JP5582010B2 - 張り剛性評価圧子モデル、その圧子モデルを使用した張り剛性解析装置及び解析方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、上記従来例の課題に着目してなされたものであり、パネル部品の張り剛性解析に最適な張り剛性評価圧子モデルを提供するとともに、張り剛性を高精度に解析することができる張り剛性解析装置及び解析方法を提供することを目的としている。
また、本発明の一の形態に係るパネル部品張り剛性解析装置は、パネル部品の形状データを作成するパネル形状データ作成部と、該パネル形状データ作成部で作成したパネル形状データをメッシュ分割して有限要素法解析を実行するパネル形状モデルを作成するパネル形状モデル作成部と、前記パネル形状データ作成部で作成したパネル形状データに対して、剛体板と該剛体板のパネル部品の荷重負荷部に対向する面に、植立した3本以上のビーム要素とで構成されて、面押し可能なように前記3本以上のビーム要素の先端部で予め設定した面を形成する張り剛性評価圧子モデルを、当該荷重負荷部に対して前記ビーム要素が面垂直方向となるように作成する圧子モデル作成部と、該圧子モデル作成部で作成した張り剛性評価圧子モデルの剛体板に前記荷重負荷部に対して面垂直方向に変位を与えて張り剛性解析を行う張り剛性解析部とを備えていることを特徴としている。
この結果、実際にパネル部品を作製することなく、CAE上で張り剛性評価が可能になるため、部品試作後のトライアンドエラーにかかる工数の大幅な低減が可能となるという効果が得られる。
図1は、本発明のシステム構成図であって、パネル形状データ作成部としてのCAD装置1と有限要素法解析装置2とでCAEを構成している。
CAD装置1は、本発明の対象とする自動車のドアやフードなどの有限要素法で張り剛性を解析する対象となる薄肉パネル部品の例えば面データと呼ばれるデジタルデータの形状データを作成し、作成した薄肉パネル部品のパネル形状データを有限要素法解析装置2に供給する。
一方、有限要素法用張り剛性評価圧子モデル6の評価を行うために、以下の試験を行った。
先ず、従来例の実際のパネル部品を使用して圧子形状を評価する。すなわち、図8に示すように、板厚0.7mmの引張強さTS340MPa級のBH鋼板(焼付け硬化型鋼板)を353mm角のカマボコ形状(曲率半径R1200mm)の金型でプレス成形したモデルパネル21を測定対象とし、このモデルパネル21の凸面側中央部を、手のひらで押す場合と、圧子で押す場合との双方について、押し込んだ際の荷重をロードセル22で検出し、モデルパネル21の変位量を変位計23で検出し、検出結果を記録装置24で記録した。ここで、使用圧子としては、図9(a)に示すように、円柱部25の先端に取り付けた50Rの円板状の鋼製圧子26と、図9(b)に示すように、円柱部27の先端に円板部28を形成し、この円板部28の下面に手押し面積と同一の接触面積を持つ軟質ゴム製圧子29(45mmφ×16mmh)とを使用した。
上記結果から、実際の張り剛性評価を示す手押し評価を精度良く再現する有限要素法用張り剛性評価圧子モデルとして軟質ゴム製圧子29を適用することが好ましいことがわかる。
ドアパネルモデルにおける有限要素法張り剛性解析処理で、圧子最上面の節点全てにモデルパネルの面に対し垂直方向の変位を与えることで、変位の増加とともにパネルのたわみが拡大し、そのときの反力(荷重)を算出する。
ここで、2%ひずみ付与は、プレス成形により導入されるひずみを、熱処理は塗装焼付け時の熱処理をそれぞれ想定しており、最終的な部品の特性を模擬するために行った。このときのパネルのたわみ分布は図14に示すようになり、荷重と荷重変位曲線の関係は、図15で●印の特性線で示す結果が得られた。
このように、計算停止することなく、パネル部品の張り剛性を有限要素法解析により求める圧子モデルとしては、ソリッド要素よりも剛体板とビーム要素とを用いることが良いことがわかる。
先ず、ステップS1で、CAD装置1からパネル形状データを読込んでハードディスク、フラッシュメモリ等のパネル形状データ格納部に記憶し、記憶されたパネル形状データをメッシュ分割して有限要素法解析を実行するパネル形状モデル4を作成する。
次いで、ステップS2に移行して、剛体板11と複数のビーム要素12とで構成されるメッシュ化された有限要素法用張り剛性評価圧子モデル6を作成する。
次いで、ステップS4に移行して、有限要素法用張り剛性評価圧子モデル6の剛体板11の中心部にパネル形状モデル4の荷重負荷部に対して面垂直方向に変位を与え、この変位を増加させながら反力(荷重)を算出することを繰り返して、反力(荷重)と変位とを演算し、張り剛性解析処理を終了する。計算データは演算結果として表示部9に表示することができる。
CAD装置1で、図5((1)位置)に示すようなパネル部品のパネル形状データを作成する。
