JP7243816B2 - Bending angle prediction method, bending angle prediction device, program and recording medium - Google Patents

Bending angle prediction method, bending angle prediction device, program and recording medium Download PDF

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Description

本発明は、曲げ角度予測方法、曲げ角度予測装置、プログラム及び記録媒体に関するものである。 The present invention relates to a bending angle prediction method, a bending angle prediction device, a program, and a recording medium.

近年、自動車の衝突時の車体の変形挙動や衝撃エネルギー吸収特性を評価する際に必要となる、例えば自動車の車体に用いられる鋼板の曲げ特性を的確に評価する方法として、VDAドイツ自動車工業会の試験標準規格(非特許文献1)による、金属材料の板曲げ試験(VDA曲げ試験)を用いた評価方法が広まりつつある。VDA曲げ試験は、一対のロール間にパンチを押し込みながら鋼板を曲げてゆき、パンチの反力が最大値となったタイミングにおける鋼板の曲げ角度を、当該鋼板の限界VDA曲げ角度と定義する。この評価方法によれば、連続的な曲げ角度のデータから限界曲げ角度を決定できるだけでなく、測定者によるバラツキが発生しないという利点がある。 In recent years, as a method for accurately evaluating the bending properties of steel sheets used for automobile bodies, for example, which is necessary when evaluating the deformation behavior and impact energy absorption characteristics of automobile bodies during collisions, the VDA German Automobile Manufacturers Association An evaluation method using a plate bending test (VDA bending test) of metal materials according to the test standard (Non-Patent Document 1) is spreading. In the VDA bending test, a steel plate is bent while pushing a punch between a pair of rolls, and the bending angle of the steel plate at the timing when the reaction force of the punch reaches its maximum value is defined as the limit VDA bending angle of the steel plate. According to this evaluation method, not only can the limit bending angle be determined from continuous bending angle data, but there is also the advantage that there is no variation depending on the operator.

特開2012-11458号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-11458 特許第6330981号公報Japanese Patent No. 6330981 特開2011-141237号公報JP 2011-141237 A

VDA 238-100 "Plate bending test for metallic materials" Validation Rule, 01 June 2017VDA 238-100 "Plate bending test for metallic materials" Validation Rule, 01 June 2017

一般的に、自動車部材は、鋼板をプレス成形することで形成されている。このプレス成形時には、鋼板に引張力や圧縮力が加わり、鋼板の部位によっては板厚が減肉したり、増肉したりする部位があり、プレス成形前の鋼板の板厚と比べて数%~十数%板厚が変動している部位が生じる。 Automobile members are generally formed by press forming a steel plate. During this press forming, tensile and compressive forces are applied to the steel sheet, and depending on the part of the steel sheet, there are parts where the thickness of the steel sheet is reduced or increased. There is a part where the plate thickness fluctuates by ~10%.

プレス成形部材を溶接することで自動車の車体が組み上げられており、自動車車体の衝突変形予測をコンピュータ上での有限要素解析で行う場合において、前工程である、プレス成形工程で導入された、応力やひずみ及び板厚分布を衝突変形解析のモデルにマッピングして衝突変形解析を行うことで、より衝突変形の予測精度が高まることが知られている。 Automobile bodies are assembled by welding press-formed members, and when prediction of collision deformation of the automobile body is performed by finite element analysis on a computer, the stress introduced in the press-forming process, which is the preceding process, It is known that the prediction accuracy of impact deformation is improved by performing impact deformation analysis by mapping the strain and plate thickness distribution to the model of impact deformation analysis.

また、一方で衝突時に曲げ部で破断が発生する場合もあるため、衝突変形解析において、例えば鋼板の限界VDA曲げ角度の値を用いて衝突変形解析時の曲げ破断を予測する試みも検討されている。 On the other hand, since fracture may occur at the bending part during collision, attempts are being made to predict bending fracture during collision deformation analysis, for example, using the value of the limit VDA bending angle of the steel plate in collision deformation analysis. there is

