了有限元法的成形分析。在一般的成形分析中，将材料特性参数即应力-应变曲线数据输入至计算机，在该计算机中执行有限元分析，其中，该材料特性参数规定可塑性材料的塑性应变与应力的关系。以往，用如非专利文献1所记载那样的Swift式等加工硬化规律对通过单轴拉伸试验获得的应力-应变曲线数据进行近似，并将该近似后的加工硬化规律的参数作为应力-应变曲线数据输入至计算机。

关于通过单轴拉伸试验获得的应力-应变曲线数据，在达到拉伸强度前的均匀伸长的应变区域中，受到加工硬化的影响并且随着应变的增加，流动应力上升。另一方面，在超过拉伸强度而试验片断裂之前的局部伸长的应变区域，发生塑性不稳定，在试验片上产生缩颈，随着应变的增加，流动应力降低。在利用了有限元分析的冲压成形的成形分析中，主要利用应力-应变曲线数据中的均匀伸长的应变区域之前的应力-应变曲线数据。

并且，通过如非专利文献2、非专利文献3所记载的液压胀形试验、以及圆柱镦粗试验、简单剪切试验等，获得从屈服点一直到超过均匀伸长的应变区域为止偏差比较少且稳定的应力-应变曲线数据。

但是，例如，在实际的金属板的冲压成形中，存在对金属板的一部分施加远远大于均匀伸长的应变区域的应变的情况。

并且，在汽车领域，被称为板锻造的成形加工方法与冲压成形、冷锻、辊轧成型、渐进成形(模型锻造等)等一起被利用。板锻造是将冲压成形与冷锻组合的方法。作为板锻造的一例，有按顺序进行使用模具和冲头将金属板冲压成形为杯状的工序和在用衬垫压紧杯的底面的状态下用别的冲头对杯的端部进行推压而进行镦粗加工的工序的方法。在此方法中，通过镦粗加工使在冲压成形时被薄壁化的部分压缩增厚。这样，在板锻造中，对冲压成形增加冷锻，因此相比于冲压成形更大的应变被施加于金属板。

因此，在使用有限元法执行冲压成形、板锻造、冷锻等成形分析的情况下，通过将均匀伸长的应变区域的应力-应变曲线数据一直外推(Extrapolation)到超过均匀伸长的应变区域，从而必须对考虑了加工硬化的影响的应力-应变曲线数据进行近似，并使用该近似曲线数据执行有限元分析。

作为将应力-应变曲线数据一直外推到超过均匀伸长的应变区域的手段，有例如求出均匀伸长的应变区域的应力-应变曲线的平均斜率，并将具有该平均斜率的直线一直外推到超过均匀伸长的应变区域的手段。并且，作为别的手段，有求出均匀伸长的应变区域的应力-应变曲线的部分的斜率，并将具有该斜率的直线一直外推到超过均匀伸长的应变区域的手段。但是，在即使将应力-应变曲线数据外推而对应力-应变曲线数据进行近似并基于该近似曲线数据进行了塑性加工的成形分析，近似曲线数据的精度也较低的情况下，塑性加工时的成形分析的精度可能降低。

并且，将应力-应变曲线数据外推而获得的近似曲线数据，有应变量越高则误差越容易增大的倾向。因此就以往的板锻造、冷锻的成形分析而言，在分析中必须使用误差比较大的高应变区域的近似曲线数据，与冲压成形相比成形分析结果的精度可能降低。

另外，在根据通过单轴拉伸试验等获得的均匀伸长的应变区域的应力-应变曲线数据用Swift式等进行近似并获得一直到超过均匀伸长的应变区域的应力-应变曲线数据的情况下，遍及全部应变区域获得高精度的应力-应变曲线数据是困难的。因此，需要根据有限元法的目的来选择对应力与应变的关系进行近似的应变区域。

但是，在即使根据有限元法的目的选择应变区域，对应力与应变的关系进行近似，并基于该近似曲线数据进行了冲压成形、板锻造、冷锻等成形分析，所选择的应变区域以外的近似精度也显著较低的情况下，可能无法正确地分析冲压成形、板锻造、冷锻等中的成形不良的产生。

并且，作为Swift式以外的加工硬化规律，公知有如非专利文献4所记载那样的Voce式。但是，Voce式的目的在于使铝或者铝合金的从屈服点一直到均匀伸长为止的应变区域的应力-应变曲线数据的近似精度提高，与Swift式同样地、在甚至包含超过均匀伸长的应变区域在内的近似精度上有问题。

并且，作为Swift式以外的加工硬化规律，还公知有Lemaitre-Chaboche的复合硬化规律。然而，Lemaitre-Chaboche的复合硬化规律，虽然在反转负荷时的屈服应力的降低现象即鲍欣格效应的近似精度优秀，但甚至包含超过均匀伸长的应变区域在内的应力-应变曲线数据的近似精度不好。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特公平8－16644号公报

非专利文献

非专利文献1：吉田，伊藤，“板成形仿真中的材料模型”，塑性与加工，第40卷，第460号，34－39

非专利文献2：吉田，吉井，小森田，臼田，“硬化强度的变形样式依存性(硬化各向异性X)与它们对成形性评价的应用”，塑性与加工，vol.11，no.114，513－521

非专利文献3：吉田，吉井，臼田，渡边，“等双轴拉伸的n和c以及它们对成形性评价的应用”，塑性与加工，vol.11，no.116，670－675

非专利文献4：B.K.Choudhary，et.al，“Tensile stress-strain and workhardening behaviour of 316LN austenitic stainless steel”，materials Scienceand Technology，February 2001，Vol.17，P223-231

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述情况做出的，课题在于，提供能够获得一直到超过均匀伸长的应变区域为止的高精度的应力-应变曲线数据的可塑性材料的评价方法、及能够基于通过该可塑性材料的评价方法获得的应力-应变曲线数据，高精度地进行塑性加工的成形分析的可塑性材料的塑性加工的评价方法。

用于解决课题的手段

本发明的概要如下述那样。

(1)本发明的第一形态的可塑性材料的评价方法，具备：第1剪切工序，将具有包括0的第1应变量的第1可塑性板，通过与其表面垂直的虚拟截面划分为两个区域，并沿着上述虚拟截面对上述第1可塑性板施加剪切应力以使得上述两个区域的相对位置在同一面内偏移，而使上述第1可塑性板简单剪切变形；第2剪切工序，将具有与上述第1应变量不同且包括0的第2应变量的第2可塑性板，通过与其表面垂直的虚拟截面划分为两个区域，并沿着上述虚拟截面对上述第2可塑性板施加剪切应力以使得上述两个区域的相对位置在同一面内偏移，而使上述第2可塑性板简单剪切变形；第1部分应力-应变曲线数据取得工序，测定在上述第1剪切工序中对上述第1可塑性板施加的上述剪切应力和剪切应变，根据在上述第1剪切工序中对上述第1可塑性板施加的上述剪切应力与作为在上述第1剪切工序中对上述第1可塑性板施加的剪切应变量及上述第1应变量的合计的合计应变量的关系，取得第1部分应力-应变曲线数据；第2部分应力-应变曲线数据取得工序，测定在上述第2剪切工序中对上述第2可塑性板施加的上述剪切应力和剪切应变，根据在上述第2剪切工序中对上述第2可塑性板施加的上述剪切应力与作为在上述第2剪切工序中对上述第2可塑性板施加的剪切应变量及上述第2应变量的合计的合计应变量的关系，取得第2部分应力-应变曲线数据；及合成应力-应变曲线数据取得工序，基于上述第1部分应力-应变曲线数据与上述第2部分应力-应变曲线数据，取得合成应力-应变曲线数据。

(2)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，还具备：外形去除工序，在将在上述第1剪切工序中所施加的上述剪切应力去掉后，将上述第1可塑性板的外形部分去除，从而获得上述第2可塑性板。

(3)上述(2)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，在上述外形去除工序中，沿着与上述虚拟截面和上述第1可塑性板的平面垂直相交的面方向，遍及上述第1可塑性板的上述两个区域，将上述外形部分去除。

(4)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，上述第1可塑性板与上述第2可塑性板是彼此不同的个别的可塑性板。

(5)上述(4)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，上述第2应变量，比上述第1应变量大，并且是在上述第1剪切工序中对上述第1可塑性板施加的应变量以下。

(6)上述(4)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，在上述合成应力-应变曲线数据取得工序中，将上述第1部分应力-应变曲线数据及上述第2部分应力-应变曲线数据中的、除了受到交叉效应的影响的部分以外的应变区域的曲线数据互相结合，获得上述合成应力-应变曲线数据。

(7)上述(4)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，具备：外形去除工序，将上述第1可塑性板中的通过上述简单剪切变形所形成的外形部分去除从而获得具有与上述第1应变量及上述第2应变量不同的第3应变量的第3可塑性板；第3剪切工序，将上述第3可塑性板，通过与其表面垂直的虚拟截面划分为两个区域，并沿着上述虚拟截面对上述第3可塑性板施加剪切应力以使得上述两个区域的相对位置在同一面内偏移，而使上述第3可塑性板简单剪切变形；及第3部分应力-应变曲线数据取得工序，测定在上述第3剪切工序中对上述第3可塑性板施加的上述剪切应力和剪切应变，根据在上述第3剪切工序中对上述第3可塑性板施加的上述剪切应力与作为在上述第3剪切工序中对上述第3可塑性板施加的剪切应变量及上述第3应变量的合计的合计应变量的关系，取得第3部分应力-应变曲线数据，在上述合成应力-应变曲线数据取得工序中，基于上述第1部分应力-应变曲线数据、上述第2部分应力-应变曲线数据及上述第3部分应力-应变曲线数据，取得上述合成应力-应变曲线数据。

(8)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，在上述合成应力-应变曲线数据取得工序中，基于加工硬化规律对上述第1部分应力-应变曲线数据和上述第2部分应力-应变曲线数据进行近似，从而取得上述合成应力-应变曲线数据。

(9)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，在上述合成应力-应变曲线数据取得工序中，通过下述式(A)所表示的关系式对上述第1部分应力-应变曲线数据和上述第2部分应力-应变曲线数据进行近似，从而取得上述合成应力-应变曲线数据。

σ＝K(ε^p+a)^m…(A)

m＝n^＊+1/{b(ε^p+c)}…(B)

其中，在式(A)中，σ是等效应力，K(MPa)及a是上述可塑性材料的材料系数，ε^p是等效塑性应变，m如上述式(B)所示那样，式(B)中的n^＊是加工硬化指数的收敛值，b是表示加工硬化指数的收敛速度的参数，c是表示加工硬化指数的发展速度的参数。

(10)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，上述第1剪切工序中的剪切应力的施加方向与上述第2剪切工序中的剪切应力的施加方向，是互相相反的方向。

(11)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，在上述第1剪切工序中，在中途使剪切应力的施加方向反转。

(12)上述(10)或(11)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，在上述合成应力-应变曲线数据取得工序中，基于移动硬化规则对上述第1部分应力-应变曲线数据和上述第2部分应力-应变曲线数据进行近似，从而取得上述合成应力-应变曲线数据。

