JP6325865B2 - 部品の破断判定方法、システム及びプログラム、並びに、理論成形限界線図の作成方法 - Google Patents
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Description
板状の部品が曲げ変形を含めた所定の変形をしたときの破断を判定する破断判定方法であって、
前記部品において破断を評価する均一な板厚の部分の表裏面に、変形時の応力方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる幅及び深さが一定の溝部がその中立面に対して対称に仮想的に設けられた仮想不整領域と、該仮想不整領域の周辺にある周辺領域と、から構成され、前記仮想不整領域の板厚が前記周辺領域の板厚よりも薄い破断判定モデルを設定するモデル設定ステップと、
変形時の前記周辺領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を入力する周辺領域ひずみ増分入力ステップと、
算出された前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の境界における力の釣り合い条件と、前記仮想不整領域及び前記周辺領域におけるひずみ増分の板厚方向の位置に対する線形性条件とを共に満たす前記仮想不整領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を算出する仮想不整領域ひずみ増分算出ステップと、
入力された前記周辺領域のひずみ増分と算出された前記仮想不整領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域に対する前記周辺領域のひずみ増分比を算出する領域間ひずみ増分比算出ステップと、
前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の板厚比、前記溝部の前記所定角度をそれぞれ更新するパラメータ更新ステップと、
算出された前記ひずみ増分比と所定の破断しきい値の大きさを比較し、前記ひずみ増分比が前記破断しきい値よりも大きい場合、破断を評価する前記部分が破断したと判定する破断判定ステップと、
を有することを特徴とする。
前記モデル設定ステップの後、プレス成形シミュレーションにおいて形状モデルの所定部位に外力や強制変位を加えて変形したときの前記形状モデル上の各要素内の全積分点についての有限要素解析データを前記変形の進行に応じて取得する解析データ取得ステップと、
前記周辺領域ひずみ増分入力ステップにおいて、取得された前記解析データに基づいて前記周辺領域における各積分点の板厚方向の位置のひずみ増分を入力し、
前記仮想不整領域ひずみ増分算出ステップにおいて、前記仮想不整領域における各積分点の板厚方向の位置のひずみ増分を算出する
を有することを特徴とする。
前記モデル設定ステップにおいて、前記周辺領域に対する前記仮想不整領域の板厚比の初期値として、引張試験による破断ひずみの実測値との誤差の合計が最も小さくなるような板厚比を設定する
ことを特徴とする。
Bauschinger効果を考慮することが可能である定式化を用いる
ことを特徴とする。
板状の部品が曲げ変形を含めた所定の変形をしたときの破断を判定する破断判定システムであって、
前記部品において破断を評価する均一な板厚の部分の表裏面に、変形時の応力方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる幅及び深さが一定の溝部がその中立面に対して対称に仮想的に設けられた仮想不整領域と、該仮想不整領域の周辺にある周辺領域と、から構成され、前記仮想不整領域の板厚が前記周辺領域の板厚よりも薄い破断判定モデルを設定するモデル設定部と、
変形時の前記周辺領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を入力する周辺領域ひずみ増分入力部と、
算出された前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の境界における力の釣り合い条件と、前記仮想不整領域及び前記周辺領域におけるひずみ増分の板厚方向の位置に対する線形性条件とを共に満たす前記仮想不整領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を算出する仮想不整領域ひずみ増分算出部と、
入力された前記周辺領域のひずみ増分と算出された前記仮想不整領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域に対する前記周辺領域のひずみ増分比を算出する領域間ひずみ増分比算出部と、
前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の板厚比、前記溝部の前記所定角度をそれぞれ更新するパラメータ更新部と、
