JP2013045119A - Method and device for press molding simulation analysis - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有限要素法によるプレス成形シミュレーション解析方法及び装置に関し、特に板厚方向応力を考慮したプレス成形解析の実施に引き続きスプリングバック解析を実施する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a press forming simulation analysis method and apparatus using a finite element method, and more particularly to a method and apparatus for performing a springback analysis following execution of a press forming analysis in consideration of a thickness direction stress.
自動車にはボディなど薄板からプレス成形によって成形する部品が多数使われており、近年、これら自動車部品の開発においては、有限要素法による計算機シミュレーション解析を活用して、製造時の不具合（割れ、しわ、スプリングバック）を事前に予測し、不具合対策に活用することが一般的に実施されるようになりつつある。有限要素法による計算機シミュレーション解析においては、特に、薄板からプレス成形解析を行って、プレス成形の離型前（すなわち、ダイがパンチより下方にある場合はパンチの下死点、またはダイがパンチより上方にある場合は上死点）（以下、まとめて単に「下死点」という）の形状をシミュレートし、このプレス成形解析の結果を前提としてスプリングバック解析を行ってプレス成形の離型後の形状をシミュレートするような、一連の解析（以下、「プレス成形シミュレーション解析」という）が行われる。 Automobiles use many parts that are molded from thin plates, such as the body, by press molding. Recently, in the development of these auto parts, computer simulation analysis using the finite element method has been used to produce defects during manufacturing (cracks, wrinkles, etc.). , Springback) is predicted in advance and utilized for countermeasures against defects. In the computer simulation analysis by the finite element method, in particular, press forming analysis is performed from a thin plate, and before the release of press forming (that is, the bottom dead center of the punch if the die is below the punch, or the die is more than the punch) (If it is above, top dead center) (hereinafter simply referred to as “bottom dead center”) is simulated, and the spring back analysis is performed on the premise of the result of this press molding analysis. A series of analyzes (hereinafter referred to as “press forming simulation analysis”) are performed so as to simulate the shape.
一般に、薄板のプレス成形シミュレーション解析においては板厚方向応力を考慮しないシェル要素による解析がひろく実施されている。 In general, in the press forming simulation analysis of a thin plate, an analysis using a shell element that does not consider the thickness direction stress is widely performed.
板厚方向応力を考慮しないシェル要素による解析を行う例としては、例えば、特許文献１に開示され「面品質評価装置及び評価プログラム」の発明が挙げられる。特許文献１の詳細な説明の段落［００２１］において、板厚方向応力を考慮しないことに関し以下のように記載されている。
「…
ｓ3＝−（σ1＋σ2−２σ3）／３ ・・（３）
を利用して面品質を表す評価値を算出する。ここで、添字３は面に垂直な方向を表すものとする。なお、薄板においてはσ3の大きさがσ1やσ2の大きさに比べて十分小さい場合には、
ｓ3＝−（σ1＋σ2）／３ ・・（４）
と近似表現することができる。」（段落［００２１］参照）とある。すなわち、下死点以降の面外変形（すなわちスプリングバックに影響する面外偏差応力）を解析する際に、応力σ3を０と仮定（垂直方向応力が十分小さいので上記（３）式を上記（４）式で近似）しており近似的に解析を行っている。
As an example of performing analysis using a shell element that does not consider the plate thickness direction stress, for example, the invention of “surface quality evaluation apparatus and evaluation program” disclosed in Patent Document 1 can be cited. In paragraph [0021] of the detailed description of Patent Document 1, the following is described regarding not considering the thickness direction stress.
"...
s3 =-(σ1 + σ2-2σ3) / 3 (3)
Is used to calculate an evaluation value representing the surface quality. Here, the subscript 3 represents a direction perpendicular to the surface. In the thin plate, when the size of σ3 is sufficiently small compared to the size of σ1 and σ2,
s3 =-(σ1 + σ2) / 3 (4)
Can be approximated. (See paragraph [0021]). That is, when analyzing out-of-plane deformation after bottom dead center (that is, out-of-plane deviation stress affecting springback), the stress σ3 is assumed to be 0 (the vertical stress is sufficiently small, so the above equation (3) is 4) is approximated) and the analysis is performed approximately.