(13)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，上述第1可塑性板及上述第2可塑性板具有矩形的平面形状。

(14)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，在上述第1剪切工序及上述第2剪切工序中，上述第1可塑性板及上述第2可塑性板的板厚的最大变化量是板厚的1％以下。

(15)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，上述第1剪切工序及上述第2剪切工序分别施加的剪切应变是0.4～1.2的范围。

(16)上述(1)所述的可塑性材料的评价方法也可以是，上述第1可塑性板及上述第2可塑性板是钢板。

(17)本发明的第二形态的可塑性材料的塑性加工的评价方法，使用具备通过有限元法求出可塑性材料的塑性加工的成形分析的分析单元的计算机，将通过上述(1)～(16)中任一项所述的可塑性材料的评价方法所获得的上述合成应力-应变曲线数据输入至上述计算机的上述分析单元，通过上述计算机运行上述分析单元。

(18)上述(17)所述的可塑性材料的塑性加工的评价方法也可以是，上述成形分析是求出对上述可塑性材料进行了塑性加工的情况下的上述可塑性材料的应变分布、最大应变及成形载荷的至少一个的分析。

(19)本发明的第三形态的可塑性材料的评价方法，具备：第1剪切工序，将具有包括0的第1应变量的第1可塑性板，通过与其表面垂直的虚拟截面划分为两个区域，并沿着上述虚拟截面对上述第1可塑性板施加剪切应力以使得上述两个区域的相对位置在同一面内偏移，而使上述第1可塑性板简单剪切变形；第1部分应力-应变曲线数据取得工序，测定在上述第1剪切工序中对上述第1可塑性板施加的上述剪切应力和剪切应变，根据在上述第1剪切工序中对上述第1可塑性板施加的上述剪切应力与作为在上述第1剪切工序中对上述第1可塑性板施加的剪切应变量及上述第1应变量的合计的合计应变量的关系，取得第1部分应力-应变曲线数据；及合成应力-应变曲线数据取得工序，通过下述式(C)所表示的关系式对上述第1部分应力-应变曲线数据进行近似，从而取得合成应力-应变曲线数据。

σ＝K(ε^p+a)^m…(C)

m＝n^＊+1/{b(ε^p+c)}…(D)

其中，在式(C)中，σ是等效应力，K(MPa)及a是上述可塑性材料的材料系数，ε^p是等效塑性应变，m如上述式(D)所示那样，式(D)中的n^＊是加工硬化指数的收敛值，b是表示加工硬化指数的收敛速度的参数，c是表示加工硬化指数的发展速度的参数。

(20)本发明的第四形态的可塑性材料的塑性加工的评价方法，使用具备通过有限元法求出可塑性材料的塑性加工的成形分析的分析单元的计算机，将通过上述(19)所述的可塑性材料的评价方法所获得的上述合成应力-应变曲线数据输入至上述计算机的上述分析单元，通过上述计算机运行上述分析单元。

(21)上述(20)所述的可塑性材料的塑性加工的评价方法也可以是，上述成形分析是求出对上述可塑性材料进行了塑性加工的情况下的上述可塑性材料的应变分布、最大应变及成形载荷的至少一个的分析。

发明的效果

根据上述(1)所述的可塑性材料的评价方法，通过对应变量不同的第1可塑性板及第2可塑性板进行至少两次剪切工序，能够取得应变区域互不相同的至少两个部分应力-应变曲线数据。通过基于这些部分应力-应变曲线数据取得合成应力-应变曲线数据，从而能够以高精度求出一直到例如以往的拉伸试验中的超过均匀伸长的应变区域的剪切应力与剪切应变的关系。

根据上述(2)所述的可塑性材料的评价方法，通过在对第1可塑性板进行了第1剪切工序后进行外形去除工序，能够获得成为断裂的起点的裂纹已被去除的第2可塑性板。因此，由于能够对一枚可塑性板反复进行剪切工序，因此能够减少预先准备的可塑性板的枚数。并且，第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据的应变区域并不重复或背离，因此能够用较少的试验次数以较高的精度获得宽范围的应变区域的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(3)所述的可塑性材料的评价方法，沿着与虚拟截面和第1可塑性板的平面垂直相交的面方向遍及第1可塑性板的两个区域进行去除，因此能够将成为断裂的起点的裂纹更可靠地去除。

根据上述(4)所述的可塑性材料的评价方法，能够使应变量互不相同的多个可塑性板分别简单剪切变形并通过实测获得多个部分应力-应变曲线数据。因此，能够基于这些部分应力-应变曲线数据，获得宽范围的应变区域的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(5)所述的可塑性材料的评价方法，第1部分应力-应变曲线数据的应变区域与第2部分应力-应变曲线数据的应变区域重复，因此能够避免第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据的应变区域背离。因此，能够以较高的精度获得宽范围的应变区域的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(6)所述的可塑性材料的评价方法，在合成应力-应变曲线数据取得工序中，由于将各部分应力-应变曲线数据中的、除了受到交叉效应的影响的部分以外的应变区域的曲线数据互相结合，因此，能够获得误差小的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(7)所述的可塑性材料的评价方法，通过在对第1可塑性板进行了第1剪切工序后进行外形去除工序，能够获得成为断裂的起点的裂纹已被去除的第3可塑性板。因此，由于能够对一枚可塑性板反复进行剪切工序，因此能够减少预先准备的可塑性板的枚数。并且，第1部分应力-应变曲线数据与第3部分应力-应变曲线数据的应变区域并不重复或背离，因此能够用较少的试验次数以较高的精度获得宽范围的应变区域的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(8)所述的可塑性材料的评价方法，基于加工硬化规律对第1部分应力-应变曲线数据和第2部分应力-应变曲线数据进行近似，因此能够获得更宽的范围的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(9)所述的可塑性材料的评价方法，基于上述的式(A)对第1部分应力-应变曲线数据和第2部分应力-应变曲线数据进行近似，因此能够以较高的精度获得更宽的范围的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(10)所述的可塑性材料的评价方法，能够获得反转负荷时的合成应力-应变曲线数据。因此，能够对反转负荷时的屈服应力的降低现象即鲍欣格效应进行评价。

根据上述(11)所述的可塑性材料的评价方法，能够获得反转负荷时的合成应力-应变曲线数据。因此，能够对反转负荷时的屈服应力的降低现象即鲍欣格效应进行评价。尤其是，由于能够在负荷了期望的应变量的时刻使负荷方向反转，因此能够获得实用性更高的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(12)所述的可塑性材料的评价方法，基于移动硬化规则对通过上述(10)或(11)求出的部分应力-应变曲线数据进行近似，因此能够获得更宽的范围的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(13)所述的可塑性材料的评价方法，各个可塑性板具有矩形的平面形状，因此能够抑制可能成为剪切加工时的断裂的起点的裂纹的产生。

根据上述(14)所述的可塑性材料的评价方法，各剪切工序中的可塑性板的板厚减少量受到限制，因此在板厚方向上不会产生缩颈。因此，能够在比单轴拉伸试验更宽的应变区域获得部分应力-应变曲线数据。因此，不会使剪切工序的次数增大，并且，在剪切工序中不会使金属板断裂，能够获得宽范围的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(15)所述的可塑性材料的评价方法，各剪切工序中的每一次的剪切应变是0.4～1.2的范围，所以不会使剪切工序的次数增大，并且，在剪切工序中不会使金属板断裂，能够获得宽范围的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(16)所述的可塑性材料的评价方法，使用钢板作为可塑性板，因此能够获得钢材的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(17)所述的可塑性材料的塑性加工的评价方法，通过将通过上述(1)～(16)中任一项所述的可塑性材料的评价方法所获得的合成应力-应变曲线数据输入至计算机，从而能够以较高的精度进行以较高的应变量对可塑性材料进行塑性加工的情况下的成形分析。

根据上述(18)所述的可塑性材料的塑性加工的评价方法，能够精确地预测对可塑性材料进行塑性加工时的应变分布、最大应变及成形载荷的至少一个。例如，在应用冲压成形作为塑性加工的情况下，能够预测冲压成形中的可塑性板的应变分布及最大应变，能够精确地分析裂纹的产生。并且，在应用板锻造、冷锻作为塑性加工的情况下，通过求出例如模具对可塑性材料的成形载荷，能够精确地预测加工所需的成形载荷。

根据上述(19)所述的可塑性材料的评价方法，基于上述的式(C)对第1部分应力-应变曲线数据进行近似，因此能够以较高的精度获得较宽的范围的合成应力-应变曲线数据。

根据上述(20)所述的可塑性材料的塑性加工的评价方法，通过将通过上述(19)所述的可塑性材料的评价方法所获得的合成应力-应变曲线数据输入至计算机，从而能够以较高的精度进行以较高的应变量对可塑性材料进行塑性加工的情况下的成形分析。

并且，根据上述(21)所述的可塑性材料的塑性加工的评价方法，能够精确地预测对可塑性材料进行塑性加工时的应变分布、最大应变及成形载荷的至少一个。例如，在应用冲压成形作为塑性加工的情况下，能够预测冲压成形中的可塑性板的应变分布及最大应变，能够精确地分析裂纹的产生。并且，在应用板锻造、冷锻作为塑性加工的情况下，通过求出例如模具对可塑性材料的成形载荷，能够精确地预测加工所需的成形载荷。

附图说明

图1是表示通过单轴拉伸试验获得的应力-应变曲线数据和将应力-应变曲线数据外推而获得的外推曲线数据的例子的曲线图。

图2是表示本发明的第一实施方式的钢材的评价方法中使用的第1钢板的俯视图。

图3是表示被施加了剪切应力的第1钢板的俯视图。

图4是表示将第1钢板的外形部分去除而获得的第2钢板的俯视图。

图5是表示通过本发明的第一实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据与通过以往的方法获得的等效应力-等效塑性应变曲线数据的曲线图。

图6是表示通过本发明的第一实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据与基于Swift式将通过以往的方法获得的等效应力-等效塑性应变曲线数据外推而得到的等效应力-等效塑性应变曲线数据的曲线图。

