DE102007026525B4

DE102007026525B4 - Formverfahrensimulator, Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses, computerlesbares Speichermedium, das ein darauf gespeichertes Computerprogramm für eine Formverfahrenssimulation aufweist, sowie Eingabedatenerzeuger, der eine vorbestimmte Beschränkungsbedingung erzeugt, die in einen Formverfahrensimulator einzugeben ist

Info

Publication number: DE102007026525B4
Application number: DE102007026525.7A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Arai; Satoshi Segi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2027-06-09
Also published as: JP2008012814A; DE102007026525A1; JP4853145B2

Abstract

Formverfahrensimulator (1) mit:einer Speichereinheit (70); undeinem Prozessor, welcher angepasst istzum Erzeugen eines Analysemodells (200) eines geformten Erzeugnisses, das ein Einlegeteil (201), das innerhalb eines Hohlraums (202) angeordnet und an einer Form (203) fixiert ist, aufweist, und zum Einrichten einer Mehrzahl von Knotenpunkten in dem Analysemodell (200), und zum Speichern der Koordinaten jedes Knotenpunkts in der Speichereinheit (70);zum Lesen der Koordinaten der Mehrzahl von Knotenpunkten aus der Speichereinheit (70) und zum Einrichten einer vorbestimmten Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt (205) aus der Mehrzahl von Knotenpunkten, der auf einer Grenzfläche zwischen der Form (203) und dem Einlegeteil (201) positioniert ist;zum Ausführen einer Fluidanalyse basierend auf dem Analysemodell (200) und zum Berechnen einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung innerhalb des Hohlraums (202); undzum Erhalten einer Menge einer Verformung des Einlegeteils (201) basierend auf der Druckverteilung und der Temperaturverteilung und der Beschränkungsbedingung, die für den Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, eingerichtet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Formverfahrensimulator, ein Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses, ein computerlesbares Speichermedium, das ein darauf gespeichertes Computerprogramm für eine Formverfahrenssimulation aufweist, sowie einen Eingabedatenerzeuger, der eine vorbestimmte Beschränkungsbedingung erzeugt, die in einen Formverfahrensimulator einzugeben ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Formverfahrensimulator, und ein Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses zum Bewerten eines Spritzgussverfahrens eines einlegeteilgeformten Erzeugnisses.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmlicherweise ist ein Spritzgussverfahren zum Herstellen eines harzgeformten Erzeugnisses mit einer gewünschten Gestalt durch Füllen eines flüssigen Harzes in einen Metallformhohlraum, Kühlen des Harzes und Übertragen einer Gestalt der Form zu dem gekühlten Harz weithin bekannt. Bei dem Spritzgussverfahren ist es, um die Zeit, die erforderlich ist, um ein Enderzeugnis zu bilden, zu verkürzen, wünschenswert, die Zahl von notwendigen Versuchen, um eine optimale Formgestalt zu erhalten, zu verringern und die Zahl von benötigten Experimenten, um eine optimale Formungsbedingung zu erhalten, zu verringern. Um ein Formverfahren durch eine Simulation zu bewerten, wird eine CAE- (= Computer-Aided Engineering = rechnergestützte Ingenieurtätigkeit) Analyse basierend auf einem Finite-Elemente-Verfahren verwendet (siehe Patentschrift 1).
Bei dieser CAE-Analyse werden zunächst aus einem CAD (Computer-Aided Design = rechnergestützter Entwurf) Gestalten eines geformten Erzeugnisses und einer Form erhalten. An einem Modell des geformten Erzeugnisses und der Form wird eine Maschenaufteilung ausgeführt, und es werden Knotenpunkte, die fokussierte Punkte für eine Analyse sind, eingerichtet. Durch Ausführen einer Fluidanalyse und einer Strukturanalyse wird ein Harz, das in den Hohlraum gefüllt wird, gekühlt und die Verformung während einer Verfestigung des Harzes bewertet. Um eine Strukturanalyse genau auszuführen, werden für die Knotenpunkte, die bei Positionen, wo Verformungsrichtungen begrenzt sind, wie die Punkte zwischen der Form und dem Harz, vorgesehen sind, Beschränkungsbedingungen zum Begrenzen des Bewegens von Knotenpunkten eingerichtet. Insbesondere ist es bei dem Einlegeteilformen zum Formen eines Harzes durch Füllen des Harzes in einen Hohlraum, in dem ein Metallteil positioniert ist, wichtig, um die Verformung des Einlegeteils genau zu bewerten, die Knotenpunkte, die zwischen der Form und dem Einlegeteil positioniert sind, geeignet zu beschränken.
Herkömmlicherweise werden Beschränkungsbedingungen manuell eingerichtet. Es ist jedoch eine sehr große Zahl von Knotenpunkten, wie 1000 oder mehr, auf der Oberfläche der Form positioniert, und das Einrichten der Beschränkungsbedingungen ist ein sehr problematisches und komplexes Verfahren. Wenn die Beschränkungsbedingungen unrichtig eingerichtet werden, kann eine Analyse nicht genau ausgeführt werden und es können keine optimale Formgestalt und keine optimale Formbedingung erhalten werden.
Bei dem Formverfahren kann das Harz oder das Einlegeteil, das bisher in einer Berührung mit der Form stand, von der Form getrennt werden. Um diesen Zustand genau zu simulieren, müssen die Beschränkungsbedingungen während der Analyse aktualisiert werden. Es ist jedoch wegen einer enormen Menge einer erforderlichen Arbeit im Wesentlichen unmöglich, jede Beschränkungsbedingung manuell zu aktualisieren.
[Patentschrift 1] JP 2003-011 199 A
Ferner sei als technologischer Hintergrund auf die Druckschriften DE 602 14 696 T2 , US 2004/0 210 429 A1 und DE 695 28 870 T2 verwiesen.
Aus der DE 602 14 696 T2 ist ein Computer-implementiertes Verfahren zur Simulation eines Strömungsflusses in dünnwandigen dreidimensionalen Geometrien bekannt, in welchen die Eingabe für die Simulation eine äußere Haut oder eine volumetrische Geometriebeschreibung ist, wobei (a) ein Finite-Elemente-Netz auf der Oberfläche der äußeren Haut oder der volumetrischen Geometriebeschreibung erzeugt wird, (b) zur Gewinnung einer numerischen Information der lokalen Formteildicke eine erste Dicke durch Messung der Länge des Vektors ermittelt wird, der von dem Schwerpunkt jedes Polygons normal zur Elementebene in das Innere des Teils verläuft, bis er dieses Teil verlässt, (c) innerhalb des Oberflächennetzes ein Fachwerk von internen Stabelementen generiert wird, die von Knoten zu Knoten der Polygone durch das Innere des Teils innerhalb eines sinnvollen kleinen Abstandes von der Normalenrichtung verlaufen, (d) nach der Festlegung der Injektionspunkte auf den Polygonen der Materialparameter für ein Fluid und der Prozessbedingung eine Strömungssimulation durchgeführt wird, bei der das generierte Netz und die internen Stabelemente verwendet werden, und (e) zumindest der Druck und die Fülllinien für das besagte Fluid abgespeichert werden.
Aus der US 2004/0 210 429 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung einer Vorgangssimulation und einer Strukturanalyse unter Verwendung eines Hybrid-Modells bekannt.
