CN104602836B - 回弹主因确定方法以及回弹主因确定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供回弹主因确定方法以及回弹主因确定装置。回弹主因确定方法包含：进行冲压成型解析的工序；根据在冲压成型解析中取得的信息进行回弹解析的工序；将在冲压成型解析中取得的冲压成型品的形状分割为多个区域的工序；改变被分割的区域中的任意区域的指定方向的杨氏模量的工序；对改变了杨氏模量的冲压成型品进行回弹解析的工序；根据多个回弹解析的结果取得回弹量差的工序；以及根据取得的回弹量差确定回弹的主因的工序。

Description

回弹主因确定方法以及回弹主因确定装置

技术领域

本发明涉及确定汽车部件等的冲压成型品(press forming product)所产生的回弹(spring back)的主因的回弹主因确定方法以及回弹主因确定装置。

背景技术

冲压成型是指向作为其对象物的材料(steel sheet)按压金属模(die)由此将金属模的形状转印至坯料来加工材料的方法。在该冲压成型中常出现的问题是，在从金属模取出冲压成型品后，冲压成型品内的残余应力(residual stress)成为驱动力，产生由弹性恢复(elastic recovery)引起的应变复原现象即回弹，使冲压成型品的形状与所希望的形状不同。最近，特别是以汽车行业为中心，从汽车车体的轻量化(weightsaving of automotive body)的观点出发，车体部件使用高强度钢板(high-strength steel sheet)的趋势增强，回弹的程度也随之变大。因此，抑制回弹在汽车的开发期间、减少成本方面也逐渐成为重要课题。

在实施用于抑制回弹的对策方面，确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位与该残余应力的方向是有效的。专利文献1记载了如下技术：在基于有限元法(finite element method)的成型模拟(press formingsimulation)中，着眼于残余应力，改变脱模(die release)前的冲压成型品的一部分区域的残余应力，评价在该状态下计算出的回弹量，判断该区域的残余应力以何种程度影响回弹，确定回弹的产生主因。另外，在专利文献1所记载的技术中，在一部分区域改变的物理量除了残余应力以外，也可以是板厚、弹性模量(Young′s modulus)以及塑性系数(plasticity coefficient)(参照段落【0031】)。根据专利文献1记载的技术，如上述那样虽然无法直接确定具有回弹的产生主因即残余应力的部分与该残余应力的方向，但明白是哪个部位的那个物理量作为回弹的产生主因而间接地造成影响。

专利文献1：日本专利第4724626号公报

然而，专利文献1记载的技术存在以下的问题。在成型模拟中，使用规定材料的变形行为(deformation behavior)的材料模型(materialsmodel)，但在改变残余应力的情况下，存在由所使用的材料模型的种类引起的问题。以往提出了很多材料模型的方案，它们的不同之处是屈服曲面(yield surface)的处理不同。屈服曲面用于表示受到多轴应力的材料的屈服行为(yielding behavior)，在处理冲压成型那样的板材时，屈服曲面如图11所示由二维应力平面(two-dimensional stressplane)表示的是一般的。即，如图11所示，若通过加工对材料施加外力使材料内的应力增加，则材料在弹性变形(elastic deformation)后，在某一应力A屈服，然后发生塑性变形(plastic deformation)。在该塑性变形时，作为屈服曲面的发展形态之一，如图12所示，使屈服曲面以扩大量R扩大从而再次出现材料的硬化。这被称为各向同性硬化模型(isotropic hardening model)。各向同性硬化模型在冲压成型解析所使用的材料模型中作为最经典且简单的模型广为使用。

另一方面，如图13所示，将在塑性变形时使屈服曲面移动从而再次出现材料的硬化的模型称为移动硬化模型(kinematic hardeningmodel)。移动硬化模型的回弹预测精度比较优异，所以最近提出各种移动硬化模型，并导入通用有限元软件。在移动硬化模型中，用背应力(back stress)α表示屈服曲面的中心的移动量，在模拟中针对每个计算步骤更新该变量并将其保存为历史变量(history variable)来进行计算。各向同性硬化模型的屈服曲面的扩大量R由材料所受到的变形决定，所以不需要历史变量。留意以上材料模型的性质返回现有技术的问题点。

在应用移动硬化模型那样的使用历史变量的高精度材料模型，通过专利文献1记载的技术确定回弹的产生主因的情况下，不仅要改变残余应力还必须改变历史变量。这是因为存在仅通过改变残余应力无法在数值计算中取得匹配性而使计算失败或进行误计算的可能性。然而，无法利用与残余应力相乘的系数将历史变量变为系数倍，而且也难以决定适当的系数。在这样采用使用历史变量的高精度材料模型时，专利文献1记载的技术不适合。

另外，如专利文献1中的一个例子所示，若使某一区域的应力为零，则在其与其它区域的边界部产生应力集中(stress concentration)，可能与现实不同。另外，在数值解析方面，即便使某一区域的应力为零，由于同其它区域的应力平衡，在回弹后该区域的应力实际未必为零。因此，与实际现象相差太远而不自然。