图7是表示瞬间n值与等效塑性应变的关系的曲线图。

图8是说明对钢板赋予了预应变的方法的示意图。

图9是表示本发明的第二实施方式的钢材的评价方法中使用的第1钢板(或第2钢板)的俯视图。

图10是表示被施加了剪切应力的第1钢板的俯视图。

图11是表示通过本发明的第二实施方式的钢材的评价方法获得的多个部分应力-应变曲线数据的曲线图。

图12是表示通过本发明的第二实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据的曲线图。

图13是说明本发明的第二实施方式的钢材的评价方法中的合成应力-应变曲线数据取得工序的一例的曲线图。

图14是表示通过本发明的第二实施方式的钢板的评价方法获得的各钢材的部分应力-应变曲线数据的曲线图。

图15是表示根据图14所示的部分应力-应变曲线数据求出的瞬间加工硬化率与等效塑性应变的关系的曲线图。

图16是表示本发明的第二实施方式的变形例的钢材的评价方法中使用的第1钢板的俯视图。

图17是表示被施加了剪切应力的第1钢板的俯视图。

图18是表示将第1钢板的外形部分去除而获得的第3钢板的俯视图。

图19是表示通过本发明的第二实施方式的钢材的评价方法获得的各钢板的部分应力-应变曲线数据的曲线图。

图20是表示根据图19所示的部分应力-应变曲线数据求出的瞬间加工硬化率与等效塑性应变的关系的曲线图。

图21是将通过各种方法获得的应力-应变曲线数据进行比较的曲线图。

图22是将通过各种方法获得的应力-应变曲线数据进行比较的曲线图。

图23是表示本发明的第三实施方式的钢材的评价方法中使用的第1钢板的俯视图。

图24是表示被施加了剪切应力的第1钢板的俯视图。

图25是表示通过简单剪切变形试验获得的部分应力-应变曲线数据和通过Swift式近似后的等效应力-等效塑性应变曲线数据的曲线图。

图26是表示根据图25所示的部分应力-应变曲线数据求出的瞬间n值与等效塑性应变的关系的曲线图。

图27是表示通过本发明的第三实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据的曲线图。

图28是表示根据图27所示的合成应力-应变曲线数据求出的瞬间n值与等效塑性应变的关系的曲线图。

图29是说明本发明的第四实施方式的钢材的塑性加工的评价方法的流程图。

图30是表示圆筒扩孔加工的加工方法的局部立体图。

图31A是表示基于通过以往的Swift式而得到的材料参数进行了钢板的圆筒扩孔加工的分析的结果的等高线图。

图31B是表示基于通过本发明的第一实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据进行了钢板的圆筒扩孔加工的分析的结果的等高线图。

图32是表示钢板的圆筒扩孔加工后的孔的边缘处的最大应变量的分布的曲线图。

图33A是说明钢板的板锻造的第1工序图。

图33B是说明钢板的板锻造的第2工序图。

图33C是说明钢板的板锻造的第3工序图。

图34是说明本发明的第五实施方式的钢材的塑性加工的评价方法的流程图。

图35A是表示基于通过本发明的第二实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据进行了钢板的板锻造的分析的结果的图。

图35B是表示基于通过单轴拉伸试验获得的应力-应变曲线数据进行了钢板的板锻造的分析的结果的图。

图36是说明本发明的第四实施方式的钢材的塑性加工的评价方法的流程图。

图37是表示圆筒扩孔加工的加工方法的局部立体图。

图38A是表示基于通过以往的Swift式而得到的材料参数进行了钢板的圆筒扩孔加工的分析的结果的等高线图。

图38B是表示基于通过本发明的第三实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据进行了钢板的圆筒扩孔加工的分析的结果的等高线图。

图39是表示钢板的圆筒扩孔加工后的孔的边缘处的最大主应变量的分布的曲线图。

图40是表示从第一次进行的剪切工序的中途使剪切应力的施加方向反转了的情况下的合成应力-应变曲线数据的曲线图。

图41是表示从第三次进行的剪切工序起使剪切应力的施加方向反转了的情况下的合成应力-应变曲线数据的曲线图。

具体实施方式

在利用了有限元分析的可塑性材料加工的成形分析中，利用应力-应变曲线数据中的、一直到单轴拉伸试验的均匀伸长的应变区域为止的应力-应变曲线数据。但是，在例如实际的可塑性材料的冲压成形、板锻造、冷锻等中，远远大于均匀伸长的应变区域的应变被施加于可塑性材料。因此，以往，在使用有限元法执行冲压成形、板锻造、冷锻等的成形分析的情况下，通过将均匀伸长的应变区域的应力-应变曲线数据一直外推到超过均匀伸长的应变区域为止，从而对考虑了加工硬化的影响的应力-应变曲线数据进行近似，并使用该近似曲线数据执行了有限元分析。

作为将应力-应变曲线数据一直外推到超过均匀伸长的应变区域的手段，有例如求出均匀伸长的应变区域的应力-应变曲线的平均斜率，并将具有该平均斜率的直线一直外推到超过均匀伸长的应变区域的手段。并且，作为别的手段，有求出均匀伸长的应变区域的应力-应变曲线的部分的斜率，并将具有该斜率的直线一直外推到超过均匀伸长的应变区域的手段。将这些近似曲线数据的例子示于图1。

在图1中，示出了通过单轴拉伸试验获得的应力-应变曲线数据和从单轴拉伸试验的应力-应变曲线数据外推而得到的外推曲线数据。如图1所示，外推曲线数据根据其计算方法而产生偏差，应变量越大则偏差越大。尤其是，在板锻造的应变区域，存在流动应力以10％以上的幅度发生偏差的情况。

应力-应变曲线数据在超过最大拉伸强度后下降。其原因是，在被施加比与最大拉伸强度对应的应变大的应变时，会发生塑性不稳定，在试验片上会发生局部缩颈。也有代替单轴拉伸试验，而通过液压胀形试验来获得应力-应变曲线数据的手段，但即使是该方法也只不过可获得均匀伸长的应变区域的2倍程度的应变区域的应力-应变曲线数据。进而，也有通过圆柱镦粗试验来获得应力-应变曲线数据的手段，但在想要通过该方法获得例如钢板的应力-应变曲线数据时，需要准备直径为钢板的厚度程度的尺寸的圆柱体作为试验体，试验体的调整需要很大的功夫和成本。

并且，在对例如钢板进行塑性加工的情况下，有钢板产生裂纹的情况。尤其是，在高强度钢板的冲压成形中容易产生裂纹。在冲压成形时对裂纹的产生部位施加的应变量达到通过单轴拉伸试验获得的应力-应变曲线数据的应变区域的4倍程度的情况是存在的。因此，在通过有限元法等执行对钢板进行冲压成形时的成形分析的情况下，使用将应力-应变曲线数据外推的数据，但因为终究是外推的数据，不是实测的，所以有可能产生误差。

因此，本发明人们，研究了在较宽的应变区域中获得应力-应变曲线数据的方法，结果发现：利用简单剪切试验比以往的利用单轴拉伸试验更有利。这是因为，简单剪切试验是对可塑性板施加面内剪切应力的试验，即使施加了比与最大拉伸强度对应的应变大的应变，在板厚方向上也不会产生缩颈。

并且，本发明人们发现：

通过反复进行(a)准备具有互不相同的应变量的多个同种的可塑性板，并对这些可塑性板进行简单剪切试验，或，

(b)对单一的可塑性板，在进行简单剪切试验后将变形了的外形部分去除，并再次进行简单剪切变形，从而取得多个部分应力-应变曲线数据，并基于这些部分应力-应变曲线数据获得一个合成应力-应变曲线数据，从而并不进行外推等的近似，就遍及较宽应变区域地获得高精度的合成应力-应变曲线数据。

并且，本发明人们对于通过上述的方法实际取得的高精度的合成应力-应变曲线数据进行分析的结果，发现了比Swift式等的以往的近似式精度高的近似式。

本发明是基于上述的发现而做出的。

以下，基于第一实施方式～第六实施方式，对本发明的细节进行详细地说明。另外，在任一个实施方式中，都使用钢材(即，作为可塑性板，为钢板)作为可塑性材料，但作为可塑性材料，也能够使用铝、钛等金属材料、FRP、FRTP等玻璃纤维强化树脂材料、以及他们的复合材料。

并且，在本说明书中，所谓的“部分应力-应变曲线数据”，是对通过一次的剪切工序获得的应力与应变的关系进行表示的数据。并且，所谓的“合成应力-应变曲线数据”，是通过使多个部分应力-应变曲线数据互相结合、或对至少一个的部分应力-应变曲线数据应用近似式等获得的较宽的应变区域的应力-应变曲线数据。

(第一实施方式)

以下，参照图2～图7对本发明的第一实施方式的钢材的评价方法进行说明。

本实施方式的钢材的评价方法具备：

[1－1]使第1钢板101剪切变形的第1剪切工序；

[1－2]根据第1剪切工序的测定结果取得第1部分应力-应变曲线数据的部分应力-应变曲线数据取得工序；

[1－3]将剪切变形后的第1钢板101的外形部分去除，取得第2钢板102的外形去除工序；

[1－4]使第2钢板102剪切变形的第2剪切工序；

[1－5]根据第2剪切工序的测定结果取得第2部分应力-应变曲线数据的部分应力-应变曲线数据取得工序；

[1－6]基于第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据取得合成应力-应变曲线数据的合成应力-应变曲线数据取得工序。以下，对于各工序，详细地进行说明。

[1－1]第1剪切工序

第1钢板101如图2所示，是具有矩形的平面形状的钢板。对于第1钢板101，可以根据需要赋予预应变。即，第1钢板101具有第1应变量(包括0)。

如图2所示，在第1钢板101的一方的边101a与另一方的边101b之间，设定将第1钢板101划分为两个区域的虚拟截面101c。虚拟截面101c与第1钢板101的表面垂直而设定。并且，在以虚拟截面101c为边界的情况下，将第1钢板101的包括一方的边101a的部分和包括另一方的边101b的部分分别通过省略图示的固定构件来限制。作为固定构件，能够例示将第1钢板101夹住并固定的夹紧装置。

接着，如图3所示，施加剪切应力以使通过虚拟截面101c划分的第1钢板101的两个区域沿着虚拟截面101c在板宽度方向上相互错开(即，两个区域的相对位置在同一面内偏移)，而使第1钢板101简单剪切变形。

具体而言，以将通过虚拟截面101c划分的第1钢板101的两个区域分别通过夹紧装置限制的状态，使夹紧装置以沿着虚拟截面101c在板宽度方向上相互错开的方式移动。由此，在虚拟截面101c的附近形成剪切变形部101d。沿着虚拟截面101c在板宽度方向上施加剪切应力，所以剪切变形部101d处的板厚和应力施加前相比不变。另外，板厚也可能根据材质减少，但该板厚的最大变化量即便大也在1％以下。因此，不会如单轴拉伸试验那样在试验片上发生局部缩颈。

其中，与第1钢板101的一方的边101a及另一方的边101b连接的侧边101e、101e由于对第1钢板101的剪切应力的施加，其形状大幅变形。

通过一次的剪切工序对第1钢板101施加的剪切应变是0.4～1.2的范围为优选的，是0.5～1.0的范围是更优选的。如果一次的剪切应变的施加量为0.4以上，则一次的剪切变形引起的应变量不会过小，剪切工序和外形去除工序的反复次数不会增大。并且，如果使每一次的剪切应变的施加量为1.2以下，则能够防止在较早的阶段的钢板的断裂。

[1－2]第1部分应力-应变曲线数据取得工序

在第1部分应力-应变曲线数据取得工序中，测定在上述第1剪切工序对第1钢板101施加的剪切应力和剪切应变。然后，根据(1)在第1剪切工序对第1钢板101施加的剪切应力与(2)在第1剪切工序对第1钢板101施加的剪切应变量及第1应变量的合计即合计应变量的关系，取得第1部分应力-应变曲线数据。

