JP2964668B2 - 鍛造変形の解析方法 - Google Patents
鍛造変形の解析方法Info
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- JP2964668B2 JP2964668B2 JP3042070A JP4207091A JP2964668B2 JP 2964668 B2 JP2964668 B2 JP 2964668B2 JP 3042070 A JP3042070 A JP 3042070A JP 4207091 A JP4207091 A JP 4207091A JP 2964668 B2 JP2964668 B2 JP 2964668B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、有限要素法を用いて素
材の鍛造変形を解析する方法に関する。
材の鍛造変形を解析する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】有限要素法を用いた鍛造変形の解析にお
いては、素材が大変形することによって、その素材形状
に基づき等分割した要素自体も大きく変形する。このた
め、解析結果に大きな誤差が生じ、場合によっては解析
が不可能になる。
いては、素材が大変形することによって、その素材形状
に基づき等分割した要素自体も大きく変形する。このた
め、解析結果に大きな誤差が生じ、場合によっては解析
が不可能になる。
【０００３】そこで従来は、解析途中素材がある程度変
形したところで有限要素法の分割要素を再度設定しなお
すリゾーニングを行ない、解析精度を保つようにしてい
た。
形したところで有限要素法の分割要素を再度設定しなお
すリゾーニングを行ない、解析精度を保つようにしてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の解析
方法では、解析を止めて要素を作り直す際に、それまで
に算出した歪みと密度の分布データを新しい要素に置き
換える必要がある。つまり、分割要素再設定前の要素格
子点と再設定後の要素格子点が必ずしも一致しないた
め、再設定後の要素格子点の歪み・密度のデータはこの
格子点付近の再設定前の要素格子点のデータから内挿
し、算出することが必要となる。このため、再設定後の
要素格子点の歪み・密度の分布データには、誤差が含ま
れており、最終的な解析結果においてもこの誤差は無視
できないものとなっていた。
方法では、解析を止めて要素を作り直す際に、それまで
に算出した歪みと密度の分布データを新しい要素に置き
換える必要がある。つまり、分割要素再設定前の要素格
子点と再設定後の要素格子点が必ずしも一致しないた
め、再設定後の要素格子点の歪み・密度のデータはこの
格子点付近の再設定前の要素格子点のデータから内挿
し、算出することが必要となる。このため、再設定後の
要素格子点の歪み・密度の分布データには、誤差が含ま
れており、最終的な解析結果においてもこの誤差は無視
できないものとなっていた。
【０００５】更に上記リゾーニングは従来、手作業によ
り行われており、多くの時間を費やし、この工数の削減
が切望されていた。
り行われており、多くの時間を費やし、この工数の削減
が切望されていた。
【０００６】本発明は、これらの問題点を解決するため
になされたもので、有限要素法を用い、素材の鍛造変形
を精度よく短時間で解析する方法を提供することを目的
とする。
になされたもので、有限要素法を用い、素材の鍛造変形
を精度よく短時間で解析する方法を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る解析方法で
は、工具形状と素材形状とを設定した後、自動要素分割
処理により、上記素材形状に基づいて素材を要素に等分
割するとともに、その等分割要素を、上記工具形状の構
成線に対応して予め設定した要素分割パターンに基づい
て更に細分化する。そしてその後、上記自動要素分割処
理により作成した要素に基づき、有限要素法を用いて素
材の鍛造変形を解析する。
は、工具形状と素材形状とを設定した後、自動要素分割
処理により、上記素材形状に基づいて素材を要素に等分
割するとともに、その等分割要素を、上記工具形状の構
成線に対応して予め設定した要素分割パターンに基づい
て更に細分化する。そしてその後、上記自動要素分割処
理により作成した要素に基づき、有限要素法を用いて素
