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Die Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zum Abschätzen des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens verschiedener Abschnitte eines urgeformten Bauteils.
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Das Auftreten des Computer Aided Engineering (CAE, rechnergestützte Entwicklung) hat es ermöglicht, Computersimulationen wie eine Unfallverhaltensanalyse, eine Schwingungsanalyse und eine Spannungsanalyse im Zustand der Produktkonstruktion durchzuführen. Als Ergebnis kann die Sicherheit und Haltbarkeit eines Produkts vorab evaluiert werden. In solchen Computersimulationen müssen die Form und charakteristische Werte des Produkts, das Ziel der Analyse ist, in Form numerischer Modelle präsentiert werden. Daher hat der Grad der Genauigkeit solcher numerischen Modelle einen beträchtlichen Einfluss auf die Analyseergebnisse.
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Einige in dem Produkt enthaltene Komponenten können durch Gießen, Spritzgießen oder auf ähnliche Weise hergestellt sein (diese Komponenten werden als die ”urgeformten Komponenten” bezeichnet). Das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der urgeformten Komponente ist nichtvollständig gleichförmig, es verändert sich nämlich von Abschnitt zu Abschnitt der urgeformten Komponente. Solche Veränderungen treten hauptsächlich aufgrund der Variationen in der Verfestigungszeit zwischen den Abschnitten während des Gießens auf. In Übereinstimmung damit sollten die numerischen Modelle so vorbereitet werden, dass die Spannungs-Dehnungsverteilung in der urgeformten Komponente einbezogen wird, um genaue Analyseergebnisse durch CAE zu erhalten.
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Auf der Stufe der Produktkonzeption kann jedoch möglicherweise keine tatsächliche urgeformte Komponente verfügbar sein. Selbst wenn eine tatsächliche urgeformte Komponente verfügbar ist, kann es Abschnitte geben, aus denen Testteile, die für einen Zugfestigkeitstest verwendbar sind, aufgrund der Form der urgeformten Komponente nicht herausgeschnitten werden können. Folglich ist es schwierig, die Spannungs-Dehnungs-Verteilung in der gesamten urgeformten Komponente tatsächlich zu messen. Zusätzlich weist ein einzelnes Produkt normalerweise mehrere tausend bis mehrere Millionen Abschnitte wie z. B. finite Elemente auf und es ist daher nicht praktikabel, das Spannungs-Dehnungs-Verhalten all dieser Abschnitte tatsächlich zu messen.
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Das
japanische Patent Nr. 2871894 (Patentanmeldungsveröffentlichungsnummer
JP-A-04361849 ) und die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP-A-2001-121242 beschreiben das Verfahren zum Optimieren einer Form, die zum Herstellen einer urgeformten Komponente verwendet wird, und der Bedingung, unter der das Gießen bzw. Urformen durchgeführt wird, unter Verwendung eines Computers. Die japanische Patentanmeldung
JP-A-2004-174512 beschreibt das Verfahren zur Analyse einer Dehnung und einer Spannung in einer urgeformten Komponente unter Verwendung eines Computers. Die Veränderungen im Spannungs-Dehnungs-Verhalten zwischen den Abschnitten einer urgeformten Komponente aufgrund der Variationen der Verfestigungszeit werden bei der Durchführung dieser Verfahren jedoch nicht einbezogen.
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Die
DE 195 16 463 A1 offenbart ein Verfahren zur analytischen Bestimmung optimaler Bedingungen für das Pulverschmieden. Die Analyse für komplexe Körper erfolgt auf der Grundlage der Messung von Verformungen an einem definierten einfachen Referenzkörper.
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Die
DE 199 17 045 A1 zeigt ein Verfahren, um die Verformung und Spannung einer Gesamtstruktur auf der Grundlage von Verformung und Spannung von Teilstrukturen abzuleiten.
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Die
EP 0 715 161 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Daten über die Beziehung zwischen Spannung und Beanspruchung von Prüfstücken für Grünlingen aus Gusssand zu erhalten. Die so erhaltenen Daten werden für die Voraussage der Verformung der Sandform aus diesem Gusssand beim Gießen verwendet.
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Die Erfindung wurde im Licht der vorstehend beschriebenen Umstände gemacht. Die Erfindung schafft daher eine Technologie, um es möglich zu machen, die Spannungs-Dehnungs-Kurven verschiedener Abschnitte einer urgeformten Komponente genau abzuschätzen, ohne tatsächlich zu messen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abschätzen einer Eigenschaft einer urgeformten Komponente, die eine Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts einer urgeformten Komponente abschätzt. Die Vorrichtung zur Abschätzung der Eigenschaft der urgeformten Komponente weist eine Speichereinrichtung auf, um die Korrelationsdaten zu speichern, welche die Korrelation zwischen der Verfestigungszeit und den mechanischen Eigenschaften eines Materials für die urgeformte Komponente zeigen; eine Einrichtung zur Abschätzung der Verfestigungszeit, um die Verfestigungszeit jedes Abschnitts der urgeformten Komponente unter Verwendung eines Formmodells der urgeformten Komponente abzuschätzen; und eine Einrichtung zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve, um die mechanischen Eigenschaftswerte jedes Abschnitts auf der Grundlage der Korrelationsdaten zu berechnen, wobei die abgeschätzte Verfestigungszeit verwendet wird, und um die Spannungs-Dehnungskurve jedes Abschnitts der urgeformten Komponente auf der Grundlage der berechneten mechanischen Eigenschaftswerte abzuschätzen.