しかしながら、VDA曲げ試験から得られる限界VDA曲げ角度は、鋼板の板厚によって変化する値であるため、各鋼種及び板厚ごとに試験をする必要がある。そのため、例えば、第1工程において、上述のようにプレス成形を行い、鋼板の板厚が変化した部位が生じた場合には、成形後の板厚分布に応じて、限界VDA曲げ角度の値も変化していることになる。しかしながら、成形時における部品内の板厚変動は多岐に亘るものであり、それら全ての板厚の試験片を準備して、VDA曲げ試験を行うことは極めて困難である。そのため、第2工程において車体の衝突変形時の曲げ破断予測を行う場合において、第1工程であるプレス成形工程における応力やひずみ及び板厚分布を取得するだけでは不十分であり、板厚変動に応じた各部位毎の限界VDA曲げ角度を取得することが必要であるが、極めて困難である。 However, since the limit VDA bending angle obtained from the VDA bending test is a value that varies depending on the plate thickness of the steel plate, it is necessary to test each steel type and plate thickness. Therefore, for example, in the first step, press forming is performed as described above, and if there is a portion where the plate thickness of the steel plate has changed, the value of the limit VDA bending angle is also changed according to the plate thickness distribution after forming. It is changing. However, there are a wide variety of plate thickness variations within a part during molding, and it is extremely difficult to prepare test pieces of all plate thicknesses and perform the VDA bending test. Therefore, in the case of predicting bending fracture at the time of collision deformation of the car body in the second process, it is not enough to acquire the stress, strain and plate thickness distribution in the press forming process which is the first step. Obtaining the corresponding limit VDA bend angle for each site is necessary and extremely difficult.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、有限要素法を用いて、鋼材の材料特性及び板厚を入力値として、鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得し、これに基づいて鋼材の限界VDA曲げ角度を算出すること、即ち、任意の材料特性を持つ鋼材について、例えば前工程の予変形を受けて板厚が変動した場合に、変形後の任意の板厚における限界VDA曲げ角度を容易且つ正確に取得することを可能とし、その結果を利用した鋼材の曲げ破断予測をして、製品開発に必要なコストの大幅な削減及び開発期間の短縮に寄与することができる曲げ角度予測方法、曲げ角度予測装置、プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and uses the finite element method to acquire the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material using the material properties and plate thickness of the steel material as input values. Calculating the limit VDA bending angle of steel based on It is possible to obtain the limit VDA bending angle easily and accurately, and to predict the bending fracture of steel materials using the result, contributing to a significant reduction in the cost required for product development and a shortening of the development period. It is an object of the present invention to provide a bending angle prediction method, a bending angle prediction device, a program, and a recording medium that can predict bending angles.

上記の課題を解決するため、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸様態に想到した。本発明の要旨は、次の通りである。 In order to solve the above problems, as a result of intensive studies, the following aspects of the invention were conceived. The gist of the present invention is as follows.

(1)
コンピュータを用いて曲げ角度を予測する方法であって、
曲げ角度の予測対象である鋼材の材料特性により、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得する第1ステップと、
有限要素法を用いて既定されている、限界VDA曲げ角度を板厚及び曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で規定した関係式に、前記鋼材の板厚及び前記第1ステップで取得された前記鋼材の前記曲げ外側最表層の最大主ひずみを入力(代入)して、前記鋼材の限界VDA曲げ角度を算出する第2ステップと、
を備えたことを特徴とする曲げ角度予測方法。
(1)
A method of predicting a bend angle using a computer, comprising:
a first step of acquiring the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material on the bending outer side according to the material properties of the steel material whose bending angle is to be predicted;
The relational expression that defines the limit VDA bending angle as a function of the plate thickness and the maximum principal strain of the bending outermost surface layer, which is predetermined using the finite element method, includes the plate thickness of the steel material and the obtained in the first step a second step of inputting (substituting) the maximum principal strain of the bending outermost surface layer of the steel material to calculate the limit VDA bending angle of the steel material;
A bending angle prediction method comprising:

(2)
前記第1ステップは、材料特性から曲げ外側最表層の最大主ひずみが一意に定まる関係に基づいて、前記鋼材の材料特性に対応する前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得することを特徴とする(1)に記載の曲げ角度予測方法。
(2)
The first step includes acquiring the maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side of the steel material corresponding to the material properties of the steel material, based on the relationship in which the maximum principal strain of the outermost outer layer on the bending outermost layer is uniquely determined from the material properties. The bending angle prediction method according to (1).

(3)
前記関係式は、限界VDA曲げ角度をθとして、
θ=exp{(εb-b)/a}
εb:曲げ外側最表層の最大主ひずみ
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項1又は2に記載の曲げ角度予測方法。
(3)
Assuming the limit VDA bending angle as θ, the relational expression is:
θ=exp {( εb −b)/a}
ε b : Maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side a: Relational expression of plate thickness t b: Relational expression of plate thickness t The bending angle prediction method according to claim 1 or 2, characterized by the following.

(4)
前記鋼材の板厚は、予変形を受けた後の値であることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載の曲げ角度予測方法。
(4)
The bending angle prediction method according to any one of (1) to (3), wherein the plate thickness of the steel material is a value after being pre-deformed.

(5)
前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載の曲げ角度予測方法。
(5)
The bending angle prediction method according to any one of (1) to (4), wherein the steel material is a steel plate of a grade of 980 MPa or higher.

