JP2775538B2 - 成形シミュレーション方法及び装置 - Google Patents
成形シミュレーション方法及び装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
-
- G—PHYSICS
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- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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-
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
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- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、塑性成形加工分野の成
形シミュレーション方法及びその装置に関し、特に製品
開発段階における事前予測としての素材の流動変形過程
を、数値シミュレーションする識別粒子（以下、パーテ
ィクルと呼ぶ）流れモデルによる成形シミュレーション
方法及びその装置に関する。
形シミュレーション方法及びその装置に関し、特に製品
開発段階における事前予測としての素材の流動変形過程
を、数値シミュレーションする識別粒子（以下、パーテ
ィクルと呼ぶ）流れモデルによる成形シミュレーション
方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、鍛造・圧延・押出し・射出など
の塑性成形加工分野では、適確な素材形状、金型および
工程設計がなされることにより、製品の品質向上及びコ
ストダウンが図れることは知られている。
の塑性成形加工分野では、適確な素材形状、金型および
工程設計がなされることにより、製品の品質向上及びコ
ストダウンが図れることは知られている。
【０００３】そこで、図２２、図２３及び図２４に示す
通り、従来は、通常の成形シミュレーション装置を用い
て、製品開発段階における事前予測としての素材の流動
変形過程を解析していた（平成元年度 塑性加工春季講
演会，１９８９．５．１８〜２０，「ギア素材の型鍛造
の弾塑性有限要素法解析」 後藤 学・渋谷 友次）。
簡単に言えば、図２２に示すような製品を成形するに際
して、図２３に示すような金型Ｄと素材Ｍとを想定す
る。そして、素材Ｍには図２３に示すような要素分割を
行い、分割された要素が成形過程でどのように変化する
かをシミュレートする。成形過程のシミュレーション結
果は図２４のように表示される。ここでは、図２４ｃに
おいて破線から実線で示すように要素再分割（以下、リ
メッシュと呼ぶ。）が行われている。
通り、従来は、通常の成形シミュレーション装置を用い
て、製品開発段階における事前予測としての素材の流動
変形過程を解析していた（平成元年度 塑性加工春季講
演会，１９８９．５．１８〜２０，「ギア素材の型鍛造
の弾塑性有限要素法解析」 後藤 学・渋谷 友次）。
簡単に言えば、図２２に示すような製品を成形するに際
して、図２３に示すような金型Ｄと素材Ｍとを想定す
る。そして、素材Ｍには図２３に示すような要素分割を
行い、分割された要素が成形過程でどのように変化する
かをシミュレートする。成形過程のシミュレーション結
果は図２４のように表示される。ここでは、図２４ｃに
おいて破線から実線で示すように要素再分割（以下、リ
メッシュと呼ぶ。）が行われている。
【０００４】具体的には、この従来法は、有限要素法プ
ログラムをベースとし、図２１に示すように、これに所
定の境界条件及びリメッシュに基づく処理ができるよう
に必要操作を加えて、基本的な成形過程の解析を行うも
のであった。
ログラムをベースとし、図２１に示すように、これに所
定の境界条件及びリメッシュに基づく処理ができるよう
に必要操作を加えて、基本的な成形過程の解析を行うも
のであった。
【０００５】換言すれば、有限要素法による成形シミュ
レーションプログラムをベースとした従来の解析手法
は、素材のみ、或いは素材と金型とを有限要素でモデル
化し、このモデル化した有限要素自体の変形を追跡する
ことで、素材の流動変形過程を数値シミュレーションし
ていた。
レーションプログラムをベースとした従来の解析手法
は、素材のみ、或いは素材と金型とを有限要素でモデル
化し、このモデル化した有限要素自体の変形を追跡する
ことで、素材の流動変形過程を数値シミュレーションし
ていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
解析手法においては、図１９に示す通り金型と素材との
接触評価が必要であり、演算エラーの原因となってい
た。
解析手法においては、図１９に示す通り金型と素材との
接触評価が必要であり、演算エラーの原因となってい
た。
【０００７】さらに、従来の解析手法においては、有限
要素自身を変形させることから、変形が進につれて、図
２０に示すように要素がいびつになり、それ以上の計算
が不可能となる。この大変形に対処するためのリメッシ
ュは、ユーザにとって極めて煩わしい作業となる欠点が
あった。
要素自身を変形させることから、変形が進につれて、図
２０に示すように要素がいびつになり、それ以上の計算
が不可能となる。この大変形に対処するためのリメッシ
ュは、ユーザにとって極めて煩わしい作業となる欠点が
あった。
【０００８】そこで、本発明の技術的課題は、上記欠点
に鑑み、有限要素法を基本として、金型と素材との接触
評価及びリメッシュを必要としない、パーティクル流れ
モデルによる成形シミュレーション方法及びその装置を
提供することである。
に鑑み、有限要素法を基本として、金型と素材との接触
評価及びリメッシュを必要としない、パーティクル流れ
モデルによる成形シミュレーション方法及びその装置を
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
金型間に素材を挟んだ状態を示す解析空間を規定して、
前記金型の移動による前記素材の流動変形過程を、有限
要素法により数値シミュレートする成形シミュレーショ
ン方法において、前記解析空間の領域を完全固定とし、
前記解析空間の領域を前記素材が占める第１の解析領域
とこの第１の解析領域以外の第２の解析領域とに分け、
前記第１の解析領域と前記第２の解析領域とを解析対象
として有限要素でモデル化して、モデル化された解析対
象上の全域に複数の分割節点を設定すると共に、前記第
１の解析領域には、前記素材形状を規定する複数の識別
粒子を分散して設定し、前記解析空間内で前記金型を移
動させると共に、前記解析対象の各部の物理量に基づい
て、前記金型の移動に伴なう解析領域全体のエネルギー
消散率が最小となる前記第１の解析領域内における前記
分割節点の速度及び前記第２の解析領域内における前記
分割節点の速度をそれぞれ算出し、算出された前記分割
節点の速度に基づいて前記各識別粒子を前記解析空間内
で移動させ、前記識別粒子を移動させた後における前記
解析対象の各部の物理量を変化させることを特徴とする
成形シミュレーション方法が得られる。
金型間に素材を挟んだ状態を示す解析空間を規定して、
前記金型の移動による前記素材の流動変形過程を、有限
要素法により数値シミュレートする成形シミュレーショ
ン方法において、前記解析空間の領域を完全固定とし、
前記解析空間の領域を前記素材が占める第１の解析領域
とこの第１の解析領域以外の第２の解析領域とに分け、
前記第１の解析領域と前記第２の解析領域とを解析対象
として有限要素でモデル化して、モデル化された解析対
象上の全域に複数の分割節点を設定すると共に、前記第
１の解析領域には、前記素材形状を規定する複数の識別
粒子を分散して設定し、前記解析空間内で前記金型を移
動させると共に、前記解析対象の各部の物理量に基づい
て、前記金型の移動に伴なう解析領域全体のエネルギー
消散率が最小となる前記第１の解析領域内における前記
分割節点の速度及び前記第２の解析領域内における前記
分割節点の速度をそれぞれ算出し、算出された前記分割
節点の速度に基づいて前記各識別粒子を前記解析空間内
で移動させ、前記識別粒子を移動させた後における前記
解析対象の各部の物理量を変化させることを特徴とする
成形シミュレーション方法が得られる。
【００１０】
【００１１】本発明によればまた、複数の金型間に素材
を挟んだ状態を示す解析空間を規定して、前記金型の移
動による前記素材の流動変形過程を、有限要素法により
数値シミュレートする成形シミュレーション装置におい
て、前記解析空間の領域を完全固定とし、前記解析空間
の領域を前記素材が占める第１の解析領域とこの第１の
解析領域以外の第２の解析領域とに分け、前記第１の解
析領域と前記第２の解析領域とを解析対象として有限要
素でモデル化して、モデル化された解析対象上の全域に
複数の分割節点を設定すると共に、前記第１の解析領域
には、前記素材形状を規定する複数の識別粒子を分散し
て設定する演算モデル構成部と、前記金型と前記素材と
に基づいて、予め規定される境界条件及び前記解析対象
の各部の物理量に従って、前記解析空間全体におけるエ
