CN105592948A - 检测边缘裂纹 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于检测金属板产品的单元的边缘裂纹的方法和系统。该方法包括：计算与使用第一冲模的成形过程相关联的第一应力；计算与使用第二冲模的精整过程相关联的第二应力；组合第一应力和第二应力以用公式表示总应力；仿真金属板产品以产生基准应力；以及将总应力与基准应力进行比较，以确定单元是否预测性地包含边缘裂纹。

Description

检测边缘裂纹

相关申请的交叉引用

本PCT专利申请要求发明名称为“DetectingEdgeCracks”的于2013年5月20日提交的美国临时专利申请第61/825,143号的优先权，该申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分，并且通过引用被合并在本文中。

背景技术

计算机辅助设计(CAD)允许产品的设计者基于各种数学参数仿真产品。例如，在使用CAD设计产品时，使用与产品合并的材料，设计者可以认识到各种外部因素或参数。计算机辅助工程(CAE)使用这些因素来仿真CAD模型，以随后确定产品是否将会以预定方式工作。

在由金属板组成的基于金属的产品的生产中，可以使用各种冲模来制造成品。金属板冲模允许机器切割、弯曲和成形(即，拉伸/压缩)金属板，以最终制造出成品。例如，可以使用金属板来制造汽车的侧门或仪表盘。

成品可以由多个冲模制造。例如，可以将一块金属板切割成模板。随后，可以切割金属板的边缘上的各块，以将成品图案化和形成为期望形状。

在将金属板用于诸如汽车的侧门的特定应用时，对成品的各个方面都有要求。例如，存在对薄且重量轻的汽车门的要求。然而，如果将门制造的太薄，那么门会变得容易破裂或断裂。此外，在各种汽车标准中，已经颁布的要求指出各种金属表面在接触时应弯曲而非破裂。因此，如果用于汽车的金属表面的金属板太薄，那么汽车的金属表面在接触时可能破裂。

发明内容

提供了一种用于检测金属板产品的单元的边缘裂纹的方法和系统。该方法包括：计算与使用第一冲模的成形过程相关联的第一应力；计算与使用第二冲模的精整过程相关联的第二应力；组合第一应力和第二应力以用公式表示总应力；仿真金属板产品以产生基准应力；以及将总应力与基准应力进行比较，以确定单元是否预测性地包含边缘裂纹。

附图说明

详细描述涉及到以下附图，在附图中相同的数字指相同的项目，在附图中：

图1是图示示例计算机的框图。

图2(a)、图2(b)和图2(c)图示了成品的制造的示例。

图3图示了用于检测边缘裂纹的方法的示例。

图4图示了描绘基于应变的成形极限图的曲线图。

图5图示了在应用于使用金属板的成品的样品边缘单元时图3中描述的方法的图例。

具体实施方式

通过各种制造技术来制造使用金属板的成品。一种这样的技术是使用冲模来操纵金属板以导致不同的形状和尺寸。金属板冲模允许金属板在金属板上施加压力以切割、弯曲、拉伸和操纵金属板。

在生产成品之前，可以使用CAE程序来仿真成品的各个方面。因此，成品的设计者可以经由CAE程序来仿真成品。成品以及用于制造成品的材料(诸如，金属板)可以经由数学参数和数值参数来表示。例如，尺寸、复合材料和密度可以归属于用于制造成品的各种材料。

因此，通过使用CAE程序，可以通过成品预测性地分析各种情况。例如，如果成品由金属板制成，那么CAE程序可以能够仿真在源自特定厚度的金属板时金属板是否弯曲或破裂。

然而，因为通过CAE程序作出的预测分析是基于模型的，所以可能会忽略与金属板的生产和性质相关联的若干因素。因此，预测出的纤薄度可能不完全准确。此外，可能会因为CAE程序可能忽略了导致边缘破裂的问题而发生边缘破裂。

本文公开了用于检测边缘破裂的系统和方法。本文公开的系统和方法使用与多个冲模中的每个冲模相关联的预测模型，并且经由本文公开的技术来混合预测模型。因此，通过使用用于制造成品的每个冲模的因素预测地分析成品，可以有效地减少与构成成品的金属板相关联的边缘破裂。

图1是图示示例计算机100的框图。计算机100包括耦接到芯片组104的至少一个处理器102。芯片组104包括存储器控制器集线器120和输入/输出(I/O)控制器集线器122。存储器106和图形适配器112耦接到存储器控制器集线器120，并且显示器118耦接到图形适配器112。存储装置108、键盘110、定位装置114和网络适配器116耦接到I/O控制器集线器122。计算机100的其它实施例可以具有不同架构。