材の鍛造変形を解析する。
【０００８】
【作用】上記解析方法における自動要素分割処理では、
工具形状の構成線が円弧部か、あるいは基準値より大き
く傾いた直線部か等に応じて、要素分割パターンに従い
等分割要素を細分化する。これにより、最終変形状態で
も完全には崩れず解析が連続して行なえる要素を自動的
に作成する。
工具形状の構成線が円弧部か、あるいは基準値より大き
く傾いた直線部か等に応じて、要素分割パターンに従い
等分割要素を細分化する。これにより、最終変形状態で
も完全には崩れず解析が連続して行なえる要素を自動的
に作成する。
【０００９】従って、リゾーニングを行うことなく、解
析を最終変形状態まで連続して行うことが可能となる。
析を最終変形状態まで連続して行うことが可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。
明する。
【００１１】図１、図２は本発明に係る解析方法を説明
するフローチャートで、図１は有限要素法を用いたこの
解析方法による鍛造変形演算処理全体を示すフローチャ
ート、図２はその演算処理の中の自動要素分割処理を示
すフローチャートである。また、図３は解析対象とする
工具と素材との形状の設定例を示す右半分の断面図、図
４はその工具形状の構成線を示す図、図５（Ａ），
（Ｂ）は二つの要素分割パターン例を示す図、図６
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は要素分割例と要素の変形状態
を示す図である。
するフローチャートで、図１は有限要素法を用いたこの
解析方法による鍛造変形演算処理全体を示すフローチャ
ート、図２はその演算処理の中の自動要素分割処理を示
すフローチャートである。また、図３は解析対象とする
工具と素材との形状の設定例を示す右半分の断面図、図
４はその工具形状の構成線を示す図、図５（Ａ），
（Ｂ）は二つの要素分割パターン例を示す図、図６
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は要素分割例と要素の変形状態
を示す図である。
【００１２】図３に示すように、鍛造加工は、上側の工
具１を下側の工具２に向けて降下させ、素材３に圧力を
加えることにより、素材３を据え込み変形させて上下の
工具１，２間の形状に従って成形するものである。
具１を下側の工具２に向けて降下させ、素材３に圧力を
加えることにより、素材３を据え込み変形させて上下の
工具１，２間の形状に従って成形するものである。
【００１３】始めに、図１のフローチャートに従って、
このような鍛造加工に対する本発明の解析方法による鍛
造変形演算処理の全体の流れを説明する。
このような鍛造加工に対する本発明の解析方法による鍛
造変形演算処理の全体の流れを説明する。
【００１４】先ず、工具１，２と素材３との形状を設定
する（ステップＳ−１，２）。
する（ステップＳ−１，２）。
【００１５】ついで、後述する自動要素分割処理によっ
て素材３の要素作成を行い（Ｓ−３）、更に解析条件を
設定した（Ｓ−４）後、有限要素法に基づいて、歪み分
布、節点速度演算（Ｓ−５）と鍛造荷重，素材形状演算
（Ｓ−６）とを行う。
て素材３の要素作成を行い（Ｓ−３）、更に解析条件を
設定した（Ｓ−４）後、有限要素法に基づいて、歪み分
布、節点速度演算（Ｓ−５）と鍛造荷重，素材形状演算
（Ｓ−６）とを行う。
【００１６】そして上記有限要素法に基づく演算を鍛造
加工終了まで繰り返し（Ｓ−７）、最後にこの鍛造加工
の欠陥の有無と成形性を判断して（Ｓ−８）、不適当で
あれば工具形状もしくは素材形状を修正して上記の演算
処理をやり直し、最適工程設計を行う。
加工終了まで繰り返し（Ｓ−７）、最後にこの鍛造加工
の欠陥の有無と成形性を判断して（Ｓ−８）、不適当で
あれば工具形状もしくは素材形状を修正して上記の演算
処理をやり直し、最適工程設計を行う。
【００１７】次に、図２のフローチャートに従って、上
記ステップＳ−３の素材要素分割を行う自動要素分割処
理を説明する。
記ステップＳ−３の素材要素分割を行う自動要素分割処
理を説明する。
【００１８】先ず、設定した素材形状に基づいて素材３
を四角形の要素に等分割する（Ｓ−１１）。
を四角形の要素に等分割する（Ｓ−１１）。
【００１９】次いで、図４に示すように、設定した上側
の工具１の形状から、その工具形状の構成線４のデータ
を直線部と円弧部とに分けて、中心軸側より順に読み込
む（Ｓ−１２）。