ネルギー消散率が最小となるように、前記第１の解析領
域における前記分割節点の節点速度と、前記第２の解析
領域における前記分割節点の節点速度とを、前記解析空
間内の速度場として算出する速度場算出部と、前記速度
場に基づいて、前記複数の識別粒子の移動速度を算出す
る識別粒子移動速度算出部と、該識別粒子移動速度算出
部より算出された移動速度に基づいて、移動後における
前記複数の識別粒子の位置情報を算出する移動位置算出
部と、前記速度場に基づいて、前記解析対象の各部の物
理量を算出する物理量算出部とを有することを特徴とす
る成形シミュレーション装置が得られる。
を挟んだ状態を示す解析空間を規定して、前記金型の移
動による前記素材の流動変形過程を、有限要素法により
数値シミュレートする成形シミュレーション装置におい
て、前記解析空間の領域を完全固定とし、前記解析空間
の領域を前記素材が占める第１の解析領域とこの第１の
解析領域以外の第２の解析領域とに分け、前記第１の解
析領域と前記第２の解析領域とを解析対象として有限要
素でモデル化して、モデル化された解析対象上の全域に
複数の分割節点を設定すると共に、前記第１の解析領域
には、前記素材形状を規定する複数の識別粒子を分散し
て設定する演算モデル構成部と、前記金型と前記素材と
に基づいて、予め規定される境界条件及び前記解析対象
の各部の物理量に従って、前記解析空間全体におけるエ
ネルギー消散率が最小となるように、前記第１の解析領
域における前記分割節点の節点速度と、前記第２の解析
領域における前記分割節点の節点速度とを、前記解析空
間内の速度場として算出する速度場算出部と、前記速度
場に基づいて、前記複数の識別粒子の移動速度を算出す
る識別粒子移動速度算出部と、該識別粒子移動速度算出
部より算出された移動速度に基づいて、移動後における
前記複数の識別粒子の位置情報を算出する移動位置算出
部と、前記速度場に基づいて、前記解析対象の各部の物
理量を算出する物理量算出部とを有することを特徴とす
る成形シミュレーション装置が得られる。
【００１２】
【作用】すなわち、本発明は、図３に示すように、成形
素材のみでなく、素材が存在しない領域も解析対象と
し、固定した分割要素上をパーティクルが移動すること
により、素材の変形挙動を表現できるようにしている。
素材のみでなく、素材が存在しない領域も解析対象と
し、固定した分割要素上をパーティクルが移動すること
により、素材の変形挙動を表現できるようにしている。
【００１３】従来のシミュレーション装置における演算
部は、素材の変形量を逐次要素自身の変形として算出す
るのに対し、本発明のシミュレーション装置における演
算部は、素材をパーティクルで表し、第１の解析領域内
に分布したパーティクルを全解析領域で移動させること
により素材の変形挙動を表現するものである。
部は、素材の変形量を逐次要素自身の変形として算出す
るのに対し、本発明のシミュレーション装置における演
算部は、素材をパーティクルで表し、第１の解析領域内
に分布したパーティクルを全解析領域で移動させること
により素材の変形挙動を表現するものである。
【００１４】換言すれば、本発明は、パーティクルを解
析領域内で移動させ、素材が存在していた第１の解析領
域から素材が存在していなかった第２の解析領域へ移動
した場合、移動した領域における材料定数が変化すると
いう記述形式を採るものであると言える。
析領域内で移動させ、素材が存在していた第１の解析領
域から素材が存在していなかった第２の解析領域へ移動
した場合、移動した領域における材料定数が変化すると
いう記述形式を採るものであると言える。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１において、１はデータ入力部であり、金型及
び素材に関する種々のデータが入力され、後述する演算
処理部により金型が所定量移動した場合の素材の流動変
形過程を有限要素法により数値シミュレートして、出力
部３に出力する。
する。図１において、１はデータ入力部であり、金型及
び素材に関する種々のデータが入力され、後述する演算
処理部により金型が所定量移動した場合の素材の流動変
形過程を有限要素法により数値シミュレートして、出力
部３に出力する。
【００１６】次に、図２をも参照して、図１に示された
構成要素の作動内容を説明する。
構成要素の作動内容を説明する。
【００１７】演算処理部は、演算モデル構成部７、速度
場算出部８、パーティクル移動速度算出部９、物理量算
出部１０、パーティクル移動位置算出部１１、及び解析
領域の材料定数、物理量の変更部１２とから構成され、
ＣＰＵで実現される。
場算出部８、パーティクル移動速度算出部９、物理量算