算出された前記ひずみ増分比と所定の破断しきい値の大きさを比較し、前記ひずみ増分比が前記破断しきい値よりも大きい場合、破断を評価する前記部分が破断したと判定する破断判定部と、を有する
ことを特徴とする。
板状の部品が曲げ変形を含めた所定の変形をしたときの破断を判定する破断判定プログラムであって、
コンピュータを
前記部品において破断を評価する均一な板厚の部分の表裏面に、変形時の応力方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる幅及び深さが一定の溝部がその中立面に対して対称に仮想的に設けられた仮想不整領域と、該仮想不整領域の周辺にある周辺領域と、から構成され、前記仮想不整領域の板厚が前記周辺領域の板厚よりも薄い破断判定モデルを設定するモデル設定部と、
変形時の前記周辺領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を入力する周辺領域ひずみ増分入力部と、
算出された前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の境界における力の釣り合い条件と、前記仮想不整領域及び前記周辺領域におけるひずみ増分の板厚方向の位置に対する線形性条件とを共に満たす前記仮想不整領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を算出する仮想不整領域ひずみ増分算出部と、
入力された前記周辺領域のひずみ増分と算出された前記仮想不整領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域に対する前記周辺領域のひずみ増分比を算出する領域間ひずみ増分比算出部と、
前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の板厚比、前記溝部の前記所定角度をそれぞれ更新するパラメータ更新部と、
算出された前記ひずみ増分比と所定の破断しきい値の大きさを比較し、前記ひずみ増分比が前記破断しきい値よりも大きい場合、破断を評価する前記部分が破断したと判定する破断判定部として機能させる
ことを特徴とする。
任意の変形経路の理論成形限界線図の作成方法であって、
部品に所望の変形を加えるための複数の変形経路を設定する変形経路設定ステップと、
前記部品において破断を評価する均一な板厚の部分の表裏面に、変形時の応力方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる幅及び深さが一定の溝部がその中立面に対して対称に仮想的に設けられた仮想不整領域と、該仮想不整領域の周辺にある周辺領域と、から構成され、前記仮想不整領域の板厚が前記周辺領域の板厚よりも薄い破断判定モデルを設定するモデル設定ステップと、
各変形経路に沿って変形するように、変形時の前記周辺領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を入力する周辺領域ひずみ増分入力ステップと、
算出された前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の境界における力の釣り合い条件と、前記仮想不整領域及び前記周辺領域におけるひずみ増分の板厚方向の位置に対する線形性条件とを共に満たす前記仮想不整領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を算出する仮想不整領域ひずみ増分算出ステップと、
入力された前記周辺領域のひずみ増分と算出された前記仮想不整領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域に対する前記周辺領域のひずみ増分比を算出する領域間ひずみ増分比算出ステップと、
前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の板厚比、前記溝部の前記所定角度をそれぞれ更新するパラメータ更新ステップと、
算出された前記ひずみ増分比と所定の破断しきい値の大きさを比較し、前記ひずみ増分比が前記破断しきい値よりも大きい場合、破断を評価する前記部分が破断したと判定する破断判定ステップと、
破断判定時の前記周辺領域の最大主ひずみ及び最小主ひずみを直交座標上に点としてプロットするひずみプロットステップと、
各変形経路について得られた複数の前記点に沿って成形限界線を作成する成形限界線作成ステップと、を有する
ことを特徴とする。
図1は、プレス成形解析システム1の中心となるコンピュータ10の構成を示す図である。このコンピュータ10は、CPU等の処理装置11と、メモリまたはハードディスク等の記憶装置12と、キーボード、マウスまたはCD−ROMドライブ等の入力装置13と、液晶ディスプレイまたはプリンタ等の出力装置14とを有する。
図2は、図1の処理装置11の構成を示すブロック図である。この処理装置11は、一連の作業プロセスを結合したものであり、プリプロセス部100と、該プリプロセス部100に続くプロセス部200と、該プロセス部200に続くポストプロセス部300とを備えている。また、処理装置11は、その機能から、プレス成形シミュレーションシステム400及び破断判定処理部500に大別される。