Aus der DE 695 28 870 T2 letztendlich sind eine Vorrichtung und Verfahren zur Optimierung des Fliessverhaltens eines Fluids und eine Methode zur Herstellung eines Spritzgussteiles, wobei im Rahmen des Verfahrens zur Optimierung des Fließverhaltens des Fluids, das dem Verfahren zur Herstellung eines Spritzgussteiles zugrunde liegt, Drücke oder Druckübergänge oder Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids herausgefunden werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Lichte der vorhergehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Formverfahrensimulator, ein Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses, ein computerlesbares Speichermedium, das ein darauf gespeichertes Computerprogramm für eine Formverfahrenssimulation aufweist, sowie einen Eingabedatenerzeuger, der eine vorbestimmte Beschränkungsbedingung erzeugt, die in einen Formverfahrensimulator einzugeben ist zu schaffen, die fähig sind, eine CAE-Analyse unter Verwendung einer kleinen Zahl von Arbeitsstunden auszuführen
, wobei dieselben auch fähig sind, eine Verformung eines Einlegeteils bei dem Einlegeteilformen genau zu bewerten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Formverfahrensimulator (1) folgendes auf: eine Speichereinheit (70) und einen Prozessor, welcher angepasst ist (a) zum Erzeugen eines Analysemodells (200) eines geformten Erzeugnisses, das ein Einlegeteil (201), das innerhalb eines Hohlraums (202) angeordnet und an einer Form (203) fixiert ist, aufweist, und zum Einrichten einer Mehrzahl von Knotenpunkten in dem Analysemodell (200), und zum Speichern der Koordinaten jedes Knotenpunkts in der Speichereinheit (70), (b) zum Lesen der Koordinaten der Mehrzahl von Knotenpunkten aus der Speichereinheit (70) und zum Einrichten einer vorbestimmten Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt (205) aus der Mehrzahl von Knotenpunkten, der auf einer Grenzfläche zwischen der Form (203) und dem Einlegeteil (201) positioniert ist, (c) zum Ausführen einer Fluidanalyse basierend auf dem Analysemodell (200) und zum Berechnen einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung innerhalb des Hohlraums (202); und (d) zum Erhalten einer Menge einer Verformung des Einlegeteils (201) basierend auf der Druckverteilung und der Temperaturverteilung und der Beschränkungsbedingung, die für den Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, eingerichtet ist.
Gemäß dem vorhergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann basierend auf der Fähigkeit des Prozessors zum Einrichten einer Beschränkungsbedingung eine Extraktion des Knotenpunkts, der auf der Grenzfläche zwischen der Form und dem Einlegeteil positioniert ist, und ein Einrichten der Beschränkungsbedingung automatisch ausgeführt werden, und eine CAE-Analyse kann mit einer kleinen Zahl von Arbeitsstunden ausgeführt werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht die vorbestimmte Beschränkungsbedingung darin, dass der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, sich nicht entlang einer Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205) hin zu der Form (203) bewegen kann, sondern entlang der Normalenrichtung von der Form (203) weg bewegen kann und entlang einer Tangentialrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205) bewegen kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Einrichten einer vorbestimmten Beschränkungsbedingung folgendes auf: ein Extrahieren des Knotenpunkts (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist; ein Bestimmen der Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205); und ein Einrichten der vorbestimmten Beschränkungsbedingung so, dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang der Normalenrichtung hin zu der Form (203) bewegen kann, sich jedoch entlang der Normalenrichtung von der Form (203) weg bewegen kann und sich entlang der Tangentialrichtung bewegen kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses folgende Schritte auf: einen Analysemodell-Erzeugungsschritt (S101, S102) zum Erzeugen eines Analysemodells (200) eines geformten Erzeugnisses, das ein Einlegeteil (201), das innerhalb eines Hohlraums angeordnet und an der Form (203) fixiert ist, aufweist, und Einrichten einer Mehrzahl von Knotenpunkten in dem Analysemodell (200); einen Beschränkungs-Einrichtschritt (S104, S105, S106) zum Einrichten einer vorbestimmten Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche zwischen der Form und dem Einlegeteil (201) positioniert ist; einen Fluidanalyseschritt (S108) zum Ausführen einer Fluidanalyse basierend auf dem Analysemodell (200) und Berechnen einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung innerhalb des Hohlraums (202); und einen Einlegeteil-Verformungsmengenberechnungsschritt (S111) zum Berechnen einer Menge einer Verformung des Einlegeteils (201) basierend auf einer Druckverteilung, der Temperaturverteilung und der vorbestimmten Beschränkungsbedingung, die für den Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, eingerichtet ist.
Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein computerlesbares Speichermedium, das ein darauf gespeichertes Computerprogramm für eine Formverfahrenssimulation aufweist, um einen Prozessor dazu zu veranlassen, jeden Schritt des vorhergehenden Verfahrens zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses ausführen zu lassen.
Gemäß dem vorhergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann basierend auf dem Beschränkungs-Einrichtschritt eine Extraktion von Knotenpunkten, die auf der Grenzfläche zwischen der Form und dem Einlegeteil positioniert sind, und ein Einrichten der Beschränkungsbedingung automatisch ausgeführt werden, und eine CAE-Analyse kann in einer kleinen Zahl von Arbeitsstunden ausgeführt werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht die vorbestimmte Beschränkungsbedingung darin, dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang einer Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205) hin zu der Form (203) bewegen kann, sondern sich entlang der Normalenrichtung von der Form (203) weg bewegen kann und sich entlang einer Tangentialrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205) bewegen kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Beschränkungs-Einrichtschritt (S104, S105, S106) folgende Schritte auf: einen Knotenpunkt-Extraktionsschritt (S104) zum Extrahieren des Knotenpunkts (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist; einen Normalenrichtungsbestimmungsschritt (S105) zum Bestimmen der Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205); und einen Formrichtungsbeschränkungs-Einrichtschritt (S106) zum Einrichten der vorbestimmten Beschränkungsbedingung, so dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang der Normalenrichtung hin zu der Form (203) bewegen kann, sich jedoch entlang der Normalenrichtung von der Form (203) weg bewegen kann und sich entlang der Tangentialrichtung bewegen kann.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Eingabedatenerzeuger vorgesehen, der eine vorbestimmte Beschränkungsbedingung erzeugt, die in einen Formverfahrensimulator (1) eines geformten Erzeugnisses, das ein Einlegeteil (201), das innerhalb eines Hohlraums (202) angeordnet und an der Form (203) fixiert ist, aufweist, einzugeben ist, der für das Analysemodell (200) eine Mehrzahl von Knotenpunkten einrichtet und basierend auf einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung, die durch Ausführen einer Fluidanalyse basierend auf dem Analysemodell (200) berechnet werden, und der vorbestimmten Beschränkungsbedingung, die für einen Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche zwischen der Form (203) und dem Einlegeteil (201) positioniert ist, eingerichtet ist, eine Menge einer Verformung des Einlegeteils (201) erhält, wobei der Eingabedatenerzeuger folgende Merkmale aufweist: eine Speichereinheit (70), welche die Koordinaten der Mehrzahl von Knotenpunkten speichert, und einen Prozessor, welcher angepasst ist (a) zum Lesen der Koordinaten der Mehrzahl von Knotenpunken aus der Speichereinheit (70) und zum Extrahieren eines Knotenpunkts (205) aus der Mehrzahl von Knotenpunkten, der auf einer Grenzfläche zwischen der Form (203) und dem Einlegeteil (201) positioniert ist; (b) zum Bestimmen einer Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205); und (c) zum Einrichten der vorbestimmten Beschränkungsbedingung so, dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang der Normalenrichtung hin zu der Form (203) bewegen kann, sich jedoch entlang der Normalenrichtung weg von der Form (203) bewegen kann und sich entlang einer Tangentialrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205) bewegen kann.
Bezugsziffern innerhalb von Klammern, die den vorhergehenden Einheiten zugewiesen sind, entsprechen Einheiten, die bei den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden beschrieben sind, beschrieben werden.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines Formverfahrensimulators gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Analysemodells eines zu simulierenden geformten Erzeugnisses;
3(a) eine schematische Querschnittsansicht des Analysemodells, das in 2 gezeigt ist, in der Richtung einer Pfeilspitze A-A' betrachtet;
3(b) eine vergrößerte Ansicht eines Einlegeteil-Endteils von 3(a);
4 ein Funktionsblockdiagramm eines Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichters;
5(a) eine schematische Querschnittsansicht des Analysemodells, das in 2 gezeigt ist, in der Richtung einer Pfeilspitze B-B' betrachtet;
5(b) einen Zustand von Knotenpunkten folgend einer Einlegeteil-Verformung, wenn die Knotenpunkte an einer Hohlraumoberfläche einer Form fixiert sind;
6 ein Funktionsblockdiagramm eines Hohlraum-Beschränkungs-Einrichters;
7 ein Flussdiagramm, das Betriebsschritte eines Formverfahrensimulators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 ein Flussdiagramm, das Betriebsschritte eines Formverfahrensimulators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Im Folgenden ist ein Formverfahrensimulator gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt der Formverfahrensimulator basierend auf einer Analyse mit einer schwachen Kopplung eine Fluidstrukturanalyse aus und bewertet eine Verformung des Einlegeteils während des Formens und eine Gestalt des geformten Erzeugnisses. Bei dieser Analyse werden Beschränkungsbedingungen von Knotenpunkten, die zwischen der Form und dem Einlegeteil und auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert sind, automatisch eingerichtet, wodurch sich die Zahl von Arbeitsstunden einer Simulation wesentlich verringert und ein menschlicher Fehler zu der Zeit eines Einrichtens der Beschränkungsbedingung verhindert wird. Der Form Formverfahrensimulator kann durch ein passendes Aktualisieren der Beschränkungsbedingung im Laufe des Fortschritts der Analyse den vorhergehenden Betrieb mit einer hohen Genauigkeit bewerten.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Formverfahrensimulators 1. Der Form verfahrensimulator 1 weist einen Analysemodell-Erzeuger 10, einen Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20, einen Fluidanalysator 30, einen Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40, einen Strukturanalysator 50, einen Konvergenzbestimmer 60, eine Speichereinheit 70, eine Kommunikationseinheit 80 und eine Benutzerschnittstelleneinheit 90 auf. Der Analysemodell-Erzeuger 10 erzeugt ein Analysemodell eines geformten Erzeugnisses, um eine Fluidanalyse auszuführen, und der Fluidanalysator 30 berechnet durch die Fluidanalyse eine Druckverteilung und eine Temperaturverteilung zu der Zeit eines Ladens eines Harzes. Danach berechnet der Strukturanalysator 50 eine Menge einer Verformung des Einlegeteils unter Verwendung der Beschränkungsbedingung, die durch den Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 eingerichtet wird, und der Druckverteilung und der Temperaturverteilung, die berechnet werden. Der Strukturanalysator 50 berechnet eine Verformungsmenge von jedem Knotenpunkt innerhalb des Hohlraums und aktualisiert das Analysemodell unter Verwendung des Berechnungsresultats und der Beschränkungsbedingung, die durch den Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 eingerichtet wird. Der Formverfahrensimulator 1 führt während einer Periode, die einer Harzladeperiode entspricht, wiederholt die vorhergehende Kopplungsanalyse aus. Der Konvergenzbestimmer 60 bestimmt, ob die Kopplungsanalyse beendet ist oder nicht.
Der Formverfahrensimulator 1 weist einen Personalcomputer (PC) oder eine Arbeitsstation bzw. Workstation, eine Anzeige und periphere Vorrichtungen auf. Der Analysemodell-Erzeuger 10, der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20, der Fluidanalysator 30, der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40, der Strukturanalysator 50 und der Konvergenzbestimmer 60 sind als Programmmodule, die beispielsweise durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (engl.: Central Processing Unit; CPU) des PCs ausgeführt werden, implementiert. Alternativ können der Analysemodell-Erzeuger 10, der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20, der Fluidanalysator 30, der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40, der Strukturanalysator 50 und der Konvergenzbestimmer 60 als eine Firmware mit einem numerischen Prozessor, der getrennt von der CPU vorgesehen ist, eingebaut sein. Die Speichereinheit 70 weist einen Speicher, wie einen Direktzugriffsspeicher (engl.: Random-Access Memory; RAM) und einen Nur-LeseSpeicher (engl.: Read-Only Memory; ROM), ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, wie eine Festplatte, oder ein optisches Aufzeichnungsmedium, wie eine Kompaktplatte (engl.: Compact Disk; CD) und eine digitale vielseitige Platte (engl.: Digital Versatile Disc; DVD), auf. Die Kommunikationseinheit 80 weist einen Kommunikationsanschluss, elektronische Schaltungen und eine Treiber-Software basierend auf den Ethernet- (eingetragene Marke) Standards, dem universalen seriellen Bus (USB), der SCSI (= Small Computer System Interface = Kleincomputersystemschnittstelle) und dem empfohlenen Standard 232C (engl.: Recommended Standard-232C; RS-232C) auf. Die Benutzerschnittstelleneinheit 90 weist eine Anzeigevorrichtung, wie eine Flüssigkristallanzeigeeinheit, und eine Zeigevorrichtung, wie eine Maus, auf.
Jede Einheit ist im Folgenden detailliert erläutert.
Der Analysemodell-Erzeuger 10 erzeugt ein Analysemodell eines zu analysierenden geformten Erzeugnisses, das ein Metall und ein Einlegeteil aufweist, und erzeugt Eingabedaten, die notwendig sind, um eine Fluidanalyse auszuführen. Zu diesem Zweck weist der Analysemodell-Erzeuger 10 einen Gestalt- und Bedingungsdefinierer 11 und einen Knotenpunktdefinierer 12 auf.
Der Gestalt- und Bedingungsdefinierer 11 liest die Gestaltdaten einer Form und eines Einlegeteils, die in der Speichereinheit 70 im Voraus gespeichert werden, und erzeugt ein Analysemodell der Form und eines geformten Erzeugnisses, das das Einlegeteil aufweist. Alternativ kann der Gestalt- und Bedingungsdefinierer 11 diese Gestaltdaten von einem System für einen rechnergestützten Entwurf (engl.: Computer-Aided Design; CAD) über die Kommunikationseinheit 80 erhalten und das Analysemodell basierend auf den Gestaltdaten erzeugen. Bei dem erzeugten Analysemodell sind äußere Gestalten des Einlegeteils und des Hohlraums und Grenzen zwischen dem Einlegeteil und dem Hohlraum als eine Kombination von Koordinatenwerten dieser Eckpunkte, eine Formel von Ebenen und Geraden oder ein Voxel-Modell ausgedrückt.
Der Gestalt- und Bedingungsdefinierer 11 liest physikalische Daten (Viskosität, spezifisches Volumen, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärme etc.) eines Harzes, das in die Form gefüllt wird, des Einlegeteils und der Form sowie Formbedingungen (eine Harzeinspritzgeschwindigkeit, eine Harzanfangstemperatur, ein Verweilwert, eine Verweilzeit) aus der Speichereinheit 70. Der Gestalt- und Bedingungsdefinierer 11 erhält ferner Analysebedingungen von der Benutzerschnittstelleneinheit 90.
Der Knotenpunktdefinierer 12 führt an dem erzeugten Analysemodell eine Maschenaufteilung durch und richtet für das Analysemodell viele Knotenpunkte ein, um das Analysemodell durch das Finite-Elemente-Verfahren zu analysieren. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt der Knotenpunktdefinierer 12 die Maschenaufteilung unter Verwendung eines Tetra-Maschen-Verfahrens durch. Der Knotenpunktdefinierer 12 kann alternativ ein Hexa-Maschen-Verfahren oder ein Prismen-Maschen-Verfahren anstelle eines Tetra-Maschen-Verfahrens verwenden. Jeder der bestimmten Knotenpunkte ist auf Identifizierungsinformationen (beispielsweise eine eindeutige Zahl für jeden Knotenpunkt), um den Knotenpunkt zu spezifizieren, und Koordinatenwerte bezogen und ist in der Speichereinheit 70 vorübergehend gespeichert. Der Knotenpunktdefinierer 12 kann ferner jeden Knotenpunkt mit Attributinformationen, die anzeigen, wo der Knotenpunkt in dem Einlegeteil oder dem Hohlraum positioniert ist, versehen.
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Analysemodells 200, das einen Zustand von Knotenpunkten, die für das Analysemodell eingerichtet werden, zeigt. In 2 ist ein Dünnplatten-Einlegeteil 201 bei ungefähr der Mitte des Analysemodells 200 positioniert. Ein Hohlraum 202, in den ein Harz zu füllen ist, ist sowohl auf der oberen Seite als auch auf der unteren Seite des Einlegeteils 201 positioniert. Das Einlegeteil 201 und der Hohlraum 202 sind durch eine Form 203 umgeben. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Ende des Einlegeteils 201 direkt in die Form eingefügt. Schnittpunkte der Maschen an dem Einlegeteil 201 und dem Hohlraum 202 sind Knotenpunkte.
Der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 liefert die Beschränkungsbedingung eines Knotenpunkts, der auf der Grenzfläche zwischen der Form und dem Einlegeteil positioniert ist. Die Beschränkungsbedingung, die für den Knotenpunkt innerhalb des Einlegeteils 201 eingerichtet wird, ist im Folgenden erläutert.
3(a) zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Analysemodells 200, das in 2 gezeigt ist, in der Richtung einer Pfeilspitze A-A' betrachtet. Die obere und die untere Seite des rechten Endteils des Einlegeteils 201 berühren direkt die Form 203. Andererseits ist der linke Endteil des Einlegeteils 201, ohne fixiert zu sein, innerhalb des Hohlraums 202 angeordnet. In Anbetracht der Verformung des Einlegeteils 201 aufgrund des Ladens eines Harzes während des Formens besteht eine Möglichkeit, dass das Innere des Einlegeteils 201 und der Grenzteil zwischen dem Einlegeteil 201 und dem Hohlraum 202 verformt werden können. Die Beschränkungsbedingung braucht daher für Knotenpunkte 204, die innerhalb des Einlegeteils 201 positioniert sind oder an der Grenze zwischen dem Einlegeteil 201 und dem Hohlraum 202 positioniert sind, nicht betrachtet zu werden. Während des Formens ist jedoch die Menge einer Verformung der Form aufgrund des Ladens eines Harzes vernachlässigbar. Demgemäß kann das Einlegeteil 201 nicht in der Richtung eines Drückens der Form verformt werden. Der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 richtet die Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt 205, der an der Grenze zwischen dem Einlegeteil 201 und der Form positioniert ist, derart ein, dass der Knotenpunkt 205 in einer Richtung eines Drückens der Form entlang einer Normalen der Tangentialebene der Grenzfläche fixiert ist und sich der Knotenpunkt 205 entlang der Normalen und entlang einer Tangentialrichtung der Tangentialebene frei weg von der Form bewegen kann.
3(b) ist eine schematische Seitenansicht eines Eckteils des Einlegeteils 201, der einer Fläche C in 3(a) entspricht. Wie in 3(b) gezeigt ist, richtet der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 die Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt 206, der in dem Eckteil des Einlegeteils 201 positioniert ist, derart ein, dass der Knotenpunkt 206 in einer Richtung hin zu der Form 203 entlang einer Normalen der zwei Grenzflächen, die diese Ecke bilden, fixiert ist und sich der Knotenpunkt 206 frei in einer Richtung weg von der Form 203 bewegen kann. Mit anderen Worten, bei dem Beispiel, das in 3(b) gezeigt ist, ist eine Bewegung des Knotenpunkts 206 in der Richtung nach oben und nach rechts begrenzt.
4 zeigt ein Funktionsblockdiagramm des Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichters 20. Der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 weist einen Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21, einen Normalenrichtungsbestimmer 22 und einen Formrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 23 auf.
Der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21 extrahiert den Knotenpunkt 205 auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form. Der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21 bestimmt, ob jeder Knotenpunkt auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist. Zu diesem Zweck erhält der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21 einen Koordinatenwert eines fokussierten Knotenpunkts von der Speichereinheit 70. Der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21 extrahiert in dem Analysemodell Informationen, die eine Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Formoberfläche ausdrücken, wie ein Satz von Koordinaten eines Eckpunkts auf der Grenzfläche, eine Gleichung, die die Grenzfläche ausdrückt, oder Voxel-Daten, die der Grenzfläche entsprechen, aus der Speichereinheit 70. Wenn die Informationen, die die Grenzfläche ausdrücken, eine Gleichung sind, die die Grenzfläche ausdrückt, bestimmt der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21, dass der fokussierte Knotenpunkt auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist, wenn die Koordinaten des fokussierten Knotenpunkts diese Gleichung erfüllen. Ähnlich erhält der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21, wenn die Informationen, die die Grenzfläche ausdrücken, ein Satz zu den Koordinaten des Eckpunkts der Grenzfläche sind, basierend auf diesem Satz eine Gleichung, die die Grenzfläche ausdrückt. Wenn die Koordinaten des fokussierten Knotenpunkts diese Gleichung erfüllen, bestimmt der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21, dass der fokussierte Knotenpunkt auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist.
Wenn die Informationen, die die Grenzfläche ausdrücken, Voxel-Daten sind, bestimmt der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21, dass der fokussierte Knotenpunkt an der Grenze zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist, wenn der fokussierte Knotenpunkt mit Daten der Voxel-Daten übereinstimmt. Es können ferner auch andere bekannte Verfahren verwendet sein, mit denen der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21 bestimmt, ob der Knotenpunkt auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist.
Wenn bestimmt wird, dass der fokussierte Knotenpunkt auf einer Mehrzahl von unterschiedlichen Grenzflächen positioniert ist, bestimmt der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21, dass der fokussierte Knotenpunkt an der Ecke positioniert ist.
Wenn der fokussierte Knotenpunkt auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist, liefert der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21 in dem Normalenrichtungsbestimmer 22 Informationen, die die Koordinaten des fokussierten Knotenpunkts und die Grenzfläche, an der der fokussierte Knotenpunkt positioniert ist (die gesamte Grenzfläche, wenn der fokussierte Knotenpunkt an einer Mehrzahl von Grenzflächen positioniert ist), ausdrücken.
Der Normalenrichtungsbestimmer 22 bestimmt die Tangentialebene und die Normalenrichtung der Grenzfläche des fokussierten Knotenpunkts, der an der Grenze zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist. Da Verfahren zum Berechnen der Tangentialebene und der Normalen bekannt sind, sind die Verfahren im Folgenden kurz erläutert. Der Normalenrichtungsbestimmer 22 erhält die Koordinatenwerte des fokussierten Knotenpunkts, um die Tangentialebene der Grenzfläche bei dem fokussierten Knotenpunkt zu bestimmen. Wenn die Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form durch eine Gleichung gegeben ist, berechnet der Normalenrichtungsbestimmer 22 den differentiellen Wert der Grenzfläche der Koordinaten bei dem fokussierten Knotenpunkt, um eine Steigung von jeder Richtung zu bestimmen, und erhält dadurch die Gleichung, die die Tangentialebene der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form bei dem fokussierten Knotenpunkt ausdrückt. Wenn die Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form als Voxel-Daten gegeben ist, berechnet der Normalenrichtungsbestimmer 22 die Differenz zwischen den Positionskoordinaten des Voxels, der dem fokussierten Knotenpunkt entspricht, und den Positionskoordinaten des Voxels der Grenzfläche um den fokussierten Knotenpunkt, um eine Steigung jeder Richtung zu bestimmen, und erhält dadurch die Gleichung, die die Tangentialebene ausdrückt.
Wenn die Tangentialebene bestimmt ist, bestimmt der Normalenrichtungsbestimmer 22 die Normale der Tangentialebene. Der Normalenrichtungsbestimmer 22 liefert Informationen, die die Tangentialebene und die Normale ausdrücken (beispielsweise jeden Koeffizienten einer Ebenengleichung, die die Tangentialebene ausdrückt, und jeden Koeffizienten einer Geradengleichung, die die Normale ausdrückt) zusammen mit der Reihe von Informationen, die den fokussierten Knotenpunkt betreffen, zu dem Formrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 23. Wenn eine Mehrzahl von Grenzflächen, die mit dem fokussierten Knotenpunkt in Berührung stehen, positioniert ist, erhält der Normalenrichtungsbestimmer 22 die Tangentialebene und die Normale von jeder Grenzfläche.
Der Formrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 23 empfängt Informationen, die die Tangentialebene und die Normale ausdrücken, und die Reihe von Informationen, die den fokussierten Knotenpunkt betreffen, von dem Normalenrichtungsbestimmer 22. Der Formrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 23 schreibt die Beschränkungsbedingung vor, derart, dass sich der fokussierte Knotenpunkt nicht entlang der Normalen in der Richtung hin zu der Form bewegen kann und frei in der Gegenrichtung und entlang der Tangentialrichtung bewegen kann. Der Formrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 23 ordnet die Informationen, die die Tangentialrichtung und die Normalenrichtung der Tangentialebene zwischen dem Einlegeteil und der Form ausdrücken, und die Beschränkungsbedingung den Informationen des fokussierten Knotenpunkts zu und speichert diese Informationen in der Speichereinheit 70.
Der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 führt das vorhergehende Verfahren für alle Knotenpunkte aus. Wenn jedem Knotenpunkt ein Attribut gegeben wird, das anzeigt, welcher Knotenpunkt zu der Zeit eines Erzeugens des Analysemodells in dem Einlegeteil oder dem Hohlraum positioniert ist, kann dasselbe angepasst werden, so dass der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 das vorhergehende Verfahren lediglich für den Knotenpunkt, der in dem Einlegeteil positioniert ist, ausführt.
Der Fluidanalysator 30 berechnet basierend auf Eingabedaten, die das Analysemodell, das durch den Analysemodell-Erzeuger 10 erzeugt wird, enthalten, eine Druckverteilung und eine Temperaturverteilung der Form, des Einlegeteils und des Hohlraums während des Formens. Der Fluidanalysator 30 führt die Berechnung unter Verwendung des Finite-Elemente-Verfahrens aus. Der Fluidanalysator 30 kann beispielsweise das Verfahren, das in der 3D-TIMON (eingetragene Marke), die durch Toray Engineering Co., Ltd. hergestellt wird, implementiert ist, verwenden.
Der Fluidanalysator 30 liefert eine Druckverteilung und eine Temperaturverteilung zu dem Strukturanalysator 50.
Der Strukturanalysator 50 weist einen Strukturanalysedaten-Erhalter 51, einen Einlegeteil-Verformungsmengenberechner 52 und einen Hohlraumanalysator 53 auf und berechnet basierend auf einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung, die durch den Fluidanalysator 30 berechnet werden, eine Menge einer Verformung des Einlegeteils. Der Strukturanalysator 50 berechnet ferner eine Menge einer Harzverformung innerhalb des Hohlraums, korrigiert die Position von jedem Knotenpunkt und aktualisiert das Analysemodell.
Der Strukturanalysedaten-Erhalter 51 erzeugt basierend auf einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung, die durch den Fluidanalysator 30 erhalten werden, und der Beschränkungsbedingung von Knotenpunkten auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form Strukturanalyse-Eingabedaten. Der Strukturanalysedaten-Erhalter 51 liefert die Strukturanalyse-Eingabedaten zu dem Einlegeteil-Verformungsmengenberechner 52.
Der Einlegeteil-Verformungsmengenberechner 52 führt basierend auf dem Finite-Elemente-Verfahren unter Verwendung der Strukturanalyse-Eingabedaten eine Strukturanalyse aus und berechnet eine Verformungsmenge des Einlegeteils. Genauer gesagt, der Einlegeteil-Verformungsmengenberechner 52 erhält basierend auf der Druckverteilung, die durch den Fluidanalysator 30 erhalten wird, eine Last bei einer Position der Form, des Einlegeteils und innerhalb des Hohlraums. Der Einlegeteil-Verformungsmengenberechner 52 führt aufgrund dieser Werte unter Berücksichtigung der Zugelastizität und der Spannungs-Dehnungs-Kurve (S-D-Kurve) als physikalische Eigenschaften des Einlegeteils eine Strukturanalyse aus. Zu diesem Zweck kann der Einlegeteil-Verformungsmengenberechner 52 das Verfahren, das in der MSC. NASTRAN, die durch die MSC Software Corporation in den Vereinigten Staaten hergestellt wird, implementiert ist, verwenden.
Wenn der Einlegeteil-Verformungsmengenberechner 52 eine Menge einer Verformung des Einlegeteils erhält, führt der Hohlraumanalysator 53 basierend auf dem Finite-Elemente-Verfahren unter Verwendung der Menge einer Verformung und der Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist, die durch den Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 gegeben ist, die Strukturanalyse aus. Der Hohlraumanalysator 53 bewegt jeden Knotenpunkt gemäß der Verformungsmenge und aktualisiert das Analysemodell.
Der Hohlraumanalysator 53 kann ferner das Verfahren, das durch die MSC. NASTRAN, die durch die MSC Software Corporation in den Vereinigten Staaten hergestellt wird, implementiert ist, verwenden. Ein Einrichten der Beschränkungsbedingung für den Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist, ist im Folgenden beschrieben.
Das aktualisierte Analysemodell ist in der Speichereinheit 70 gespeichert, so dass das Analysemodell für eine Kopplungsanalyse oder als ein Simulationsresultat kontinuierlich verwendet werden kann.
Der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 schreibt für die Knotenpunkte auf der Hohlraumoberfläche der Form (die Grenzfläche zwischen der Form und dem Hohlraum) eine Beschränkungsbedingung vor. Die Beschränkungsbedingung, die für die Knotenpunkte auf der Hohlraumoberfläche der Form eingerichtet wird, ist im Folgenden erläutert.
5(a) ist eine schematische Querschnittsansicht des Analysemodells, das in 2 gezeigt ist, in der Richtung einer Pfeilspitze B-B' betrachtet. Sowohl das linke und das rechte Ende des Einlegeteils 201 als auch der Hohlraum 202 stehen mit der Form 203 in Berührung. Das Einlegeteil 201 wird verformt und bewegt sich aufgrund eines Ladens des Harzes während des Formens in eine obere Richtung. In diesem Fall werden, wenn die Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt 207, der auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist, gegeben ist, so dass sich der Knotenpunkt 207 in keiner Richtung bewegt, die Intervalle zwischen den Knotenpunkten auf der oberen Seite des Einlegeteils 201 aufgrund der Bewegung des Einlegeteils 201 sehr klein, wie in 5(b) gezeigt ist. Abhängig von der Situation wird die Positionsbeziehung zwischen dem Knotenpunkt 204, der in dem Einlegeteil 201 eingerichtet ist, und dem Knotenpunkt 207, der auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist, umgekehrt. Demgemäß kann eine Strukturanalyse innerhalb des Hohlraums nicht auf eine normale Weise ausgeführt werden.
Der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 gibt daher die Beschränkungsbedingung für den Knotenpunkt 207, der auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist, so an, dass sich der Knotenpunkt 207 frei entlang der Tangentialrichtung der Tangentialebene der Hohlraumoberfläche bewegen kann und der Knotenpunkt 207 entlang der Normalenrichtung der Tangentialebene fixiert ist. Wenn die Beschränkungsbedingung eingerichtet ist, können sich die Knotenpunkte 207 ferner entsprechend der Bewegung des Einlegeteils 201 bewegen. Demgemäß tritt die vorhergehende Unannehmlichkeit nicht auf.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm des Hohlraum-Beschränkungs-Einrichters 40. Der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 weist einen Form/Hohlraumoberflächen-Knotenpunkt-Extraktor 41, einen Normalenrichtungsbestimmer 42 und einen Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 43 auf.
Der Form/Hohlraumoberflächen-Knotenpunkt-Extraktor 41 extrahiert die Knotenpunkte 207 auf der Hohlraumoberfläche der Form. Die Knotenpunkte 207 können extrahiert werden, indem das Verfahren ähnlich zu demselben, das durch den Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21 ausgeführt wird, auf der Hohlraumoberfläche der Form ausgeführt wird.
Der Normalenrichtungsbestimmer 42 bestimmt eine Tangentialebene und eine Normalenrichtung der Grenzfläche der Knotenpunkte 207, die auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert sind. Da die Tangentialebene und die Normalenrichtung der Tangentialebene durch das gleiche Verfahren wie dasselbe, das durch den Normalenrichtungsbestimmer 22 verwendet wird, bestimmt werden können, sind Details des Verfahrens hier nicht erläutert. Der Normalenrichtungsbestimmer 42 liefert Informationen, die die Tangentialebene und die Normale ausdrücken, zusammen mit Informationen, die die Knotenpunkte 207 betreffen, zu dem Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 43.
Der Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 43 empfängt Informationen, die die Tangentialebene und die Normale bei dem Knotenpunkt 207 betreffen, und die Reihe von Informationen, die die Knotenpunkte 207 betreffen, von dem Normalenrichtungsbestimmer 42. Der Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 43 schreibt die Beschränkungsbedingung vor, so dass sich der Knotenpunkt 207 nicht entlang der Normalenrichtung der Tangentialebene bewegen kann und sich frei entlang der Tangentialrichtung der Tangentialebene bewegen kann. Der Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 43 ordnet die Informationen, die die Tangentialrichtung und die Normalenrichtung der Tangentialebene der Hohlraumoberfläche der Form ausdrücken, und die Beschränkungsbedingung den Informationen des Knotenpunkts 207 zu und speichert diese Informationen in der Speichereinheit 70.
Der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 führt das vorhergehende Verfahren für alle Knotenpunkte aus. Wenn jedem Knotenpunkt ein Attribut gegeben wird, das anzeigt, welcher Knotenpunkt zu der Zeit eines Erzeugens des Analysemodells in dem Einlegeteil oder dem Hohlraum positioniert ist, kann dasselbe angepasst werden, so dass der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 das vorhergehende Verfahren durch Bezugnahme auf das Attribut lediglich für die Knotenpunkte, die in dem Hohlraum positioniert sind, ausführt.
Der Konvergenzbestimmer 60 bestimmt, ob die Fluid-Strukturanalyse, die durch jede Einheit ausgeführt wird, konvergiert hat. Der Konvergenzbestimmer 60 führt die Fluid-Strukturanalyse ab dem Start eines Ladens des Harzes in den Hohlraum bis zu einem Abschluss des Ladens wiederholt eine vorbestimmte Zahl von Malen, die durch Dividieren der Periode durch ein vorbestimmtes Zeitintervall erhalten wird, aus. Wenn das Laden abgeschlossen ist, beendet der Konvergenzbestimmer 60 die Fluid-Strukturanalyse. Wenn beispielsweise ab dem Start des Ladens des Harzes bis zu einem Abschluss des Ladens eine Sekunde benötigt wird und wenn eine Änderung von 1/100 Sekunde durch eine Fluid-Strukturanalyse simuliert wird, wiederholt der Konvergenzbestimmer 60 die Ausführung der Fluid-Strukturanalyse 100-mal. Wenn die Zahl von Wiederholungen durch Verkürzen der Zeitspanne, die einer einmaligen Fluid-Strukturanalyse entspricht, erhöht wird, kann eine detailliertere Analyse ausgeführt werden.
Nach einem Bestimmen, dass die Fluid-Strukturanalyse konvergiert hat, zeigt der Konvergenzbestimmer 60 als ein Resultat der Analyse das neueste Analysemodell, das in der Speichereinheit 70 gespeichert ist, in der Benutzerschnittstelleneinheit 90 an. Alternativ kann der Konvergenzbestimmer 60 Informationen, die das Analysemodell betreffen, durch die Kommunikationseinheit 80 zu einem äußeren Speicher-Server senden.
7 und 8 sind Flussdiagramme eines Simulationsverfahrens, das durch den Formverfahrensimulator 1 ausgeführt wird. Das Simulationsverfahren wird durch ein Programm, das durch den PC oder die Workstation, der/die den Formverfahrensimulator 1 bildet, gelesen wird, gesteuert, und es werden die folgenden Schritte ausgeführt.
Wie in 7 gezeigt ist, liest der Analysemodell-Erzeuger 10, wenn die Analyse gestartet wird, die Gestaltdaten des zu analysierenden Modells aus der Speichereinheit 70 oder erhält die Gestaltdaten durch die Kommunikationseinheit 80 von dem CAD-System, das außen verbunden ist. Dann erzeugt der Analysemodell-Erzeuger 10 ein Analysemodell (Schritt S101). Der Analysemodell-Erzeuger 10 erhält physikalische Daten der Form, des Einlegeteils und des Harzes, Formbedingungen und Analysebedingungen und erzeugt Eingabedaten für die Fluidanalyse.
Der Analysemodell-Erzeuger 10 führt an dem Analysemodell eine Maschenaufteilung durch und richtet für das Analysemodell viele Knotenpunkte ein (Schritt S102).
Der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 wählt aus eingerichteten Knotenpunkten einen Knotenpunkt aus und richtet diesen Knotenpunkt als einen fokussierten Knotenpunkt ein (Schritt S103). Wenn jeder Knotenpunkt ein Attribut hat, das anzeigt, welcher Knotenpunkt in dem Einlegeteil oder dem Hohlraum positioniert ist, wird bei dem Schritt S103 aus den Knotenpunkten, die in dem Einlegeteil positioniert sind, ein fokussierter Knotenpunkt ausgewählt. Der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21 des Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichters 20 bestimmt, ob der Knotenpunkt auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist oder nicht (Schritt S104). Wenn der Knotenpunkt nicht auf der Grenzfläche positioniert ist, richtet der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 die Beschränkungsbedingung für diesen Knotenpunkt nicht ein (mit anderen Worten, der fokussierte Knotenpunkt kann sich in einer beliebigen Richtung frei bewegen). Die Steuerung kehrt zu dem Schritt S103 zurück, und der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 wählt aus Knotenpunkten, die noch nicht als der fokussierte Knotenpunkt eingerichtet wurden, einen anderen fokussierten Knotenpunkt aus.
Wenn andererseits bei dem Schritt S104 bestimmt wird, dass der fokussierte Knotenpunkt auf der Grenzfläche positioniert ist, bestimmt der Normalenrichtungsbestimmer 22 des Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichters 20 die Tangentialebene und die Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem fokussierten Knotenpunkt (Schritt S105). Der Formrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 23 des Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichters 20 richtet die Beschränkungsbedingung für den fokussierten Knotenpunkt so ein, dass sich der fokussierte Knotenpunkt nicht entlang der Normalen in der Richtung hin zu der Form bewegen kann und sich frei in jeder anderen Richtung bewegen kann (Schritt S106).
Danach bestimmt der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20, ob jeder Knotenpunkt auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Form positioniert ist (Schritt S107). Wenn es einen Knotenpunkt gibt, der noch nicht als der fokussierte Knotenpunkt eingerichtet wurde, lässt der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 die Steuerung zu dem Schritt S103 zurückkehren.
Wenn andererseits bei dem Schritt S107 alle Knotenpunkte geprüft wurden, werden die Eingabedaten zu dem Fluidanalysator 30 geliefert. Der Fluidanalysator 30 führt eine Fluidanalyse durch und berechnet eine Druckverteilung und eine Temperaturverteilung für das Analysemodell, das in den Eingabedaten enthalten ist (Schritt S108). Die Druckverteilung und die Temperaturverteilung werden dann zu dem Strukturanalysator 50 geliefert.
Wenn der Strukturanalysator 50 eine Druckverteilung und eine Temperaturverteilung erhält, berechnet der Strukturanalysedaten-Erhalter 51 die Oberflächenlast des Einlegeteils (Schritt S109). Der Strukturanalysedaten-Erhalter 51 erzeugt basierend auf einer Oberflächenlast, einer Temperaturverteilung, den physikalischen Daten des Einlegeteils und den Beschränkungsbedingungen, die für die Knotenpunkte eingerichtet sind, Eingabedaten für eine Strukturanalyse (Schritt S110).
Wie in 8 gezeigt ist, führt der Einlegeteil-Verformungsmengenberechner 52 des Strukturanalysators 50, wenn die Eingabedaten für eine Strukturanalyse geliefert wurden, eine Strukturanalyse aus und erhält die Menge einer Verformung des Einlegeteils und eine Position von jedem Knotenpunkt, der in dem Einlegeteil enthalten ist, nach einer Verformung (Schritt S111).
Der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 wählt aus allen Knotenpunkten einen Knotenpunkt aus und richtet diesen ausgewählten Knotenpunkt als einen fokussierten Knotenpunkt ein (Schritt S112). Der Form/Hohlraumoberflächen-Knotenpunkt-Extraktor 41 des Hohlraum-Beschränkungs-Einrichters 40 bestimmt, ob der fokussierte Knotenpunkt auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist (Schritt S113). Wenn der fokussierte Knotenpunkt nicht auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist, richtet der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 die Beschränkungsbedingung für den fokussierten Knotenpunkt nicht ein (mit anderen Worten, der fokussierte Knotenpunkt kann sich frei in einer beliebigen Richtung bewegen). Die Steuerung kehrt zu dem Schritt S112 zurück und der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 wählt aus Knotenpunkten, die noch nicht als der fokussierte Knotenpunkt eingerichtet wurden, einen anderen fokussierten Knotenpunkt aus. Wenn jedem Knotenpunkt ein Attribut gegeben wird, das anzeigt, welcher Knotenpunkt zu der Zeit eines Erzeugens eines Analysemodells in dem Einlegeteil oder dem Hohlraum positioniert ist, wählt der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 aus allen Knotenpunkten, die in dem Hohlraum positioniert sind, den fokussierten Knotenpunkt aus.
Wenn andererseits bei dem Schritt S113 bestimmt wird, dass der fokussierte Knotenpunkt auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist, bestimmt der Normalenrichtungsbestimmer 42 des Hohlraum-Beschränkungs-Einrichters 40 die Tangentialebene und die Normalenrichtung der Hohlraumoberfläche bei dem fokussierten Knotenpunkt (Schritt S114). Der Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichter 43 des Hohlraum-Beschränkungs-Einrichters 40 richtet die Beschränkungsbedingung für den fokussierten Knotenpunkt so ein, dass sich der fokussierte Knotenpunkt nicht entlang der Normalenrichtung bewegen kann, sich jedoch entlang der Tangentialrichtung der Tangentialebene frei bewegen kann (Schritt S115).
Danach bestimmt der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40, ob jeder Knotenpunkt auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist (Schritt S116). Wenn es einen Knotenpunkt gibt, der noch nicht als der fokussierte Knotenpunkt eingerichtet wurde, lässt der Hohlraum-Beschränkungs-Einrichter 40 die Steuerung zu dem Schritt S112 zurückkehren.
Wenn andererseits bei dem Schritt S116 alle Knotenpunkte geprüft wurden, führt der Strukturanalysator 50 durch Bezugnahme auf die Beschränkungsbedingung, die für die Knotenpunkte, die auf der Hohlraumoberfläche positioniert sind, eingerichtet ist, eine Strukturanalyse durch und berechnet die Menge einer Verformung des Harzes innerhalb des Hohlraums. Der Strukturanalysator 50 bewegt die Position des Knotenpunkts innerhalb des Hohlraums gemäß der Menge einer Verformung und aktualisiert das Analysemodell (Schritt S117). Das aktualisierte Analysemodell wird in der Speichereinheit 70 gespeichert.
Schließlich bestimmt der Konvergenzbestimmer 60, ob die Kopplungsanalyse, die bei den Schritten S103 bis S117 ausgeführt wird, wiederholt eine vorbestimmte Zahl von Malen (beispielsweise 100-mal) ausgeführt wurde (Schritt S118). Wenn die Zahl von Malen die vorbestimmte Zahl nicht erreicht hat, lässt der Konvergenzbestimmer 60 die Steuerung zu dem Schritt S103 zurückkehren. Alternativ kann der Konvergenzbestimmer 60, wenn die Menge einer Verformung klein ist, die Steuerung zu dem Schritt S108 zurückkehren lassen.
Wenn andererseits die Zahl von Malen eines Ausführens der Kopplungsanalyse die vorbestimmte Zahl erreicht hat, beendet der Konvergenzbestimmer 60 das Simulationsverfahren. Der Konvergenzbestimmer 60 zeigt das Analysemodell, das in der Speichereinheit 70 gespeichert ist, in der Benutzerschnittstelleneinheit 90 an und gibt das Analysemodell je nach Bedarf durch die Kommunikationseinheit 80 zu der äußeren Vorrichtung aus.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, richtet der Formverfahrensimulator gemäß der vorliegenden Erfindung automatisch die Beschränkungsbedingungen für Knotenpunkte, die auf der Grenzfläche zwischen der Form und dem Einlegeteil positioniert sind, ein.
Die Zahl von Arbeitsstunden, die für eine Analyse benötigt werden, kann daher wesentlich verringert werden. Die Beschränkungsbedingung kann jedes Mal, wenn die Fluid-Struktur-Kopplungsanalyse wiederholt wird, neu eingerichtet werden. Eine Simulation kann daher genau ausgeführt werden, selbst wenn die Beschränkungsbedingung von Knotenpunkten, die einem Teil, bei dem das Einlegeteil die Form berührt, entsprechen, korrigiert werden muss, wie beispielsweise, wenn sich bei dem Teil aufgrund der Verformung des Einlegeteils das Einlegeteil von der Form trennt.
Der Formverfahrensimulator kann eine Widersprüchlichkeit bei der Positionsbeziehung zwischen Knotenpunkten aufgrund der Verformung des Einlegeteils verhindern, indem derselbe die Beschränkungsbedingung einrichtet, um den Knotenpunkt auf der Hohlraumoberfläche der Form auf lediglich die Normalenrichtung der Hohlraumoberfläche zu fixieren. Infolgedessen kann eine Simulation genau ausgeführt werden.
Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele sind vorgesehen, um die vorliegende Erfindung zu erläutern, und die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise nicht nur bei einem Spritzgießen, sondern auch bei einem Formpressen angewendet sein. Die Erfindung kann ferner bei dem Druckgießen von Aluminium angewendet sein.
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird die Fluid-Strukturanalyse unter Verwendung des Finite-Elemente-Verfahrens unter Verwendung von Knotenpunkten, die durch eine Maschenaufteilung eingerichtet werden, ausgeführt. Die vorliegende Erfindung kann ferner bei der Fluid-Struktur-Kopplungsanalyse durch das Freie-Maschen-Verfahren (engl.: free-mesh method) eines Einrichtens des Analysebereichs für die Knotenpunkte unter Verwendung von Verfahren einer Voxel-Aufteilung und einer Deloney-Aufteilung angewendet sein.
Obwohl bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Fluid-Strukturanalyse basierend auf der Analyse mit einer schwachen Kopplung ausgeführt wird, kann bei der vorliegenden Erfindung eine Analyse ferner basierend auf der Analyse mit einer starken Kopplung ausgeführt werden.