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Nach dem ersten Aspekt der Erfindung ist es möglich, die Spannungs-Dehnungs-Kurven verschiedener Abschnitte der urgeformten Komponente ohne tatsächliche Messung abzuschätzen, wobei die Unterschiede der Verfestigungszeit zwischen den Abschnitten einbezogen werden und nur ein Formmodell der urgeformten Komponente verwendet wird. Unter Verwendung der so abgeschätzten Spannungs-Dehnungs-Kurven wird die Genauigkeit der Computersimulationen wie der Unfallanalyse und der Schwingungsanalyse verbessert.
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In dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Speichereinrichtung Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven speichern, die als Referenzen verwendet werden, um die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts der urgeformten Komponente abzuleiten. Die Einrichtung zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve kann eine Korrektur für mindestens eine der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven auf der Grundlage des berechneten mechanischen Eigenschaftswerts durchführen, um die Spannungs-Dehnungs-Kurve des Abschnitts abzuleiten. Mit diesem Aufbau ist es möglich, die Spannungs-Dehnungs-Kurven der verschiedenen Abschnitte (der Abschnitte, die unterschiedliche Verfestigungszeiten aufweisen) genau abzuschätzen, indem ein relativ einfacher Vorgang durchgeführt wird.
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In dem vorstehend beschriebenen Aufbau können die Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven eine zerstörungsfreie Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve umfassen, die unter der Annahme abgeleitet wird, dass das Material nicht beschädigt wird, und eine zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve, die man unter der Annahme erhält, dass das Material beschädigt wird, und die eine Änderung einer in dem Material erzeugten Spannung aufgrund des Schadens anzeigt. Die Einrichtung zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve kann eine Korrektur für mindestens entweder die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve oder die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve auf der Grundlage der errechneten mechanischen Eigenschaftswerte durchführen, um die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts zu erhalten.
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Genauer gesagt können die Korrelationsdaten die Daten umfassen, welche die Korrelation zwischen der Zugfestigkeit und der Verfestigungszeit zeigen. Die Einrichtung zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve kann eine Korrektur der zerstörungsfreien Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve oder der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve durch eine Größenanpassung auf der Grundlage des zu der abgeschätzten Verfestigungszeit gehörenden Zugfestigkeitswerts jedes Abschnitts durchführen.
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In dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Größenanpassung unter Verwendung des Zugfestigkeitswerts jedes Abschnitts auf der Grundlage von Korrekturskalenfaktorendaten durchgeführt werden, welche die Korrelation zwischen der Zugfestigkeit und einem Skalen- bzw. Maßstabsfaktor zeigen. Alternativ kann die Größenanpassung unter Verwendung des Zugfestigkeitsverhältnisses durchgeführt werden, das das Verhältnis des Zugfestigkeitswerts jedes Abschnitts zum Referenzzugfestigkeitswert ist.
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In dem vorstehend beschriebenen Aufbau können die Korrelationsdaten die Daten umfassen, welche die Korrelation zwischen der Bruchdehnung und der Verfestigungszeit zeigen. Die Einrichtung zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve kann eine Korrektur der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve durchführen, um eine zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve abzuleiten, die verwendet wird, um die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts so abzuleiten, dass der maximale Dehnungswert, der von der zerstörenden Spannungs-Dehnungs-Kurve angezeigt wird, die durch die Korrektur abgeleitet wird, mit dem Bruchdehnungswert jedes Abschnitts zusammenfällt, der der abgeschätzten Verfestigungszeit entspricht.
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In dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Einrichtung zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve eine Korrektur der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve zur Ableitung der zerstörenden Spannungs-Dehnungs-Kurve durchführen, die verwendet wird, um die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnittes so abzuleiten, dass der Dehnungswert, den man erhält, indem der von der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve angezeigte maximale Dehnungswert unter Verwendung des Bruchdehnungsverhältnisses korrigiert wird, das das Verhältnis des Bruchdehnungswerts jedes Abschnitts zum Referenzbruchdehnungswert ist, mit dem maximalen Dehnungswert jedes Abschnitts zusammenfällt.
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In dem vorstehend beschriebenen Aufbau können die Korrelationsdaten die Daten umfassen, welche die Korrelation zwischen der Bruchdehnung und der Verfestigungszeit zeigen. Die Einrichtung zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve kann eine Korrektur der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve durchführen, um die zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve abzuleiten, die verwendet wird, um die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts so abzuleiten, dass der Dehnungswert, den man durch Korrektur des Punkts des Schadenseintritts auf der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve unter Verwendung des Bruchdehnungswertes jedes Abschnitts erhält, mit dem Punkt des Schadenseintritts des Abschnitts zusammenfällt, wobei der Bruchdehnungswert der abgeschätzten Verfestigungszeit entspricht.