[1－3]外形去除工序

在外形去除工序中，如图4所示，暂时将剪切应力去掉后，将由于剪切应力的施加而变形了的外形部分去除，获得具有矩形的平面形状的第2钢板102。具体而言，将经过了第1剪切工序的第1钢板中的包括侧边101e、101e的部分切除，使第1钢板101的俯视形状为矩形状。

裂纹可能会进入到由于第1剪切工序中的剪切应力的施加而变形了的侧边101e、101e中尤其是变形大的部位。在残留该裂纹的状态下，在后述的第2剪切工序中，第2钢板102可能会以裂纹为起点而断裂。但是，通过进行该外形去除工序，能够获得成为断裂的起点的裂纹已被去除的第2钢板102，因此能够消除上述的问题点。

另外，在外形去除工序中，也可以沿着与虚拟截面101c和第1钢板101的平面垂直相交的面方向遍布第1钢板101的两个区域将外形部分去除。换言之，也可以沿着图4中的2条线A将外形部分去除。由此，能够将成为断裂的起点的裂纹更可靠地去除。

[1－4]第2剪切工序

在第2剪切工序中，针对通过外形去除工序获得的第2钢板102，通过与上述[1－1]说明的方法同样的方法，施加剪切应力。

第2钢板102具有由在第1剪切工序中施加的应变引起的第2应变量。因此，在本实施方式中，与上述的第1钢板101具有的第1应变量相比，第2钢板102具有的第2应变量更大。

[1－5]第2部分应力-应变曲线数据取得工序

在第2部分应力-应变曲线数据取得工序中，测定在上述第2剪切工序对第2钢板102施加的剪切应力和剪切应变。并且，根据(1)在第2剪切工序中对第2钢板102施加的剪切应力与(2)在第2剪切工序中对第2钢板102施加的剪切应变量及第2应变量的合计即合计应变量的关系，取得第2部分应力-应变曲线数据。

[1－6]合成应力-应变曲线数据取得工序

在合成应力-应变曲线数据取得工序中，至少基于第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据，取得合成应力-应变曲线数据。

在上述的说明中，基于通过夹着外形去除工序进行两次剪切工序而获得的两个部分应力-应变曲线数据，取得合成应力-应变曲线数据，但根据本实施方式，能够对于一枚钢板反复多次剪切工序和外形去除工序。反复次数的上限不需要特别指定，可以在剪切应力的施加中一直继续到钢板裂开为止。

因此，根据本实施方式的钢材的评价方法，能够减少预先准备的可塑性板的枚数。并且，第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据的应变区域并不重复或背离，因此能够用较少的试验次数以较高的精度获得宽范围的应变区域的合成应力-应变曲线数据。

图5中示出了夹着两次外形去除工序反复进行了三次剪切工序的情况(本实施方式的方法)和进行了简单拉伸试验的情况(以往方法)下所获得的等效应力-等效塑性应变曲线数据。为试验提供的钢板，拉伸强度为600MPa，屈服强度为400MPa，板厚为1.6mm。

如图5所示，通过以往的方法，获得了一直到等效塑性应变0.19的应力-应变曲线数据，但根据本实施方式的方法，能够获得一直到其4倍即0.7左右的应力-应变曲线数据。

接着，对通过本实施方式的钢材的评价方法获得的等效应力-等效塑性应变曲线数据进行详细地研究。图6中示出了该研究结果。图6中示出了基于Swift式将通过本实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据和通过以往的方法获得的一直到等效塑性应变0.19的应力-应变曲线数据一直外推到塑性应变0.7以上的应力-应变曲线数据。

通过本实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据是对从实际测定的剪切应力和剪切应变获得的等效应力和等效塑性应变进行描绘的曲线数据。并且，外推出的应力-应变曲线数据是将通过以往的方法获得的一直到塑性应变0.1的应力-应变曲线数据带入到下述式(1)即Swift式中计算出来的。

σ＝α(ε^p+β)ⁿ…(1)

其中，在式(1)中，σ是等效应力，α及β是按每个钢板确定的常数，ε^p是等效塑性应变，n是加工硬化指数。

如图6所示，可知，基于Swift式外推出的等效应力-等效塑性应变曲线数据，相对于通过本实施方式的方法获得的合成应力-应变曲线数据，越是在较高的应变区域越是背离。

为了研究两个曲线数据的背离的原因，调查了瞬间n值与等效塑性应变的关系。将结果示于图7。所谓的瞬间n值，是将图6所示的应力-应变曲线数据描绘成双对数曲线图的曲线数据中的瞬间梯度。如图7所示，基于Swift式外推出的应力-应变曲线数据，随着应变量变大而几乎收敛为一定值。另一方面，通过本实施方式的方法获得的应力-应变曲线数据的瞬间n值虽然有随着应变量变大而收敛的倾向，但是不收敛为一定值而持续变化。可知，Swift式是以n值是一定的为前提的式子，但实际的钢材，尤其是在应变量大的区域会脱离Swift式。

(第二实施方式)

本发明的第二实施方式的钢材的评价方法为，准备预应变量互不相同的二枚以上的钢板，并使这些钢板分别简单剪切变形从而取得部分应力-应变曲线数据，进而基于这些部分应力-应变曲线数据取得合成应力-应变曲线数据的钢材的评价方法。

并且，作为变形例，也可以是，在剪切工序中，反复一次以上如第一实施方式那样使将通过简单剪切变形而变形了的钢板的外形部分去除了的钢板再度简单剪切变形。

在本实施方式中，与第一实施方式不同，准备二枚以上成分及组织为同一种的钢板。准备的钢板中的一枚钢板也可以是未被赋予应变量的钢板。作为对钢板赋予预应变的方法，如图8所示，可以将轧制方向设为例如与剪切方向不平行的方向，也可以将轧制方向设为与剪切方向平行的方向。

在准备n枚钢板的情况下，准备阶梯式地施加了预应变ε^p₁，ε^p₂，ε^p₃，…ε^p_n的多个钢板。准备的钢板的枚数只要根据作为目的的等效应变的大小决定即可。尤其是，在要获得一直到较高的等效应变的区域的应力-应变曲线数据的情况下，准备赋予了预应变的多个钢板为好。

另外，在设轧制前的板厚为h₀并设轧制后的板厚为h的情况下，通过冷轧对钢板赋予的预应变ε^p通过下式(2)来赋予。

ε^p＝(2/√3)ln(h/h₀)…(2)

作为对钢板赋予预应变的手段，不限于冷轧，只要是能够控制预应变量的手段即可，不特别限制，能够例示附加利用了单轴拉伸试验、平面应变拉伸试验的拉伸应力的加工等。

以下，参照图9～图22对本发明的第二实施方式的钢材的评价方法进行说明。

本实施方式的钢材的评价方法包括：

[2－1]使第1钢板201剪切变形的第1剪切工序；

[2－2]根据第1剪切工序的测定结果，取得第1部分应力-应变曲线数据的部分应力-应变曲线数据取得工序；

[2－3]使与第1钢板201分开准备的第2钢板202剪切变形的第2剪切工序；

[2－4]根据第2剪切工序的测定结果，取得第2部分应力-应变曲线数据的部分应力-应变曲线数据取得工序；

[2－5]基于第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据，取得合成应力-应变曲线数据的合成应力-应变曲线数据取得工序。以下，对各工序详细地进行说明。

[2－1]第1剪切工序

第1钢板201如图9所示，是具有矩形的平面形状的钢板。可以根据需要对第1钢板201赋予预应变。即，第1钢板201具有第1应变量(包括0)。

如图9所示，在第1钢板201的一方的边201a与另一方的边201b之间，设定将第1钢板201划分为两个区域的虚拟截面201c。虚拟截面201c与第1钢板201的表面垂直而设定。并且，在以虚拟截面201c为边界的情况下，将第1钢板201的包含一方的边201a的部分和包含另一方的边201b的部分分别通过省略图示的固定构件来限制。作为固定构件，能够例示将第1钢板201夹住并固定的夹紧装置。

接着，如图10所示，施加剪切应力以使得通过虚拟截面201c划分的第1钢板201的两个区域沿着虚拟截面201c在板宽度方向上相互错开(即，两个区域的相对位置在同一面内偏移)，而使第1钢板201简单剪切变形。

具体而言，在将通过虚拟截面201c划分的第1钢板201的两个区域分别通过夹紧装置限制的状态下，使夹紧装置以沿着虚拟截面201c在板宽度方向上相互错开的方式移动。由此，在虚拟截面201c的附近形成剪切变形部201d。沿着虚拟截面201c在板宽度方向上施加剪切应力，所以剪切变形部201d处的板厚和应力施加前相比不变。另外，板厚也可能根据材质减少，但该板厚的最大变化量即便大也在1％以下。因此，不会如单轴拉伸试验那样在试验片上发生局部缩颈。

其中，与第1钢板201的一方的边201a及另一方的边201b连接的侧边201e、201e，通过对第1钢板201的剪切应力的施加，其形状大幅变形。

通过一次的剪切工序对第1钢板201施加的剪切应变为0.4以上是优选的。如果使一次的剪切应变的施加量为0.4以上，则一次的剪切变形引起的应变量不会过小，能够减少使用的钢板的数量。在本实施方式中，剪切应变的施加量的上限不需要特别规定，可以施加剪切应力一直到第1钢板201断裂为止。

[2－2]第1部分应力-应变曲线数据取得工序

在第1部分应力-应变曲线数据取得工序中，测定在上述第1剪切工序中对第1钢板201施加的剪切应力和剪切应变。然后，根据(1)在第1剪切工序中对第1钢板201施加的剪切应力与(2)在第1剪切工序中对第1钢板201施加的剪切应变量及第1应变量的合计即合计应变量的关系，取得第1部分应力-应变曲线数据。

[2－3]第2剪切工序

在第2剪切工序中，对于与第1钢板201分开准备的第2钢板202，通过与上述[2－1]说明的方法同样的方法，施加剪切应力。

第2钢板202只要具有与第1钢板具有的第1应变量不同的第2应变量即可。因此，在本实施方式中，第1应变量可以比第2应变量大，也可以比第2应变量小。

其中，在例如第2应变量比第1应变量大的情况下，第2应变量为在第1剪切工序中对第1可塑性板施加的应变量以下是优选的。由此，能够避免第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据的应变区域背离，能够以较高的精度获得宽范围的应变区域的合成应力-应变曲线数据。

[2－4]第2部分应力-应变曲线数据取得工序

在第2部分应力-应变曲线数据取得工序中，测定在上述第2剪切工序中对第2钢板202施加的剪切应力和剪切应变。然后，根据(1)在第2剪切工序中对第2钢板202施加的剪切应力与(2)在第2剪切工序中对第2钢板202施加的剪切应变量及第2应变量的合计即合计应变量的关系，取得第2部分应力-应变曲线数据。

[2－5]合成应力-应变曲线数据取得工序

在合成应力-应变曲线数据取得工序中，至少基于第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据，取得合成应力-应变曲线数据。

以下，关于使第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据互相结合来获得一个合成应力-应变曲线数据的方法，示出具体例进行说明。