存储装置108是诸如硬盘驱动器、光盘只读存储器(CD-ROM)、DVD或固态存储器装置的非暂态计算机可读存储介质。存储器106保存可被处理器使用的指令和数据。定位装置114是鼠标、跟踪球或其它类型的定位装置，并且定位装置114与键盘组合使用，以将数据输入到计算机系统100中。图形适配器112在显示器118上显示图像和其它信息。网络适配器116将计算机系统100耦接到一个或更多个计算机网络。

计算机100适于执行计算机程序模块以提供本文描述的功能。如在本文中所使用的，术语“模块”指用于提供特定功能的计算机程序逻辑。因此，可以以硬件、固件和/软件方式实现模块。在一个实施例中，程序模块存储在存储装置108上，被加载到存储器106中，并且由处理器102执行。

由本文中公开的实体和过程所使用的计算机的类型能够根据实施例以及实体所需的处理能力而变化。计算机100可以是移动装置、平板计算机、智能电话或具有上面列出的单元的任何类型的计算单元。例如，诸如硬盘、固态存储器或存储装置的视频资料库可被存储在分布式数据库系统中，该分布式数据库系统包括一起工作以提供本文描述的功能的多个刀锋服务器。计算机可以缺少上面描述的部件中的一些部件，诸如键盘110、图形适配器112和显示器118。

图2(a)、图2(b)和图2(c)图示了成品的制造的示例。在图2(a)、图2(b)和图2(c)中，使用冲模210来操纵金属板200。使用冲模210以一角度切割金属板200，从而导致图2(c)中示出的倾斜边缘(anglededge)。

参考图2(a)，示出了制造的修整操作。金属板200被放置在冲模210上。衬垫211被放置在与和冲模210接触的表面相对的金属板200的表面上。

使金属板200、冲模210和衬垫211成纵倾角212。可以基于金属板的边缘期望的特定修整取向来设置纵倾角212。提供冲床213。响应于施加到冲床213的压力，执行切割金属板200的操作。

参考图2(b)，示出了使用冲床213的示例。在冲床213上施加一定量的压力，其随后被传递到金属板200上。结果金属板200被切割和修整以形成成品。

参考图2(c)，示出了冲模切割形式的金属板200。所得的金属板200具有中间区域220和冲模切割边缘221。

图2(a)-(c)图示了使用冲模切割和修整金属板200以得到成品的示例。诸如纵倾角212、冲模210、用于冲床213的压力量的在图2(a)-(c)中讨论的各个参数可以在CAE程序中使用，以仿真和预测性地分析与使用金属板的成品的制造相关联的各种现象。

图3图示了用于检测边缘裂纹的方法300的示例。可以在诸如上面描述的计算机100的系统或装置上实现方法300。在方法300中，在每次操作后，产生的数据可以存储到诸如存储装置108的数据库中。

在操作310中，对用于产生成品的第一冲模执行可成形性壳单元仿真。使用的第一冲模可以与各种参数相关联。基于与第一冲模相关联的操纵，操作310中的各个参数可被用来确定由第一冲模施加到成品的应力和其它力。此时，可以确定与成品相关联的应力的一级近似。

在操作320中，使用第一冲模形成的金属板被划分成各个边缘单元。可以使用第二冲模来制造每个边缘单元。因此，每个边缘单元可以具有与边缘单元的变形相关联的诸如纵倾角和剪切角的特定参数。

在操作330中，在已经确定每个边缘单元的参数后，对各边缘单元执行CAE。因为可以使用第二冲模来执行边缘的修整，所以CAE分析可以参考数据库，该数据库对由具有特定金属板、纵倾角和剪切角的第二冲模的使用所引入的应力进行分类。

基于所执行的CAE分析，可针对每个边缘单元计算实体单元偏流动应力(SEDFS)。该关系被定义为以下：

δ_SEDFS＝√(3/2)δ'->(负值)

其中：

δ_SEDFS是实体单元偏流动应力；并且

δ'是使用第一冲模切割金属板之后中间表面与冲模切割边缘的交点处的偏应力。

在操作340中，对在操作320中得到的所提取的边缘单元进行边缘应力分析，以确定边缘单元有效流动应力(EFFFS)。基本上，对在第一冲模之后使用的第二冲模建模以确定加到金属板上的估计应变。该关系被定义为以下：

δ_EFFFS＝f(ε_边缘单元)

其中：

δ_EFFFS是边缘单元有效流动应力；

ε_边缘单元是边缘单元的真实的主(principle)长轴、短轴和薄化应变(如根据在第一冲模之后使用第二冲模的模型所得到的)；以及

f()是将应变值转变成应力值的函数。

在操作350中，计算了边缘单元总应力(EETS)。该关系为定义为：

δ_EETS＝δ_EFFFS-δ_SEDFS

其中：

δ_EETS是边缘单元有效流动应力。

在操作310(操作360)后的方法300的平行分支中，计算与施加到成品的单轴拉伸测试相关联的破坏的有效应力。为了计算有效应力，可以使用基于应变的成形极限图。在对图4的详细说明中进一步描述该过程。

