JP2005169909A

JP2005169909A - 樹脂成形品衝撃解析方法

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Publication number: JP2005169909A
Application number: JP2003414554A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Watanabe; 保幸渡辺
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】樹脂流動解析と衝撃解析を適切に連携させることを可能とした樹脂成形品の衝撃解析方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る衝撃解析方法では、樹脂成形品のＣＡＤデータを取得するステップ、ＣＡＤデータに基づいて樹脂流動解析を行いウエルドが発生する位置情報を求めるステップ、ウエルドが発生する位置情報を利用して樹脂成形品の衝撃解析を行うステップと、を有することを特徴とする。樹脂流動解析によってよって得たウエルド位置を衝撃解析に利用することができるので、正確な衝撃解析を行うことが可能となった。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成形品の衝撃解析シミュレーションを、樹脂成形品の設計段階で行うための樹脂成形品の衝撃解析方法に関するものである。

車両のフロントパネル等には、樹脂成形品が多く使用されている。このような樹脂成形品は、事故等により人体の頭部などが衝突する可能性があるため、衝突時に樹脂成形品が破損して、エッジ部分が発生し、エッジ部分によって人体を傷つけないように設計することが求められている。

そこで、樹脂成形品の設計段階で、衝撃解析ソフトウエアを利用して、衝撃解析を行っている（特許文献１参照）。衝撃解析とは、３次元ＣＡＤデータを用いて、製品の耐衝撃性を検証するＣＡＥ（Computer Aided Engineering)を言う。

ところで、樹脂成形品は、金型にゲートから樹脂を注入することによって成形されるため、ウエルド（金型内で樹脂形成中に注入された樹脂の流動先端部同士が会合する部分）が発生する位置では、その強度が低下する場合がある。

そこで、流動解析ソフトウエアを利用して、樹脂成形品のどの位置にウエルドが発生するかを求め、衝撃解析ソフトウエアによる衝撃結果と流動解析ソフトウエアによる流動解析結果とをつき合わせて、設計段階で樹脂成形品の評価を行っていた。

しかしながら、ウエルドが発生する位置と衝撃解析結果との関係や、ウエルドが発生する位置の他の部分への影響を考察することができないことから、正確に樹脂成形品の評価を行うことができなかった。

したがって、樹脂成形品の試作品ができてから、衝撃時の対策が不良と判定されることもあった。判定結果が不良の場合には、対策案を策定し、設計変更及び金型変更等を行わなければならないという不具合があった。特に、最終判定は、樹脂成形品を車両等に取り付けた状態で行われるため、最終判定が不良とされると、その後の対応期間及びコストの点で非常に厳しいという不具合があった。

以上より、従来正確な衝撃時の対策を行うためには、試作品を作成し、試作品を用いて、衝撃試験を実際に行い、衝撃が与えられた場合に樹脂成形品が破損しないかどうかを確かめなければならなかった。

特開２００２−２２８５６６号公報

そこで、本発明は、樹脂流動解析と衝撃解析を適切に連携させることを可能とした樹脂成形品の衝撃解析方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る衝撃解析方法では、樹脂成形品のＣＡＤデータを取得するステップと、ＣＡＤデータに基づいて樹脂流動解析を行いウエルドが発生する位置情報を求めるステップと、ウエルドが発生する位置情報を利用して樹脂成形品の衝撃解析を行うステップと、を有することを特徴とする。樹脂流動解析によってよって得たウエルド位置を衝撃解析に利用することができるので、正確な衝撃解析を行うことが可能となった。

さらに、衝撃解析を行うステップは、要素消滅手法を利用して衝撃破壊の状況を再現することが好ましい。衝撃解析結果を確認する場合に、許容応力以上の応力がかかったメッシュを消滅させ、あたかも割れが生じたかのような状況を再現することが可能となった。

また、本発明に係る衝撃解析方法では、樹脂成形品のＣＡＤデータを取得するステップと、ＣＡＤデータに基づいて樹脂流動解析を行いウエルドが発生する位置情報及び位置情報に対応した会合角度情報を求めるステップと、ウエルドが発生する位置における前記会合角度情報に基づいた強度の低下を加味して樹脂成形品の衝撃解析を行うステップと、を有することを特徴とする。ウエルドが発生する位置では、会合角度に応じてその強度が変化することを利用して、会合角度による強度の変化に基づいてより精度の高い衝撃解析を行うことを可能となった。