图11表示通过对具有互不相同的预应变量(0，ε^p₁，ε^p₂，ε^p₃，ε^p₄)的五枚钢板进行剪切工序而获得的五个部分应力-应变曲线数据(等效应力-等效塑性应变曲线数据)。

如图11所示，没赋予预应变的钢板的部分应力-应变曲线，从等效应变为0的位置起曲线上升，等效应力继续上升，之后，伴随钢板断裂，应力返回到0。

并且，赋予了预应变ε^p₁的钢板的部分应力-应变曲线，从等效应变为ε^p₁的位置起曲线上升，等效应力继续上升，之后，伴随钢板断裂，应力返回到0。

同样地，赋予了预应变ε^p₂～ε^p₄的钢板的应力-应变曲线，从等效应变为ε^p₂～ε^p₄的位置起曲线分别上升，等效应力继续上升，之后，伴随钢板断裂，应力返回到0。

这样，在本实施方式中，将赋予了预应变ε^p的钢板的应力-应变曲线的开始位置作为等效应变ε^p。在对于钢板预先施加了预应变ε^p的情况下，对钢板施加的应变成为将预应变ε^p与剪切应变合计而得到的应变。并且通过对被赋予了预应变ε^p的钢板进行单轴剪切试验，获得将预应变和剪切应变合计而得到的合计应变与和该合计应变对应的等效应力的应力-应变曲线数据。因此，如上所述，将赋予了预应变ε^p的钢板的应力-应变曲线的开始位置作为等效应变ε^p。

接着，如图12所示，使各部分应力-应变曲线数据中的、与除了弹性变形以外的均匀伸长的范围相当的曲线数据互相结合，获得一个合成应力-应变曲线数据。

此时，在各曲线数据几乎重叠的情况下，只要原封不动地使各曲线数据互相结合而作为一个合成应力-应变曲线数据即可。

并且，在各曲线数据不重叠而产生偏移的情况下，如图13所示，使预应变高的钢板的曲线数据b₁或者b₂沿着等效应力的轴在上下方向上平移，以使预应变高的钢板的曲线数据b₁或者b₂相对于预应变小的钢板的曲线数据a重叠。例如，在如图13的单点划线所示那样，相对于预应变小的钢板的曲线数据a，预应变高的钢板的曲线数据b₁的等效应力高的情况下，使预应变高的钢板的曲线数据b₁向下方平移而与预应变小的钢板的曲线数据叠加。并且，在如图13的虚线所示那样，相对于预应变小的钢板的曲线数据a，预应变高的钢板的曲线数据b₂的等效应力低的情况下，使预应变高的钢板的曲线数据b₂向上方平移而与预应变小的钢板的曲线数据a叠加。叠加后的曲线数据c，成为原来的曲线数据a与平移后的曲线数据重叠的曲线数据。

作为合成应力-应变曲线数据取得工序中的上述的处理成为可能的理由是，如后所述，根据赋予了预应变的钢板的应力-应变曲线数据求出的瞬间加工硬化率与根据未赋予预应变的钢板的应力-应变曲线数据求出的瞬间加工硬化率几乎一致。

并且，使预应变小的钢板的曲线数据a和预应变高的钢板的曲线数据b₁、b₂中的、预应变高的钢板的曲线数据b₁、b₂平移的理由是，以预应变更小的钢板的应力-应变曲线数据为基准，使其他的曲线数据依次重叠。并且，作为以预应变小的钢板的应力-应变曲线数据为基准的理由是，就赋予了预应变的钢板而言，有时通过预应变对等效应力造成影响，为了尽可能去除该影响。

并且，在对赋予了预应变的钢板进行了简单剪切试验的情况下，可能由于施加预应变和剪切应变而产生交叉效应。图14中示出了产生了交叉效应的部分应力-应变曲线数据，图14所示的应力-应变曲线数据是施加0.1～1.0的预应变的钢板的部分应力-应变曲线数据，但在各曲线数据的刚刚屈服后，存在曲线数据示出暂时较高的等效应力之后渐渐地等效应力变低的部位。该曲线数据的紊乱被称为交叉效应，有时由于被赋予应变的路径的差异而产生。在发生了这种交叉效应的情况下，只要去掉该部分后取得合成应力-应变曲线数据即可。去掉的范围可以为对各钢板赋予的预应变ε^p的0.5倍～1.5倍程度。另外，图14中使用的钢板，是JSC270材(日本钢铁联盟标准)。

接着，对图14的应力-应变曲线数据进行详细地研究。图15中示出了该研究结果。在图15中，关于分别赋予了0.1、0.3、0.5及1.0的预应变的钢板，描绘了瞬间加工硬化率(dσ/dε)与等效塑性应变的关系。瞬间加工硬化率，是图14所示的4条部分应力-应变曲线的瞬间梯度。如图15所示，可知，随着等效应变变高，瞬间加工硬化率渐渐地降低，但各钢板的瞬间加工硬化率的曲线数据部分地重叠并连续。并且，图15中，加了圈标记的部分与图14所示的受到交叉效应的影响的曲线数据对应，可知，如果除去该部分，则各钢板的瞬间加工硬化率的曲线数据几乎重叠。并且，在图15中虽未示出，但这些赋予了预应变的钢板的应力-应变曲线数据与未赋予预应变的钢板的应力-应变曲线数据都很好地一致。根据这些结果可知，即使使阶梯式地赋予了预应变的多个钢板的每个钢板的部分应力-应变曲线数据在合成应力-应变曲线数据取得工序中一条化，也能够使误差的范围为最小限。

作为本实施方式的变形例，也可以是，在第1剪切工序(及/或第2剪切工序)之后，进行第一实施方式中说明的那样的外形去除工序从而取得第3钢板，并使该第3钢板简单剪切变形，从而取得第3部分应力-应变曲线数据。

在该变形例的钢材的评价方法中，也准备预应变不同的二枚以上的钢板(第1钢板201及第2钢板202)。

接着，如图16所示，在第1钢板201的一方的边201a与另一方的边201b之间，设定将第1钢板201划分为两个区域的虚拟截面201c，将第1钢板201的包含一方的边201a的部分和包含另一方的边201b的部分分别通过省略图示的固定构件限制。

接着，如图17所示，施加剪切应力以使得通过虚拟截面201c划分的第1钢板201的两个区域沿着虚拟截面201c在板宽度方向上相互错开(即，两个区域的相对位置在同一面内偏移)，而使第1钢板201简单剪切变形。

具体而言，在将通过虚拟截面201c划分的第1钢板201的两个区域分别通过夹紧装置限制的状态下，使夹紧装置以沿着虚拟截面201c在板宽度方向上相互错开的方式移动。由此，在虚拟截面201c的附近形成剪切变形部201d。沿着虚拟截面201c在板宽度方向上施加剪切应力，所以剪切变形部201d处的板厚和应力施加前相比不变。另外，板厚也可能根据材质减少，但该板厚的最大变化量即便大也在1％以下。因此，不会如单轴拉伸试验那样在试验片上发生局部缩颈。

其中，与第1钢板201的一方的边201a及另一方的边201b连接的侧边201e、201e，通过对第1钢板201的剪切应力的施加，其形状大幅变形。

在该变形例中，通过一次的剪切工序对钢板施加的剪切应变为0.4～1.2的范围是优选的，为0.5～1.0的范围是更优选的。如果使每一次的剪切应变的施加量为0.4以上，则一次的剪切变形引起的应变量不会过小，剪切工序和外形去除工序的反复次数不会增大。并且，如果使每一次的剪切应变的施加量为1.2以下，则能够防止在较早的阶段的钢板的断裂。

在外形去除工序中，如图18所示，将剪切应力暂时去掉后，将由于剪切应力的施加而变形了的外形部分去除，获得具有矩形的平面形状的第3钢板203。具体而言，将经过了第1剪切工序的第1钢板中的、包含侧边201e、201e的部分切除，使第1钢板201的俯视形状为矩形状。

裂纹可能会进入到由于第1剪切工序中的剪切应力的施加而变形了的侧边201e、201e中尤其是变形大的部位。在残留该裂纹的状态下，在后述的第3剪切工序中，第3钢板203可能以裂纹为起点而断裂。但是，通过进行该外形去除工序，能够获得成为断裂的起点的裂纹已被去除的第3钢板203，因此能够消除上述的问题点。

另外，在图18所示的例子中，将通过虚拟截面201c划分的两个区域中的、仅一方的区域分别去除。但是，在外形去除工序中，也可以沿着与虚拟截面201c和第1钢板201的平面垂直相交的面方向遍及第1钢板201的两个区域将外形部分去除。换言之，也可以沿着图18中的二条线A将外形部分去除。由此，能够将成为断裂的起点的裂纹更可靠地去除。

对通过外形去除工序获得的第3钢板203，通过与上述的第1剪切工序同样的方法进行简单剪切(第3剪切工序)。即，根据该变形例，对于一枚钢板，能够夹着外形去除工序反复多次剪切工序。这些工序的反复次数只要为一次以上即可。反复次数的上限不需要特别指定，可以在剪切应力的施加中一直继续到钢板裂开为止。

另外，第3钢板是经过了对第1钢板的第1剪切工序而获得的，所以具有比第1钢板大的第3应变量3。并且，后述的第3部分应力-应变曲线数据与第1部分应力-应变曲线数据及第2部分应力-应变曲线数据合成而取得合成应力-应变曲线数据，因此第1应变量、第2应变量及第3应变量任一个都不同是优选的。

然后，对第3钢板203，测定在第3剪切工序中施加的剪切应力和剪切应变，并根据(1)在第3剪切工序中对第3可塑性板施加的上述剪切应力与(2)在第3剪切工序中对第3可塑性板施加的剪切应变量及第3应变量的合计即合计应变量的关系，取得第3部分应力-应变曲线数据。

接着，作为合成应力-应变曲线数据取得工序，基于第1部分应力-应变曲线数据、第2部分应力-应变曲线数据及第3部分应力-应变曲线数据，获得一个合成应力-应变曲线数据。

此时的合成应力-应变曲线数据取得工序，只要与先前说明的合成应力-应变曲线数据取得工序同样地进行即可。

图19中示出了从多个钢板获得的部分应力-应变曲线数据。并且，图20中示出了瞬间加工硬化率(dσ/dε)与等效塑性应变的关系。

可知，图19所示的部分应力-应变曲线数据是进行合成应力-应变曲线数据取得工序前的状态，但各曲线数据几乎重叠。另外，如图19所示，例如施加了预应变1.0的钢板的曲线数据被分割成多条线，但这多条线分别对应于如上述变形例那样对一枚金属板反复进行了剪切工序的结果。

并且，如图20所示，对赋予了预应变的钢板的瞬间加工硬化率(dσ/dε)与等效应变的关系进行表示的曲线数据、同对未赋予预应变的钢板的瞬间加工硬化率(dσ/dε)与等效应变的关系进行表示的曲线数据很好地一致。根据其结果可知，即使在反复进行了剪切应力的施加情况下，也能够使各钢板的应力-应变曲线数据间的误差为最小限。