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In dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Korrektur durchgeführt werden, indem das Bruchdehnungsverhältnis verwendet wird, das das Verhältnis des Bruchdehnungswertes jedes Abschnitts zum Referenzbruchdehnungswert ist.
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Die Erfindung kann auch durch eine Vorrichtung zum Abschätzen der Eigenschaften einer urgeformten Komponente oder ein System zum Abschätzen der Eigenschaften einer urgeformten Komponente realisiert werden, die bzw. das zumindest einen Teil der vorstehend beschriebenen Einrichtungen aufweist. Außerdem kann die Erfindung durch ein Verfahren zur Abschätzung der Eigenschaften einer urgeformten Komponente realisiert werden, das zumindest einen Teil der vorstehend beschriebenen Vorgänge umfasst, ein Programm zur Durchführung eines solchen Verfahrens oder durch ein computerlesbares Speichermedium, das dieses Programm speichert. Die Erfindung kann durch Kombination derartiger Einrichtungen und Vorgänge in verschiedener Weise realisiert werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abschätzung der Eigenschaften urgeformter Komponenten, um eine Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts einer urgeformten Komponente abzuschätzen. Nach dem Verfahren führt ein Computer einen Vorgang zum Speichern von Korrelationsdaten durch, welche die Korrelation zwischen der Verfestigungszeit und den mechanischen Eigenschaften eines Materials für die urgeformte Komponente zeigen; einen Vorgang zum Abschätzen der Verfestigungszeit jedes Abschnitts der urgeformten Komponente unter Verwendung eines Formmodells der urgeformten Komponente; und einen Vorgang zum Berechnen der mechanischen Eigenschaftswerte jedes Abschnitts auf der Grundlage der Korrelationsdaten unter Verwendung der abgeschätzten Verfestigungszeit, und des Abschätzens der Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts der urgeformten Komponente auf der Grundlage des berechneten mechanischen Eigenschaftswerts.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Programm zur Abschätzung der Eigenschaften einer urgeformten Komponente zum Abschätzen einer Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts einer urgeformten Komponente. Nach dem dritten Aspekt der Erfindung arbeitet ein Computer als Speichereinrichtung der Korrelationsdaten, welche die Korrelation zwischen der Verfestigungszeit und den mechanischen Eigenschaften eines Materials für die urgeformte Komponente zeigen; als Einrichtung zum Abschätzen einer Verfestigungszeit, um die Verfestigungszeit jedes Abschnitts der urgeformten Komponente unter Verwendung eines Formmodells der urgeformten Komponente abzuschätzen; und als Einrichtung zum Abschätzen einer Spannungs-Dehnungs-Kurve, um die mechanischen Eigenschaftswerte jedes Abschnitts auf der Grundlage der Korrelationsdaten unter Verwendung der abgeschätzten Verfestigungszeit zu berechnen und um die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts der urgeformten Komponente auf der Grundlage der berechneten mechanischen Eigenschaftswerte abzuschätzen.
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Die Erfindung ermöglicht es, das Spannungs-Dehnungs-Verhalten jedes Abschnitts einer urgeformten Komponente ohne tatsächliche Messung genau abzuschätzen.
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Die Merkmale, Vorteile und technische und gewerbliche Bedeutung der Erfindung werden durch Lesen der nachstehenden genauen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen:
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1 das Blockschaubild veranschaulicht, das den funktionellen Aufbau einer Vorrichtung zur Abschätzung der Eigenschaften urgeformter Komponenten zeigt;
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2 die Ansichten zeigt, welche die Schritte zum Erzeugen der Korrelationsdaten zeigen;
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3 die Schaubilder zum Beschreiben der zerstörungsfreien Spannungs-Dehnungs-Kurve und der zerstörenden Spannungs-Dehnungs-Kurve veranschaulicht;
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4 die Schaubilder zum Beschreiben des Vorgangs zum Ableiten der nicht zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
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5 die Schaubilder zum Beschreiben des Vorgangs zum Ableiten der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve nach der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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6 den Ablaufplan veranschaulicht, der die Schritte zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts eines zu erzeugenden urgeformten Bauteils nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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7 die Schaubilder zum Beschreiben der Weise veranschaulicht, in welcher die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts der zu erzeugenden urgeformten Komponente nach der ersten Ausführungsform der Erfindung festgelegt wird;
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8 die Schaubilder veranschaulicht, um die Vorgänge zu beschreiben, um die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve und die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung abzuleiten;
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9 den Ablaufplan veranschaulicht, der die Schritte zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnittes eines zu erzeugenden urgeformten Bauteils nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
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10 die Schaubilder veranschaulicht, um die Weise zu beschreiben, in der die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts der zu erzeugenden urgeformten Komponente nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung festgelegt wird.
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In der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Figuren wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen genauer beschrieben.
