JP2009265712A - インバース法を用いた解析による特性解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インバース法を用いた解析を前提にし実車での試験の事前評価としての解析精度を向上することができる、インバース法を用いた解析による特性解析方法を提供することを課題とする。
【解決手段】製品の性能事前評価としてのインバース法を用いた解析による特性解析方法であって、曲げ半径Rと板厚ｔから曲げR部のひずみεを算出し、算出した曲げR部のひずみεをインバース法で求めた製品の板厚分布・ひずみ分布に組み込み、性能解析モデルとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、性能事前評価としてのCAEによる特性解析方法に関し、特にインバース法を用いた解析による特性解析方法に関するものである。

近年、自動車車体の性能評価（衝突安全・はり剛性・ＮＶ・耐久疲労等）のために、実車での試験の事前評価としてCAE（Computer Aided Engineering）による解析が行われている。しかし、前述の性能評価解析を行う場合は、部品を成形する際に生ずる板厚変化やひずみ・残留応力を考慮していないことが多い。

金属部品は母材に比べて、部品を成形した際には、板厚・ひずみ・残留応力等の特性が変化する。また、残留ひずみが変化することによる金属部品の加工硬化等により材料の応力−ひずみ特性が大きく変化する。さらに、これらの変化は同一部品でも部位によって異なる。そのため、成形による板厚変化・ひずみ分布・残留応力等を考慮した方がより現実に近い計算結果となる。

成形による特性の分布を精度よく求めるためには、成形の工程を微小なタイムステップに区切り、タイムステップごとの微小変形について順次計算を積み重ねていくインクリメンタル法、または製品形状をもとに板厚・ひずみ・残留応力等の特性を求めるインバース法を用いた解析方法がある。

前者のインクリメンタル法を用いた解析方法は、金型の設計を行い、潤滑やしわ押さえ力といったプレス条件を設定しなければならない。また、計算時間も数時間から数十時間かかることから、主にプレス成形性を詳細に検討する工程で用いられる。通常、各種性能評価を実施する段階は車体の設計段階であり、製品形状もまだ決まっていない場合が多いため、金型を用いたインクリメンタル法を用いた解析方法は使用しない。

そこで、後者のインバース法を用いた解析方法により解析した特性変化の結果を、各種性能評価試験（衝突・剛性・ＮＶ・疲労等）のＣＡＥモデルに組み込んで解析を実施する（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−５０２５４号公報

しかしながら、特許文献１で使用しているインバース解析は、板厚方向に積分点を持たないFEM要素（膜要素）を用いるものがあり、計算時間が早い利点はあるが、製品の曲げＲ部のひずみが算出されないものがある。このため、実車での試験の事前評価としての解析精度が高くないという問題がある。 本発明では、これら従来技術の問題点に鑑み、インバース法を用いた解析を前提にし実車での試験の事前評価としての解析精度を向上することができる、インバース法を用いた解析による特性解析方法を提供することを課題とする。

本発明の請求項１に係る発明は、製品の性能事前評価としてのインバース法を用いた解析による特性解析方法であって、曲げ半径Rと板厚ｔから曲げR部のひずみεを算出し、算出した曲げR部のひずみεをインバース法で求めた製品の板厚分布・ひずみ分布に組み込み、性能解析モデルとすることを特徴とするインバース法を用いた解析による特性解析方法である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のインバース法を用いた解析による特性解析方法において、前記ひずみεの算出にあたっては、以下の（１）式によることを特徴とするインバース法を用いた解析による特性解析方法である。

本発明によれば、インバース法で求めた製品の板厚分布・ひずみ分布を衝突解析等の各種性能評価ＣＡＥに組み込む際に、考慮されない曲げR部を別パート化し、曲げ半径Rと板厚ｔからひずみを算出し、算出したひずみを性能解析モデルに組み込むようにしたので、各種性能評価試験（衝突・剛性・ＮＶ・疲労等）のＣＡＥ解析による事前評価としての解析精度を向上することができる。

図１は、本発明に係るインバース法を用いた解析による特性解析方法における処理フローの一例を示す図である。

まず、Step01で、衝突解析を行う部品の製品形状データを用意する。ここで形状データとしては、CADデータを用いてもまたFEMのメッシュデータを用いることができる。次に、Step02にて、用意した製品形状データに基づいてインバース成形解析用のモデルを作成する。なお、インバース解析で用いる材料データは母材の材料モデルとする。

そして、Step03にて、各種性能評価解析（衝突・剛性・ＮＶ・疲労等）を実施する前に、作成したインバース成形解析用のモデルを用いて、インバース解析を実施する。このインバース解析結果として、板厚・残留ひずみ分布を得る(Step04)。

Step05では、インバース解析によってひずみが計算されていない曲げＲ部分について、曲げＲ部を抽出し別層化し、曲げＲ半径を測定し、半径Ｒと板厚ｔに応じた以下の（１）式からひずみ量εを算出する。

各ひずみに加工硬化により変化した応力−ひずみ特性を割り当てるために、インバース解析により得られた成形後のひずみの分布を性能解析モデルにマッピングする。また、製品のR部にはStep05で求めたひずみ量を別層化したパートにマッピングする(Step06)。

Step07にて、前段Step06で作成した解析モデルを用いて、各種性能評価解析（衝突・剛性・ＮＶ・疲労等）を最終的に実施する。成形後のひずみ分布が曲げR部も含めて正確にマッピングされているため、従来に比較して精度の高い衝突解析が可能となる。図２は、図１に示す一連の処理をある製品形状例で示す図である。また、図３は、相当塑性ひずみ分布の比較例を示す図である。図３(a)は、曲げR部のひずみが計算されていないインバース解析結果(図１のStep04)であり、図３(b)は、R部のひずみを付与した性能特性解析モデル(図１のStep06)を示す。

以下に本発明を用いた実施例を説明する。図４は、本実施例での単純ハットモデルおよび軸圧壊試験を示す図である。適用材の材料は、軟鋼（270MPa材）、およびハイテン材（590MPa材）の２種類で、板厚1.2ｍｍ、ハット部材 a=40mm 高さ200mm、背板との接合はスポット溶接したものである。試験条件は、ストローク100mmで変形速度（等速）10m/secである。

本実施例における結果を、表１および図５に示す。ストローク50mmにおける平均崩壊荷重を評価したところ、軟鋼(図５(a))・ハイテン(図５(b))いずれの材料においても従来方法よりも実験値に近い値となっている。従来方法と比較して、本手法により約３％平均崩壊荷重が上昇し、実験値に近づいており事前評価としての解析精度が向上していることが分る。

本発明に係るインバース法を用いた解析による特性解析方法における処理フローの一例を示す図である。 図１に示す一連の処理をある製品形状例で示す図である。 相当塑性ひずみ分布の比較例を示す図である。 本実施例での単純ハットモデルおよび軸圧壊試験を示す図である。 実施例における比較結果例を示す図である。

Claims (2)

1. 製品の性能事前評価としてのインバース法を用いた解析による特性解析方法であって、
   曲げ半径Rと板厚ｔから曲げR部のひずみεを算出し、算出した曲げR部のひずみεをインバース法で求めた製品の板厚分布・ひずみ分布に組み込み、性能解析モデルとすることを特徴とするインバース法を用いた解析による特性解析方法。
2. 請求項１に記載のインバース法を用いた解析による特性解析方法において、
   前記ひずみεの算出にあたっては、
   以下の（１）式によることを特徴とするインバース法を用いた解析による特性解析方法。