图21中示出了各种应力-应变曲线数据。图21中示出了，

(a)通过液压胀形试验取得的应力-应变曲线数据、

(b)对赋予了预应变的钢板施加拉伸应力而取得的应力-应变曲线数据、

(c)通过本实施方式的钢材的评价方法取得的多个部分应力-应变曲线数据及合成应力-应变曲线数据。可知，通过本实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据，通过反复剪切工序而测定，由此一直延伸到比通过液压胀形试验获得的应力-应变曲线数据宽的应变区域。并且，在通过轧制对赋予了预应变的钢板施加拉伸应力的情况下，在施加了与屈服点相当的拉伸应力的时刻断裂。这被推测为，通过施加预应变而处于预先对钢板施加等效应力的状态，在该状态下施加拉伸载荷由此在板厚方向上立刻产生局部缩颈，并达到断裂。在如本实施方式那样进行了简单剪切试验的情况下，在板厚方向上不产生局部缩颈，所以即使是赋予了预应变的钢板也不会立刻断裂，可获得各个部分应力-应变曲线数据。

并且，图22中示出了，

(d)将通过单轴拉伸试验获得的应力-应变曲线数据一直外推到高应变区域的近似曲线数据、

(e)通过本实施方式的钢材的评价方法取得的多个部分应力-应变曲线数据及合成应力-应变曲线数据。可知，通过本实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据相对于近似曲线数据，在等效应变为2.0附近有10％程度的差。

如以上说明，根据本实施方式的钢材的评价方法，使应变量不同的多个钢板分别简单剪切变形，对各钢板求出部分应力-应变曲线数据，基于各钢板的部分应力-应变曲线数据，获得一个合成应力-应变曲线数据，所以一直到高的应变区域能够通过实测求出应力-应变曲线数据。

并且，在合成应力-应变曲线数据取得工序中，将各钢板的除了弹性变形以外的应力-应变曲线数据中的、除了受到交叉效应的影响的部分以外的应变区域的曲线数据互相结合，从而能够获得误差小的合成应力-应变曲线数据。

并且，如上述的变形例那样，对于一枚钢板夹着外形去除工序进行多个剪切工序的情况下，可从一枚钢板获得应变区域不同的多个应力-应变曲线数据。其结果，用一枚钢板能够覆盖的应变区域扩大，所以通过例如二、三枚左右的钢板，能够获得覆盖较宽的范围的应变区域的合成应力-应变曲线数据。

(第三实施方式)

在本实施方式的钢材的评价方法中，对于通过第一实施方式及第二实施方式中已说明的剪切工序获得的一个部分应力-应变曲线数据，应用将如以往的Swift式那样的近似式予以取代的新的近似式，取得高精度的合成应力-应变曲线数据。

另外，也可以对于通过第一实施方式及第二实施方式中已说明的剪切工序获得的多个部分应力-应变曲线数据，应用新的近似式，取得高精度的合成应力-应变曲线数据。

以下，参照图23～图28，对本发明的第三实施方式的钢材的评价方法进行说明。

本实施方式的钢材的评价方法包括：

[3－1]使第1钢板301剪切变形的第1剪切工序；

[3－2]根据第1剪切工序的测定结果，取得第1部分应力-应变曲线数据的部分应力-应变曲线数据取得工序；

[3－3]基于第1部分应力-应变曲线数据，取得应力-应变曲线数据的应力-应变曲线数据取得工序。以下，对各工序详细地进行说明。

[3－1]第1剪切工序

第1钢板301如图23所示，是具有矩形的平面形状的钢板。也可以根据需要对第1钢板301赋予预应变。即，第1钢板301具有第1应变量(包括0)。

如图23所示，在第1钢板301的一方的边301a与另一方的边301b之间，设定将第1钢板301划分为两个区域的虚拟截面301c。虚拟截面301c与第1钢板301的表面垂直而设定。并且，在以虚拟截面301c为边界的情况下，第1钢板301的包含一方的边301a的部分和包含另一方的边301b的部分分别通过省略图示的固定构件限制。作为固定构件，能够例示将第1钢板301夹住固定的夹紧装置。

接着，如图24所示，施加剪切应力以使得通过虚拟截面301c划分的第1钢板301的两个区域沿着虚拟截面301c在板宽度方向上相互错开(即，两个区域的相对位置在同一面内偏移)，而使第1钢板301简单剪切变形。

具体而言，以将通过虚拟截面301c划分的第1钢板301的两个区域分别用夹紧装置限制的状态，使夹紧装置以沿着虚拟截面301c在板宽度方向上相互错开的方式移动。由此，在虚拟截面301c的附近形成剪切变形部301d。沿着虚拟截面301c在板宽度方向上施加剪切应力，所以剪切变形部301d处的板厚和应力施加前相比不变。另外，板厚也可能根据材质减少，但该板厚的最大变化量即便大也在1％以下。因此，不会如单轴拉伸试验那样在试验片上发生局部缩颈。

其中，与第1钢板301的一方的边301a及另一方的边301b连接的侧边301e、301e，通过对第1钢板301的剪切应力的施加，其形状大幅变形。剪切工序，可以在剪切应力的施加中一直继续到钢板裂开为止。

[3－2]第1部分应力-应变曲线数据取得工序

在第1部分应力-应变曲线数据取得工序中，测定在上述第1剪切工序中对第1钢板301施加的剪切应力和剪切应变。然后，根据(1)在第1剪切工序中对第1钢板301施加的剪切应力与(2)在第1剪切工序中对第1钢板301施加的剪切应变量及第1应变量的合计即合计应变量的关系，取得第1部分应力-应变曲线数据。

[3－3]应力-应变曲线数据取得工序

在应力-应变曲线数据取得工序中，至少基于第1部分应力-应变曲线数据与第2部分应力-应变曲线数据，取得应力-应变曲线数据。

具体而言，将第1部分应力-应变曲线数据通过下述式(3)所表示的关系式进行近似，从而取得应力-应变曲线数据。

σ＝K(ε^p+a)^m…(3)

m＝n^＊+1/{b(ε^p+c)}…(4)

其中，在式(3)中，

σ是等效应力，

K(MPa)及a是上述可塑性材料的材料系数，

ε^p是等效塑性应变，

m如上述式(4)所示那样，

式(4)中的n^＊是加工硬化指数的收敛值，

b是表示加工硬化指数的收敛速度的参数，

c是表示加工硬化指数的发展速度的参数。

作为一例，图25中通过白圈标记的绘制来表示根据本实施方式的简单剪切试验的结果求出的等效应力(剪切应力)与等效塑性应变(剪切应变)。在该例中，第1钢板301的预应变量设为0。

并且，图25中一并示出了通过用Swift式进行近似而得到的等效应力-等效塑性应变曲线数据。图25所示的曲线数据中的曲线数据1，是根据通过以往的单轴拉伸试验方法获得的等效应力与等效塑性应变的关系，通过下述式(5)所示的Swift式对等效应力-等效塑性应变曲线数据进行近似而获得的。并且，图25所示的曲线数据2，是根据通过本实施方式的简单剪切试验方法获得的等效应力与等效塑性应变的关系，通过下述式(5)所示的Swift式对等效应力-等效塑性应变曲线数据进行近似而获得的。另外，若是以往的单轴拉伸试验方法，从屈服一直到均匀伸长为止的应变区域能够测定，若是简单剪切试验方法，一直到超过以往的单轴拉伸试验方法中的应力-应变曲线数据的均匀伸长的范围的应变区域都能够测定。为试验提供的钢材，是拉伸强度1051MPa、屈服强度750MPa、板厚1.6mm的钢板。

σ＝α(ε^p+β)ⁿ…(5)

其中，在式(5)中，σ是等效应力，α及β是按每个钢板确定的常数，ε^p是塑性应变，n是加工硬化指数。

如图25所示，可知，曲线数据1与曲线数据2相比，近似精度变低。

为了研究两个曲线数据背离的原因，研究了瞬间n值与塑性应变的关系。将结果示于图26。瞬间n值是，图25所示的应力-应变曲线数据(曲线数据1，曲线数据2)中的瞬间梯度。具体而言，将应力-应变曲线数据绘制为双对数曲线图，以等效应变每增加0.025的区间进行直线近似，将其斜率作为瞬间n值。将结果示于图26。如图26所示，就实际的钢板而言，一直到应变量达到0.1程度为止瞬间n值减少，之后，收敛于0.07～0.08程度。

并且，基于曲线数据1求出的瞬间n值，在应变量达到0.05附近为止降低，在应变量为超过0.05的应变区域，瞬间n值收敛于0.12程度。这样，曲线数据1的在低应变区域中的瞬间n值减少的举动，与实测值大大背离，并且，在高应变区域中的瞬间n值本身与实测值大大背离。

另一方面，基于曲线数据2求出的瞬间n值，在应变量达到0.025附近为止减少，若应变量超过0.025，则收敛于0.07～0.08的一定值。曲线数据2，在高应变区域中，瞬间n值与实测值的背离小，但在低应变区域中的瞬间n值减少的举动，与曲线数据1同样地、与实测值大大背离。

如图25、图26的曲线数据1及2所示，Swift式是以n值在低应变域收敛于一定值的情况为前提的式子，因此不能再现实际的钢板的n值的变化。表示材料的加工硬化能力的n值，不仅对于成形分析中的应变分布、应力分布是重要的因子，对于褶皱、裂纹等成形不良预测也是重要的因子，所以该近似精度大大影响分析结果。

因此，本发明人们进行了深入研究，发现了下述式(6)与实际的应力-应变曲线数据很好地一致。该式是，通过对通过上述的第一实施方式及第二实施方式的钢材的评价方法获得的高精度的合成应力-应变曲线数据进行分析而获得的近似式。

σ＝K(ε^p+a)^m…(6)

m＝n^＊+1/{b(ε^p+c)}…(7)

其中，在式(6)中，σ是等效应力，K(MPa)及a是每个钢板的材料系数，ε^p是等效塑性应变，m如上述式(7)所示，式(7)中的n^＊是加工硬化指数的收敛值，b是表示加工硬化指数的收敛速度的参数，c是表示加工硬化指数的发展速度的参数。b是－5000～5000的范围，c是超过0～小于1的范围。

上述式(6)是为了创出瞬间n值在低应变域中与应变的进展一起变化并在高应变域中收敛为一定值的新的加工硬化的函数，通过研究而获得的。

首先，作为函数的形式，根据在高应变域中收敛为一定值这一实验事实，设为指数型，并以当前广泛使用的Swift式作为基础。

接着，根据实验结果，低应变域中的瞬间n值表现出，在刚刚屈服后表示高的值并随着应变的进展渐渐地或者急剧地降低并收敛的倾向，因此将Swift式的指数部分设为常数项与随着应变的进展而减少的应变依存项(分母具有等效塑性应变的项)的和。