しかし、プレス成形の種類によっては、板厚方向応力を無視できないものがある。このような種類のプレス成形において板厚方向応力を無視して解析を行うと、スプリングバック解析において予測精度が低下してしまう。板厚方向応力が無視できないものには、例えばしごき成形が挙げられる。しごき成形では、板材を板厚方向に圧縮し、その板厚方向応力がスプリングバックに大きく影響するため、しごき成形におけるスプリングバック解析をするためには、スプリングバック解析の前提であるプレス成形解析において板厚方向応力を考慮した解析が必須となる。プレス成形解析では通常、シェル要素を用いて行われるが、一般的なシェル要素では板厚方向応力は無視されるため、正確な予測ができない。シェル要素の代わりに３次元ソリッド要素を使用すれば、板厚方向もメッシュ分割することで板厚方向応力を再現可能であるが、節点数の増大に伴い計算時間が膨大となり、さまざまなケーススタディーをタイムリーに実施することが難しくなる。 However, depending on the type of press forming, there is a case where the thickness direction stress cannot be ignored. In such a type of press forming, if the analysis is performed while ignoring the stress in the thickness direction, the prediction accuracy is lowered in the springback analysis. An example in which the stress in the plate thickness direction cannot be ignored is ironing. In iron forming, the plate material is compressed in the plate thickness direction, and the stress in the plate thickness direction greatly affects the spring back. To perform spring back analysis in iron forming, the press forming analysis, which is the premise of spring back analysis, is used. An analysis considering the stress in the thickness direction is essential. In the press forming analysis, the shell element is usually used. However, since the stress in the plate thickness direction is ignored in a general shell element, accurate prediction cannot be performed. If 3D solid elements are used instead of shell elements, the stress in the thickness direction can be reproduced by dividing the mesh in the thickness direction, but the calculation time becomes enormous as the number of nodes increases, and various case studies Is difficult to implement in a timely manner.
そこで最近では、特許文献２で開示されるように板厚方向応力を考慮できるシェル要素が提案されている。
また、特許文献３では、プレス成形解析プログラムにおいて板厚方向を考慮したプレス成形解析、スプリングバック解析が提案されている。
また、特許文献３にも記載されている市販ソフト（たとえばＬＳ-ＤＹＮＡ）でも板厚方向応力を考慮したシェル要素によるプレス成形解析が可能となってきており、下死点における応力状態は板厚方向を考慮した応力状態になっている。
Therefore, recently, as disclosed in Patent Document 2, a shell element capable of considering a thickness direction stress has been proposed.
Patent Document 3 proposes press forming analysis and spring back analysis in consideration of the plate thickness direction in the press forming analysis program.
Also, commercially available software (for example, LS-DYNA) described in Patent Document 3 is capable of press forming analysis using a shell element considering the thickness direction stress, and the stress state at the bottom dead center is the thickness of the plate. The stress state is in consideration of the direction.
しかし、プレス成形解析の結果を前提としてスプリングバック解析を行う際の、プレス成形解析とスプリングバック解析間における板厚方向応力の取り扱いについて具体的に示したものはない。一般に、スプリングバック解析は離型後の応力状態についての解析であるから、プレス成形解析からスプリングバック解析への橋渡しの際に、下死点における応力状態における板厚方向応力を０にすることが考えられる。例えば、特許文献３において、「なお、ここで言う演算処理は、上記変数の少なくとも１個以上を係数倍すること、ゼロを含む一定値にすること、四則演算をすること、関数に基づいて計算すること、一定ではない任意の値に置換することをいう。」（特許文献３［００３３］参照）と記載されていることからも、板厚方向応力を０とすることが伺える。また、実際に、ある市販ソフトでは、板厚方向応力を考慮したシェル要素によるプレス成形解析に引き続きスプリングバック解析を実施する際に、板厚方向応力を単に０とする処理がなされているものがある。
しかし、このような処理方法では、スプリングバック解析の計算精度が低下するという問題があった。
However, there is nothing specifically shown about the handling of the stress in the plate thickness direction between the press forming analysis and the spring back analysis when performing the spring back analysis on the premise of the result of the press forming analysis. In general, since the springback analysis is an analysis of the stress state after mold release, the stress in the plate thickness direction in the stress state at the bottom dead center may be reduced to zero when bridging from the press forming analysis to the springback analysis. Conceivable. For example, in Patent Document 3, “the calculation process referred to here is to calculate at least one of the above variables by multiplying a coefficient by a factor, making it a constant value including zero, performing four arithmetic operations, and calculating based on a function. This means that the value is replaced with an arbitrary value that is not constant ”(see Patent Document 3 [0033]). In fact, in some commercial software, when the springback analysis is carried out following the press forming analysis by the shell element considering the thickness direction stress, the thickness direction stress is simply set to 0. is there.
However, such a processing method has a problem that the calculation accuracy of the springback analysis is lowered.