出部１０、パーティクル移動位置算出部１１、及び解析
領域の材料定数、物理量の変更部１２とから構成され、
ＣＰＵで実現される。
【００１８】演算モデル構成部７は、入力データに基づ
いて、解析空間を画定する金型４と、この解析空間に配
される素材５とを含む全解析領域を規定すると共に、解
析空間には、素材５が占める第１の解析領域Ａと、素材
５が存在しない第２の解析領域Ｂとが定義され、これら
第１、第２の解析領域ＡとＢとの両方の領域を解析対象
とする。
いて、解析空間を画定する金型４と、この解析空間に配
される素材５とを含む全解析領域を規定すると共に、解
析空間には、素材５が占める第１の解析領域Ａと、素材
５が存在しない第２の解析領域Ｂとが定義され、これら
第１、第２の解析領域ＡとＢとの両方の領域を解析対象
とする。
【００１９】さらに、演算モデル構成部７は、解析対象
を固定もしくは準固定した複数の分割要素とし、第１の
解析領域Ａに、素材５内の位置情報を規定するパーティ
クル６を分散して設定して有限要素でモデル化して、演
算モデルとする。
を固定もしくは準固定した複数の分割要素とし、第１の
解析領域Ａに、素材５内の位置情報を規定するパーティ
クル６を分散して設定して有限要素でモデル化して、演
算モデルとする。
【００２０】第１の解析領域Ａのエネルギー消散率をΦ
ａ、第２の解析領域Ｂのエネルギー消散率をΦｂとする
と、全解析領域におけるエネルギー消散率Φは、下記の
数式１で表される。
ａ、第２の解析領域Ｂのエネルギー消散率をΦｂとする
と、全解析領域におけるエネルギー消散率Φは、下記の
数式１で表される。
【００２１】第１の解析領域Ａのエネルギー消散率Φａ
は、素材の塑性変形によるエネルギー消散率Φv と、素
材の表面と金型４の面との摩擦仕事によるエネルギー消
散率ΦS とからなり、動的に可容速度場から得られるエ
ネルギー消散率が最小のとき正解と一致する。
は、素材の塑性変形によるエネルギー消散率Φv と、素
材の表面と金型４の面との摩擦仕事によるエネルギー消
散率ΦS とからなり、動的に可容速度場から得られるエ
ネルギー消散率が最小のとき正解と一致する。
【００２２】
【数１】
【００２３】ここで、数式１をさらに具体的に表せば、
次の数式２で表すことができる。
次の数式２で表すことができる。
【００２４】
【数２】
【００２５】なお、実際の計算では第２の解析領域Ｂの
エネルギー消散率Φｂには、Φｂ≦Φａとなる極小の有
限値を与える。また、相当応力として、わずかに素材の
圧縮性を考慮し、体積歪み速度を導入することにより、
ひずみ速度から応力が算出可能となる。
エネルギー消散率Φｂには、Φｂ≦Φａとなる極小の有
限値を与える。また、相当応力として、わずかに素材の
圧縮性を考慮し、体積歪み速度を導入することにより、
ひずみ速度から応力が算出可能となる。
【００２６】次に、演算処理部の具体的な作動内容を、
図４及び図５のフローチャートをも参照して説明する。
図４及び図５のフローチャートをも参照して説明する。
【００２７】演算処理部は、パーティクルを複数の分割
要素上を移動させることによる複数の分割要素の物理量
の変化に基づいて、有限要素法により素材の流動変形過
程を数値シミュレートするものである。
要素上を移動させることによる複数の分割要素の物理量
の変化に基づいて、有限要素法により素材の流動変形過
程を数値シミュレートするものである。
【００２８】速度場算出部８は、有限要素によるモデル
化を行う。すなわち、金型と素材とに基づいて、ある境
界条件の下で、解析領域全体におけるエネルギー消散率
Φが最小となるように、パーティクルが存在する第１の
解析領域Ａにおける分割要素の節点速度ｕa と、パーテ
ィクルが存在しない第２の解析領域Ｂにおける分割要素
の節点速度ｕb とを、解析領域内の速度場として算出す
るものである（フロ−１００）。
化を行う。すなわち、金型と素材とに基づいて、ある境
界条件の下で、解析領域全体におけるエネルギー消散率
Φが最小となるように、パーティクルが存在する第１の
解析領域Ａにおける分割要素の節点速度ｕa と、パーテ
ィクルが存在しない第２の解析領域Ｂにおける分割要素
の節点速度ｕb とを、解析領域内の速度場として算出す
るものである（フロ−１００）。
【００２９】すなわち、下記の数式３に示すように、解
析領域全体におけるエネルギー消散率Φは、それら節点
速度の関数として表せる。
析領域全体におけるエネルギー消散率Φは、それら節点
速度の関数として表せる。
【００３０】
【数３】
【００３１】ここで、節点数ｍ，ｎは解析中、パーティ
クルの移動にともない逐次変化することになる。
