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
-
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- G01—MEASURING; TESTING
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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 |
---|---|---|---|---|
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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1992
- 1992-11-13 US US07/976,505 patent/US5402366A/en not_active Expired - Fee Related
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Title |
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Publication number | Publication date |
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JPH05138265A (ja) | 1993-06-01 |
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