Das Einrichten der Beschränkungsbedingung für die Knotenpunkte auf der Hohlraumoberfläche der Form kann gleichzeitig mit dem Einrichten der Beschränkungsbedingung für die Knotenpunkte auf der Grenzfläche zwischen der Form und dem Einlegeteil ausgeführt werden.
Das Programm, um den PC eine Simulation des Formverfahrens ausführen zu lassen, kann auf einem Aufzeichnungsmedium, wie einer CD, gespeichert werden, und dieses Aufzeichnungsmedium ist tragbar. Wenn nötig, kann das Programm in dem PC installiert werden, um die Formverfahrensimulation auszuführen.
Um den vorhandenen Fluid-Struktur-Analysesimulator oder das Simulationsprogramm mit der Funktion eines Einrichtens der Beschränkungsbedingung für die Knotenpunkte an der Grenze zwischen der Form und dem Einlegeteil oder für die Knotenpunkte auf der Hohlraumoberfläche der Form zu versehen, kann ein Eingabedatenerzeuger oder ein Eingabedatenerzeugungsprogramm mit lediglich der Funktion des Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichters und des Hohlraum-Beschränkungs-Einrichters vorbereitet werden.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, kann der Formverfahrensimulator gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung geeignet optimiert sein.

Claims

Formverfahrensimulator (1) mit: einer Speichereinheit (70); und einem Prozessor, welcher angepasst ist zum Erzeugen eines Analysemodells (200) eines geformten Erzeugnisses, das ein Einlegeteil (201), das innerhalb eines Hohlraums (202) angeordnet und an einer Form (203) fixiert ist, aufweist, und zum Einrichten einer Mehrzahl von Knotenpunkten in dem Analysemodell (200), und zum Speichern der Koordinaten jedes Knotenpunkts in der Speichereinheit (70); zum Lesen der Koordinaten der Mehrzahl von Knotenpunkten aus der Speichereinheit (70) und zum Einrichten einer vorbestimmten Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt (205) aus der Mehrzahl von Knotenpunkten, der auf einer Grenzfläche zwischen der Form (203) und dem Einlegeteil (201) positioniert ist; zum Ausführen einer Fluidanalyse basierend auf dem Analysemodell (200) und zum Berechnen einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung innerhalb des Hohlraums (202); und zum Erhalten einer Menge einer Verformung des Einlegeteils (201) basierend auf der Druckverteilung und der Temperaturverteilung und der Beschränkungsbedingung, die für den Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, eingerichtet ist.
Formverfahrensimulator (1) nach Anspruch 1, bei dem die vorbestimmte Beschränkungsbedingung darin besteht, dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang einer Normalenrichtung der Grenzfläche hin zu der Form (203) bewegen kann, sich jedoch entlang der Normalenrichtung von der Form (203) weg bewegen kann und sich entlang einer Tangentialrichtung der Grenzfläche bewegen kann.
Form verfahrensimulator (1) nach Anspruch 2, bei dem das Einrichten einer vorbestimmten Beschränkungsbedingung Folgendes aufweist: ein Extrahieren des Knotenpunkts (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist; ein Bestimmen der Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205); und ein Einrichten der vorbestimmten Beschränkungsbedingung so, dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang der Normalenrichtung hin zu der Form (203) bewegen kann, sich jedoch entlang der Normalenrichtung von der Form (203) weg bewegen kann und sich entlang der Tangentialrichtung bewegen kann.
Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses, mit: einem Analysemodell-Erzeugungsschritt (S101, S102) zum Erzeugen eines Analysemodells (200) eines geformten Erzeugnisses, das ein Einlegeteil (201), das innerhalb eines Hohlraums (202) angeordnet und an einer Form (203) fixiert ist, aufweist, und Einrichten einer Mehrzahl von Knotenpunkten in dem Analysemodell (200); einem Beschränkungs-Einrichtschritt (S104, S105, S106) zum Einrichten einer vorbestimmten Beschränkungsbedingung für einen Knotenpunkt (205), der auf einer Grenzfläche zwischen der Form (203) und dem Einlegeteil (201) positioniert ist; einem Fluidanalyseschritt (S108) zum Ausführen einer Fluidanalyse basierend auf dem Analysemodell (200) und Berechnen einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung innerhalb des Hohlraums (202); und einem Einlegeteil-Verformungsmengenberechnungsschritt (S111) zum Berechnen einer Menge einer Verformung des Einlegeteils (201) basierend auf der Druckverteilung und der Temperaturverteilung, die bei dem Fluidanalyseschritt (S108) berechnet werden, und der Beschränkungsbedingung, die für den Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, eingerichtet ist.
Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses nach Anspruch 4, bei dem die vorbestimmte Beschränkungsbedingung darin besteht, dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang einer Normalenrichtung der Grenzfläche hin zu der Form (203) bewegen kann, sich jedoch entlang der Normalenrichtung weg von der Form (203) bewegen kann und sich entlang einer Tangentialrichtung der Grenzfläche bewegen kann.
Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses nach Anspruch 5, bei dem der Beschränkungs-Einrichtschritt (S104, S105, S106) folgende Schritte aufweist: einen Knotenpunkt-Extraktionsschritt (S104) zum Extrahieren des Knotenpunkts (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist; einen Normalenrichtungs-Bestimmungsschritt (S105) zum Bestimmen der Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205); und einen Formrichtungs-Beschränkungs-Einrichtschritt (S106) zum Einrichten der vorbestimmten Beschränkungsbedingung, so dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang der Normalen hin zu der Form (203) bewegen kann, sich jedoch entlang der Normalen von der Form (203) weg bewegen kann und sich entlang der Tangentialrichtung bewegen kann.
Computerlesbares Speichermedium, das ein darauf gespeichertes Computerprogramm für eine Formverfahrenssimulation aufweist, um einen Prozessor dazu zu veranlassen, das Verfahren gemäß Anspruch 4 durchzuführen.
Eingabedatenerzeuger, der eine vorbestimmte Beschränkungsbedingung erzeugt, die in einen Formverfahrensimulator (1) einzugeben ist, der ein Analysemodell (200) eines geformten Erzeugnisses, das ein Einlegeteil (201), das innerhalb eines Hohlraums (202) angeordnet und an einer Form (203) fixiert ist, aufweist, erzeugt, für das Analysemodell (200) eine Mehrzahl von Knotenpunkten einrichtet und basierend auf einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung, die durch Ausführen einer Fluidanalyse basierend auf dem Analysemodell (200) berechnet werden, und der vorbestimmten Beschränkungsbedingung, die für einen Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche zwischen der Form (203) und dem Einlegeteil (201) positioniert ist, eingerichtet ist, eine Menge einer Verformung des Einlegeteils (201) erhält, wobei der Eingabedatenerzeuger folgende Merkmale aufweist: eine Speichereinheit (70), welche die Koordinaten der Mehrzahl von Knotenpunkten speichert; und einem Prozessor, welcher angepasst ist zum Lesen der Koordinaten der Mehrzahl von Knotenpunkten aus der Speichereinheit (70) und zum Extrahieren eines Knotenpunkts (205) aus der Mehrzahl von Knotenpunkten, der auf einer Grenzfläche zwischen der Form (203) und dem Einlegeteil (201) positioniert ist; zum Bestimmen einer Normalenrichtung der Grenzfläche bei dem Knotenpunkt (205); und zum Einrichten der vorbestimmten Beschränkungsbedingung so, dass sich der Knotenpunkt (205), der auf der Grenzfläche positioniert ist, nicht entlang der Normalenrichtung hin zu der Form (203) bewegen kann, sich jedoch entlang der Normalenrichtung weg von der Form (203) bewegen kann und sich entlang einer Tangentialrichtung der Grenzfläche bewegen kann.