另外，在专利文献1记载的技术中，改变板厚、弹性模量以及塑性系数(都是作为标值(scalar value)而各向同性(isotropy)的值)的理由如上所述是由于间接得知回弹的产生主因，而非确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位与该残余应力的方向。如果无法确定作为回弹的产生主因的残余应力及其方向，则不能作为金属模修正等回弹抑制对策的准则。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而完成的，目的是提供能够更准确地确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位与该残余应力的方向的回弹主因确定方法以及回弹主因确定装置。

本发明的回弹主因确定方法为通过计算机进行的冲压成型品的回弹主因确定方法，上述回弹主因确定方法的特征在于，包含：冲压成型解析工序，在该工序中，通过冲压成型解析而取得上述冲压成型品的脱模前的形状、残余应力分布以及应变分布；第一回弹解析工序，在该工序中，根据在上述冲压成型解析工序中取得的上述冲压成型品的形状、残余应力分布以及应变分布而进行回弹解析，取得上述冲压成型品的脱模后的回弹量；区域分割工序，在该工序中，将在上述冲压成型解析工序中取得的上述冲压成型品的形状分割为多个区域；杨氏模量改变工序，在该工序中，选择通过上述区域分割工序分割的上述冲压成型品的区域中的任意区域，改变所选择的区域的指定方向的杨氏模量；第二回弹解析工序，在该工序中，根据在上述冲压成型解析工序中取得的上述冲压成型品的形状、残余应力分布以及应变分布，对在上述杨氏模量改变工序中改变了杨氏模量的上述冲压成型品进行回弹解析，针对每个上述选择区域的每个上述指定方向取得上述冲压成型品的脱模后的回弹量；回弹量差取得工序，在该工序中，对在上述第一回弹解析工序中取得的回弹量、与在上述第二回弹解析工序中取得的每个上述选择区域的每个上述指定方向的回弹量进行比较，取得每个上述选择区域的每个上述指定方向的回弹量差；以及回弹主因确定工序，在该工序中，对在上述回弹量差取得工序中取得的上述回弹量差进行比较，根据比较结果确定回弹的主因的残余应力以及该残余应力的方向。

上述本发明的回弹主因确定方法的特征在于，在上述回弹主因确定工序中，对所取得的全部上述回弹量差进行比较，将取得最大回弹量差的上述选择区域以及上述指定方向确定为回弹的主因的残余应力以及该残余应力的方向。

上述本发明的回弹主因确定方法的特征在于，将上述杨氏模量改变工序以及第二回弹解析工序中的x方向的杨氏模量设为E_xx，y方向的杨氏模量设为E_yy，z方向的杨氏模量设为E_zz，则用式子ε＝Cσ表示应力σ与应变ε的关系时的弹性柔量(elastic compliance)C由下式(1)得出，上述杨氏模量改变工序中的杨氏模量的改变通过改变下式(1)的E_xx、E_yy、E_zz中的任一杨氏模量的值来进行，

$C=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{1}{E_{xx}}& -\frac{v_{yx}}{E_{yy}}& -\frac{v_{zx}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{v_{xy}}{E_{xx}}& \frac{1}{E_{yy}}& -\frac{v_{zy}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{v_{xz}}{E_{xx}}& -\frac{v_{yz}}{E_{yy}}& \frac{1}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{xy}}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{yz}}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{zx}}\end{array}\right]\mathrm{...}\left(1\right)$

其中，

Gxy：xy平面的切变模量

Gyz：yz平面的切变模量

Gzx：zx平面的切变模量

vxy：x方向与y方向的泊松比

vyz：y方向与z方向的泊松比

vzx：z方向与x方向的泊松比。

上述本发明的回弹主因确定方法的特征在于，上述杨氏模量改变工序中的杨氏模量的改变通过将式(1)的E_xx、E_yy、E_zz中的任一杨氏模量的值变为2倍以上或者1/2倍以下来进行。

本发明的回弹主因确定装置为通过计算机进行的冲压成型品的回弹主因确定装置，上述回弹主因确定装置的特征在于，具备：冲压成型解析单元，其通过冲压成型解析而取得上述冲压成型品的脱模前的形状、残余应力分布以及应变分布；回弹解析单元，其根据上述冲压成型品的形状、残余应力分布以及应变分布而进行回弹解析，取得上述冲压成型品的脱模后的回弹量；区域分割单元，其将上述冲压成型品的形状分割为多个区域；杨氏模量改变单元，其选择通过上述区域分割单元分割的上述冲压成型品的区域中的任意区域，改变所选择的区域的指定方向的杨氏模量；回弹量差取得单元，其通过对由上述回弹解析单元取得的回弹量彼此进行比较来取得回弹量差；以及回弹主因确定单元，其对多个上述回弹量差进行比较，根据比较结果确定回弹的主因的残余应力以及该残余应力的方向。