应变依存项的系数设为，表示瞬间n值的收敛的速度的b和表示瞬间n值的发展的速度的c这两个。系数b是－5000～5000的范围，更优选是－1000～4000的范围。系数b的符号为正的情况下，能够再现伸长优异的材料中多见的瞬间n值的举动。并且，系数b的符号为负的情况下，能够再现扩孔性优异的材料中多见的瞬间n值的举动。并且，系数c是0＜c＜1的范围，更优选的是0.01≤c＜0.05的范围。通过插入系数c，还具有防止在等效塑性应变为0的情况下m值变为无限大、在数值分析上不能进行计算的情况的作用。

式(6)是基于上述的想法，实际对于40种以上的钢板通过本实施方式的钢材的评价方法测定应力-应变曲线数据，并从这些测定结果导出的，在塑性应变量为0到1.0以上的范围，与应力-应变曲线数据的实测值很好地一致。图27中示出了基于式(6)描绘的曲线数据，图28中示出了基于式(6)描绘的表示瞬间n值与应变的关系的曲线数据。可知都与通过简单剪切试验获得的结果很好地一致。另外，图27、图28的实验结果与图25、图26中的钢板的测定结果相同。

另外，在本实施方式中，对一个部分应力-应变曲线数据应用近似式并取得应力-应变曲线数据，但也可以对通过上述的第一实施方式或第二实施方式中已说明的方法获得的多个部分应力-应变曲线数据应用近似式并取得合成应力-应变曲线数据。

接着，关于将通过本发明的第一实施方式～第三实施方式中已说明的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据利用于塑性加工的分析中的方法，基于第四实施方式～第六实施方式进行说明。

(第四实施方式)

钢材塑性加工的分析中利用有限元法。在以往的有限元法中，使用Swift式等加工硬化规律的参数的情况较多。但是，通过本发明人们已明确：Swift式尤其是在高应变区域中脱离实测值。因此，在本实施方式中，将通过上述的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据活用于有限元法中。

具体而言，例如只要使用具备通过有限元法求出对钢板进行了冲压成形的情况下的应变分布及最大应变的分析单元的计算机，将通过上述的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据的测定值输入至计算机的分析单元，并通过计算机运行分析单元即可。计算机具备的分析单元作为用于执行图29所示的各步骤101～106的计算机的中央处理装置(CPU)的各功能而实现。

以下，作为本实施方式的钢材塑性加工的分析方法，说明通过有限元法分析对于钢板进行作为冲压成形的一种的扩孔加工时的应变分布的步骤。

首先，参照图30说明扩孔加工的工序。图30是切出了钢板及冲头及模具的整体的1/4的立体图。如图30所示，准备设置有孔111a的坯料111(钢板)，在该钢板111的下方配置扩孔用的冲头112，在钢板111之上配置模具113。然后，通过使冲头112上升，进行使设置于钢板111的孔111a扩展的扩孔加工。

如果在扩孔加工后的钢板的孔的边缘部未产生裂纹则没有成形不良，如果产生裂纹则成为成形不良。在部分地过剩的应力集中于孔的边缘部时，裂纹产生的可能性变大。因此，通过利用了有限元法的成形分析，预测扩孔加工后的钢板的孔的边缘部的应力的分布。

如图29所示，首先，在步骤101中，制作作为分析对象的钢板的形状数据。

接下来，在步骤102中，将在步骤101中制作的形状数据分割为有限元并生成网格。网格的生成例如能够使用市售的有限元法的分析封装等中包括的网格生成程序。作为有限元的形状，可以是三角形、四边形的某一个。有限元的大小只要根据成为分析对象的钢板的大小、形状、厚度、边界条件适当设定即可。

接下来，在步骤103中，设定钢板的材料特性及边界条件。并且，在该步骤103中，输入通过简单剪切试验获得的合成应力-应变曲线数据。

材料特性是作为坯料的钢板111的板厚、弹性模量等，只要原封不动地使用钢板111的物理参数即可。例如在使用拉伸强度600MPa、屈服强度400MPa、板厚1.6mm的钢板的情况下，输入各物理参数。

并且，边界条件是对钢板111进行圆筒扩孔加工时的钢板111的限制位置、载荷位置及载荷量。限制位置只要设为在进行圆筒扩孔加工时钢板111被冲头112及模具113限制的位置即可。并且，载荷位置只要设为在对钢板111施加基于圆筒扩孔加工的载荷的情况下对钢板111传递该载荷的位置即可。

并且，在步骤103中被输入的合成应力-应变曲线数据，代替以往的Swift式等的加工硬化规律的参数，被使用于有限元分析。该合成应力-应变曲线是依次执行实施简单剪切试验的步骤103－1、基于简单剪切试验的结果制作合成应力-应变曲线数据的步骤103－2而获得的。各步骤103－1及103－2只要执行上述的钢材的评价方法即可。

接下来，在步骤104中，基于网格、材料特性及边界条件进行有限元分析。例如，作为分析软件，能够使用作为静态隐式算法的通用结构分析有限元法代码的、MSC软件(株)制的NASTRAN、Dassault Systemes S.A.公司制的ABAQUS/Standard等。

接着，在步骤105中，提取有限元分析中获得的结果。然后，在步骤106中，使计算机的输出装置将分析结果作为图像输出。图31A、图31B中示出分析结果的一例。

图31A、图31B中示出钢板的圆筒扩孔分析结果。图31A是表示基于通过以往的Swift式得到的材料参数进行了钢板的圆筒扩孔加工的分析的结果的等高线图。并且，图31B是表示基于通过本发明的第一实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据进行了钢板的圆筒扩孔加工的分析的结果的等高线图。图31A及图31B表示实际进行扩孔加工并达到裂纹产生的行程量时的应变分布。并且，图32中示出了钢板的圆筒扩孔加工后的孔的边缘处的最大应变量的分布。

在图31A中，孔的边缘的部分处的最大应变量表示0.88左右，应变量的分布也比较均匀。另一方面，图31B中，孔的边缘的部分处的最大应变量表示0.90左右，并且，应变局部性地变高。

根据图31A，应变量比较小并且均匀地分布，所以判断为裂纹产生的危险性低。根据图31B，判断为在应变局部性地变高的部位有裂纹产生的危险性。因此，实际使用上述的钢板实施了圆筒扩孔加工的结果是，在孔的边缘附近裂纹产生，成为如图31B所示那样。因此，可知，本实施方式的钢材的塑性加工的评价方法与以往相比能够高精度地进行成形分析。

这样，根据本实施方式的钢材塑性加工的评价方法，根据通过上述的钢材的评价方法获得的剪切应力和剪切应变，求出合成应力-应变曲线数据，将获得的合成应力-应变曲线数据输入至计算机后求出对钢板冲压成形而进行圆筒扩孔加工的情况下的最大应变分布，所以能够正确地分析冲压成形中的钢板的裂纹的产生。并且，本实施方式的钢材的塑性加工的评价方法，也能够应用于作为塑性加工的板锻造、冷锻，例如，能够精确地预测加工所需的成形载荷。

(第五实施方式)

塑性加工的成形分析中利用有限元法。在以往的有限元法中，使用Swift式等加工硬化规律的参数的情况、及使用将通过简单拉伸试验获得的应力-应变曲线数据一直外推到高应变区域进行近似而得到的曲线数据的情况较多。但是，可知，基于Swift式的近似曲线数据、外推曲线数据，尤其是高应变区域中误差大。因此，在本实施方式中，将通过上述的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据活用于有限元法。

具体而言，只要使用例如具备通过有限元法求出钢材塑性加工的成形分析的分析单元的计算机，将通过上述的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据输入至计算机的分析单元，并通过计算机运行分析单元即可。计算机具备的分析单元作为用于执行图33A、图33B、图33C所示的各步骤201～206的计算机的中央处理装置(CPU)的各功能而实现。并且，作为用计算机实施的成形分析，能够设为求出对钢材进行了塑性加工的情况下的钢材的应变分布、最大应变及成形载荷的至少一个的分析。

以下，作为本实施方式的钢材塑性加工的分析方法的应用例，对通过板锻造从俯视圆形的钢板制作出杯状的部件时的成形分析方法进行说明。

首先，参照33A、图33B、图33C对板锻造的工序进行说明。图33A、图33B、图33C的单点划线是对称轴。首先，如图33A所示，准备冲裁成圆形的钢板211，将该钢板211夹在圆柱状的冲头212与缓冲器213之间固定。然后，在缓冲器213的周围，配置具有开口部的模具214，该开口部是冲头212能够侵入的开口部。

然后，在保持将模具214固定的状态下，使冲头212朝向模具214的开口部下降，由此进行冲压成形，将钢板211成形为杯221。对钢板211，通过冲头212和模具214进行部分地弯曲加工。进行了弯曲加工的部分的板厚，从原来的钢板的板厚减少。

接着，如图33B所示，将冲头212置换为衬垫215，将缓冲器213置换为别的模具216，然后，将模具214置换为别的缓冲器217。然后，将衬垫215插入到杯221的内侧，使模具216从杯221的下侧接触，进而将缓冲器217配置在杯221的外周面。然后，将别的冲头218向杯221的端部221a推入，进行镦粗加工。

图33C中示出成形结束后的状态。通过最初的冲压成形被减薄的部分通过镦粗加工被增厚。这样，通过板锻造，获得弯曲部分被增厚的杯。

这里，为了获得没有成形不良的杯，重要的是缓冲器217与冲头218的成形载荷的平衡。在缓冲器217的成形载荷不足时，缓冲器217被压入到模具216的下方，其结果，杯221的形状走形。并且，在冲头218的成形载荷不足时，镦粗加工不充分，增厚不能充分地进行。因此，为了获得缓冲器217与冲头218的恰当的成形载荷的平衡，进行基于有限元法的成形分析。

在成形分析中，如图34所示，首先，在步骤201中，制作成为分析对象的俯视圆形的钢板的形状数据。

接下来，在步骤202中，将在步骤201中制作的形状数据分割为有限元并生成网格。网格的生成例如能够适于市售的有限元法的分析封装等中包括的网格生成程序。作为有限元的形状，可以是三角形、四边形的某一个。有限元的大小只要根据成为分析对象的钢板的大小、形状、板厚、边界条件适当设定即可。

接下来，在步骤203中，设定钢板的材料特性及边界条件。并且，在该步骤203中，输入通过简单剪切试验获得的合成应力-应变曲线数据。

材料特性是钢板的板厚、弹性模量等，只要原封不动地使用钢板的物理参数即可。

并且，边界条件是对钢板进行板锻造时的钢板的限制位置、载荷位置及载荷量。限制位置只要设为在进行板锻造时钢板被衬垫215、模具216、缓冲器217及冲头218限制的位置即可。并且，载荷位置只要设为在从缓冲器217及冲头218对钢板施加了载荷的情况下对钢板传递该载荷的位置即可。

并且，在步骤203中被输入的合成应力-应变曲线数据被使用于有限元分析。该合成应力-应变曲线数据，是通过依次执行实施简单剪切试验的剪切工序(步骤203－1)、基于简单剪切试验的结果制作合成应力-应变曲线数据的合成应力-应变曲线数据取得工序(步骤203－2)而获得的。各步骤203－1及203－2只要执行上述的钢材的评价方法即可。