図3は、図1の記憶装置12の構成を概略的に示すブロック図である。記憶装置12はプログラム記憶部12Aとデータ記憶部12Bとから主に構成されている。プログラム記憶部12Aは、自動メッシュ作成プログラム(メッシャ)PR1、シミュレーションプログラム(ソルバ)PR2、破断判定プログラムPR3及び結果表示プログラムPR4をそれぞれ格納するプログラム格納部12A1〜12A4を有している。各プログラムPR1〜PR4は、上述の処理装置11における形状モデル生成部410、シミュレーション部420、破断判定処理部500、結果表示部430によってそれぞれ実行される。
次に、解析データDT1について説明する。解析データDT1には、積分点データテーブル、要素構成テーブル、材料属性データテーブル、節点座標テーブルが含まれている。以下、図4〜図6を参照しながら各テーブルについて説明する。
形状モデルデータには、製品形状モデルデータ、金型形状モデルデータ及びブランク形状モデルデータが含まれる。製品形状モデルデータは、解析を行う対象となる製品の形状モデルを示すデータであり、三次元CADソフトウェアを用いて作成されたIGES、DXF、DWG等のファイル形式の三次元CADデータ等に基づいて有限要素に離散化したメッシュデータ等である。金型形状モデルデータは、プレス成形装置を構成するダイ等のプレス金型の形状モデルを示すデータである。ブランク形状モデルデータは、プレス成形装置により成形されるブランク材の形状モデルを示すデータである。
図6に示すように、材料パラメータテーブルDT3は、材料番号M…、Hillの異方性パラメータ(F、G、H、N)、Swiftモデルパラメータ(K、ε0、n)、Y−U(Yoshida-Uemori)モデルパラメータ(C、a0、b…a、α*、β*)とから構成されている。
図7に示すように、MK法パラメータテーブルDT3は、要素番号E1、E2…、領域間板厚比D、溝角度θ、仮想不整領域Bの応力成分(σXX、σXY、σXZ、σYX、σYY、σYZ、σZX、σZY、σZZ)、仮想不整領域Bのひずみ成分(εXX、εXY、εXZ、εYX、εYY、εYZ、εZX、εZY、εZZ)とから構成されている。
入力装置13は、CADデータ、メッシュデータ等の製品形状に関するデータの入力、シミュレーション時の解析条件等の各種条件の設定またはシステムの制御等に用いられる。
出力装置14には、入力画面、処理結果等が出力される。例えば出力装置14がディスプレイの場合には、図8に示すように、画面左側には、相当塑性ひずみ等の大きさに応じて色分けされた成形品の三次元形状モデルがグラフィック表示され、このモデル上にプレス成形シミュレーション結果を示す破断位置が重ねて表示される。また、画面右側には、形状データID、材料ID等の入力データ、Bauschinger効果の考慮の有無等の解析条件及び破断判定結果が表示される。
プレス成形シミュレーションシステム400によってシミュレーションを行うプレス成形装置について、図9を参照しながら説明する。
破断判定処理部500において取り扱う破断判定モデルについて、図10を参照しながら説明する。図10(a)は、メッシュ化されたブランク形状モデルの一要素を拡大した図であり、図10(b)は、破断判定モデルにおける領域A、Bの境界部の拡大断面図である。
以下、図11のフローチャートに従って、破断判定処理部500の処理方法について説明する。
ここで、上述のステップS14における溝角度θの更新方法について、以下に詳細に説明する。
図12を参照しながら、プレス成形解析システム1を具体的な部品に適用した場合について説明する。図12(a)は、曲げ変形を考慮した破断判定結果を示し、図12(b)は、曲げ変形を考慮しなかった破断判定結果を示す。
(1)理論成形限界線図の作成方法
次に、本発明の第2の実施形態に係る理論成形限界線図の作成方法について、図13のフローチャートに従って、図14を適宜参照しながら説明する。なお、第1の実施形態と同様のステップについては、詳細な説明を省略する。
本発明者は、本発明により作成した理論FLDの実証試験を行った。一般的な引張曲げ試験装置を用いて試験片を引っ張りながら曲げ及び曲げ戻しを行い、この試験片が破断したときのひずみを測定した。下記の表1は、変形経路として単純引張りを行った場合の相当ひずみと、引張り、曲げ及び曲げ戻しを行った場合の相当ひずみに関する実験値、本手法による理論FLDの計算値及び従来手法による理論FLDの計算値を示している。
510 解析データ取得部
520 周辺領域ひずみ増分入力部
530 仮想不整領域ひずみ増分算出部
540 領域間ひずみ増分比算出部
550 MK法パラメータ更新部(パラメータ更新部)
560 破断判定部
Claims (7)
- 板状の部品が曲げ変形を含めた所定の変形をしたときの破断を判定する破断判定方法であって、