の工具１の形状から、その工具形状の構成線４のデータ
を直線部と円弧部とに分けて、中心軸側より順に読み込
む（Ｓ−１２）。
【００２０】そして、読み込んだ構成線４の一部分が円
弧部ならば（Ｓ−１３）、その円弧部に対応する等分割
要素を、図５（Ａ）に示すような予め設定した第一の要
素分割パターンに従って分割線５を追加し、細分化する
（Ｓ−１４）。この場合の要素分割例と要素の変形状態
を図６（Ａ）に示す。更に円弧部の円弧の大きさ（半
径）が、予め設定した基準値より大きいかどうかを判断
し（Ｓ−１５）、大きければ次の構成線へ進んで（Ｓ−
１６）、再び円弧部かどうかの判断を行う（Ｓ−１
７）。
弧部ならば（Ｓ−１３）、その円弧部に対応する等分割
要素を、図５（Ａ）に示すような予め設定した第一の要
素分割パターンに従って分割線５を追加し、細分化する
（Ｓ−１４）。この場合の要素分割例と要素の変形状態
を図６（Ａ）に示す。更に円弧部の円弧の大きさ（半
径）が、予め設定した基準値より大きいかどうかを判断
し（Ｓ−１５）、大きければ次の構成線へ進んで（Ｓ−
１６）、再び円弧部かどうかの判断を行う（Ｓ−１
７）。
【００２１】上記円弧の大きさの基準値は、素材３の厚
さの４０％程度の値であり、この基準値より大きい場合
には、隣接する直線部に対応する要素の変形は小さい。
そのため、次の構成線が円弧部でなく直線部であれば、
その後の処理を省いてすぐに最終線かどうかの判断へ進
む（Ｓ−１８）。そして最終線でなければ次の構成線へ
進み（Ｓ−１９）、最終線なら、この上側の工具１の形
状から得た構成線４についての自動要素分割処理を終了
する。
さの４０％程度の値であり、この基準値より大きい場合
には、隣接する直線部に対応する要素の変形は小さい。
そのため、次の構成線が円弧部でなく直線部であれば、
その後の処理を省いてすぐに最終線かどうかの判断へ進
む（Ｓ−１８）。そして最終線でなければ次の構成線へ
進み（Ｓ−１９）、最終線なら、この上側の工具１の形
状から得た構成線４についての自動要素分割処理を終了
する。
【００２２】またＳ−１５において円弧の大きさが基準
値以下の場合には、上記ステップＳ−１８の最終線かど
うかの判断へ進む。
値以下の場合には、上記ステップＳ−１８の最終線かど
うかの判断へ進む。
【００２３】一方、上記ステップＳ−１３において、読
み込んだ構成線４の一部分が円弧部でなく直線部であっ
た場合には、その直線部の傾きが、予め設定した基準値
より大きいかどうかを判断し（Ｓ−２０）、それより傾
きが大きければ、この直線部に対応する等分割要素を、
図５（Ｂ）に示すような予め設定した第二の要素分割パ
ターンに従って分割線６を追加し、細分化する（Ｓ−２
１）。この場合の要素分割例と要素の変形状態を図６
（Ｂ）に示す。細分化した後は、上記ステップＳ−１８
の最終線かどうかの判断へ進む。
み込んだ構成線４の一部分が円弧部でなく直線部であっ
た場合には、その直線部の傾きが、予め設定した基準値
より大きいかどうかを判断し（Ｓ−２０）、それより傾
きが大きければ、この直線部に対応する等分割要素を、
図５（Ｂ）に示すような予め設定した第二の要素分割パ
ターンに従って分割線６を追加し、細分化する（Ｓ−２
１）。この場合の要素分割例と要素の変形状態を図６
（Ｂ）に示す。細分化した後は、上記ステップＳ−１８
の最終線かどうかの判断へ進む。
【００２４】上記傾きの基準値は、水平方向に対して７
０度程度であり、この基準値より傾きの大きな直線部に
対応する要素は大きく変形する。そのためこの部分の要
素に対しては、完全に崩れてしまわないような要素分割
パターンを設定しておく。
０度程度であり、この基準値より傾きの大きな直線部に
対応する要素は大きく変形する。そのためこの部分の要
素に対しては、完全に崩れてしまわないような要素分割
パターンを設定しておく。
【００２５】また、直線部の傾きが基準値より小さい場
合には、続いてその直線部が下向凸形状の構成線かどう
かを判断し（Ｓ−２２）、下向凸形状でなければ上記ス
テップＳ−１８の最終線かどうかの判断へ進む。
合には、続いてその直線部が下向凸形状の構成線かどう
かを判断し（Ｓ−２２）、下向凸形状でなければ上記ス
テップＳ−１８の最終線かどうかの判断へ進む。
【００２６】直線部が下向凸形状の構成線ならば、その
直線部に対応する等分割要素を、上記第二の要素分割パ
ターンに従って細分化する（Ｓ−２３）。この処理は、
直線部が下向凸形状の構成線である場合には、図６