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、板厚方向応力を考慮した計算精度の高いプレス成形シミュレーション解析方法及び装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a press forming simulation analysis method and apparatus with high calculation accuracy in consideration of the thickness direction stress.
発明者は、このスプリングバック解析の精度が低くなる原因を追究し、その結果、市販ソフトでは橋渡しの際に、プレス成形解析の下死点での応力状態について、板厚方向応力のみを０としただけで、その変化に伴う板厚方向以外の応力の変化を考慮していないことが原因であると知見した。
本発明はかかる知見をもとになされたものであり、具体的には以下のような構成を備えてなるものである。
The inventor pursued the cause of the low accuracy of the springback analysis. As a result, in the commercial software, at the time of bridging, the stress state at the bottom dead center of the press forming analysis was set to 0 only in the thickness direction stress. However, it was found that this was caused by not considering the change in stress other than the thickness direction due to the change.
The present invention has been made based on such knowledge, and specifically has the following configuration.
（１）本発明に係るプレス成形シミュレーション解析方法は、有限要素法に基づいたシミュレーション解析であって、板厚方向応力を考慮したシェル要素によるプレス成形解析に引き続き、スプリングバック解析を実施する際に、シェル要素の節点は固定した上で板厚方向応力を変化させてその値を０にするとともに、その変化に伴う板厚方向以外の応力の変化量を求め、この求めた応力の変化量で、下死点での応力状態を補正し、この応力状態をもとにスプリングバック解析を行うことを特徴とする。 (1) A press forming simulation analysis method according to the present invention is a simulation analysis based on a finite element method, and when performing a springback analysis following a press forming analysis by a shell element considering a plate thickness direction stress. After fixing the node of the shell element, the stress in the thickness direction is changed to zero, and the change in stress in the thickness direction other than the thickness direction due to the change is obtained. The stress state at the bottom dead center is corrected, and the springback analysis is performed based on the stress state.
（２）本発明に係るプレス成形シミュレーション解析装置は、成形対象物に対してプレス成形解析を行い、離型前の形状の応力状態やひずみなどを計算するプレス成形解析演算処理部と、
前記プレス成形解析演算処理部の結果をもとに、離型前の形状の応力状態のうち、板厚方向応力を０にするとともに面内応力の変化量を計算し、この計算結果をもとに離型前の応力状態を補正する板厚方向応力解放演算処理部と、
前記板厚方向応力解放演算処理部の結果をもとに、スプリングバック解析を行い、離型後の形状の応力状態やひずみなどを計算するスプリングバック解析演算処理部と、
前記スプリングバック解析演算処理部の結果をもとに、離型後の形状の応力状態などを表示装置に表示する表示処理部とを備えたことを特徴とする。
(2) A press molding simulation analysis apparatus according to the present invention performs press molding analysis on a molding object, and calculates a press molding analysis calculation processing unit that calculates a stress state and strain of a shape before mold release,
Based on the result of the press forming analysis processing unit, among the stress states of the shape before release, the stress in the plate thickness direction is set to 0 and the amount of change in the in-plane stress is calculated. In the thickness direction stress release calculation processing unit for correcting the stress state before mold release,
Based on the results of the plate thickness direction stress release calculation processing unit, a springback analysis is performed, and a springback analysis calculation processing unit that calculates the stress state and strain of the shape after mold release,
And a display processing unit for displaying a stress state of the shape after mold release on a display device based on the result of the springback analysis calculation processing unit.
本発明に係るプレス成形シミュレーション解析方法によれば、計算精度の高いプレス成形シミュレーション解析を行うことができる。 According to the press molding simulation analysis method according to the present invention, press molding simulation analysis with high calculation accuracy can be performed.
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔プレス成形シミュレーション解析装置〕
まず、図１に示すブロック図に基づき、プレス成形におけるプレス成形シミュレーション解析装置１（以下、単に「プレス成形シミュレーション解析装置１」という）の構成について説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Press molding simulation analyzer]
First, the configuration of a press molding simulation analysis apparatus 1 in press molding (hereinafter simply referred to as “press molding simulation analysis apparatus 1”) will be described based on the block diagram shown in FIG.
本実施の形態に係るプレス成形シミュレーション解析装置１は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）によって構成され、表示装置３と入力装置５と主記憶装置７と補助記憶装置９および演算処理部１１とを有している。
また、演算処理部１１には、表示装置３と入力装置５と主記憶装置７および補助記憶装置９が接続され、演算処理部１１の指令によって各機能を行う。
A press molding simulation analyzing apparatus 1 according to the present embodiment is configured by a PC (personal computer), and includes a display device 3, an input device 5, a main storage device 7, an auxiliary storage device 9, and an arithmetic processing unit 11. Yes.