クルの移動にともない逐次変化することになる。
【００３２】パーティクル移動速度算出部９は、パーテ
ィクルの移動速度を、内挿関数Ｎｊを用いて、次の数式
４で求めるものである（フロー１１０）。
ィクルの移動速度を、内挿関数Ｎｊを用いて、次の数式
４で求めるものである（フロー１１０）。
【００３３】
【数４】
【００３４】内挿関数Ｎｊは、分割要素ｉの各節点の座
標｛Ｘｉ｝とパーティクルの座標｛Ｘｐ｝を用いる下記
の数式５より求められる。この数式５は、二次の多項式
となるため、実際には、内挿関数Ｎｊはニュートンラプ
ソン法により求められる。
標｛Ｘｉ｝とパーティクルの座標｛Ｘｐ｝を用いる下記
の数式５より求められる。この数式５は、二次の多項式
となるため、実際には、内挿関数Ｎｊはニュートンラプ
ソン法により求められる。
【００３５】
【数５】
【００３６】物理量算出部１０は、速度場算出部８によ
り得られた速度場に基づいて、分割要素の物理量を算出
する（フロー１１０）。すなわち、パーティクルは、速
度のほか、ひずみ、ひずみ速度、及び応力すべての情報
を持ち、その位置でのそれらの値は、数式４と同様に、
それぞれ、下記の数式６にて求められる。
り得られた速度場に基づいて、分割要素の物理量を算出
する（フロー１１０）。すなわち、パーティクルは、速
度のほか、ひずみ、ひずみ速度、及び応力すべての情報
を持ち、その位置でのそれらの値は、数式４と同様に、
それぞれ、下記の数式６にて求められる。
【００３７】
【数６】
【００３８】移動位置算出部１１は、パーティクル移動
速度算出部９より算出された移動速度に基づいて、移動
後におけるパーティクルの位置情報を算出する（フロー
１２０）。すなわち、移動後のパーティクルの位置座標
を、数式４で得られたパーティクルの移動速度とその時
間増分とに基づいて、次の数式７より求めるものであ
る。
速度算出部９より算出された移動速度に基づいて、移動
後におけるパーティクルの位置情報を算出する（フロー
１２０）。すなわち、移動後のパーティクルの位置座標
を、数式４で得られたパーティクルの移動速度とその時
間増分とに基づいて、次の数式７より求めるものであ
る。
【００３９】
【数７】
【００４０】解析領域の材料定数、物理量の変更部１２
は、金型４の移動方向に合わせて全解析領域を変更する
（フロー１３０）。金型移動方向のみを比例的に移動す
れば、容易に解析領域が変更される。一方、図５に示す
ように、解析領域を完全固定した場合は、フロー１３０
の操作は不要である。
は、金型４の移動方向に合わせて全解析領域を変更する
（フロー１３０）。金型移動方向のみを比例的に移動す
れば、容易に解析領域が変更される。一方、図５に示す
ように、解析領域を完全固定した場合は、フロー１３０
の操作は不要である。
【００４１】解析領域の材料定数、物理量の変更部１２
はまた、演算モデル構成部７に新たな分割要素の物理量
及びパーティクルの新座標をフィードバックして、デー
タの変更を行う（フロー１４０）。
はまた、演算モデル構成部７に新たな分割要素の物理量
及びパーティクルの新座標をフィードバックして、デー
タの変更を行う（フロー１４０）。
【００４２】以上の演算処理を繰り返すことにより、解
析が完了する。
析が完了する。
【００４３】ここで、本実施例の鍛造解析の実験例を説
明する。
明する。
【００４４】（第１の実験例）図６に示すように、直径
９０ミリ、高さ６０ミリの円柱を、形状内径１００ミリ
の金型で、４２．５ミリの据え込み中心間距離を１７．
５ミリとする場合の軸対象解析を行った。この場合の分
割要素、図７に示す。対称性を考慮し、１／２モデルと
し、全要素数を１７８１とした。パーティクル表示分が
素材に該当し、材料定数としてアルミ材相当のσ＝１５
２ε0.264 （Ｍｐａ）を用い、摩擦係数をμ＝０．２と
仮定した。
９０ミリ、高さ６０ミリの円柱を、形状内径１００ミリ
の金型で、４２．５ミリの据え込み中心間距離を１７．
５ミリとする場合の軸対象解析を行った。この場合の分
割要素、図７に示す。対称性を考慮し、１／２モデルと
し、全要素数を１７８１とした。パーティクル表示分が
素材に該当し、材料定数としてアルミ材相当のσ＝１５
２ε0.264 （Ｍｐａ）を用い、摩擦係数をμ＝０．２と
仮定した。
【００４５】図８に、解析によって得られた変形図を示
す。据え込み量が、２０ミリ，３０ミリ、４２．５ミリ
（最終）の場合について、それぞれ、パーティクル（図
ａ）と、流線（図ｂ）による表示について示している。
金型４の移動にともない、パーティクルが移動し、素材
が金型４内に充満していく状態が分かる。
す。据え込み量が、２０ミリ，３０ミリ、４２．５ミリ
（最終）の場合について、それぞれ、パーティクル（図
ａ）と、流線（図ｂ）による表示について示している。
金型４の移動にともない、パーティクルが移動し、素材
が金型４内に充満していく状態が分かる。
【００４６】（第２の実験例）次に、本発明の応用例と
して、従来、有限要素解析が不向きとされていたせん断
解析を説明する。
して、従来、有限要素解析が不向きとされていたせん断
解析を説明する。
【００４７】図９に示すように、間隙１ミリの上下の刃
で板厚１０ミリ，直径１９０ミリの円板を直径１００ミ
リの円板に打ち抜く解析を行った。
で板厚１０ミリ，直径１９０ミリの円板を直径１００ミ
リの円板に打ち抜く解析を行った。
【００４８】図１０は、分割要素の状態を示すものであ
り、要素数は１２９６とした。材料定数としては、アル
ミ材相当のσ＝１５２ε0.264 （Ｍｐａ）を用いた。
り、要素数は１２９６とした。材料定数としては、アル
ミ材相当のσ＝１５２ε0.264 （Ｍｐａ）を用いた。
【００４９】図１１に、せん断途中（図ａ）とせん断終
了時（図ｂ）の状態の解析結果を示す。これにより、完
全にせん断された状態までの過程が解析できることが分
かった。
了時（図ｂ）の状態の解析結果を示す。これにより、完
全にせん断された状態までの過程が解析できることが分
かった。
【００５０】（第３の実験例）次に、円柱据え込み解析
の他の実験例を説明する。
の他の実験例を説明する。
【００５１】図１２に示すように、直径Ｄ＝２００ミ
リ、高さ２Ｈｏ＝２００ミリの円柱を高さ１２０ミリま
で据え込みした。
リ、高さ２Ｈｏ＝２００ミリの円柱を高さ１２０ミリま
で据え込みした。
【００５２】図１３に分割要素の状態を示す。対象性を
考慮して１／４モデルとし、変形前の状態で素材（パー
ティクル）が存在する第１の解析領域の要素数を４０
０、存在しない第２の解析領域の要素数を４００、総要
素数を８００（２０×４０）とした。材料定数は、アル
ミ材相当のσ＝１５２ε0.264 （Ｍｐａ）を用い、摩擦
係数をμ＝０．２と仮定した。
考慮して１／４モデルとし、変形前の状態で素材（パー
ティクル）が存在する第１の解析領域の要素数を４０
０、存在しない第２の解析領域の要素数を４００、総要
素数を８００（２０×４０）とした。材料定数は、アル
ミ材相当のσ＝１５２ε0.264 （Ｍｐａ）を用い、摩擦
係数をμ＝０．２と仮定した。
【００５３】解析によって得られた変形形状を図１４に
示す。（図ａ）は圧力量ΔＨ＝２０ミリ（圧力率ΔＨ／
Ｈｏ）＝２０％，（図ｂ）は圧力量ΔＨ＝４０ミリ（圧
力率ΔＨ／Ｈｏ）＝４０％の場合を示す。図面右側は、
流線による表示、図面左側はパーティクルによる表示で
ある。
示す。（図ａ）は圧力量ΔＨ＝２０ミリ（圧力率ΔＨ／
Ｈｏ）＝２０％，（図ｂ）は圧力量ΔＨ＝４０ミリ（圧
力率ΔＨ／Ｈｏ）＝４０％の場合を示す。図面右側は、
流線による表示、図面左側はパーティクルによる表示で
ある。
【００５４】金型４の移動に伴い、パーテイクルが外周
方向へ移動しており、素材の変形状態が明瞭に分かっ
た。
方向へ移動しており、素材の変形状態が明瞭に分かっ
た。
【００５５】図１５は、円柱外周部の変形をプロットし
たものであり、比較のためのリップルス・フォージ（小
坂田・他２名，塑加工論，１９８４−１０，４１）によ
る結果（Ｏ印）と完全に一致している。
たものであり、比較のためのリップルス・フォージ（小
坂田・他２名，塑加工論，１９８４−１０，４１）によ
る結果（Ｏ印）と完全に一致している。
【００５６】（第４の実験例）次に、図１６に示すよう
に、軸対称形状の鍛造解析例の他の実験例を示す。
に、軸対称形状の鍛造解析例の他の実験例を示す。
【００５７】図１７は、分割要素の状態を示す。対象性
を考慮して１／２モデルとし、材料定数は、アルミ材相
当のσ＝１５２ε0.264 （Ｍｐａ）を用い、摩擦係数を
μ＝０．２と仮定した。
を考慮して１／２モデルとし、材料定数は、アルミ材相
当のσ＝１５２ε0.264 （Ｍｐａ）を用い、摩擦係数を
μ＝０．２と仮定した。
【００５８】図１８に、初期状態から、最終状態に至る
までの変形過程を示した。それぞれパーティクルと流線
による変形状態を表示しており、変形が進むにつれ、パ
ーティクルが金型４と接触し、素材が型内に充満してい
く状態が明瞭に分かる。
までの変形過程を示した。それぞれパーティクルと流線
による変形状態を表示しており、変形が進むにつれ、パ
ーティクルが金型４と接触し、素材が型内に充満してい
く状態が明瞭に分かる。
【００５９】以上、本発明を鍛造シミュレーション装置
について説明したが、本発明は射出成形機にも適用でき
ることは言うまでもない。
について説明したが、本発明は射出成形機にも適用でき
ることは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】以上の説明から分かるように、本発明に
よれば、パーティクルの流れで素材の変形を記述するか
ら、接触の問題を考慮すること無く複雑な形状の鍛造解
析が可能となる。また、解析途中でのリメッシュが不要
となる効果がある。
よれば、パーティクルの流れで素材の変形を記述するか
ら、接触の問題を考慮すること無く複雑な形状の鍛造解
析が可能となる。また、解析途中でのリメッシュが不要
となる効果がある。
【図１】本発明の実施例に係わるブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係わる解析領域の概念図であ
る。
る。
【図３】本発明の分割要素とパーティクルとの挙動を示
す概念図である。
す概念図である。
【図４】本発明の実施例に係わる解析領域を所定方向に
移動させた場合のフローチャートである。
移動させた場合のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例に係わる解析領域を完全固定さ
せた場合のフローチャートである。
せた場合のフローチャートである。
【図６】型鍛造解析に係わる第１の実験例を示す図であ
る。
る。
【図７】第１の実験例の分割要素を示す図である。
【図８】第１の実験例の結果を、パーティクル（図ａ）
と流線（図ｂ）とで表す変形図である。
と流線（図ｂ）とで表す変形図である。
【図９】せん段解析に係わる第２の実験例を示す図であ
る。
る。
【図１０】第２の実験例に係わる分割要素を示す図であ
る。
る。
【図１１】第２の実験例に係わるせん断途中（図ａ）と
せん断終了時（図ｂ）の状態の解析結果を示す図であ
る。
せん断終了時（図ｂ）の状態の解析結果を示す図であ
る。
【図１２】円柱据え込み解析に係わる第３の実験例を示
す図である。
す図である。
【図１３】第３の実験例に係わる分割要素を示す図であ
る。
る。
【図１４】第３の実験例に係わる円柱据え込み解析結果
を示す図である。
を示す図である。
【図１５】第３の実験例に係わる円柱外周部の変形をプ
ロットした図である。
ロットした図である。
【図１６】軸対称形状の鍛造解析例に係わる第４の実験
例を示す図である。
例を示す図である。
【図１７】第４の実験例に係わる分割要素を示す図であ
る。
る。
【図１８】第４の実験例に係わる軸対称形状の鍛造解析
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図１９】従来技術における金型との接触評価を示す概
念図である。
念図である。
【図２０】従来技術における有限要素のつぶれを示す概
念図である。
念図である。
【図２１】従来技術の型鍛造の有限要素法解析を示す概
念図である。
念図である。
【図２２】従来の有限要素法解析に適用される成形部品
の一例を示した図である。
の一例を示した図である。
【図２３】従来の有限要素法解析における金型及び要素
分割された素材の一例を示した図である。
分割された素材の一例を示した図である。
【図２４】従来の有限要素法解析における金型及び要素
分割された素材の変形過程を示した図である。
分割された素材の変形過程を示した図である。
１ データ入力部 ３ 出力部 ４ 金型 ５ 素材 ６ パーティクル ７ 演算モデル構成部 ８ 速度場算出部 ９ パーティクル移動速度算出部 １０ 物理量算出部 １１ パーティクル移動位置算出部 １２ 解析領域の材料定数、物理量の変更部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B21D 37/00 B21D 37/20
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の金型間に素材を挟んだ状態を示す
解析空間を規定して、前記金型の移動による前記素材の
流動変形過程を、有限要素法により数値シミュレートす
る成形シミュレーション方法において、前記解析空間の領域を完全固定とし、 前記解析空間の領域を前記素材が占める第１の解析領域
とこの第１の解析領域以外の第２の解析領域とに分け、 前記第１の解析領域と前記第２の解析領域とを解析対象
として有限要素でモデル化して、モデル化された解析対
象上の全域に複数の分割節点を設定すると共に、前記第
１の解析領域には、前記素材形状を規定する複数の識別
粒子を分散して設定し、前記解析空間内で前記金型を移動させると共に、前記解
析対象の各部の物理量に基づいて、前記金型の移動に伴
なう解析領域全体のエネルギー消散率が最小となる前記
第１の解析領域内における前記分割節点の速度及び前記
第２の解析領域内における前記分割節点の速度をそれぞ
れ算出し、 算出された前記分割節点の速度に基づいて前記各識別粒
子を前記解析空間内で移動させ、 前記識別粒子を移動させた後における前記解析対象の各
部の物理量を変化させる ことを特徴とする成形シミュレ
ーション方法。 - 【請求項２】 複数の金型間に素材を挟んだ状態を示す
解析空間を規定して、前記金型の移動による前記素材の
流動変形過程を、有限要素法により数値シミュレートす
る成形シミュレーション装置において、前記解析空間の領域を完全固定とし、 前記解析空間の領
域を前記素材が占める第１の解析領域とこの第１の解析
領域以外の第２の解析領域とに分け、前記第１の解析領
域と前記第２の解析領域とを解析対象として有限要素で
モデル化して、モデル化された解析対象上の全域に複数
の分割節点を設定すると共に、前記第１の解析領域に
は、前記素材形状を規定する複数の識別粒子を分散して
設定する演算モデル構成部と、 前記金型と前記素材とに基づいて、予め規定される境界
条件及び前記解析対象の各部の物理量に従って、前記解
析空間全体におけるエネルギー消散率が最小となるよう
に、前記第１の解析領域における前記分割節点の節点速
度と、前記第２の解析領域における前記分割節点の節点
速度とを、前記解析空間内の速度場として算出する速度
場算出部と、 前記速度場に基づいて、前記複数の識別粒子の移動速度
を算出する識別粒子移動速度算出部と、 該識別粒子移動速度算出部より算出された移動速度に基
づいて、移動後における前記複数の識別粒子の位置情報
を算出する移動位置算出部と、 前記速度場に基づいて、前記解析対象の各部の物理量を
算出する物理量算出部とを有することを特徴とする成形
シミュレーション装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29925991A JP2775538B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 成形シミュレーション方法及び装置 |
| US07/976,505 US5402366A (en) | 1991-11-14 | 1992-11-13 | Method and apparatus for simulating a mechanical operation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29925991A JP2775538B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 成形シミュレーション方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05138265A JPH05138265A (ja) | 1993-06-01 |
| JP2775538B2 true JP2775538B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=17870223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29925991A Expired - Lifetime JP2775538B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 成形シミュレーション方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5402366A (ja) |
| JP (1) | JP2775538B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6487468B1 (en) | 1998-10-30 | 2002-11-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for analyzing forging process and medium storing program for executing the method |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5402366A (en) | 1995-03-28 |
| JPH05138265A (ja) | 1993-06-01 |
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