（Ｃ）に示すように素材３がその下向凸形状部分の両側
へ流れ、この直線部に対応する要素が大きく変形するた
めである。細分化の後は、上記ステップＳ−１８の最終
線かどうかの判断へ進む。このようにして、上側の工具
１の形状から得た構成線４についての自動要素分割処理
が終了した後、下側の工具２の形状から得た構成線につ
いても同様に上記自動要素分割処理を行う。ただしＳ−
２２「下向凸の構成線」は「上向凸の構成線」と読み替
える。その際、上下の構成線で処理が重複する部位につ
いては、要素分割が細かい方の処理結果を採用する。
直線部に対応する等分割要素を、上記第二の要素分割パ
ターンに従って細分化する（Ｓ−２３）。この処理は、
直線部が下向凸形状の構成線である場合には、図６
（Ｃ）に示すように素材３がその下向凸形状部分の両側
へ流れ、この直線部に対応する要素が大きく変形するた
めである。細分化の後は、上記ステップＳ−１８の最終
線かどうかの判断へ進む。このようにして、上側の工具
１の形状から得た構成線４についての自動要素分割処理
が終了した後、下側の工具２の形状から得た構成線につ
いても同様に上記自動要素分割処理を行う。ただしＳ−
２２「下向凸の構成線」は「上向凸の構成線」と読み替
える。その際、上下の構成線で処理が重複する部位につ
いては、要素分割が細かい方の処理結果を採用する。
【００２７】上記自動要素分割処理により、有限要素法
による演算に必要な要素分割が自動的に完了することに
なる。
による演算に必要な要素分割が自動的に完了することに
なる。
【００２８】上記自動要素分割処理における各要素分割
パターンは、過去の解析データに基づき、要素が最終変
形状態でも完全には崩れないように設定される。
パターンは、過去の解析データに基づき、要素が最終変
形状態でも完全には崩れないように設定される。
【００２９】即ち、本発明の解析方法は、工具形状と素
材形状とのデータを用いるとともに、過去の解析データ
をも用いて、最終変形状態でも完全には崩れないような
要素を自動的に作成し、要素解析を行うものである。従
って、リゾーニングを行う必要がない。
材形状とのデータを用いるとともに、過去の解析データ
をも用いて、最終変形状態でも完全には崩れないような
要素を自動的に作成し、要素解析を行うものである。従
って、リゾーニングを行う必要がない。
【００３０】図７、図８は、図３に示した工具１，２と
素材３による鍛造加工に対して本発明の方法で解析を行
った解析例を示す図で、図７（Ａ）は初期状態、図７
（Ｂ）は変形途中の状態、図８（Ａ）は最終変形状態を
それぞれ示している。また図８（Ｂ）は図８（Ａ）の丸
で囲んだ部分の拡大図である。
素材３による鍛造加工に対して本発明の方法で解析を行
った解析例を示す図で、図７（Ａ）は初期状態、図７
（Ｂ）は変形途中の状態、図８（Ａ）は最終変形状態を
それぞれ示している。また図８（Ｂ）は図８（Ａ）の丸
で囲んだ部分の拡大図である。
【００３１】図のように、上記自動要素分割処理により
作成した要素は、素材３が大変形した部分でも完全には
崩れず、よって解析が最終変形状態まで連続して行われ
ることがわかる。
作成した要素は、素材３が大変形した部分でも完全には
崩れず、よって解析が最終変形状態まで連続して行われ
ることがわかる。
【００３２】また図９は、本発明の解析方法によって鍛
造加工時の問題点を発見し、対策を講じた例を示す図で
ある。
造加工時の問題点を発見し、対策を講じた例を示す図で
ある。
【００３３】つまり図９（Ａ），（Ｂ）のように、上下
の工具１０，２０で素材３０を鍛造加工した場合に、素
材３０に割れ発生部位３１が生じることがわかった。そ
こで図９（Ｃ），（Ｄ）のように、上側の工具１０の形
状を変更（パンチ径ｄの５％アップ）することにより、
上記素材３０の割れ発生部位３１をなくしたものであ
る。
の工具１０，２０で素材３０を鍛造加工した場合に、素
材３０に割れ発生部位３１が生じることがわかった。そ
こで図９（Ｃ），（Ｄ）のように、上側の工具１０の形
状を変更（パンチ径ｄの５％アップ）することにより、
上記素材３０の割れ発生部位３１をなくしたものであ
る。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る鍛造
変形の解析方法によれば、解析途中で要素を作り直すリ
ゾーニングが不要であるため、素材の鍛造変形を精度よ
く短時間で解析することが可能となる。