The arithmetic processing unit 11 is connected to the display device 3, the input device 5, the main storage device 7, and the auxiliary storage device 9, and performs each function according to commands from the arithmetic processing unit 11.
＜表示装置＞
表示装置３は計算結果の表示等に用いられ、液晶モニター等で構成される。
<Display device>
The display device 3 is used for displaying calculation results, and is composed of a liquid crystal monitor or the like.
＜入力装置＞
入力装置５は構造体モデルファイルの表示指示、オペレータの条件入力等に用いられ、キーボードやマウス等で構成される。
<Input device>
The input device 5 is used for a structure model file display instruction, operator condition input, and the like, and includes a keyboard and a mouse.
＜主記憶装置＞
主記憶装置７は、演算処理部１１で使用するデータの一時保存や演算等に用いられ、ＲＡＭ等で構成される。
<Main memory>
The main storage device 7 is used for temporary storage and calculation of data used in the arithmetic processing unit 11, and is constituted by a RAM or the like.
＜補助記憶装置＞
補助記憶装置９は、ファイルの記憶等に用いられ、ハードディスク等で構成される。補助記憶装置９内には、少なくとも、成形対象物情報ファイル１３等の各種の情報が格納される。
<Auxiliary storage device>
The auxiliary storage device 9 is used for storing files and the like, and is composed of a hard disk or the like. The auxiliary storage device 9 stores at least various types of information such as the molding object information file 13.
＜演算処理装置＞
演算処理部１１はＰＣのＣＰＵによって構成され、以下に説明する各処理部はＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。
演算処理部１１内には、プレス成形解析演算処理部１５と、板厚方向応力解放演算処理部１７と、スプリングバック解析演算処理部１９と、表示処理部２１とを有する。
以下、演算処理部１１内の各処理部についてさらに詳細に説明する。
<Arithmetic processing device>
The arithmetic processing unit 11 is configured by a CPU of a PC, and each processing unit described below is realized by the CPU executing a predetermined program.
The calculation processing unit 11 includes a press forming analysis calculation processing unit 15, a plate thickness direction stress release calculation processing unit 17, a springback analysis calculation processing unit 19, and a display processing unit 21.
Hereinafter, each processing unit in the arithmetic processing unit 11 will be described in more detail.
プレス成形解析演算処理部１５は、オペレータから成形対象物情報ファイル１３の指定を受け付ける成形対象物情報ファイル１３選択画面と、プレス成形解析条件を受け付けるプレス成形解析条件受付画面を有する。また、プレス成形解析演算処理部１５は、オペレータから指定された成形対象物情報ファイル１３から読み込んだ成形対象物情報と、オペレータから入力されたプレス成形解析条件をもとに、プレス成形解析を行い、演算結果をプレス成形解析データとして主記憶装置７に記憶させる。 The press molding analysis calculation processing unit 15 includes a molding object information file 13 selection screen that receives designation of the molding object information file 13 from an operator, and a press molding analysis condition reception screen that receives press molding analysis conditions. The press molding analysis processing unit 15 performs press molding analysis based on the molding target information read from the molding target information file 13 specified by the operator and the press molding analysis conditions input by the operator. The calculation result is stored in the main storage device 7 as press molding analysis data.
板厚方向応力解放演算処理部１７は、プレス成形解析データを主記憶装置７から読み出し、板厚方向応力解放演算処理を行い、演算結果を板厚方向応力解放補正データとして、主記憶装置７に記憶させる。 The plate thickness direction stress release calculation processing unit 17 reads the press forming analysis data from the main storage device 7, performs plate thickness direction stress release calculation processing, and stores the calculation result as plate thickness direction stress release correction data in the main storage device 7. Remember.
以下、板厚方向応力解放演算処理についてさらに詳細に説明する。
本発明では、スプリングバック解析を行う前に、板厚方向応力解放演算処理において、板厚方向応力を０にするとともに、板厚方向のひずみを変化させ、その変化に伴う板厚方向以外の応力の変化量を求め、その求めた応力の変化量と、板厚方向のひずみの変化量で下死点における応力状態を補正する板厚方向応力解放演算処理を本演算処理部において行う。
Hereinafter, the plate thickness direction stress release calculation process will be described in more detail.