次いで、有限要素法解析装置2で図4に示す張り剛性解析処理を実行することにより、CAD装置1からパネル形状データを読込んでパネル形状データ格納部3に記憶し、記憶したパネル形状データをメッシュ分割して有限要素法解析を実行する図2に示すパネル形状モデル4を作成する(ステップS1)。
次いで、パネル形状モデル4に対して材料データを決定する。この材料データとしては、板厚0.75mmの降伏強度YP244MPa,引張強さTS340MPa,EI42%のBH鋼板(焼付け硬化型鋼板)をひずみ量2%引張り後、170℃×20分熱処理し、再度引張試験を行って測定した図6に示す真応力−真塑性歪み線図を使用した。ここで、2%ひずみ付与はプレス成形により導入されるひずみを、熱処理は塗装焼付け時の熱処理をそれぞれ想定しており、最終的な部品の特性を模擬するために行った。
また、有限要素法用張り剛性評価圧子モデル6についてもビーム要素12のヤング率:206MPaを設定する(ステップS3)。
そして、張り剛性解析処理を実行して、有限要素法用張り剛性評価圧子モデル6の剛体板11の中心部にパネル形状モデル4の荷重負荷部に対して面垂直方向に変位を与え、反力(荷重)を算出することを繰り返して、反力(荷重)と変位とを算出する(ステップS4)。このときの荷重・変位特性線は、図7で図示(○印)のように、実線図示の実測値によく一致した特性を得ることができ、変位も目標とする4.0mmまで計算することができた。このときの解析計算時間は61分40秒であった。
これに対して、ソリッドモデルを用いて解析した場合には、図7に示すように、変位量2.5mm付近で計算が停止し、また実測値を精度良く再現することはできないことがわかった。
次に、自動車のドア部品1体あたり(測定点数12点)の張り剛性測定所要日数(day)を比較した結果を、表1に示す。
この表1で、工程1は図4のステップS1、図16のステップS11が対応し、工程2は図4のステップS2、図16のステップS12が対応し、工程3は図4のステップS3、図16のステップS13が対応し、工程4は図4のステップS4及び図16のステップS14が対応している。
また、実測を行う従来例では、検討対象となる部品形状が決定した後、外板部品を構成する部品全て(アウター、インナー、補強材等)の金型を作製し、プレス成形の後、組み付けを行う。それにより対象の組み付け部品を作製し、圧子や手押しによる評価を行うことになる。この方法では、金型作製や部品組み付けのために、多大なコストや時間を費やすこと、および、不具合が有った場合に部品形状の変更などの対策をとることが困難となってしまう。
Claims (3)
- パネル部品の張り剛性を有限要素法で解析する際に、前記パネル部品の荷重負荷部に接触させる圧子モデルであって、
剛体板と、該剛体板のパネル部品の荷重負荷部に対向する面に、植立した3本以上のビーム要素とでモデル化し、面押し可能なように前記3本以上のビーム要素の先端部で予め設定した面を形成することを特徴とする有限要素法用張り剛性評価圧子モデル。 - パネル部品の形状データを作成するパネル形状データ作成部と、
該パネル形状データ作成部で作成したパネル形状データをメッシュ分割して有限要素法解析を実行するパネル形状モデルを作成するパネル形状モデル作成部と、
前記パネル形状データ作成部で作成したパネル形状データに対して、剛体板と該剛体板のパネル部品の荷重負荷部に対向する面に、植立した3本以上のビーム要素とで構成されて、面押し可能なように前記3本以上のビーム要素の先端部で予め設定した面を形成する張り剛性評価圧子モデルを、当該荷重負荷部に対して前記ビーム要素が面垂直方向となるように作成する圧子モデル作成部と、
該圧子モデル作成部で作成した張り剛性評価圧子モデルの剛体板に前記荷重負荷部に対して面垂直方向に変位を与えて張り剛性解析を行う張り剛性解析部と
を備えていることを特徴とするパネル部品張り剛性解析装置。 - パネル部品の形状データをパネル形状データ作成部で形成するパネル形状データ作成ステップと、
該パネル形状データ作成ステップで作成したパネル形状データをパネル形状モデル作成部で、メッシュ分割して有限要素法解析を実行するパネル形状モデルを作成するパネル形状モデル作成ステップと、
前記パネル形状データ作成ステップで作成したパネル形状データに対して、圧子モデル作成部で、剛体板と該剛体板のパネル部品の荷重負荷部に対向する面に、植立した3本以上のビーム要素とで構成されて、面押し可能なように前記3本以上のビーム要素の先端部で予め設定した面を形成する張り剛性評価圧子モデルを当該荷重負荷部に対して前記ビーム要素が面垂直方向となるように作成する圧子モデル作成ステップと、
該圧子モデル作成ステップで作成した張り剛性評価圧子モデルの剛体板に、張り剛性解析部で、前記荷重負荷部に対して面垂直方向に変位を与えて張り剛性解析を行う張り剛性解析ステップと
を備えていることを特徴とするパネル部品張り剛性解析方法。
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