在操作370中，将在操作360中计算的δ_EETS与在操作360中计算的值进行比较。可以递归地针对在操作320中提取的每个边缘单元执行操作370。如果δ_EETS大于在操作320中计算的值，那么方法300执行到操作380。相反地，如果δ_EETS小于在操作320中计算的值，那么方法300执行到操作390。

在操作380中，做出预测到边缘裂纹的指示。相反地，在操作390中，做出成品的边缘安全的指示。

图4图示了描绘基于应变的成形极限图的曲线图400。可以使用曲线图400来确定(方法300的)操作360的有效应力。针对制造在方法300中分析的成品所使用的金属板来创建曲线400。

曲线图400的x轴410表示短轴应变(minorstrain)，而y轴420表示长轴应变(majorstrain)。y轴420表示与一个方向相关联的拉伸和压缩应变，而x轴420表示另一方向上的所得应变(resultantstrain)。

图线图400具有两条曲线，基于应变的成形极限曲线(FLC)430和单轴拉伸曲线440。单轴拉伸曲线440表示与特定成品相关联的拉伸测试。可以经由CAE程序仿真或计算拉伸测试。基于应变的FLC430表示指示与特定金属板相关联的最大应变的曲线。

根据曲线图400上画出的曲线，交点450表示与成品相关联的计算的最大应变。使用从应变到应力的换算，也可以计算应力。该应力值可被用作在操作360中使用的有效应力。

图5图示了在应用于包括金属板的成品的样本边缘单元时方法300(图500)的图例。在图5中，示出了应力破坏极限510(如在操作360中计算的)。在示出的示例中，应力破坏极限510为大约1400兆帕(或用于测量应力的任何测量单位)。在极限510上面的区域520中，预测到边缘裂纹。在极限510下面的区域530中，上述单元没有边缘裂纹。

在示出的示例中，单元具有在极限510以下的δ_EFFFS540。然而，当与和单元相关联的δ_SEDFS550联系起来时，所得到的δ_EETS560在极限510以上。因此，在图5中示出的示例中，上述单元可以被预测性地分析为产生边缘裂纹。

图1中示出的某些装置包括计算系统。计算系统包括处理器(CPU)，以及将包括诸如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的系统存储器的各种系统部件耦接到处理器的系统总线。也可以使用其它系统存储器。计算系统可以包括一个以上的处理器，或者网络连接在一起以提供更大的处理能力的一组或一群计算系统。系统总线可以是以下几种类型的总线结构中的任意一种：存储器总线或存储器控制器、外围总线以及使用各种总线构架中的任意一种的本地总线。存储在ROM等中的基本输入/输出(BIOS)可以提供诸如在启动期间帮助在计算系统内的单元之间传送信息的基本例程。计算机系统还包括根据已知的数据库管理系统维护数据库的数据存储。可以以许多形式实现数据存储，诸如硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器或者可以存储能够被处理器访问的数据的另一种类型的计算机可读介质，诸如磁卡(magneticcassette)、闪存卡、数字多功能盘、盒式磁带、随机存取存储器(RAM)以及只读存储器(ROM)。数据存储可以通过驱动器接口连接到系统总线。数据存储提供计算系统的计算机可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。

为了实现人类(以及在某些实例中是机器)用户交互，计算系统可以包括诸如用于语音和音频的麦克风、用于手势或图形输入的触摸敏感屏、键盘、鼠标、运动输入等的输入装置。输出装置可以包括许多输出机构中的一个或更多个。在一些实例中，多模式系统使用户能够提供多种类型的输入，以与计算系统进行通信。通信接口通常使计算装置系统能够使用各种通信和网络协议与一个或更多个其它计算装置进行通信。

前面的公开内容涉及到许多流程图以及伴随的描述，以图示图3中表示的实施例。所公开的装置、部件和系统考虑了使用或实现用于执行这些图中图示的步骤的任何合适的技术。因此，图3仅用于图示目的，并且可以在任何适当的时间，包括同时地、独立地或者组合地执行所描述的步骤或相似步骤。另外，这些流程图中的许多步骤可以同时发生和/或以与所示出或描述的顺序不同的顺序发生。此外，所公开的系统可以使用具有附加的、更少的和/或不同步骤的过程和方法。