前記部品において破断を評価する均一な板厚の部分の表裏面に、変形時の応力方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる幅及び深さが一定の溝部がその中立面に対して対称に仮想的に設けられた仮想不整領域と、該仮想不整領域の周辺にある周辺領域と、から構成され、前記仮想不整領域の板厚が前記周辺領域の板厚よりも薄い破断判定モデルを設定するモデル設定ステップと、
変形時の前記周辺領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を入力する周辺領域ひずみ増分入力ステップと、
入力された前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の境界における力の釣り合い条件と、前記仮想不整領域及び前記周辺領域におけるひずみ増分の板厚方向の位置に対する線形性条件とを共に満たす前記仮想不整領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を算出する仮想不整領域ひずみ増分算出ステップと、
入力された前記周辺領域のひずみ増分と算出された前記仮想不整領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域に対する前記周辺領域のひずみ増分比を算出する領域間ひずみ増分比算出ステップと、
前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の板厚比、前記溝部の前記所定角度をそれぞれ更新するパラメータ更新ステップと、
算出された前記ひずみ増分比と所定の破断しきい値の大きさを比較し、前記ひずみ増分比が前記破断しきい値よりも大きい場合、破断を評価する前記部分が破断したと判定する破断判定ステップと、を有し、
前記周辺領域ひずみ増分入力ステップから前記破断判定ステップまでを繰り返し実行する、
ことを特徴とする破断判定方法。 - 前記モデル設定ステップの後、プレス成形シミュレーションにおいて形状モデルの所定部位に外力や強制変位を加えて変形したときの前記形状モデル上の各要素内の全積分点についての有限要素解析データを前記変形の進行に応じて取得する解析データ取得ステップと、
前記周辺領域ひずみ増分入力ステップにおいて、取得された前記解析データに基づいて前記周辺領域における各積分点の板厚方向の位置のひずみ増分を入力し、
前記仮想不整領域ひずみ増分算出ステップにおいて、前記仮想不整領域における各積分点の板厚方向の位置のひずみ増分を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の破断判定方法。 - 前記モデル設定ステップにおいて、前記周辺領域に対する前記仮想不整領域の板厚比の初期値として、引張試験による破断ひずみの実測値との誤差の合計が最も小さくなるような板厚比を設定する
ことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の破断判定方法。 - Bauschinger効果を考慮することが可能である定式化を用いる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の破断判定方法。 - 板状の部品が曲げ変形を含めた所定の変形をしたときの破断を判定する破断判定システムであって、
前記部品において破断を評価する均一な板厚の部分の表裏面に、変形時の応力方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる幅及び深さが一定の溝部がその中立面に対して対称に仮想的に設けられた仮想不整領域と、該仮想不整領域の周辺にある周辺領域と、から構成され、前記仮想不整領域の板厚が前記周辺領域の板厚よりも薄い破断判定モデルを設定するモデル設定部と、
変形時の前記周辺領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を入力する周辺領域ひずみ増分入力部と、
入力された前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の境界における力の釣り合い条件と、前記仮想不整領域及び前記周辺領域におけるひずみ増分の板厚方向の位置に対する線形性条件とを共に満たす前記仮想不整領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を算出する仮想不整領域ひずみ増分算出部と、
入力された前記周辺領域のひずみ増分と算出された前記仮想不整領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域に対する前記周辺領域のひずみ増分比を算出する領域間ひずみ増分比算出部と、
前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の板厚比、前記溝部の前記所定角度をそれぞれ更新するパラメータ更新部と、
算出された前記ひずみ増分比と所定の破断しきい値の大きさを比較し、前記ひずみ増分比が前記破断しきい値よりも大きい場合、破断を評価する前記部分が破断したと判定する破断判定部と、を有し、