In the present invention, before performing the springback analysis, in the plate thickness direction stress release calculation process, the plate thickness direction stress is set to 0 and the strain in the plate thickness direction is changed. This calculation processing unit performs a plate thickness direction stress release calculation process for correcting the stress state at the bottom dead center with the calculated change amount of stress and the change amount of strain in the plate thickness direction.
具体的には、シェル要素の節点を並進・回転ともに固定し、下死点状態のＺ方向応力を変化させてその値を０にするとともに、板厚方向のひずみを変化させ、その変化に伴うＺ方向以外の応力の変化量を求め、この求めた応力の変化量で下死点での応力状態を補正するものである。ここで、Ｘ方向、Ｙ方向は面内方向であり、Ｚ方向は板厚方向である。 Specifically, the node of the shell element is fixed in both translation and rotation, and the Z direction stress in the bottom dead center state is changed to zero, and the strain in the plate thickness direction is changed. The amount of change in stress in the direction other than the Z direction is obtained, and the stress state at the bottom dead center is corrected with the obtained amount of change in stress. Here, the X direction and the Y direction are in-plane directions, and the Z direction is a plate thickness direction.
以下、Ｚ方向以外の応力の変化量を求める方法を説明する。まず、Ｚ方向以外の応力の変化量を求めるために、弾性体の応力−ひずみ関係について計算する。
ここで、３次元弾性体の一般的な応力−ひずみ関係は、下記の式（１）に示す通りである。
Hereinafter, a method for obtaining the amount of change in the stress other than in the Z direction will be described. First, in order to obtain the amount of change in stress other than in the Z direction, the stress-strain relationship of the elastic body is calculated.
Here, the general stress-strain relationship of the three-dimensional elastic body is as shown in the following formula (1).
式（１）におけるεはひずみ、γはせん断ひずみ、σは応力、Ｅは縦弾性係数、νはポアソン比であり、添え字の１はＸ方向、２はＹ方向、３はＺ方向を表す。 In equation (1), ε is strain, γ is shear strain, σ is stress, E is longitudinal elastic modulus, ν is Poisson's ratio, subscript 1 is X direction, 2 is Y direction, and 3 is Z direction. .
本発明においては、Ｚ方向の応力の解放前後における、ひずみと応力の変化量について求めることから、式（１）のひずみεと応力σに差分を表すΔをつけて表現すると下記に示す式（２）のようになる。 In the present invention, since the strain and the amount of change in stress before and after the release of the stress in the Z direction are obtained, the following equation (1) can be expressed by adding Δ representing the difference between the strain ε and the stress σ. 2).
Ｚ方向以外の応力の変化量は、弾性変形を仮定して、Ｚ方向の応力σ33を絶対値が等しく向きが反対の応力を代入して０にリセットし、かつＺ方向のひずみε33のみを変化させて求める。
つまり、式（２）に対して、Ｚ方向のひずみε33のみを変化させ、ε33以外は一定とすることから、Δε11＝Δε22＝Δγ23＝Δγ31＝Δγ12＝０とし、またＺ方向の応力の変化量は、下死点で作用している応力σ33を解放して０にするために、Δσ33＝−σ33を代入すれば下記の式（３）となる。
Assuming elastic deformation, the amount of change in stress in the direction other than the Z direction is reset to 0 by substituting the stress σ 33 in the Z direction with a stress having the same absolute value and opposite direction, and only the strain ε 33 in the Z direction. Change to find.
That is, with respect to Equation (2), only the strain ε 33 in the Z direction is changed and other than ε 33 is constant, so that Δε 11 = Δε 22 = Δγ 23 = Δγ 31 = Δγ 12 = 0, variation in the Z-direction stress, in order to 0 to release the stress sigma 33 acting at the bottom dead center, the equation (3) below by substituting Δσ 33 = -σ 33.
式（３）をΔσ11、Δσ22、Δσ23、Δσ31、Δσ12、Δε33について解くと、式（４）〜（６）のようになる。 Solving equation (3) for Δσ 11 , Δσ 22 , Δσ 23 , Δσ 31 , Δσ 12 , Δε 33 , equations (4) to (6) are obtained.
式（４）および式（５）は、Ｚ方向の応力を０にリセットすべくＺ方向のひずみのみを変化させた場合のＺ方向以外の応力の変化量である。式（６）は、Ｚ方向のひずみの変化量である。 Expressions (4) and (5) are the amount of change in stress in the direction other than the Z direction when only the strain in the Z direction is changed to reset the stress in the Z direction to zero. Equation (6) is the amount of change in strain in the Z direction.