可以以数字电子电路系统，或者以计算机软件、固件或硬件，包括本文公开的结构及其等同物来实现本文公开的实施例。一些实施例可以被实现为在有形计算机存储介质上编码的以由一个或更多个处理器执行的一个或更多个计算机程序，即计算机程序指令的一个或更多个模块。计算机存储介质可以为以下装置或者可被包括在以下装置中：计算机可读存储装置、计算机可读存储基板或者随机存取存储器或串行存取存储器。计算机存储介质还可以为以下装置或可被包括在以下装置中：诸如多个CD、磁盘或其它存储装置的一个或更多个独立的有形部件或介质。计算机存储介质不包括暂态信号。

如本文中所使用的，术语处理器包括用于处理数据的各种设备、装置以及机器，例如包括可编程处理器、计算机、片上系统或前述装置中的多个或组合。处理器可以包括专用逻辑电路系统，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件，处理器还可以包括为上述计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行环境、虚拟机或它们中一个或更多个的组合的代码。

可以以任何编程语言(包括汇编语言或解释性语言、说明性语言或程序语言)形式来编写计算机程序(也称为程序、模块、引擎、软件、软件应用程序、脚本或代码)，并且可以以任何形式(包括作为独立程序或作为模块、部件、子程序、对象或适合在计算环境中使用的其它单元)来部署程序。计算机程序可以但不必须对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其它程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或更多个脚本)的文件的一部分中，存储在专用于上述程序的单个文件中，或者存储在多个协调文件(coordinatedfile)(例如，存储一个或更多个模块、子程序或部分代码的文件)中。计算机程序可以被部署成在一个计算机上运行，或者在位于一个地点或跨越分布在多个地点并通过通信网络互连的多个计算机上运行。

为了提供与个人的交互，可以使用诸如图形用户界面(GUI)的交互显示器来实现本文公开的实施例。这样的GUI可以包括诸如弹出式或下拉式菜单或列表、选择标签、可扫描特征以及可以接收人工输入的其它特征的交互特征。

本文公开的计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离并通常通过通信网络进行交互。依靠在各个计算机上运行的并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序产生客户端与服务器的关系。在一些实施例中，服务器将数据(例如，HTML页面)传送给客户端装置(例如，出于向与客户端装置进行交互的用户显示数据以及从与客户端装置进行交互的用户接收用户输入的目的)。可以在服务器处接收来自客户端装置的在客户端装置处产生的数据(例如，用户交互的结果)。

Claims (12)

1.一种用于检测金属板产品的单元的边缘裂纹的在处理器上执行的方法，包括：

计算与使用第一冲模的成形过程相关联的第一应力；

计算与使用第二冲模的精整过程相关联的第二应力；

组合所述第一应力和所述第二应力以用公式表示总应力；

仿真所述金属板产品以产生基准应力；以及

将所述总应力与所述基准应力进行比较，以确定所述单元是否预测性地包含边缘裂纹。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一冲模被用来切割所述金属板产品。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二冲模被用来修整所述金属板产品。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，计算所述第二应力还包括：

确定与所述第二冲模相关联的纵倾角；

计算与所述纵倾角和所述第二冲模相关联的应变；以及

将所述应变转换成所述第二应力。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对所述金属板产品执行单轴测试来获得所述基准应力。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述方法被集成在计算机辅助工程(CAE)程序中。

7.一种经由计算机辅助仿真来检测金属板上的裂纹的在处理器上执行的方法，包括：

对第一冲模执行可成形性壳单元仿真，以估计对所述金属板的第一操纵，所述第一冲模被作用于所述金属板；

将所估计的第一操纵划分成多个边缘单元；

基于第二冲模对所述多个边缘单元中的每个边缘单元执行计算机辅助估计分析，以确定所述多个边缘单元中的每个边缘单元的实体单元偏流动应力(SEDFS)，所述第二冲模被作用于所述金属板；

执行边缘应力分析，以确定边缘单元有效流动应力(EFFFS)；

根据所述多个边缘单元中的每个边缘单元的所述EFFFS和所述SEDFS计算边缘单元总应力(EETS)；

基于所述金属板的基于应变的成形极限图计算有效应力；以及

将所述EETS与所述有效应力进行比较，

其中，上述步骤中的至少一个步骤是在处理器上执行。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述比较还包括：响应于所述EETS大于所述有效应力，指示所述金属板的边缘裂纹。

9.根据权利要求7所述的方法，所述比较还包括：响应于所述EETS小于所述有效应力，指示与所述第一冲模和所述第二冲模相关联的所述金属板的变形是安全的。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，通过根据在所述第一冲模之后作用的所述第二冲模计算的长轴、短轴和薄化应变参数来针对所述多个边缘单元中的每个边缘单元定义所述EFFFS。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一冲模和所述第二冲模的特性表征存储在数据库中。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述有效应力的计算还包括：

基于所述第一冲模和所述第二冲模得出所述金属板的单轴拉伸曲线；以及

将所述单轴拉伸曲线与所述基于应变的成形极限曲线进行比较，以得出所述有效应力。