前記周辺領域ひずみ増分入力部、前記仮想不整領域ひずみ増分算出部、前記領域間ひずみ増分比算出部、及び前記破断判定部は、前記ひずみ増分の入力から前記破断を評価する前記部分の破断の判定までを繰り返し実行する、
を有することを特徴とすることを特徴とする破断判定システム。 - 板状の部品が曲げ変形を含めた所定の変形をしたときの破断を判定する破断判定プログラムであって、
コンピュータを
前記部品において破断を評価する均一な板厚の部分の表裏面に、変形時の応力方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる幅及び深さが一定の溝部がその中立面に対して対称に仮想的に設けられた仮想不整領域と、該仮想不整領域の周辺にある周辺領域と、から構成され、前記仮想不整領域の板厚が前記周辺領域の板厚よりも薄い破断判定モデルを設定するモデル設定部と、
変形時の前記周辺領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を入力する周辺領域ひずみ増分入力部と、
入力された前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の境界における力の釣り合い条件と、前記仮想不整領域及び前記周辺領域におけるひずみ増分の板厚方向の位置に対する線形性条件とを共に満たす前記仮想不整領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を算出する仮想不整領域ひずみ増分算出部と、
入力された前記周辺領域のひずみ増分と算出された前記仮想不整領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域に対する前記周辺領域のひずみ増分比を算出する領域間ひずみ増分比算出部と、
前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の板厚比、前記溝部の前記所定角度をそれぞれ更新するパラメータ更新部と、
算出された前記ひずみ増分比と所定の破断しきい値の大きさを比較し、前記ひずみ増分比が前記破断しきい値よりも大きい場合、破断を評価する前記部分が破断したと判定する破断判定部として機能させ、
前記周辺領域ひずみ増分入力部、前記仮想不整領域ひずみ増分算出部、前記領域間ひずみ増分比算出部、及び前記破断判定部は、前記ひずみ増分の入力から前記破断を評価する前記部分の破断の判定までを繰り返し実行する、
ことを特徴とする破断判定プログラム。 - 任意の変形経路の理論成形限界線図の作成方法であって、
部品に所望の変形を加えるための複数の変形経路を設定する変形経路設定ステップと、
前記部品において破断を評価する均一な板厚の部分の表裏面に、変形時の応力方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる幅及び深さが一定の溝部がその中立面に対して対称に仮想的に設けられた仮想不整領域と、該仮想不整領域の周辺にある周辺領域と、から構成され、前記仮想不整領域の板厚が前記周辺領域の板厚よりも薄い破断判定モデルを設定するモデル設定ステップと、
各変形経路に沿って変形するように、変形時の前記周辺領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を入力する周辺領域ひずみ増分入力ステップと、
入力された前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の境界における力の釣り合い条件と、前記仮想不整領域及び前記周辺領域におけるひずみ増分の板厚方向の位置に対する線形性条件とを共に満たす前記仮想不整領域における板厚方向の位置に応じたひずみ増分を算出する仮想不整領域ひずみ増分算出ステップと、
入力された前記周辺領域のひずみ増分と算出された前記仮想不整領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域に対する前記周辺領域のひずみ増分比を算出する領域間ひずみ増分比算出ステップと、
前記周辺領域のひずみ増分に基づいて、前記仮想不整領域と前記周辺領域の板厚比、前記溝部の前記所定角度をそれぞれ更新するパラメータ更新ステップと、
算出された前記ひずみ増分比と所定の破断しきい値の大きさを比較し、前記ひずみ増分比が前記破断しきい値よりも大きい場合、破断を評価する前記部分が破断したと判定する破断判定ステップと、
破断判定時の前記周辺領域の最大主ひずみ及び最小主ひずみを直交座標上に点としてプロットするひずみプロットステップと、
各変形経路について得られた複数の前記点に沿って成形限界線を作成する成形限界線作成ステップと、を有し、
前記周辺領域ひずみ増分入力ステップから前記破断判定ステップまでを繰り返し実行する、
ことを特徴とする理論成形限界線図の作成方法。
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