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Zuerst wird der Aufbau einer Vorrichtung zur Abschätzung der Eigenschaft eines urgeformten Bauteils nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 1 ist das Blockschaubild, das den funktionalen Aufbau der Vorrichtung zur Abschätzung der Eigenschaften des urgeformten Bauteils zeigt. Wie in 1 gezeigt umfasst die Vorrichtung zur Abschätzung der Eigenschaft des urgeformten Bauteils eine Einheit 11 zur Erzeugung von Korrelationsdaten, eine Einheit 12 zur Ableitung einer Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve, eine Einheit 13 zur Abschätzung einer Verfestigungszeit, eine Einheit 14 zur Abschätzung einer Spannungs-Dehnungs-Kurve, eine Speichereinheit 15 und eine Ausgabeeinheit 16.
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Eine typische Vorrichtung zur Abschätzung der Eigenschaften eines urgeformten Bauteils kann aus einem Allzweckcomputer und Software (Programmen) gebildet werden, die auf dem Computer läuft. Der Allzweckcomputer umfasst eine Zentralrecheneinheit (CPU), eine Hauptspeichereinheit (einen Speicher), eine Hilfsspeichereinheit (eine Anzeigeeinheit, eine Eingabeeinheit, eine externe Schnittstelle (I/F), usw. Die CPU führt die Programme aus und steuert die vorstehend erwähnten Hardware-Ressourcen, wodurch die in 1 gezeigten funktionalen Elemente realisiert werden. Einige oder alle funktionalen Elemente können mit speziellen Chips versehen sein, und die Vorgänge können durch diese Chips durchgeführt werden.
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Die Einheit 11 zur Erzeugung von Korrelationsdaten hat die Funktion, die Korrelationsdaten zu erzeugen, welche die Korrelation zwischen der Verfestigungszeit und den mechanischen Eigenschaftswerten auf der Grundlage eines Zugtests angeben. Die Korrelationsdaten für jedes Material (beispielsweise Aluminium), das zum Bilden der urgeformten Komponente verwendbar ist, werden erzeugt. Zu den Beispielen für mechanische Eigenschaftswerte gehören ein Zugspannungswert, ein Bruchdehnungswert und ein Streckgrenzenwert. In der ersten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Sätze von Korrelationsdaten verwendet, nämlich die Korrelationsdaten, welche die Korrelation zwischen der Zugspannung und der Verfestigungszeit zeigen, und die Korrelationsdaten, welche die Korrelation zwischen der Bruchdehnung und der Verfestigungszeit zeigen.
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Die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve hat die Funktion, die Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven der urgeformten Komponente auf der Grundlage der Ergebnisse des Zugtests abzuleiten. Die Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven werden später genau beschrieben.
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Die Einheit 13 zur Abschätzung der Verfestigungszeit hat die Funktion, die Verfestigungszeit verschiedener Abschnitte unter Verwendung eines Formmodells der urgeformten Komponente zu schätzen. Das Formmodell drückt die dreidimensionale Form des urgeformten Bauteils unter Verwendung einer Kombination multipler Elemente aus. Das Formmodell kann auf der Grundlage der Konstruktionsdaten (CAD-Daten) erzeugt werden. Wenn beispielsweise das Finit-Element-Verfahren (FEM) verwendet wird, wird das Formmodell der urgeformten Komponente durch eine Kombination von Plattenelementen, Balkenelementen usw. ausgedrückt. Die Einheit 13 zur Abschätzung der Verfestigungszeit führt eine Gießsimulation (Gieß-CAE) unter Verwendung des Formmodells durch und berechnet die Verfestigungszeit jedes Abschnitts (jedes Elements) des urgeformten Bauteils. Weil die Gießsimulation mit einer bekannten Technologie durchführbar ist, wird nachstehend keine genaue Beschreibung derselben gegeben.
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Die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve hat die Funktion, die Spannungs-Dehnungs-Kurven verschiedener Abschnitte eines zu erzeugenden urgeformten Bauteils auf der Grundlage der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven und der Korrelationsdaten auf der Grundlage der Ergebnisse des Tests, der mit der Testkomponente durchgeführt wird, abzuschätzen. Der Vorgang, der von der Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve durchgeführt wird, wird nachstehend genau beschrieben. Die von der Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve abgeschätzten Spannungs-Dehnungs-Kurven werden einem CAE-System über die Ausgabeeinheit 16 übergeben und dann für die Computersimulationen wie die Unfallanalyse, die Schwingungsanalyse und die Spannungsanalyse verwendet.
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Die Speichereinheit 15 ist eine Speichereinheit, die aus einer Hilfsspeichereinheit usw. gebildet wird. Die Speichereinheit 15 speichert in geeigneter Weise die Ergebnisse des Zugtests, die Korrelationsdaten, die Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven, das Formmodell usw.
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Als Nächstes wird der Vorgang zum Erzeugen der Korrelationsdaten beschrieben. 2 veranschaulicht die Schritte zum Erzeugen der Korrelationsdaten.
- (1) Zuerst wird ein Testbauteil durch Gießen hergestellt, und Probestücke werden aus verschiedenen Abschnitten des Testbauteils herausgeschnitten. Die Probestücke sollten aus Abschnitten herausgeschnitten werden, die unterschiedliche Verfestigungszeiten aufweisen. Die Verfestigungszeit jedes Probestücks kann durch eine Gießsimulation berechnet oder tatsächlich vorab gemessen werden. In der nachstehenden Beschreibung weisen das erste bis n-te Probestück jeweils die Verfestigungszeiten tsd1 bis tsdn auf. Obwohl jede beliebige Anzahl an Probestücken verwendbar ist (d. h. ”n” jede Zahl sein kann) sollten zumindest einige hundert Probestücke vorbereitet werden, um die Verlässlichkeit (Genauigkeit) der Korrelationsdaten sicherzustellen.
- (2) Als Nächstes wird der Zugtest für jedes Probestück durchgeführt, um seine mechanischen Eigenschaftswerte tatsächlich zu messen. Normalerweise erhält man das Ergebnis des Zugtests in der Form einer Spannungs-Dehnungs-Kurve (eines Spannungs-Dehnungsverhaltens) wie in 2 gezeigt. Die Zugfestigkeitswerte σs1 bis σsn und die Bruchdehnungswerte εF1 bis εFn der ersten bis n-ten Probestücke erhält man jeweils auf der Grundlage der Spannungs-Dehnungs-Kurven.
- (3) Die Einheit 11 zur Erzeugung von Korrelationsdaten erzeugt die Korrelationsdaten, welche die Korrelation zwischen der Verfestigungszeit tsd und dem Zugfestigkeitswert σs zeigen, und die Korrelationsdaten, welche die Korrelation zwischen der Verfestigungszeit tsd und dem Bruchdehnungswert εF zeigen, auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Testergebnisse durch ein Datenanalyseverfahren, beispielsweise das Verfahren der kleinsten Quadrate. Diese Korrelationsdaten werden konzeptartig durch die nachstehenden Gleichungen ausgedrückt. Die Datenform kann entweder eine Funktionsform oder eine Tabellenform sein. Zugfestigkeitswert σs = func (Verfestigungszeit tsd) Bruchdehnungswert εF = func (Verfestigungszeit tsd)
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Die Testergebnisse und die Korrelationsdaten werden in der Speichereinheit 15 gespeichert und in den nachfolgenden Vorgängen verwendet, um die Referenz-Spannungsdehnungskurven abzuleiten und die Spannungs-Dehnungs-Kurven der verschiedenen Abschnitte abzuschätzen.
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Als Nächstes wird der Vorgang zum Ableiten der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven beschrieben. In der Vorrichtung zur Abschätzung der Eigenschaften der urgeformten Komponente nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wird das Spannungs-Dehnungs-Verhalten (die Spannungs-Dehnungs-Kurve) eines Materials wie in 3 gezeigt durch die Kombination des nicht zerstörenden Spannungs-Dehnungsverhaltens (nachstehend bei Eignung als die ”nicht zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve” bezeichnet) mit dem Verhalten bei zerstörender Spannungsdehnung (nachstehend als ”zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve” bezeichnet) ausgedrückt. Auf diese Weise wird das Spannungs-Dehnungs-Verhalten (Spannungs-Dehnungs-Kurve) eines duktilen Materials, beispielsweise Aluminium, geeignet ausgedrückt.
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Die nicht zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve (die auch als die ”Druckkurve” bzw. die ”Kurve unterhalb der Fließgrenze” bezeichnet werden kann) wird unter der Annahme abgeleitet, dass dem Material kein Schaden zugefügt wird. Dagegen wird die zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve unter der Annahme abgeleitet, das am Material Schaden auftritt. In dieser Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung ”Schaden” auf das Phänomen, bei dem duktiles Material während eines Zugvorgangs aufgrund eines allmählichen Anwachsens von in dem duktilen Material gebildeten mikroskopischen Fehlstellen weich wird.
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In der ersten Ausführungsform der Erfindung leitet die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve und die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve auf der Grundlage des Zugtests ab. Die Referenzkurven zeigen das Spannungs-Dehnungs-Referenzverhalten des Materials und werden allgemein als die ”Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven” bezeichnet.
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4 zeigt den Vorgang zum Ableiten der nicht zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve. Die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve wählt die Spannungs-Dehnungs-Kurve, welche den höchsten Zugspannungswert zeigt, unter den Zugfestigkeitswerten σs des ersten bis n-ten Probestücks aus, die auf der Grundlage der Testergebnisse erhalten und in der Speichereinheit 15 gespeichert werden. Dann kombiniert die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve eine Tangentenlinie mit einem vorab bestimmten Gradienten mit der ausgewählten Spannungs-Dehnungs-Kurve, um die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve abzuleiten. In dem in 4 gezeigten Beispiel erhält man die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve auf der Grundlage der Spannungs-Dehnungs-Kurve des ersten Probestücks, weil der Zugfestigkeitswert σs1 des ersten Probestücks der höchste unter den mehreren Zugfestigkeitswerten σs ist.
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5 zeigt den Vorgang zum Ableiten der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve. Die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve leitet die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve auf der Grundlage des Unterschieds zwischen der nicht zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve und der Spannungs-Dehnungs-Kurve des Probestücks ab, das unter den ersten bis n-ten Probestücken den höchsten Zugspannungswert aufweist. Das Schaubild auf der oberen rechten Seite in 5 zeigt die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve. In dem Schaubild gibt die senkrechte Achse den Spannungswert σ wieder und die waagerechte Achse gibt den Dehnungswert ε wieder. In diesem Schaubild zeigt der Wert, der durch die senkrechte Achse angegeben wird (der Spannungswert σ) die Abweichung des Spannungswerts σ korreliert mit einem gegebenen Dehnungswert ε über der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve von dem Spannungswert σ, der mit dem gegebenen Dehnungswert ε entlang der nicht zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve korreliert ist. Die in dem Schaubild gezeigte Abweichung wird durch die Zerstörung verursacht, die das Probestück erfährt.
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Als Nächstes leitet die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve die individuellen zerstörenden Spannungs-Dehnungs-Kurven ab, wobei die Unterschiede zwischen den Spannungs-Dehnungs-Kurven der anderen Probestücke und der nicht zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve verwendet werden.
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Dann berechnet die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve die Maßstabsfaktoren S für die individuellen Spannungs-Dehnungs-Kurven. Die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve berechnet das Verhältnis S des Spannungswerts σ korreliert mit einem gegebenen Dehnungswert ε entlang jeder individuellen zerstörenden Spannungs-Dehnungs-Kurve zu dem Spannungswert σ, der mit dem gegebenen Dehnungswert ε entlang der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve korreliert ist. In dieser Berechnung wird der Spannungswert σ, der mit dem gegebenen Dehnungswert ε entlang der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve korreliert, als ”1” betrachtet. Das Verhältnis S (das nachstehend als der ”Maßstabsfaktor S” bezeichnet wird) sollte so festgelegt werden, dass der Wert, den man durch Multiplizieren des mit einem gegebenen Dehnungswert ε entlang der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve korrelierten Spannungswerts σ mit dem Maßstabsfaktor S erhält, mit der höchsten Genauigkeit mit dem Spannungswert σ zusammenfällt, der mit dem gegebenen Dehnungswert ε entlang der individuellen zerstörenden Spannungs-Dehnungs-Kurve korreliert ist. Dann werden die Korrekturmaßstabsfaktorendaten durch das Datenanalyseverfahren, beispielsweise das Verfahren der kleinsten Quadrate (siehe das Schaubild unten rechts in 5) erzeugt, welche die Korrelation zwischen dem Zugspannungswert σs und dem Maßstabsfaktor S anzeigen. Die Korrekturmaßstabsfaktorendaten werden konzeptmäßig durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt. Die Form der Daten kann entweder eine Funktionsform oder eine Tabellenform sein. Maßstabsfaktor S = func (Zugfestigkeitswert σs)
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Die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve, die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve und die Korrekturmaßstabsfaktordaten werden in der Speichereinheit 15 gespeichert und für den nachfolgenden Vorgang zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurven der verschiedenen Abschnitte eines zu erzeugenden urgeformten Bauteils verwendet.
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Als Nächstes wird der Vorgang zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurven beschrieben. Nach der Erzeugung der Korrelationsdaten, der nicht zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve, der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve und der Korrekturmaßstabsfaktordaten auf der Grundlage der Ergebnisse des Tests, der in der vorstehend beschriebenen Weise an der Testkomponente durchgeführt wurde, ist es möglich, die Spannungs-Dehnungs-Kurven der verschiedenen Abschnitte des herzustellenden urgeformten Bauteils auf der Grundlage der erzeugten Daten abzuschätzen.
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Mit Bezug auf den Ablaufplan der 6 werden die Schritte zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurven der verschiedenen Abschnitte des zu erzeugenden urgeformten Bauteils beschrieben. Zunächst führt die Einheit 13 zum Abschätzen der Verfestigungszeit eine Gießsimulation unter Verwendung des Formmodells des zu erzeugenden urgeformten Bauteils durch und schätzt die Verfestigungszeit tsd jedes Abschnitts des zu erzeugenden urgeformten Bauteils ab (Schritt S10).
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Als Nächstes berechnet die Einheit 14 zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurve die mechanischen Eigenschaftswerte (den Zugfestigkeitswert σs und den Bruchdehnungswert εF) eines Abschnitts des zu erzeugenden urgeformten Bauteils auf der Grundlage der Korrelationsdaten und der im Schritt S10 abgeschätzten Verfestigungszeit (Schritt S11).
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Dann berechnet die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve den Maßstabsfaktor S für den Abschnitt, der dem in Schritt S11 erhaltenen Zugfestigkeitswerts σs entspricht, auf der Grundlage der Korrekturmaßstabsfaktordaten und des Zugfestigkeitswerts σs (Schritt S12).
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Die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve leitet die zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve des Abschnitts ab, indem sie eine Korrektur der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve unter Verwendung des Maßstabsfaktors S für den Abschnitt durchführt. Die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve leitet die zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve des Abschnitts so ab, dass der Spannungswert σ des Abschnitts, der mit einem gegebenen Dehnungswert ε korreliert ist, mit dem Wert zusammenfällt, den man durch Multiplikation des mit dem gegebenen Dehnungswert ε entlang der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve korrelierten Spannungswerts σ mit dem Maßstabsfaktor S für den Abschnitt erhält (Schritt S13). Die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve führt eine Anpassung so durch, dass der maximale Dehnungswert ε des Abschnitts mit dem Bruchdehnungswert εF zusammenfällt, der im Schritt S11 berechnet wurde (S14). Nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wird die zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve des Abschnitts abgeleitet, indem eine Korrektur der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve durchgeführt wird. Währenddessen wird die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve als die nicht zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve des Abschnitts verwendet.
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Dann legt die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve die Spannungs-Dehnungs-Kurve des Abschnitts fest, indem die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve mit der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve kombiniert wird, die man durch die vorstehend erläuterte Korrektur erhält (Schritt S15).
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Die Spannungs-Dehnungs-Kurven der verschiedenen Abschnitte des zu erzeugenden urgeformten Bauteils werden durch Wiederholen der Schritte S11 bis S15 abgeleitet. In dem in 6 gezeigten Ablaufplan werden die Schritte S11 bis S15 für all die Abschnitte durchgeführt, welche das Formmodell des zu erzeugenden urgeformten Bauteils bilden. Alternativ können die Schritte S11 bis S15 nur für die Abschnitte durchgeführt werden, die sich in der Verfestigungszeit unterscheiden, um die Effizienz der Durchführung des Vorgangs zu erhöhen (d. h., wenn es einige Abschnitte gibt, die eine gleiche Verfestigungszeit aufweisen, können die Schritte S11 bis S15 für nur einen dieser Abschnitte durchgeführt werden).
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Ein tatsächliches urgeformtes Bauteil kann manchmal in der Produktkonzeptionsstufe nicht verfügbar sein. Selbst wenn ein tatsächliches urgeformtes Bauteil vorliegt, kann es manchmal schwierig sein, das Spannungs-Dehnungs-Verhalten tatsächlich zu messen. Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform der Erfindung macht es jedoch möglich, die Spannungs-Dehnungs-Kurven der verschiedenen Abschnitte des zu erzeugenden urgeformten Bauteils durch die Berücksichtigung der Veränderung der Verfestigungszeit unter Verwendung nur des Formmodells des zu erzeugenden urgeformten Bauteils abzuleiten. Verwenden der in der vorstehend beschriebenen Weise abgeschätzten Spannungs-Dehnungs-Kurve erhöht die Genauigkeit der Computersimulationen wie der Unfallanalyse und der Schwingungsanalyse.
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Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird ein anderer Algorithmus zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurven verwendet. Weil der Aufbau der Vorrichtung zur Abschätzung der Eigenschaften des urgeformten Bauteils und der Vorgang zum Erzeugen der Korrelationsdaten gleich wie in der ersten Ausführungsform sind, wird nachstehend keine diesbezügliche genaue Beschreibung gegeben.
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Nachstehend wird der Vorgang zum Ableiten der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurven beschrieben. Die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve legt zunächst den Referenzzugfestigkeitswert σsc und den Bruchdehnungswert εFc jeweils auf der Grundlage der Zugfestigkeitswerte σs und der Bruchdehnungswerte εF der Probestücke fest. Beispielsweise kann der Median (der Mittelwert) der Zugfestigkeitswerte σs und der Median (der Mittelwert) der Bruchdehnungswerte εF jeweils als der Referenzzugfestigkeitswert σsc und der Referenzbruchdehnungswert εFc ausgewählt werden.
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Wie in 8 gezeigt leitet die Einheit 12 zur Ableitung der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve die nicht zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve und die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve auf der Grundlage der Spannungs-Dehnungs-Kurve des Probestücks ab, das den Referenzzugspannungswert σsc aufweist. Der Punkt auf der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve (d. h. der Schnittpunkt mit der Achse, welcher den Dehnungswert ε wiedergibt), bei dem ein Schaden eintritt, wird als der Referenzdehnungswert εc bezeichnet, bei dem eine Beschädigung auftritt. Der maximale Dehnungswert, der durch die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve angezeigt wird, wird auf den Referenzbruchdehnungswert εFc festgelegt.
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Als Nächstes wird der Vorgang zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurven der verschiedenen Abschnitte eines zu erzeugenden urgeformten Bauteils beschrieben. Mit Bezug auf den Ablaufplan der 9 wird der Vorgang zum Abschätzen der Spannungs-Dehnungs-Kurven beschrieben.
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Zunächst führt die Einheit 13 zur Abschätzung der Verfestigungszeit eine Gießsimulation unter Verwendung des Formmodells der zu erzeugenden urgeformten Komponente durch, um die Verfestigungszeit tsd jedes Abschnitts der zu erzeugenden urgeformten Komponente abzuschätzen (Schritt S20).
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Als Nächstes berechnet die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve die mechanischen Eigenschaftswerte (den Zugspannungswert σs und den Bruchdehnungswert εf) eines Abschnitts der zu erzeugenden urgeformten Komponente auf der Grundlage der Korrelationsdaten und der Verfestigungszeit tsd dieses Abschnitts, die in Schritt S20 abgeschätzt wurden (Schritt S21).
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Dann berechnet die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve das Zugfestigkeitsverhältnis Ss des Zugfestigkeitswerts σs, der in Schritt S21 berechnet wurde, zum Referenzzugfestigkeitswert σsc mit der nachstehenden Gleichung (Schritt S22). Zugfestigkeitsverhältnis Ss = Zugfestigkeitswert σs/Referenzzugfestigkeitswert σsc
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Die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve berechnet das Bruchdehnungsverhältnis Sε des Bruchdehnungswerts εF, der im Schritt 21 berechnet wurde, zum Referenzbruchdehnungswert εFc mit der nachstehenden Gleichung (Schritt S22). Bruchdehnungswert Sε = Bruchdehnungswert εF/Referenzbruchdehnungswert εFc
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Als Nächstes berechnet die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve den Wert εs der Dehnung beim Schadenseintritt auf der Grundlage des Bruchdehnungsverhältnisses Sε, das in Schritt S23 berechnet wurde, und des Referenzdehnungswerts εc, bei dem eine Beschädigung auftritt, über die nachstehende Gleichung (Schritt S24). Wert εs der Dehnung bei Schadenseintritt = Referenzwert εc der Dehnung beim Schadenseintritt × Bruchdehnungsverhältnis sε.
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Wie in 10 gezeigt leitet die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve die nichtzerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve dieses Abschnitts ab, indem sie eine Korrektur der nichtzerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve durchführt. Die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve leitet die nichtzerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve dieses Abschnitts so ab, dass der Spannungswert des Abschnitts, der mit einem gegebenen Dehnungswert ε korreliert ist, mit dem Wert zusammenfällt, den man durch Multiplikation des mit dem gegebenen Dehnungswert ε entlang der nichtzerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve korrelierten Dehnungswerts mit dem Zugfestigkeitsverhältnis Ss multipliziert (Schritt S25). Dann leitet die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve die zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve dieses Abschnitts ab, indem sie Korrekturen der Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve durchführt. Die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve leitet die zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve dieses Abschnitts ab, indem sie die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve in der Richtung verschiebt, in welcher sich die Achse erstreckt, welche den Dehnungswert wiedergibt, so dass die zerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve dieses Abschnitts durch den Dehnungswert εs geht, bei dem Schaden auftritt, und indem der Maximalwert des Dehnungswerts ε dieses Abschnitts auf den Wert festgelegt wird, den man durch Multiplizieren des maximalen Dehnungswerts ε, der durch die zerstörende Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve angezeigt wird, mit dem Bruchdehnungsverhältnis Sε erhält (Schritt S26).
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Dann legt die Einheit 14 zur Abschätzung der Spannungs-Dehnungs-Kurve die Spannungs-Dehnungs-Kurve des Abschnitts fest, indem sie die nichtzerstörende Spannungs-Dehnungs-Kurve, die durch Durchführen einer Korrektur der nichtzerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve abgeleitet wurde, mit der zerstörenden Spannungs-Dehnungs-Kurve kombiniert, die abgeleitet wurde, indem Korrekturen an der zerstörenden Referenz-Spannungs-Dehnungs-Kurve durchgeführt werden (Schritt S27).
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Die zweite Ausführungsform der Erfindung erzeugt dieselben Effekte wie jene, die man nach der ersten Ausführungsform der Erfindung erhält.
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Zusammengefasst leistet die Erfindung Folgendes:
Eine Vorrichtung zum Abschätzen der Eigenschaften einer urgeformten Komponente, welche die Spannungs(σ)-Dehnungs(ε)-Kurve jedes Abschnitts eines urgeformten Bauteils abschätzt, weist eine Speichereinrichtung (15) auf, um Korrelationsdaten zu speichern, welche die Korrelation zwischen der Verfestigungszeit (tsd) und den mechanischen Eigenschaften eines Materials für das geformte Bauteil zeigen; eine Einrichtung (13) zur Abschätzung einer Verfestigungszeit, um die Verfestigungszeit (tsd) jedes Abschnitts des urgeformten Bauteils unter Verwendung eines Formmodells des urgeformten Bauteils abzuschätzen; und eine Einrichtung (14) zum Abschätzen einer Spannungs-Dehnungs-Kurve, um einen mechanischen Eigenschaftswert (σs, εF) jedes Abschnitts auf der Grundlage der Korrelationsdaten und der abgeschätzten Verfestigungszeit zu berechnen, und um die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts des urgeformten Bauteils auf der Grundlage der berechneten mechanischen Eigenschaftswerte (σs, εF) abzuschätzen. Mit dieser Vorrichtung wird die Spannungs-Dehnungs-Kurve jedes Abschnitts des urgeformten Bauteils ohne tatsächliche Messung abgeschätzt.