また、本発明に係る衝撃解析方法では、樹脂成形品のＣＡＤデータを取得するステップと、ＣＡＤデータに基づいて樹脂流動解析用のメッシュモデルを作成するステップと、メッシュモデルを用いて樹脂流動解析を行いウエルドが発生する位置情報及び位置情報に対応した会合角度情報を求めるステップと、樹脂流動用のメッシュモデルを衝撃解析用のメッシュモデルとして利用するステップと、衝撃解析用のメッシュモデルにおいて会合角度情報に基づいた強度の低下に応じてウエルドが発生する位置の物性値の補正を行うステップと、物性値が補正された衝撃解析用のメッシュモデルを用いて樹脂成形品の衝撃解析を行うステップと、を有することを特徴とする。樹脂流動解析用のメッシュモデルを衝撃解析に転用したので、衝撃解析用に再度メッシュモデルを作成する手間を省くことが可能となった。また、ウエルドの発生する位置の物性値を、会合角度と強度の関係に基づいて補正したので、さらに正確な衝撃解析を行うことが可能となった。

さらに、樹脂成形品は、複数の部品から構成されるアセンブル製品であることも可能である。複数の部品から構成されるアセンブル製品について、一度に衝撃解析を行うので、解析工数の削減を図ることが可能となった。

本発明によれば、樹脂流動解析と衝撃解析を適切に連携させることができたので、より正確な衝撃解析を行うことが可能となった。

また、本発明によれば、樹脂流動解析用のメッシュモデルを、衝撃解析に転用したので、衝撃解析用に再度メッシュモデルを作成するという手間を省くことが可能となった。

以下図面を参照して、本発明に係る衝撃解析方法について説明する。

図１は、本発明に係る衝撃解析方法の手順の一例を示すフローチャートである。

最初に、衝撃解析方法の対象となる樹脂成形品のＣＡＤデータを所定のデータ入力手段を介して取得する（ステップ１０１）。図２に、車両のフロントパネルのオーディオ部分の表面に使用されるＡＢＳ樹脂によって金型成形される樹脂成形品のＣＡＤデータ例２００を示す。図２において、斜線を付した部分は、樹脂成形品の開口部を示している。ステップ１０１で取得されるＣＡＤデータは、図２に示すような樹脂成形品の３次元データである。

次に、樹脂流動解析を行うために必要なデータを所定のデータ入力手段を介して取得する（ステップ１０２）。樹脂流動解析を行うために必要なデータとは、樹脂成形品を成形するための金型に関するデータ（樹脂を注入するゲートの位置等）、注入される樹脂に関するデータ（樹脂の種類、粘度及び熱伝導度）、成形条件に関するデータ（温度、圧力等）等を言う。

次に、樹脂流動解析のために、ステップ１０１で取得した樹脂成形品の３次元ＣＡＤデータ上に樹脂流動解析用のメッシュを切って、樹脂流動解析用のメッシュモデルを作成する（ステップ１０３）。図２に示す樹脂成形品に対応した、メッシュモデル３００の一例を図３に示す。図３において各メッシュはほぼ同じ大きさの３角形をしているが、６角形等であって良く、これに限定されるものではない。なお、メッシュモデル３００の作成は、後述する樹脂流動解析用のソフトウエアにバンドルされているインサート成形メッシュ作成ソフトウエアによって自動的に行われることが好ましい。

次に、ステップ１０２で取得した樹脂流動解析を行うために必要なデータと、ステップ１０３で作成した樹脂流動解析用のメッシュモデル３００とを用いて樹脂流動解析を行う（ステップ１０４）。樹脂流動解析は、ゲートから注入された樹脂の金型内での挙動を予測する成形シミュレーションである。このような成形シミュレーションによって、樹脂成形品のどの部分にウエルドが発生するかを正確に予測することができる。本実施形態では、樹脂流動解析は、３次元射出成形樹脂流動解析ソフトウエア（３Ｄ−ＴＩＭＯＮ等）によって実行されるが、これに限定されるものではない。

次に、樹脂流動解析に基づいて、ウエルドが発生する位置及び各ウエルドが発生する位置に対応した会合角度を求める（ステップ１０５）。樹脂流動解析によって求められたウエルドが発生する位置の例を図４に示す。図４の例では、樹脂流動解析の結果、４０１〜４０８の８箇所でウエルドが発生すると予測している。

会合角度とは、ゲートから注入された樹脂の最流動先端部が会合した時に、流動先端部によって発生するＶ字形状の角度を言う。図５（ａ）に、金型５００内にゲート５１０から注入された樹脂の会合角度５２０の例を示し、図５（ｂ）に金型５００によって作成された樹脂成形品５３０のウエルド５４０の例を示す。図５（ａ）では、会合角度５２０は１２０度となっている。また、ウエルドが発生する位置の強度は、会合角度に応じて変化することが知られている。

会合角度とウエルド強度の関係の一例を図６に示す。図６に示すように、会合角度が、１２０度以下であれば、ウエルドが発生する位置での強度は他の部分とほぼ同じであるが、会合角度が１２０度より大きい場合、会合角度にほぼ応じて強度が低下していく。例えば、会合角度が１４０度の場合、強度は約３０％低下し、会合角度が１６０度以上の場合、強度は約５０％低下する。図６に示す会合角度と強度との関係は、樹脂成形品の試作品を用いて実験により予め求めておき、テーブル化しておく。

次に、ステップ１０３で作成された樹脂流動解析用のメッシュモデル（図３参照）を、衝撃解析用のメッシュモデルとして転用して、衝撃解析用ソフトウエアに取り込む（ステップ１０６）。

次に、ステップ１０６で取り込んだメッシュモデルにおいて、ステップ１０５で求めたウエルドが発生する位置を対応させ、会合角度に応じた強度を前述したテーブルを利用して決定し、各ウエルドが発生する位置の物性値を強度に応じて補正する（ステップ１０７）。即ち、衝撃解析用のメッシュモデルの各部分の物性値は、当初全て同じ値に設定されているので、ウエルドが発生する位置に対応する部分の物性値を、強度に応じて補正する。図７に、ウエルドが発生する位置７０１〜７０８の物性値が補正された衝撃解析用のメッシュモデル７００の一例を示す。

次に、ステップ１０７のメッシュモデル７００を用いて衝撃解析を行う（ステップ１０８）。衝撃解析では、所定の物体（例えば、人体の頭部を模した球体）が、所定の速度でメッシュモデル７００に衝突した場合の各メッシュの変位を、メッシュ単位で微小時間毎に求め、立体画像を作成することにより行われる。本実施形態では、衝撃解析は、非線形動的構造解析ソフトウエア（ＬＳ−ＤＹＮＡ）を用いて実行されるが、これには限定されるものではない。

また、衝撃解析では、要素消滅手法を用いて衝撃結果を出力することが好ましい。要素消滅手法とは、衝撃による変位によって、各メッシュにかかる応力が各メッシュの許容応力を超えた場合に、該当するメッシュを消滅させる手法を言う。メッシュが消滅することによって、あたかも樹脂成形品のメッシュモデル７００に割れが生じたかのような状況を再現することが可能となる。ところで、樹脂流動解析によってウエルドが発生すると予測された位置の物性値は、その部分の強度が低くなるように補正されているので、許容応力が低くなる。したがって、ウエルドが発生すると予測された位置ではメッシュが消え、割れの状況を再現しやすくなる。

次に、ステップ１０７で作成された立体画像を所定のデータ出力手段（ディスプレイ等）に動画として再生して、一連の手順を終了する。これによって、解析対象の樹脂成形品に人体が衝突した際に、エッジ部分が発生するか否か等を判定することが可能となる。

なお、図１に示した手順は、図２に示すような樹脂成形品の単品についての衝撃解析を行うものであったが、複数の部品から構成されるアセンブル製品に対しても同様な解析処理を行うこともできる。

図８に、本実施形態に係わる衝撃解析方法が実現されるシステム８００の概要例を示す。システム８００は、データ入力手段８１０、解析手段８２０及びデータ出力手段８３０等から構成される。

データ入力手段８１０は、ＣＡＤデータ、樹脂流動解析及び衝撃解析のための各種データを入力するための手段であって、Ｉ／Ｏ、キーボード、マウス、スキャナー等から構成される。

解析手段８２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶媒体、データバス等から構成され、パーソナルコンピュータ等であって良く、ハードディスク等に記憶された樹脂流動解析ソフトウエア及び衝撃解析ソフトウエアが実行可能に構成されている。また、解析手段８２０は、３ＤのＣＡＤデータ上にメッシュを切ってメッシュモデルを作成するメッシュ作成手段８２２、樹脂流動解析を行ってウエルドが発生する位置及びそれに対応する会合角度を求める樹脂流動解析手段８２４、会合角度と強度との関係を示すテーブル（図６参照）を有し、強度に応じてウエルドの発生する位置の物性値を補正するための流動解析結果合成手段８２６、及び物性値が補正されたメッシュモデルを利用して衝撃解析を行う衝撃解析手段８２８を有している。また、メッシュ作成手段８２２、樹脂流動解析手段８２４、流動解析結果合成手段８２６及び衝撃解析手段８２８は、具体的には、ソフトウエアが解析手段８２０を構成する各種ハードウエアと協動するようにして動作する。

データ出力手段８３０は、衝撃解析の結果を表示するための手段であって、ディスプレイ及び／又はプリンタ等から構成される。

本発明に係る衝撃解析方法の手順の一例を示す図である。樹脂成形品の一例を示す図である。樹脂流動解析用のメッシュモデルの一例を示す図である。樹脂流動解析結果の一例を示す図である。（ａ）は会合角度を説明するための図であり、（ｂ）は（ａ）によるウエルドが発生する位置を示す図である。会合角度と強度の関係を示すグラフである。物性値が変更された衝撃解析のためのメッシュモデルの一例を示す図である。本発明に係る衝撃解析方法を実現化するためのシステムの一例を示す図である。

符号の説明

８１０…データ入力手段
８２０…解析手段
８３０…データ出力手段

Claims

衝撃解析方法において、
樹脂成形品のＣＡＤデータを取得するステップと、
前記ＣＡＤデータに基づいて樹脂流動解析を行い、ウエルドが発生する位置情報を求めるステップと、
前記ウエルドが発生する位置情報を利用して、前記樹脂成形品の衝撃解析を行うステップと、
を有することを特徴とする衝撃解析方法。
前記衝撃解析を行うステップは、要素消滅手法を利用して衝撃破壊の状況を再現する請求項１に記載の衝撃解析方法。
衝撃解析方法において、
樹脂成形品のＣＡＤデータを取得するステップと、
前記ＣＡＤデータに基づいて樹脂流動解析を行い、ウエルドが発生する位置情報及び前記位置情報に対応した会合角度情報を求めるステップと、
前記ウエルドが発生する位置における前記会合角度情報に基づいた強度の低下を加味して、前記樹脂成形品の衝撃解析を行うステップと、
を有することを特徴とする衝撃解析方法。
衝撃解析方法において、
樹脂成形品のＣＡＤデータを取得するステップと、
前記ＣＡＤデータに基づいて樹脂流動解析用のメッシュモデルを作成するステップと、
前記メッシュモデルを用いて樹脂流動解析を行い、ウエルドが発生する位置情報及び前記位置情報に対応した会合角度情報を求めるステップと、
前記樹脂流動用のメッシュモデルを衝撃解析用のメッシュモデルとして利用するステップと、
前記衝撃解析用のメッシュモデルにおいて、前記会合角度情報に基づいた強度の低下に応じて、予測された前記ウエルドが発生する位置の物性値の補正を行うステップと、
前記物性値が補正された衝撃解析用のメッシュモデルを用いて、前記樹脂成形品の衝撃解析を行うステップと、
を有することを特徴とする衝撃解析方法。
前記樹脂成形品は、複数の部品から構成されるアセンブル製品である、請求項１〜４の何れか一項に記載の衝撃解析方法。