上述本发明的回弹主因确定装置的特征在于，上述回弹主因确定单元对多个上述回弹量差进行比较，将取得最大回弹量差的上述选择区域以及上述指定方向确定为回弹的主因的残余应力以及残余应力的方向。

上述本发明的回弹主因确定装置的特征在于，将上述杨氏模量改变单元以及回弹解析单元中的x方向的杨氏模量设为E_xx，y方向的杨氏模量设为E_yy，z方向的杨氏模量设为E_zz，则用式子ε＝Cσ表示应力σ与应变ε的关系时的弹性柔量C由下式(1)得出，上述杨氏模量改变单元中的杨氏模量的改变通过改变下式(1)的E_xx、E_yy、E_zz中的任一杨氏模量的值来进行，

$C=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{1}{E_{xx}}& -\frac{v_{yx}}{E_{yy}}& -\frac{v_{zx}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{v_{xy}}{E_{xx}}& \frac{1}{E_{yy}}& -\frac{v_{zy}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{v_{xz}}{E_{xx}}& -\frac{v_{yz}}{E_{yy}}& \frac{1}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{xy}}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{yz}}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{zx}}\end{array}\right]\mathrm{...}\left(1\right)$

其中，

G_xy：xy平面的切变模量

G_yz：yz平面的切变模量

G_zx：zx平面的切变模量

v_xy：x方向与y方向的泊松比

v_yz：y方向与z方向的泊松比

vzx：z方向与x方向的泊松比。

上述本发明的回弹主因确定装置的特征在于，上述杨氏模量改变单元中的杨氏模量的改变通过将式(1)的E_xx、E_yy、E_zz中的任一杨氏模量的值变为2倍以上或者1/2倍以下来进行。

在本发明中，不改变残余应力，将冲压成型品的形状分割为多个区域并改变任意区域指定方向的杨氏模量来进行解析，所以没有计算失败或误计算，能够准确地确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位与该残余应力的方向。

附图说明

图1是说明本发明的一实施方式的回弹主因确定方法的处理流程的流程图。

图2是说明用于进行图1的回弹主因确定方法的回弹主因确定装置的说明图。

图3是说明作为实施方式的解析对象的冲压成型品的说明图。

图4是说明图2的回弹主因确定装置的区域分割单元的说明图。

图5是说明图2的回弹主因确定装置的回弹解析单元的实施结果的评价方法的一个例子的说明图。

图6是说明图2的回弹主因确定装置的杨氏模量改变单元的说明图。

图7是说明图2的回弹主因确定装置的杨氏模量改变单元的实施结果的一个例子的说明图。

图8是用于比较通过图1的回弹主因确定方法得到的确定部位与通过现有方法得到的确定部位的比较图。

图9是对用于比较通过图1的回弹主因确定方法得到的确定部位与通过现有方法得到的确定部位的实验进行说明的说明图。

图10是说明图9的比较实验的结果的说明图。

图11是用于说明背景技术的说明图，是说明屈服曲面的图。

图12是用于说明背景技术的说明图，是说明在模拟上规定材料的变形行为的材料模型(各向同性硬化模型)的说明图。

图13是说明与图12的材料模型(各向同性硬化模型)不同的材料模型(移动硬化模型)的说明图。

具体实施方式

在专利文献1记载的技术中，杨氏模量作为标值相对于任意方向都是各向同性的，但杨氏模量实际具有在材料面内由于方向不同而具有不同值的性质(弹性各向异性(elastic anisotropy))。因此，本发明的发明者们着眼于弹性各向异性而深入研究，结果获知若改变某一区域的某一方向的杨氏模量来计算回弹量，则能够确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位，并且能够确定该残余应力的方向。

对于这一点，列举如下情况作为例子进行说明：针对某一部件制作解析模型并对制作出的解析模型进行冲压成型解析而求出脱模前的应力状态等，接着进行回弹解析而取得脱模后的回弹量。在解析模型的脱模前的状态下，将解析模型的一部分区域的正交坐标(rectangularcoordinates)系的x方向的杨氏模量假定为假想较大的值。杨氏模量是应力与应变的比。因此，将某一区域的x方向的杨氏模量改变为较大的值是指因该区域的x方向的规定的残余应力被释放而产生的x方向的应变量(回弹量)比不改变杨氏模量的情况下的应变量(回弹量)小。

使改变杨氏模量的区域、方向变化，而取得多个如上述那样对改变了杨氏模量的解析模型进行回弹解析而得的回弹量、与对不改变杨氏模量的解析模型进行回弹解析而得的回弹量的差即回弹量差，比较所取得的回弹量差彼此，则能够判断哪个区域的哪个方向的残余应力对回弹影响较大。

以下，说明根据上述技术思想想到的本发明的一实施方式的回弹主因确定方法。

本发明的一实施方式的回弹主因确定方法通过执行程序处理的PC(个人计算机)等装置进行，首先，根据图2所示的框图来说明装置(以下，称为“回弹主因确定装置1”)的结构。

[回弹主因确定装置]

