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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Formverfahrensimulator,
ein Formverfahren-Simulationsprogramm und ein Verfahren zum Analysieren
einer Verformung eines geformten Erzeugnisses. Die Erfindung bezieht
sich insbesondere auf einen Formverfahrensimulator, ein Formverfahren-Simulationsprogramm
und ein Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten
Erzeugnisses zum Bewerten eines Spritzgussverfahrens eines einlegeteilgeformten
Erzeugnisses.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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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 Formbedingung 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).
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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.
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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 problematisches
und komplexes Verfahren. Wenn während
einer Analyse ein Problem hinsichtlich der Positionsbeziehung von
Knotenpunkten gefunden wird, ist es daher sehr schwierig, die Beziehung
zu korrigieren.
- [Patentschrift 1] Japanische offengelegte Patentanmeldung Veröffentlichungsnr.
2003-11199
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Lichte der vorhergehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Formverfahrensimulator, ein Formverfahren-Simulationsprogramm
und ein Verfahren zum Analysieren einer Verformung eines geformten
Erzeugnisses zu schaffen, die fähig
sind, eine CAE-Analyse unter Verwendung einer kleinen Zahl von Arbeitsstunden
auszuführen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Formverfahrensimulator,
ein Formverfahren-Simulationsprogramm und ein Verfahren zum Analysieren
einer Verformung eines geformten Erzeugnisses zu schaffen, die fähig sind,
eine Verschiebung eines Einlegeteils innerhalb eines Hohlraums und
des Hohlraums bei dem Einlegeteilformen genau zu simulieren.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Formverfahrensimulator
(1) folgendes auf: einen Analysemodell-Erzeuger (10),
der ein Analysemodell eines geformten Erzeugnisses, das ein Einlegeteil,
das innerhalb eines Hohlraums angeordnet und an einer Form fixiert
ist, aufweist, erzeugt und in dem Analysemodell eine Mehrzahl von
Knotenpunkten einrichtet; einen Fluidanalysator (30), der basierend
auf dem Analysemodell eine Fluidanalyse ausführt und eine Druckverteilung
und eine Temperaturverteilung innerhalb des Hohlraums berechnet;
einen Einlegeteil-Verformungsmengenberechner (52), der
basierend auf der Druckverteilung und der Temperaturverteilung die
Menge einer Verformung des Einlegeteils berechnet; einen Beschränkungs-Einrichter (40),
der für
einen Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist,
eine vorbestimmte Beschränkungsbedingung
einrichtet; und einen Hohlraumanalysator (53), der basierend auf
der vorbestimmten Beschränkungsbedingung, die
für den
Knotenpunkt eingerichtet ist, einer Verschiebungsmenge des Einlegeteils
und der Druck- und Temperaturverteilung eine Fluidverdrängung innerhalb
des Hohlraums berechnet.
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Gemäß dem vorhergehenden
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann basierend auf dem Beschränkungs-Einrichter
eine Extraktion des Knotenpunkts, der auf der Hohlraumoberfläche der
Form positioniert ist, und ein Einrichten der Beschränkungsbedingung
automatisch ausgeführt
werden, und eine CAE-Analyse kann mit einer kleinen Zahl von Arbeitsstunden
ausgeführt
werden.
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Gemäß dem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung besteht die vorbestimmte Beschränkungsbedingung
darin, dass sich der Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche positioniert
ist, nicht entlang einer Normalenrichtung der Hohl raumoberfläche bei
dem Knotenpunkt bewegen kann, sondern sich entlang einer Tangentialrichtung
der Hohlraumoberfläche
bei dem Knotenpunkt bewegen kann.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist der Beschränkungs-Einrichter (40)
folgendes auf: einen Knotenpunkt-Extraktor (41), der den
Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche positioniert ist, extrahiert;
einen Normalenrichtungsbestimmer (42), der die Normalenrichtung
der Hohlraumoberfläche
bei dem Knotenpunkt bestimmt; und einen Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichter
(43), der die vorbestimmte Beschränkungsbedingung für den Knotenpunkt
einrichtet.
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Gemäß einem
noch 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 eines geformten Erzeugnisses,
das ein Einlegeteil, das innerhalb eines Hohlraums angeordnet und
an der Form fixiert ist, aufweist, und Einrichten einer Mehrzahl
von Knotenpunkten in dem Analysemodell; einen Fluidanalyseschritt
(S108) zum Ausführen
einer Fluidanalyse basierend auf dem Analysemodell und Berechnen
einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung innerhalb des
Hohlraums; einen Einlegeteil-Verformungsmengenberechnungsschritt
(S111) zum Berechnen einer Verformungsmenge des Einlegeteils basierend
auf einer Druckverteilung und einer Temperaturverteilung; einen
Beschränkungs-Einrichtschritt
(S113, S114, S115) zum Einrichten einer vorbestimmten Beschränkungsbedingung
für einen
Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche der Form positioniert ist; und
einen Hohlraumanalyseschritt (S117) zum Berechnen einer Verdrängung eines
Fluids innerhalb des Hohlraums basierend auf der vorbestimmten Beschränkungsbedingung,
die für
den Knotenpunkt eingerichtet ist, einer Verschiebung des Einlegeteils
und der Druck- und Temperaturverteilung.
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Gemäß einem
noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Computerprogramm-Erzeugnis
einer Formverfahrensimulation ein Aufzeichnungsmedium mit einem
Computerprogramm, um einen Computer jeden Schritt des vorhergehenden Ver fahrens
zum Analysieren einer Verformung eines geformten Erzeugnisses ausführen zu
lassen.
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Gemäß dem vorhergehenden
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann basierend auf dem Beschränkungs-Einrichtschritt
eine Extraktion des Knotenpunkts, der auf der Hohlraumoberfläche der
Form positioniert ist, und ein Einrichten der Beschränkungsbedingung
automatisch ausgeführt
werden, und eine CAE-Analyse kann in einer kleinen Zahl von Arbeitsstunden
ausgeführt
werden.
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Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung besteht die vorbestimmte Beschränkungsbedingung
darin, dass sich der Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche positioniert
ist, nicht entlang einer Normalenrichtung der Hohlraumoberfläche bei
dem Knotenpunkt bewegen kann, sondern sich entlang einer Tangentialrichtung
der Hohlraumoberfläche
bei dem Knotenpunkt bewegen kann.
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Gemäß einem
noch anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist der Beschränkungs-Einrichtschritt (S113,
S114, S115) folgende Schritte auf: einen Knotenpunkt-Extraktionsschritt
(S113) zum Extrahieren des Knotenpunkts, der auf der Hohlraumoberfläche positioniert ist;
einen Normalenrichtungsbestimmungsschritt (S114) zum Bestimmen der
Normalenrichtung der Hohlraumoberfläche bei dem Knotenpunkt; und
einen Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichtschritt
(S115) zum Einrichten der vorbestimmten Beschränkungsbedingung für den Knotenpunkt.
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Gemäß einem
noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Eingabedatenerzeuger vorgesehen,
der eine vorbestimmte Beschränkungsbedingung
erzeugt, die in einen Formverfahrensimulator eines geformten Erzeugnisses,
das ein Einlegeteil, das innerhalb eines Hohlraums angeordnet und an
der Form fixiert ist, aufweist, einzugeben ist. Der Eingabedatenerzeuger
weist folgendes auf: einen Knotenpunkt-Extraktor (41),
der einen Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche der
Form positioniert ist, extrahiert; einen Normalenrichtungsbestimmer (42),
der eine Normalenrichtung der Hohl raumoberfläche bei dem Knotenpunkt, der
auf der Hohlraumoberfläche
positioniert ist, bestimmt; und einen Normalenrichtungs-Beschränkungs-Einrichter
(43), der die vorbestimmte Beschränkungsbedingung so einrichtet,
dass sich der Knotenpunkt, der auf der Hohlraumoberfläche positioniert
ist, nicht entlang der Normalenrichtung bewegen kann, sondern sich
entlang einer Tangentialrichtung der Hohlraumoberfläche bei dem
Knotenpunkt bewegen kann.
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Bezugsziffern
innerhalb von Klammern, die den vorhergehenden Einheiten zugewiesen
sind, entsprechen Einheiten, die bei den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden
beschrieben sind, beschrieben werden.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
durch die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit
den Zeichnungen besser verständlich.
Es zeigen:
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1 ein
Funktionsblockdiagramm eines Formverfahrensimulators gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Analysemodells eines
zu simulierenden geformten Erzeugnisses;
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3(a) eine schematische Querschnittsansicht
des Analysemodells, das in 2 gezeigt
ist, in der Richtung einer Pfeilspitze A-A' betrachtet;
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3(b) eine vergrößerte Ansicht eines Einlegeteil-Endteils
von 3(a);
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4 ein
Funktionsblockdiagramm eines Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichters;
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5(a) eine schematische Querschnittsansicht
des Analysemodells, das in 2 gezeigt
ist, in der Richtung einer Pfeilspitze B-B' betrachtet;
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5(b) einen Zustand von Knotenpunkten folgend
einer Einlegeteil-Verformung, wenn die Knotenpunkte an einer Hohlraumoberfläche einer
Form fixiert sind;
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6 ein
Funktionsblockdiagramm eines Hohlraum-Beschränkungs-Einrichters;
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7 ein
Flussdiagramm, das Betriebsschritte eines Formverfahrensimulators
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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8 ein
Flussdiagramm, das Betriebsschritte eines Formverfahrensimulators
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Im
Folgenden ist ein Formverfahrensimulator gemäß der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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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 Formverfahrensimulator kann durch ein passendes
Aktualisieren der Beschränkungsbedin gung
im Laufe des Fortschritts der Analyse den vorhergehenden Betrieb
mit einer hohen Genauigkeit bewerten.
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1 ist
ein Funktionsblockdiagramm eines Formverfahrensimulators 1.
Der Formverfahrensimulator 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.
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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-Beschrän kungs-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-Lese-Speicher (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.
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Jede
Einheit ist im Folgenden detailliert erläutert.
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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.
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Der
Gestalt- und Bedingungsdefinierer 11 liest die Gestaltdaten
einer Form und eines Einlegeteils, die in der Speichereinheit 70 im
Voraus gespeichert sind, 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Knoten punkt 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.
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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.
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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 Einlege teil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21, dass der
fokussierte Knotenpunkt auf der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil
und der Form positioniert ist.
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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.
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Wenn
bestimmt wird, dass der fokussierte Knotenpunkt an einer Mehrzahl
von unterschiedlichen Grenzflächen
positioniert ist, bestimmt der Einlegeteil/Form-Grenze-Knotenpunkt-Extraktor 21, dass
der fokussierte Knotenpunkt an der Ecke positioniert ist.
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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, auf
der der fokussierte Knotenpunkt positioniert ist (die gesamte Grenzfläche, wenn
der fokussierte Knotenpunkt auf einer Mehrzahl von Grenzflächen positioniert
ist), ausdrücken.
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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.
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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.
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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 Beschränkungsbe dingung
den Informationen des fokussierten Knotenpunkts zu und speichert
diese Informationen in der Speichereinheit 70.
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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.
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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.
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Der
Fluidanalysator 30 liefert eine Druckverteilung und eine
Temperaturverteilung zu dem Strukturanalysator 50.
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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.
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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.
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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 mit
diesen Werten 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.
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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.
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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.
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Das
aktualisierte Analysemodell ist in der Speichereinheit 70 gespeichert,
so dass das Analysemodell für
eine Kopplungsanalyse oder als ein Simulationsresultat kontinuierlich
verwendet werden kann.
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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.
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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.
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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 Beschränkungsbedin gung eingerichtet
ist, können
sich die Knotenpunkte 207 ferner entsprechend der Bewegung
des Einlegeteils 201 bewegen. Demgemäß tritt die vorhergehende Unannehmlichkeit
nicht auf.
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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.
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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.
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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.
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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 Tangential richtung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Analysemodell-Erzeuger 10 führt an dem Analysemodell eine
Maschenaufteilung durch und richtet für das Analysemodell viele Knotenpunkte ein
(Schritt S102).
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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 zu rück,
und der Einlegeteil-Beschränkungs-Einrichter 20 wählt aus
Knotenpunkten, die noch nicht als der fokussierte Knotenpunkt eingerichtet
wurden, einen anderen fokussierten Knotenpunkt aus.
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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).
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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.
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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.
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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 Einle geteils
und den Beschränkungsbedingungen,
die für
die Knotenpunkte eingerichtet sind, Eingabedaten für eine Strukturanalyse
(Schritt S110).
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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).
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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 in einer beliebigen Richtung frei 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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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 Spei chereinheit 70 gespeichert
ist, in der Benutzerschnittstelleneinheit 90 an und gibt
das Analysemodell je nach Bedarf durch die Kommunikationseinheit 80 zu der äußeren Vorrichtung
aus.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
wird die Fluid-Strukturanalyse unter Verwendung des Finite-Elemente-Verfahrens
unter Verwendung von Knoten punkten, 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.
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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.
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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.
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Das
Programm, um den PC eine Simulation des Formverfahrens ausführen zu
lassen, kann in 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.
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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.
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Wie
im Vorhergehenden beschrieben ist, kann der Formverfahrensimulator
gemäß der vorliegenden
Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung
geeignet optimiert sein.