変形の解析方法によれば、解析途中で要素を作り直すリ
ゾーニングが不要であるため、素材の鍛造変形を精度よ
く短時間で解析することが可能となる。
【図１】本発明に係る解析方法を説明するフローチャー
トで、鍛造変形演算処理の全体を示すフローチャートで
ある。
トで、鍛造変形演算処理の全体を示すフローチャートで
ある。
【図２】本発明に係る解析方法を説明するフローチャー
トで、図１の演算処理の中の自動要素分割処理を示すフ
ローチャートである。
トで、図１の演算処理の中の自動要素分割処理を示すフ
ローチャートである。
【図３】工具と素材との形状の設定例を示す右半分の断
面図である。
面図である。
【図４】図３の工具形状の構成線を示す図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は二つの要素分割パターン例を
示す図である。
示す図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は要素分割例と要素の
変形状態を示す図である。
変形状態を示す図である。
【図７】本発明の方法による解析例を示す図で、（Ａ）
は初期状態、（Ｂ）は変形途中の状態を示している。
は初期状態、（Ｂ）は変形途中の状態を示している。
【図８】（Ａ）は最終変形状態、（Ｂ）は部分拡大図で
ある。
ある。
【図９】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は本発明の解
析方法によって鍛造加工の欠陥を発見し、対策を講じた
例を示す図である。
析方法によって鍛造加工の欠陥を発見し、対策を講じた
例を示す図である。
１，２，１０，２０ 工具 ３，３０ 素材 ４ 構成線
Claims (1)
- 【請求項１】工具形状と素材形状とを設定した後、自動
要素分割処理により、上記素材形状に基づいて素材を要
素に等分割するとともに、その等分割要素を、上記工具
形状の構成線に対応して予め設定された要素分割パター
ンに基づいて更に細分化し、その後、上記自動要素分割
処理により作成した要素に基づき、有限要素法を用いて
素材の鍛造変形を解析することを特徴とする鍛造変形の
解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042070A JP2964668B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 鍛造変形の解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042070A JP2964668B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 鍛造変形の解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04279238A JPH04279238A (ja) | 1992-10-05 |
| JP2964668B2 true JP2964668B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=12625821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3042070A Expired - Fee Related JP2964668B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | 鍛造変形の解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2964668B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06119418A (ja) * | 1992-10-08 | 1994-04-28 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 応力分布解析システム |
-
1991
- 1991-03-07 JP JP3042070A patent/JP2964668B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04279238A (ja) | 1992-10-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |