ひずみ速度 — CAE用語解説

ひずみ速度は「どれだけ速く変形しているか」を表す量で、単位は[1/s]（毎秒あたりのひずみ変化率）だよ。静的な引張試験ではε̇ ≈ 10⁻³/sだけど、自動車衝突では10²〜10³/s、弾丸の貫通では10⁵〜10⁶/sにもなる。多くの金属はひずみ速度が高いほど降伏応力が上がる（硬くなる）から、衝突解析でこれを無視すると吸収エネルギーを大幅に過小評価してしまうんだ。

軟鋼（SPCC）だと、ε̇ = 10³/sで静的試験の約1.5〜2倍の降伏応力を示すことがある。アルミ合金はひずみ速度感受性が低くて1.1倍程度。高張力鋼は鋼種によって差が大きい。実務では引張試験を複数のひずみ速度で実施して、材料カード（Johnson-Cookなど）のパラメータを同定するんだよ。

Cowper-Symonds式やJohnson-Cook式のようなひずみ速度依存の材料モデルを使う。LS-DYNAならMAT_024（Piecewise Linear Plasticity）にひずみ速度テーブルを入力するのが最も一般的だね。各時間ステップで要素ごとのひずみ速度を計算し、その速度に対応する応力-ひずみ曲線を参照するんだ。

動的問題でも基本方程式は同じ。ひずみ速度は各要素で自動計算される。

プレス成形はε̇ ≈ 1〜100/sくらいだから、ハイテン鋼のように速度感受性が高い材料では考慮すべき。特にスプリングバック予測では、ひずみ速度を考慮するかどうかで結果が変わることがある。ただし通常のアルミ成形ならほぼ影響しないけどね。

Johnson-Cookモデルと粘塑性、衝撃解析はセットで理解すべきだよ。

ひずみ速度テーブルのデータポイントが足りないと補間で精度が落ちるから、少なくとも4〜5速度レベルのデータを持っておくのが理想だよ。