上記のように、プレス成形解析データのある点において、σ33を０にリセットするのに伴い、下死点の応力状態σ11およびσ22を式（４）のΔσ11およびΔσ22で補正し、スプリングバック解析を行うことにより、スプリングバック解析を正確に行うことができる。
ちなみに、Δσ23、Δσ31、Δσ12の値は０なのでσ23、σ31、σ12に対して補正は不要である。
As described above, the stress state σ 11 and σ 22 at the bottom dead center are corrected by Δσ 11 and Δσ 22 in the equation (4) as σ 33 is reset to 0 at a certain point in the press forming analysis data. By performing the springback analysis, the springback analysis can be accurately performed.
Incidentally, since the values of Δσ 23 , Δσ 31 and Δσ 12 are 0, no correction is required for σ 23 , σ 31 and σ 12 .
スプリングバック解析演算処理部１９は、上記のようにして求められた板厚方向応力解放補正データを主記憶装置７から読み出し、読み出した板厚方向応力解放補正データをもとにスプリングバック解析を行い、その結果をスプリングバック解析演算結果データとして主記憶装置７に記憶させる。 The springback analysis calculation processing unit 19 reads out the plate thickness direction stress release correction data obtained as described above from the main storage device 7 and performs spring back analysis based on the read plate thickness direction stress release correction data. The result is stored in the main storage device 7 as springback analysis calculation result data.
表示処理部２１は、主記憶装置７からスプリングバック解析結果データを読み出し、読み出したスプリングバック解析結果データをもとに、表示装置３を用いて、プレス成形シミュレーション解析結果を表示する。 The display processing unit 21 reads the springback analysis result data from the main storage device 7 and displays the press molding simulation analysis result using the display device 3 based on the read springback analysis result data.
〔プレス成形シミュレーション解析方法〕
次に、図２に示すフローチャートに基づいてプレス成形シミュレーション解析方法の処理の流れを、図３に示す矩形状の板をゆるく山なりに折り曲げた形状の成形対象物３１についてプレス成形シミュレーション解析をする場合を例に挙げて説明する。なお、必要な図は適宜参照する。
[Press molding simulation analysis method]
Next, based on the flowchart shown in the flowchart of FIG. 2, the press molding simulation analysis is performed on the molding object 31 having a shape in which the rectangular plate shown in FIG. A case will be described as an example. Note that necessary drawings are referred to as appropriate.
まず、オペレータは入力装置５を用いて、成形対象物情報ファイル選択画面を介して、プレス成形解析演算処理部１５に対し、成形対象物情報ファイル１３を指示する。プレス成形解析演算処理部１５は、オペレータから指示された成形対象物情報ファイル１３から成形対象物情報を読み込む。また、オペレータは入力装置５を用いて、プレス成形解析条件受付画面を介して、プレス成形解析演算処理部１５に対し、プレス成形解析条件を入力する。プレス成形解析条件としては、例えば、後述する実施例に示すように、図３の成形対象物３１の決め押し領域３３に対し、３００tonfの決め押し荷重をかけるというようなものである。
プレス成形解析演算処理部１５は、成形対象物情報とプレス成形解析条件をもとに、プレス成形解析を行い、プレス成形解析データ[データＤ１]を算出し、主記憶装置７に記憶させる（ステップＳ１）。
First, the operator uses the input device 5 to instruct the molding object information file 13 to the press molding analysis calculation processing unit 15 via the molding object information file selection screen. The press molding analysis calculation processing unit 15 reads the molding target information from the molding target information file 13 instructed by the operator. Further, the operator uses the input device 5 to input press molding analysis conditions to the press molding analysis calculation processing unit 15 via the press molding analysis condition reception screen. As the press forming analysis condition, for example, as shown in an example described later, a determined pushing load of 300 tons is applied to the determined pushing region 33 of the forming object 31 in FIG.
The press molding analysis processing unit 15 performs press molding analysis based on the molding object information and the press molding analysis conditions, calculates press molding analysis data [data D1], and stores it in the main storage device 7 (step S1). S1).
次に、板厚方向応力解放演算処理部１７は、プレス成形解析データ[データＤ１]を主記憶装置７から読み出し、前述したような板厚方向応力解放演算処理を行い、演算結果を板厚方向応力解放補正データ[データＤ２]として、主記憶装置７に記憶させる（ステップＳ２）。 Next, the plate thickness direction stress release calculation processing unit 17 reads the press forming analysis data [data D1] from the main storage device 7, performs the plate thickness direction stress release calculation processing as described above, and outputs the calculation result in the plate thickness direction. The data is stored in the main memory 7 as stress release correction data [data D2] (step S2).
次に、スプリングバック解析演算処理部１９は、プレス成形解析データ[データＤ１]と板厚方向応力解放補正データ[データＤ２]を主記憶装置７から読み出し、プレス成形解析データ[データＤ１]を板厚方向応力解放補正データ[データＤ２]で補正し、その結果に対してスプリングバック解析を行い、演算結果をスプリングバック解析演算結果データ[データＤ３]として、主記憶装置７に記憶させる（ステップＳ３）。 Next, the springback analysis calculation processing unit 19 reads the press forming analysis data [data D1] and the plate thickness direction stress release correction data [data D2] from the main storage device 7, and presses the press forming analysis data [data D1]. The thickness direction stress release correction data [data D2] is corrected, the result is subjected to springback analysis, and the calculation result is stored in the main storage device 7 as springback analysis calculation result data [data D3] (step S3). ).
次に、表示処理部２１は、スプリングバック解析演算結果データ[データＤ３]を主記憶装置７から読み出し、表示装置３を用いてスプリングバック解析演算結果を表示する（ステップＳ４）。 Next, the display processing unit 21 reads the springback analysis calculation result data [data D3] from the main storage device 7 and displays the springback analysis calculation result using the display device 3 (step S4).
本発明の効果を確認するシミュレーションを行ったので、これについて説明する。
本実施例におけるプレス成形シミュレーション解析は、成形対象物３１の決め押し領域３３に対し、３００tonfの決め押し荷重をかけるような成形条件によってプレス成形解析を行い、離型前の形状を求める（図４（ｂ）参照）。さらに、プレス成形金型離型後の形状をスプリングバック解析を行って求める（図４（ｃ）参照）。このような単純な形状である成形対象物３１の場合にはスプリングバック後の形状が想定できるので、このような成形対象物３１について、市販ソフトを用いてプレス成形シミュレーション解析行った場合と、本発明を適用したプレス成形シミュレーション解析を行った場合と、いずれが想定される形状を再現しているかを比較する。市販ソフトの場合、決め押し荷重をかけるプレス成形解析の後、スプリングバック解析を行うにあたり、板厚方向応力を単に０にしたのみである。
Since the simulation for confirming the effect of the present invention was performed, this will be described.
In the press molding simulation analysis in the present embodiment, the press molding analysis is performed under molding conditions such that a determined pressing load of 300 tons is applied to the determined pressing region 33 of the molding target 31, and the shape before mold release is obtained (FIG. 4). (See (b)). Further, the shape after releasing the press mold is determined by performing a springback analysis (see FIG. 4C). In the case of the molding object 31 having such a simple shape, the shape after the springback can be assumed. Therefore, when such a molding object 31 is subjected to press molding simulation analysis using commercially available software, The case where the press molding simulation analysis to which the invention is applied is performed and which one is reproducing the assumed shape will be compared. In the case of commercially available software, the stress in the plate thickness direction is simply set to zero in performing the springback analysis after the press forming analysis in which the determined pushing load is applied.
プレス成形シミュレーション解析を行った結果について図５を用いて説明する。図５は、各プレス成形シミュレーション解析におけるスプリングバック解析結果について、成形対象物の中心を基準として、スプリングバック量をコンター表示で示した図である。図５（ａ）は市販ソフトを用いてプレス成形シミュレーション解析を行った結果であり、図５（ｂ）は本発明を適用してプレス成形シミュレーション解析を行った結果である。 The result of the press molding simulation analysis will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the springback amount in the contour display with respect to the result of the springback analysis in each press forming simulation analysis, with the center of the forming object as a reference. FIG. 5A shows the result of press molding simulation analysis using commercially available software, and FIG. 5B shows the result of press molding simulation analysis using the present invention.
〔比較例〕
まず、比較例として市販ソフトを用いて前記プレス成形シミュレーション解析を行った結果について考察する。比較例で行ったスプリングバック解析の結果は、図５（ａ）に示すように、スプリングバック量は成形対象物３１の中心点から複数の楕円を描くように分布している。これは、成形対象物３１がスプリングバックによって、成形対象物３１の中心点に対して四隅が最も下がり、中心に向かって楕円状に盛り上がっていることを示している。しかしながら、実際に成形対象物３１の決め押し領域３３に決め押し荷重をかけるような、単純なプレス成形を行えば、離型後、成形対象物３１は幅方向に均一にスプリングバック変形することから、比較例のプレス成形シミュレーション解析の結果は、明らかに間違った結果となっている。
[Comparative Example]
First, the results of the press molding simulation analysis using commercially available software will be considered as a comparative example. As a result of the springback analysis performed in the comparative example, the amount of springback is distributed so as to draw a plurality of ellipses from the center point of the molding object 31, as shown in FIG. This indicates that the molding object 31 is spring-backed so that the four corners are the lowest with respect to the center point of the molding object 31 and rise up in an elliptical shape toward the center. However, if simple press molding is performed in which a determined pressing load is applied to the determined pressing region 33 of the molding target 31, the molding target 31 is uniformly spring-back deformed in the width direction after release. The result of the press molding simulation analysis of the comparative example is clearly wrong.
〔実施例〕
これに対して、本発明を適用して前記プレス成形シミュレーション解析を行った結果であるスプリングバック量をコンター表示した図５（ｂ）をみると、全体的に幅方向に均一にスプリングバックが発生しており、実際のプレス成形に近い結果が出ており、前記比較例より明らかに計算精度が向上したことがわかる。
〔Example〕
On the other hand, when looking at FIG. 5 (b) which contour-displays the amount of spring back, which is the result of the press molding simulation analysis using the present invention, the spring back is generated uniformly in the width direction as a whole. The results are close to those of actual press forming, and it can be seen that the calculation accuracy is clearly improved from the comparative example.
また、本実施の形態で行ったプレス成形シミュレーション解析では、板厚を考慮せずにプレス成形シミュレーション解析を行った場合に比べて計算時間は１割増し程度であり、３次元ソリッド要素を使用して計算した場合のように計算時間が膨大となるようなことはなかった。 Further, in the press forming simulation analysis performed in this embodiment, the calculation time is about 10% higher than that in the case where the press forming simulation analysis is performed without considering the plate thickness, and a three-dimensional solid element is used. The calculation time did not become enormous as in the case of calculation.
なお、上記実施の形態および実施例では、板厚方向応力σ33を０にする過程では弾性的な挙動が支配的であるため、弾性体の応力−ひずみ関係の式を用いたが、塑性変形を考慮して弾塑性体の応力−ひずみ関係の式を用いてもよい。 In the above embodiment and examples, since the elastic behavior is dominant in the process of setting the thickness direction stress σ 33 to 0, the stress-strain relationship formula of the elastic body is used. In consideration of the above, an equation of the stress-strain relationship of the elastic-plastic body may be used.
１ プレス成形シミュレーション解析装置
３ 表示装置
５ 入力装置
７ 主記憶装置
９ 補助記憶装置
１１ 演算処理部
１３ 成形対象物情報ファイル
１５ プレス成形解析演算処理部
１７ 板厚方向応力解放演算処理部
１９ スプリングバック解析演算処理部
２１ 表示処理部
３１ 成形対象物
３３ 決め押し領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Press molding simulation analyzer 3 Display apparatus 5 Input device 7 Main memory device 9 Auxiliary memory device 11 Calculation processing part 13 Molding object information file 15 Press molding analysis calculation processing part 17 Plate thickness direction stress release calculation processing part 19 Springback analysis Arithmetic processing part 21 Display processing part 31 Molding object 33 Final pressing area
Claims (2)
前記プレス成形解析演算処理部の結果をもとに、離型前の形状の応力状態のうち、板厚方向応力を０にするとともに面内応力の変化量を計算し、この計算結果をもとに離型前の応力状態を補正する板厚方向応力解放演算処理部と、
前記板厚方向応力解放演算処理部の結果をもとに、スプリングバック解析を行い、離型後の形状の応力状態やひずみなどを計算するスプリングバック解析演算処理部と、
前記スプリングバック解析演算処理部の結果をもとに、離型後の形状の応力状態などを表示装置に表示する表示処理部とを備えたことを特徴とするプレス成形シミュレーション解析装置。 A press molding analysis processor that performs press molding analysis on the molding object and calculates the stress state and strain of the shape before mold release,
Based on the result of the press forming analysis processing unit, among the stress states of the shape before release, the stress in the plate thickness direction is set to 0 and the amount of change in the in-plane stress is calculated. In the thickness direction stress release calculation processing unit for correcting the stress state before mold release,
Based on the results of the plate thickness direction stress release calculation processing unit, a springback analysis is performed, and a springback analysis calculation processing unit that calculates the stress state and strain of the shape after mold release,
A press molding simulation analysis apparatus comprising: a display processing unit that displays a stress state of a shape after mold release on a display device based on a result of the springback analysis calculation processing unit.
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