接下来，在步骤204中，基于网格、材料特性及边界条件进行有限元分析。例如，作为分析软件，能够使用作为静态隐式算法的通用结构分析有限元法代码的NASTRAN。

接着，在步骤205中，提取有限元分析中获得的结果。然后，在步骤206中，使计算机的输出装置将分析结果作为图像输出。图35A、图35B中示出分析结果的一例。

图35A、图35B中示出了通过板锻造成形出杯221的情况下的分析结果。

图35A是基于通过第二实施方式的钢材的评价方法得到的图22所示的合成应力-应变曲线数据进行了成形分析的结果，示出了镦粗加工时的缓冲器载荷、冲头载荷、杯截面的等效塑性应变分布。

并且，图35B是根据基于通过单轴拉伸试验获得的应力-应变曲线数据制作的图22所示的近似曲线数据进行了成形分析的结果，与图35A同样地，示出了镦粗加工时的缓冲器载荷、冲头载荷、杯截面的应力分布。

在图35A中可知，冲头载荷为104吨，缓冲器载荷为17吨。另一方面，在图35B中，冲头载荷为115吨，缓冲器载荷为22吨，并示出了与图35A相比冲头载荷、缓冲器载荷的任一个都高的值。并且，可知，在关注杯截面的应变分布时，等效塑性应变为1以上的区域，图35A比图35B中更少。在基于图35B的分析结果进行板锻造时，缓冲器载荷及冲头载荷过剩，因此可能引起某些成形不良。

这样，根据本实施方式的钢材的塑性加工的评价方法，将通过上述的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据的测定数据输入至计算机，从而能够提高以高的应变量对钢板进行塑性加工的情况下的成形分析的精度。例如，在应用冲压成形作为塑性加工的情况下，能够预测冲压成形中的钢板的应变分布及最大应变，能够正确地分析裂纹的产生。并且，在应用于作为塑性加工的板锻造、冷锻的情况下，通过求出模具对钢材的成形载荷量，能够精确地预测加工所需的成形载荷。

(第六实施方式)

塑性加工的分析中利用有限元法。在以往的有限元法中，使用Swift式等加工硬化规律的参数的情况较多。但是，通过本发明人们明确了：如果是Swift式，则无法再现从屈服一直到超过均匀伸长的应变区域为止的应力-应变线图和瞬间n值。因此，在本实施方式中，将第三实施方式中已说明的式(6)活用于有限元法，进行钢材塑性加工的成形分析。

具体而言，例如只要使用具备通过有限元法求出对钢板进行了冲压成形的情况下的最大应变分布的分析单元的计算机，将上述式(6)中的材料参数即K(MPa)、a、b、c及n^＊输入至计算机的分析单元，并通过计算机运行分析单元即可。计算机具备的分析单元作为用于执行图36所示的各步骤301～306的计算机的中央处理装置(CPU)的各功能而实现。并且，该计算机中具备使计算机执行如下步骤的计算机程序，即作为等效塑性应力与塑性应变的关系近似式而输入式(6)所表示的关系式的步骤及基于关系式(6)通过有限元法求出对钢板进行了塑性加工的情况下的应变分布及最大应变的步骤。各步骤通过分析单元实现。

以下，作为本实施方式的钢材塑性加工的分析方法，说明通过有限元法分析对于钢板进行作为冲压成形的一种的扩孔加工时的应变分布的步骤。

首先，参照图37对扩孔加工的工序进行说明。图37是切出了钢板及冲头及模具的整体的1/4的立体图。如图37所示，准备设置有孔311a的坯料311(钢板)，在该坯料311的下方配置扩孔用的冲头312，在坯料311之上配置模具313。然后，通过使冲头312上升，进行使设置于坯料311的孔311a扩展的扩孔加工。

如果在扩孔加工后的坯料311的孔的边缘部未产生裂纹，则不会成为成形不良，如果裂纹产生，则成为成形不良。在部分地过剩的应力集中于孔的边缘部时，裂纹产生的可能性变大。因此，通过利用了有限元法的成形分析，预测扩孔加工后的坯料311的孔的边缘部的应力的分布。

如图36所示，首先，在步骤301中，制作成为分析对象的钢板(坯料)的形状数据。

接下来，在步骤302中，将在步骤301中制作的形状数据分割为有限元并生成网格。网格的生成例如能够使用市售的有限元法的分析封装等中包括的网格生成程序。作为有限元的形状，可以是三角形、四边形的某一个。有限元的大小只要根据成为分析对象的钢板的大小、形状、厚度、边界条件适当设定即可。

接下来，步骤303中，设定钢板的材料特性及边界条件。并且，在该步骤303中，将上述式(6)中的材料参数即K(MPa)、a、b、c及n^＊输入至计算机的分析单元。具体的参数按每个钢种不同，但例如例示于下述表1。

[表1]

钢种K(MPa)an⁺bcIF钢板4800.03610.08116.930.2363590MPa级钢板9820.00560.139150.40.1731980MPa级钢板13530.00010.06333880.0067

材料特性是作为坯料311的钢板的板厚、弹性模量等，只要原封不动地使用钢板的物理参数即可。在例如使用了拉伸强度1050MPa、屈服强度730MPa、板厚1.6mm的钢板的情况下，输入各物理参数。

并且，边界条件是对坯料311进行圆筒扩孔加工时的坯料311的限制位置、载荷位置及载荷量。限制位置只要设为在进行圆筒扩孔加工时坯料311被冲头312及模具313限制的位置即可。并且，载荷位置只要设为对坯料311施加基于圆筒扩孔加工的载荷的情况下对坯料311传递该载荷的位置即可。

并且，在步骤303中被输入的K(MPa)、a、b、c及n^＊的材料参数，替代以往的Swift式等的加工硬化规律的参数，用于有限元分析。各材料参数可以是按每个钢种预先求出的参数。并且，各材料参数也可以是依次执行实施简单剪切试验的步骤303-1、基于简单剪切试验的结果制作合成应力-应变曲线数据的步骤303-2，并基于获得的合成应力-应变曲线数据求出的。

接下来，在步骤304中，基于网格、材料特性及边界条件进行有限元分析。例如，作为分析软件，能够使用作为静态隐式算法的通用结构分析有限元法代码的NASTRAN或者ABAQUS、作为基于显式法的非线性动力分析的LS-Dyna等。

接着，在步骤305中，提取有限元分析中获得的结果。然后，在步骤306中，使计算机的输出装置将分析结果作为图像输出。图38A、图38B及图39中示出分析结果的一例。

图38A、图38B中示出钢板的圆筒扩孔分析结果。图38A是表示基于通过以往的Swift式得到的材料参数进行了钢板的圆筒扩孔加工的分析的结果的等高线图。并且，图38B是表示基于通过本发明的第三实施方式的钢材的评价方法获得的合成应力-应变曲线数据，进行了钢板的圆筒扩孔加工的分析的结果的等高线图。图38A及图38B中示出了实际进行扩孔加工并达到裂纹产生的行程量时的应变分布。并且，图39中示出了钢板的圆筒扩孔加工后的孔的边缘处的最大主应变量的分布。图39的开发法是与图38B对应的本实施方式的成形分析结果，图39的以往法是与图38A对应的以往的成形分析结果。并且，图39的实验结果是实际进行扩孔加工并获得的结果。

如图38A及图39所示，以往法中，孔的边缘的部分处的最大应变量表示0.39左右，并且，无论孔边缘的轧制方向起的角度如何，应变量的分布都比较均匀。因此，以往法中，判断为裂纹产生的危险性低。另一方面，如图38B及图39所示，本实施方式的评价方法中，孔的边缘的部分处的最大应变量表示0.42左右，并且应变局部性地变高。该倾向与实际对钢板进行圆筒扩孔加工而获得的结果很好地一致。因此，可知，本实施方式的钢材的塑性加工的评价方法与以往相比能够高精度地进行成形分析。

根据本实施方式的钢材的塑性加工的评价方法，作为等效塑性应力与塑性应变的关系近似式而使用上述式(6)所表示的关系式，并通过有限元法求出对钢材进行了塑性加工的情况下的最大应变分布，所以能够精确地求出对钢材进行塑性加工的情况下的最大应变分布。例如，在应用了钢板的冲压成形作为塑性加工的情况下，能够正确地分析冲压成形中的钢板的裂纹的产生。

以上，基于第一实施方式～第六实施方式对本发明进行了详细地说明，但上述实施方式都只不过表示实施本发明时的具体化的例子，并不仅通过它们限定性地解释本发明的技术的范围。例如，关于各实施方式记载的内容，能够在其他的实施方式中适当采用。

作为利用合成应力-应变曲线数据的分析单元，可以使用市售的有限元法的分析程序，也可以应用日本特开2007－232715号公报中的断裂预测方法中的分析单元，也可以应用日本特开2007－285832号公报中的断裂预测方法中的分析单元，还可以应用日本特开2012－33039号公报中的材料的弯曲断裂预测方法中的分析单元。

在上述的说明中，作为可塑性材料，使用钢材(即，作为可塑性板的钢板)，但作为可塑性材料，也可以使用铝、钛等金属材料、FRP、FRTP等玻璃纤维强化树脂材料、或者它们的复合材料。

在上述的说明中，在剪切工序中负荷剪切应力的方向设为一定方向而取得多个部分应力-应变曲线数据，但也可以如图40所示，从例如第一次剪切工序的中途使剪切应力的施加方向反转，取得合成应力-应变曲线数据。在该情况下，能够获得反转负荷时的合成应力-应变曲线数据，因此能够评价屈服应力的降低现象即鲍欣格效应。

并且，也可以如图41所示，从例如第三次剪切工序起使剪切应力的施加方向反转，取得合成应力-应变曲线数据。在该情况下，也能够获得反转负荷时的合成应力-应变曲线数据，因此能够评价屈服应力的降低现象即鲍欣格效应。尤其是，由于能够在负荷了期望的应变量的时刻使负荷方向反转，因此能够获得实用性更高的合成应力-应变曲线数据。

另外，在如图40、图41所示那样使剪切应力的施加方向反转并取得多个部分应力-应变曲线数据的情况下，基于Lemaitre-Chaboche模型、Yoshida-Uemori模型等移动硬化规则对这些部分应力-应变曲线数据进行近似，从而能够获得更宽的范围的合成应力-应变曲线数据。

工业上的可用性

根据本发明，能够提供能够获得一直到超过均匀伸长的应变区域为止的高精度的应力-应变曲线数据的可塑性材料的评价方法、及能够基于通过该可塑性材料的评价方法获得的应力-应变曲线数据高精度地进行塑性加工的成形分析的可塑性材料的塑性加工的评价方法。

符号说明

101、201、301：第1钢板(第1可塑性板)

101a、201a、301a：一方的边

101b、201b、301b：另一方的边

101c、201c、301c：虚拟截面

101d、201d、301d：剪切变形部

101e、201e、301e：侧边(外形部分)

102、202：第2钢板(第2可塑性板)

203：第3钢板(第3可塑性板)