如图2所示，回弹主因确定装置1由PC等构成，具有显示装置3、输入装置5、主存储装置7、辅助存储装置9以及运算处理部11。显示装置3、输入装置5、主存储装置7以及辅助存储装置9与运算处理部11连接，显示装置3、输入装置5、主存储装置7以及辅助存储装置9根据运算处理部11的指令进行各功能。显示装置3用于显示计算结果等，由液晶显示器等构成。输入装置5用于操作人员的输入操作等，由键盘、鼠标等构成。

主存储装置7用于在运算处理部11中使用的数据的临时保存、运算等，由RAM等构成。辅助存储装置9用于存储数据等，由硬盘等构成。运算处理部11由PC等的CPU等构成，具有冲压成型解析单元13、回弹解析单元15、区域分割单元17、杨氏模量改变单元19、回弹量差取得单元21以及回弹主因确定单元23。上述单元通过CPU等执行规定的程序而实现。以下详细说明上述单元。

＜冲压成型解析单元＞

冲压成型解析单元13对冲压成型品进行冲压成型解析，取得冲压成型后(脱模前)的形状信息、应力分布以及应变分布。

＜区域分割单元＞

区域分割单元17将冲压成型品的形状分割为多个区域。列举进行图3所示的帽形剖面(hat-shaped cross section)部件31的区域分割为例进行说明。图3(a)是帽形剖面部件31的俯视图，图3(b)是帽形剖面部件31的立体图。图4表示帽形剖面部件31的区域分割的一个例子。在图4中，将帽形端面部件31按照每一部位从图4(a)的图中下侧依次分割为凸缘部F1、纵壁部W1(参照图4(b))、冲压底部P1、纵壁部W2(参照图4(b))以及凸缘部F2这5个区域，而且将上述区域沿长边方向从图4(a)的图中的左侧依次分割为区域i～iv这4个区域，从而分割为共计20个区域。在以下的说明中，例如将冲压底部P1的区域i记为区域P1-i。

＜回弹解析单元＞

回弹解析单元15根据由冲压成型解析单元13得到的脱模前的形状信息、应力分布、应变分布以及所得的物理参数进行回弹解析，取得脱模后的回弹量。例如图5(a)所示，将帽形剖面部件31的端部附近的剖面作为评价剖面(图5(a)中的A-A剖面)，能举出评价剖面上的脱模前的帽形剖面部件31(图5(b)中用虚线表示)的冲压底部P1与脱模后的帽形剖面部件31(图5(b)中用实线表示)的冲压底部P1所构成的角度(扭转角度θ(°))等，作为回弹量。扭转角度θ(°)大意味着评价剖面的扭转大。上述是将端部附近的剖面作为评价剖面，但也可以将其它部位的剖面作为评价剖面。另外，上述列举扭转角度为例来作为回弹量，但作为其它例子也可以将朝向凸缘部F1、凸缘部F2的外侧的弯曲量等作为回弹量。

＜杨氏模量改变单元＞

杨氏模量改变单元19将由区域分割单元17分割的区域的一部分作为弹性各向异性材料模型来使用，仅改变各方向中的指定方向的杨氏模量。本发明中使用弹性各向异性材料模型，所以下面说明弹性各向异性的公式化的一个例子。在用ε＝Cσ表应力σ与应变ε的关系时，考虑弹性各向异性的弹性柔量(elastic compliance)C如下式(1)所示。

$C=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{1}{E_{xx}}& -\frac{v_{yx}}{E_{yy}}& -\frac{v_{zx}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{v_{xy}}{E_{xx}}& \frac{1}{E_{yy}}& -\frac{v_{zy}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{v_{xz}}{E_{xx}}& -\frac{v_{yz}}{E_{yy}}& \frac{1}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{xy}}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{yz}}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{zx}}\end{array}\right]\mathrm{...}\left(1\right)$

其中，

G_xy：xy平面的切变模量

G_yz：yz平面的切变模量

G_zx：zx平面的切变模量

v_xy：x方向与y方向的泊松比

v_yz：y方向与z方向的泊松比

vzx：z方向与x方向的泊松比。

这里，后缀x是相对于压延方向为0°的方向，y是相对于压延方向为90°的方向(宽度方向)，z是板厚方向。柔量C所含的x、y、z方向的杨氏模量(E_xx、E_yy、E_zz)、xy平面、yz平面以及zx平面的切变模量(shearing modulus)(G_xy、G_yz、G_zx)、以及泊松比(Poisson′sratio)(ν_xy、ν_yz、ν_zx)共计12个物理量是通过将面内的3个方向的杨氏模量E₀(＝E₁₈₀)、E₄₅、E₉₀与泊松比ν_xy这四个数作为输入参数由下式(2)～(6)求出。

$E_{zz}=\frac{1}{3}(E_0+E_{45}+E_{90})\mathrm{...}\left(2\right)$

v_yz＝v_zx＝v_xy …(3)

$G_{xy}=\frac{E_0}{2(v_{xy}-\frac{1}{2}-\frac{E_0}{2E_{90}}+\frac{2E_0}{E_{45}})}\mathrm{...}\left(4\right)$

G_yz＝G_zx＝G_xy …(5)

$\begin{array}{cc}\frac{v_{ij}}{E_{ii}}=\frac{v_{ji}}{E_{jj}}& (i,j=x,y,z)\end{array}\mathrm{...}\left(6\right)$

能够通过上述式(1)～式(6)使用具有弹性各向异性的材料模型。通过这样使用具有弹性各向异性的材料模型，能够任意改变这些式中的杨氏模量E_xx、E_yy、E_zz的值。例如能够仅将杨氏模量E_xx的值变为10倍。这样，通过将指定方向的杨氏模量变为比其它方向的杨氏模量大或小的值，从而能够研究该方向的残余应力对回弹产生的影响。在上述式(1)中，考虑了切变模量(G_xy、G_yz、G_zx)，但也可以使用仅考虑杨氏模量(E_xx、E_yy、E_zz)的式子。

改变杨氏模量的方向的指定方法例如有以下3种方法(参照图6)。如图6(a)所示，第一方法是原样使用材料坐标系的坐标作为坐标系，指定材料坐标系的0°方向(x方向)、45°方向、90°方向(y方向)以及板厚方向(z方向，垂直于纸面的方向)中的任意方向并改变该方向的杨氏模量的方法。作为图6(a)所示的方法的一个例子，图7表示将0°方向(x方向)作为指定方向，仅将0°方向(x方向)的杨氏模量E₀(＝E₁₈₀)变为45°方向以及90°方向的杨氏模量(E₄₅、E₉₀＝205GPa)的5倍(205GPa×5＝1025GPa)的情况下的面内的杨氏模量分布。

在上述第一方法中，方向的指定是指定材料坐标系的0°方向(x方向)、45°方向、90°方向(y方向)以及板厚方向(z方向)中的任意方向，但有时也欲指定这些方向以外的方向，例如30°、15°等方向。因此在这样的情况下，如图6(b)所示，将使材料坐标系旋转而使材料坐标系的x方向与欲指定的方向一致的旋转后的材料坐标系作为坐标系使用，指定旋转后的坐标系的0°方向(x’方向)、45°方向、90°方向(y’方向)以及板厚方向(z方向)中的任意方向即可(第二方法)。

如图6(c)所示，第三方法是在针对每一要素根据要素的形状、方向决定的坐标系中，指定0°方向(x”方向)、45°方向、90°方向(y”方向)以及板厚方向(z方向)中的任意方向的方法。可以使用上述第一～第三方法中的任一方法。

＜回弹量差取得单元＞

回弹量差取得单元21对不改变杨氏模量而进行的回弹解析的结果、与通过杨氏模量改变单元19改变杨氏模量而进行的回弹解析的结果进行比较，取得回弹量差。

＜回弹主因确定单元＞

回弹主因确定单元23比较由回弹量差取得单元21得出的多个回弹量差，根据比较结果确定回弹的主因的残余应力的区域以及该残余应力的方向。例如，回弹主因确定单元23可以比较回弹量差，将取得最大回弹量差的选择区域以及指定方向确定为回弹主因的残余应力的区域以及该残余应力的方向。

[回弹主因确定方法]

适当地参照所需要的附图并根据图1所示的流程图来说明使用如上构成的本实施方式的回弹主因确定装置1的回弹主因确定方法的处理流程。在以下的说明中，在作为解析对象的冲压成型品的一个例子中，列举图3所示的帽形剖面部件31，确定帽形剖面部件31的回弹主因。

＜冲压成型解析工序S1＞

首先，冲压成型解析单元13取得冲压成型品的脱模前的形状、残余应力分布以及应变分布。

＜第一回弹解析工序S3＞

接着，回弹解析单元15根据在冲压成型解析工序S1中取得的冲压成型品的脱模前的形状、残余应力分布以及应变分布进行回弹解析，取得脱模后的回弹量。在进行解析时回弹解析单元15使用各向同性杨氏模量。在本实施方式中，回弹解析单元15取得使用图5(b)说明的扭转角度(torsion angle)θ(°)作为回弹量。将在本步骤中取得的扭转角度设为θ_A(°)。

＜区域分割工序S5＞

接着，区域分割单元17将在冲压成型解析工序S1中取得的冲压成型品的形状分割为多个形状。在本实施方式中，作为例子，区域分割单元17将帽形剖面部件31如图4所示那样分割为20个区域。

＜杨氏模量改变工序S7＞

接着，杨氏模量改变单元19选择在区域分割工序S5中被分割的冲压成型品的区域中的任意区域，改变所选择的区域的指定方向的杨氏模量。由此，冲压成型品具有弹性各向异性。在本实施方式中，作为例子，杨氏模量改变单元19将改变杨氏模量的方向作为图6(a)所示的x方向，将指定的方向的杨氏模量E_xx变为2倍。

＜第二回弹解析工序S9＞

接着，回弹解析单元15根据在冲压成型解析工序S1中取得的冲压成型品的形状、残余应力分布以及应变分布，对在杨氏模量改变工序S7中改变了杨氏模量的冲压成型品进行回弹解析，针对每个选择区域的每个指定方向取得冲压成型品的脱模后的回弹量。在本实施方式中，作为例子，回弹解析单元15取得扭转角度θ_B(°)作为回弹量。

＜回弹量差取得工序S11＞

接着，回弹量差取得单元21对在第一回弹解析工序S3中取得的回弹量与在第二回弹解析工序S9中取得的每个选择区域的每个指定方向的回弹量进行比较，取得每个选择区域的每个指定方向的回弹量差。在本实施方式中，作为例子，回弹量差取得单元21对在第一回弹解析工序S3中得到的扭转角度θ_A(°)与在第二回弹解析工序S9中得到的每个选择区域的每个指定方向的扭转角度θ_B(°)进行比较，取得每个选择区域的每个指定方向的扭转角度差(°)。

＜回弹主因确定工序S13＞

接着，回弹主因确定单元23比较在回弹量差取得工序S11中取得的全部回弹量差，将取得最大回弹量差的选择区域以及指定方向确定为回弹主因的残余应力的区域以及该残余应力的方向。

如上所述，在本实施方式中，不改变残余应力，将冲压成型品的形状分割为多个区域并针对任意区域改变指定方向的杨氏模量，所以能够使具有各向异性的材料的冲压等的解析更接近现实，不会计算失败或误计算，能够准确地确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位与该残余应力的方向。

实施例

进行了用于确认本实施方式的回弹主因确定方法的作用效果的具体的实验，所以以下说明其结果。在实验中，与上述实施方式同样地将帽形剖面部件31作为解析对象并取得通过本实施方式的回弹主因确定方法确定出的区域以及残余应力方向(发明例)。冲压成型材料是板厚为1.2mm的980MPa级高张力钢板(high-strength steel sheet)。在成型解析以及回弹解析中使用通用有限元软件LS-DYNA，材料模型使用移动硬化型材料模型。在杨氏模量改变工序中，将杨氏模量的改变比例设为2倍、10倍以及50倍3个种类，针对各改变比例分别进行解析。另外，在回弹主因确定工序中，比较所取得的全部回弹量差，将取得最大回弹量差的选择区域以及指定方向确定为回弹主因的残余应力的区域以及该残余应力的方向。

另外，根据现有方法取得作为回弹的主因的区域以及残余应力方向作为比较例。以下说明现有方法。在现有方法中，首先，对相同的帽形剖面部件31进行冲压成型解析，取得脱模前的冲压成型品的形状、残余应力分布以及应变分布。接下来，根据上述得到的脱模前的状态进行回弹解析，取得扭转角度θ_C(°)。

接下来，相对于上述得到的脱模前的状态，将对使用图4说明的20个区域中的1区域指定的方向(材料坐标系x、y，z、xy、yz、zx方向的全部或其一)的残余应力设为0而进行回弹解析，取得扭转角度θ_D(°)。接下来，根据扭转角度θ_C(°)和扭转角度θ_D(°)取得扭转角度差(°)。对20个区域全部进行以上的处理，从所有区域的扭转角度差(°)中取得最大的扭转角度差(°)、最大的扭转角度差的区域以及指定的方向，将取得的区域和指定方向确定为回弹的主因。以下的表1表示上述发明例与比较例的解析结果。

[表1]

E：杨氏模量σ：应力τ：剪切力

表1针对每一改变物理量(杨氏模量、残余应力)，列出解析的不收敛(non-convergence)区域个数、取得的扭转角度差中最大的扭转角度差(最大扭转角度差)及其区域(最大扭转角度差区域)。在上述发明例中，研究No.1～No.3表示将杨氏模量变为2倍的情况下的结果，研究No.4～No.6表示将杨氏模量变为10倍的情况下的结果，研究No.7～No.9表示将杨氏模量变为50倍的情况下的结果。另外，将通过现有方法求出的结果作为比较例表示为表1的研究No.10～No.16。

首先，说明表1的研究No.1～No.3。如研究No.1所示，在将0°方向(x方向)的杨氏模量E_xx变为2倍的情况下，在区域F1-iii最大扭转角度差为2.8°。同样，如研究No.2所示，在将90°方向(y方向)的杨氏模量E_yy变为2倍的情况下，在区域P1-iv最大扭转角度差为1.0°。另外，如研究No.3所示，在将板厚方向(z方向)的杨氏模量Ezz变为2倍的情况下，在区域W1-iii最大扭转角度差为0.2°。另外，在上述各解析中，解析的不收敛区域个数都是0，这意味着全部的解析都能够收敛，得到非常好的解析结果。

由表1可知，在研究No.1～No.3中，所有区域的所有方向的最大回弹量差为X方向以及区域F1-iii。因此，在回弹主因确定工序S13中，确定区域F1-iii为回弹的主因的残余应力的区域，确定X方向作为残余应力的方向而成为回弹的主因。更具体地说，确定区域F1-iii的X方向残余应力为回弹的主因。

另外，如表1的研究No.4～No.6以及研究No.7～No.9所示，即使改变杨氏模量的改变比例，被确定为回弹的主因的区域以及残余应力方向都相同(区域F1-iii的X方向残余应力)。

接下来，说明比较例。如表1的研究No.11所示，在对20个区域分别进行使X方向残余应力为零的解析的情况下，解析不收敛的区域个数(不收敛区域个数)为4个区域。这是考虑在成为不收敛区域的区域中，通过使X方向残余应力为零而没有获得计算上的匹配性，使计算失败。在研究No.12以及研究No.14中也同样存在不收敛区域。表1是忽略不收敛区域，而从其它的解析能够收敛的区域中选出最大扭转角度差。因此，解析结果的可靠性较低。

由表1可知，研究No.10～No.16中最大的扭转角度差(°)是在使区域W1-iii的X方向残余应力为零的情况下的2.5°(研究No.11)。因此，在现有方法中，确定区域W1-iii的X方向残余应力为回弹的主因。

如图8所示，容易在视觉上把握通过本发明确定的区域F1-iii(发明例)与通过现有方法确定的区域W1-iii(比较例)。为了明确区域F1-iii(发明例)与区域W1-iii(比较例)中的哪一方适合作为回弹的主因，在冲压成型阶段预先切除相当于上述区域的帽形剖面部件31的部分并进行冲压成型。使用切除了区域F1-iii的材料进行冲压成型而得到的帽形剖面部件31如图9(a)所示(发明例)。另外，使用切除了区域W1-iii的(使W1-iii成为空间)材料进行冲压成型而得到的帽形剖面部件31如图9(b)所示(比较例1)。

而且，图10表示帽形剖面部件31的扭转角度。而且，在图10中为了比较，而将使用没有实施回弹对策(没有切除材料)的材料进行冲压成型而得到的帽形剖面部件31的扭转角度作为比较例2来表示。

如图10所示，比较例2中，扭转角度θ为3.7°。与此相对，比较例1中为1.6，通过现有方法确认了一定程度的回弹抑制效果。然而，在发明例中，扭转角度θ仅为0.7°，能够得到非常有效的回弹抑制效果。

由上所述，证实了在本发明的回弹主因确定方法中，能够更准确地确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位与该残余应力的方向。

另外，在解析的计算中不会产生不匹配(mismatching)能够使解析收敛，所以能够在全部区域以及全部方向得到回弹量差，解析结果的可靠性很高。

以上说明了应用本发明者们提出的发明的实施方式，但并非通过本实施方式的作为本发明的公开的一部分的描述以及附图来限定本发明。即，本领域技术人员等根据本实施方式得到的其它实施方式、实施例以及运用技术等全部包含在本发明的范畴内。

工业上利用的可能性

根据本发明，没有计算失败或误计算就准确地确定具有回弹的产生主因即残余应力的部位与该残余应力的方向。

附图标记的说明

F1、F2…凸缘部；W1、W2…纵壁部；P1…冲压底部；1…回弹主因确定装置；3…显示装置；5…输入装置；7…主存储装置；9…辅助存储装置；11…运算处理部；13…冲压成型解析单元；15…回弹解析单元；17…区域分割单元；19…杨氏模量改变单元；21…回弹量差取得单元；23…回弹主因确定单元；31…帽形剖面部件。

Claims (8)

1.一种回弹主因确定方法，其为通过计算机进行的冲压成型品的回弹主因确定方法，

所述回弹主因确定方法的特征在于，包含：

冲压成型解析工序，在该工序中，通过冲压成型解析而取得所述冲压成型品的脱模前的形状、残余应力分布以及应变分布；

第一回弹解析工序，在该工序中，根据在所述冲压成型解析工序中取得的所述冲压成型品的形状、残余应力分布以及应变分布而进行回弹解析，取得所述冲压成型品的脱模后的回弹量；

区域分割工序，在该工序中，将在所述冲压成型解析工序中取得的所述冲压成型品的形状分割为多个区域；

杨氏模量改变工序，在该工序中，选择通过所述区域分割工序分割的所述冲压成型品的区域中的任意区域，改变所选择的区域的指定方向的杨氏模量；

第二回弹解析工序，在该工序中，根据在所述冲压成型解析工序中取得的所述冲压成型品的形状、残余应力分布以及应变分布，对在所述杨氏模量改变工序中改变了杨氏模量的所述冲压成型品进行回弹解析，针对每个所述选择区域的每个所述指定方向取得所述冲压成型品的脱模后的回弹量；

回弹量差取得工序，在该工序中，对在所述第一回弹解析工序中取得的回弹量、与在所述第二回弹解析工序中取得的每个所述选择区域的每个所述指定方向的回弹量进行比较，取得每个所述选择区域的每个所述指定方向的回弹量差；以及

回弹主因确定工序，在该工序中，对在所述回弹量差取得工序中取得的所述回弹量差进行比较，根据比较结果确定回弹的主因的残余应力以及该残余应力的方向。

2.根据权利要求1所述的回弹主因确定方法，其特征在于，

在所述回弹主因确定工序中，对所取得的全部所述回弹量差进行比较，将取得最大回弹量差的所述选择区域以及所述指定方向确定为回弹的主因的残余应力以及该残余应力的方向。

3.根据权利要求1或2所述的回弹主因确定方法，其特征在于，

将所述杨氏模量改变工序以及第二回弹解析工序中的x方向的杨氏模量设为E_xx，y方向的杨氏模量设为E_yy，z方向的杨氏模量设为E_zz，则用式子ε＝Cσ表示应力σ与应变ε的关系时的弹性柔量C由下式(1)得出，所述杨氏模量改变工序中的杨氏模量的改变通过改变下式(1)的E_xx、E_yy、E_zz中的任一杨氏模量的值来进行，

$C=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{1}{E_{xx}}& -\frac{{\mathrm{\ν}}_{yx}}{E_{yy}}& -\frac{{\mathrm{\ν}}_{zx}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{{\mathrm{\ν}}_{xy}}{E_{xx}}& \frac{1}{E_{yy}}& -\frac{{\mathrm{\ν}}_{zy}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{{\mathrm{\ν}}_{xz}}{E_{xx}}& -\frac{{\mathrm{\ν}}_{yz}}{E_{yy}}& \frac{1}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{xy}}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{yz}}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{zx}}\end{array}\right]...\left(1\right)$

其中，

G_xy：xy平面的切变模量

G_yz：yz平面的切变模量

G_zx：zx平面的切变模量

v_xy：x方向与y方向的泊松比

v_yz：y方向与z方向的泊松比

v_zx：z方向与x方向的泊松比。

4.根据权利要求3所述的回弹主因确定方法，其特征在于，

所述杨氏模量改变工序中的杨氏模量的改变通过将式(1)的E_xx、E_yy、E_zz中的任一杨氏模量的值变为2倍以上或者1/2倍以下来进行。

5.一种回弹主因确定装置，其为通过计算机进行的冲压成型品的回弹主因确定装置，

所述回弹主因确定装置的特征在于，具备：

冲压成型解析单元，其通过冲压成型解析而取得所述冲压成型品的脱模前的形状、残余应力分布以及应变分布；

回弹解析单元，其根据所述冲压成型品的形状、残余应力分布以及应变分布而进行回弹解析，取得所述冲压成型品的脱模后的回弹量；

区域分割单元，其将所述冲压成型品的形状分割为多个区域；

杨氏模量改变单元，其选择通过所述区域分割单元分割的所述冲压成型品的区域中的任意区域，改变所选择的区域的指定方向的杨氏模量；

回弹量差取得单元，其通过对由所述回弹解析单元取得的回弹量彼此进行比较来取得回弹量差；以及

回弹主因确定单元，其对多个所述回弹量差进行比较，根据比较结果确定回弹的主因的残余应力以及该残余应力的方向。

6.根据权利要求5所述的回弹主因确定装置，其特征在于，

所述回弹主因确定单元对多个所述回弹量差进行比较，将取得最大回弹量差的所述选择区域以及所述指定方向确定为回弹的主因的残余应力以及残余应力的方向。

7.根据权利要求5或6所述的回弹主因确定装置，其特征在于，

将所述杨氏模量改变单元以及回弹解析单元中的x方向的杨氏模量设为E_xx，y方向的杨氏模量设为E_yy，z方向的杨氏模量设为E_zz，则用式子ε＝Cσ表示应力σ与应变ε的关系时的弹性柔量C由下式(1)得出，所述杨氏模量改变单元中的杨氏模量的改变通过改变下式(1)的E_xx、E_yy、E_zz中的任一杨氏模量的值来进行，

$C=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{1}{E_{xx}}& -\frac{{\mathrm{\ν}}_{yx}}{E_{yy}}& -\frac{{\mathrm{\ν}}_{zx}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{{\mathrm{\ν}}_{xy}}{E_{xx}}& \frac{1}{E_{yy}}& -\frac{{\mathrm{\ν}}_{zy}}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ -\frac{{\mathrm{\ν}}_{xz}}{E_{xx}}& -\frac{{\mathrm{\ν}}_{yz}}{E_{yy}}& \frac{1}{E_{zz}}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{xy}}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{yz}}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& \frac{1}{2G_{zx}}\end{array}\right]...\left(1\right)$

其中，

G_xy：xy平面的切变模量

G_yz：yz平面的切变模量

G_zx：zx平面的切变模量

v_xy：x方向与y方向的泊松比

v_yz：y方向与z方向的泊松比

v_zx：z方向与x方向的泊松比。

8.根据权利要求7所述的回弹主因确定装置，其特征在于，

所述杨氏模量改变单元中的杨氏模量的改变通过将式(1)的E_xx、E_yy、E_zz中的任一杨氏模量的值变为2倍以上或者1/2倍以下来进行。