(6)
曲げ角度の予測対象である鋼材の材料特性により、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得する取得部と、
有限要素法を用いて既定されている、限界VDA曲げ角度を板厚及び曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で規定した関係式に、前記鋼材の板厚及び前記取得部で取得された前記鋼材の前記曲げ外側最表層の最大主ひずみを入力(代入)して、前記鋼材の限界VDA曲げ角度を算出する算出部と、
を備えたことを特徴とする曲げ角度予測装置。
(6)
an acquisition unit that acquires the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material for which the bending angle is to be predicted, based on the material properties of the steel material;
The relational expression that defines the limit VDA bending angle as a function of the plate thickness and the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending outermost layer, which is predetermined using the finite element method, includes the plate thickness of the steel material and the obtained in the obtaining unit a calculation unit that inputs (substitutes) the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material to calculate the limit VDA bending angle of the steel material;
A bending angle prediction device comprising:

(7)
前記取得部は、材料特性から曲げ外側最表層の最大主ひずみが一意に定まる関係に基づいて、前記鋼材の材料特性に対応する前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得することを特徴とする(6)に記載の曲げ角度予測装置。
(7)
The acquisition unit acquires the maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side of the steel material corresponding to the material properties of the steel material based on a relationship that uniquely determines the maximum principal strain on the outermost surface layer on the outermost bending side from the material properties. The bending angle prediction device according to (6).

(8)
前記関係式は、限界VDA曲げ角度をθとして、
θ=exp{(εb-b)/a}
εb:曲げ外側最表層の最大主ひずみ
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする(6)又は(7)に記載の曲げ角度予測装置。
(8)
Assuming the limit VDA bending angle as θ, the relational expression is:
θ=exp {( εb −b)/a}
ε b : Maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side a: Relational expression of plate thickness t b: Relational expression of plate thickness t The bending angle prediction device according to (6) or (7) characterized by being represented by .

(9)
前記鋼材の板厚は、予変形を受けた後の値であることを特徴とする(6)~(8)のいずれかに記載の曲げ角度予測装置。
(9)
The bending angle prediction device according to any one of (6) to (8), wherein the plate thickness of the steel material is a value after being pre-deformed.

(10)
前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする(6)~(9)のいずれかに記載の曲げ角度予測装置。
(10)
The bending angle prediction device according to any one of (6) to (9), wherein the steel material is a steel plate of a grade of 980 MPa or higher.

(11)
曲げ角度の予測対象である鋼材の材料特性により、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得する第1ステップと、
有限要素法を用いて既定されている、限界VDA曲げ角度を板厚及び曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で規定した関係式に、前記鋼材の板厚及び前記第1ステップで取得された前記鋼材の前記曲げ外側最表層の最大主ひずみを入力(代入)して、前記鋼材の限界VDA曲げ角度を算出する第2ステップと、
をコンピュータに実行させる角度予測プログラム。
(11)
a first step of acquiring the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material on the bending outer side according to the material properties of the steel material whose bending angle is to be predicted;
The relational expression that defines the limit VDA bending angle as a function of the plate thickness and the maximum principal strain of the bending outermost surface layer, which is predetermined using the finite element method, includes the plate thickness of the steel material and the obtained in the first step a second step of inputting (substituting) the maximum principal strain of the bending outermost surface layer of the steel material to calculate the limit VDA bending angle of the steel material;
An angle prediction program that causes a computer to execute

(12)
前記第1ステップは、材料特性から曲げ外側最表層の最大主ひずみが一意に定まる関係に基づいて、前記鋼材の材料特性に対応する前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得することを特徴とする(11)に記載の曲げ角度予測プログラム。
(12)
The first step includes acquiring the maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side of the steel material corresponding to the material properties of the steel material, based on the relationship in which the maximum principal strain of the outermost outer layer on the bending outermost layer is uniquely determined from the material properties. The bending angle prediction program according to (11) characterized by the following.

(13)
前記関係式は、限界VDA曲げ角度をθとして、
θ=exp{(εb-b)/a}
εb:曲げ外側最表層の最大主ひずみ
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする(11)又は(12)に記載の曲げ角度予測プログラム。
(13)
Assuming the limit VDA bending angle as θ, the relational expression is:
θ=exp {( εb −b)/a}
ε b : Maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side a: Relational expression of plate thickness t b: Relational expression of plate thickness t The bending angle prediction program according to (11) or (12), characterized by being represented by .

(14)
前記鋼材の板厚は、予変形を受けた後の値であることを特徴とする(11)~(13)のいずれかに記載の曲げ角度予測プログラム。
(14)
The bending angle prediction program according to any one of (11) to (13), wherein the plate thickness of the steel material is a value after being pre-deformed.

(15)
前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする(11)~(14)のいずれかに記載の曲げ角度予測プログラム。
(15)
The bending angle prediction program according to any one of (11) to (14), wherein the steel material is a steel plate of a grade of 980 MPa or higher.

(16)
(11)~(15)のいずれか1項に記載の角度予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(16)
A computer-readable recording medium characterized by recording the angle prediction program according to any one of (11) to (15).

本発明によれば、有限要素法を用いて、任意の材料特性を持つ鋼材について、例えば前工程の予変形を受けて板厚が変動した場合に、変形後の任意の板厚における限界VDA曲げ角度を容易且つ正確に取得することが可能となる。また、得られた限界VDA曲げ角度を利用して鋼材の曲げ破断の有無を予測することができる。これによって、実際の自動車部材についての衝突試験を省略すること、或いは衝突試験の回数を大幅に削減することができる。また、衝突時の破断を防止する鋼材の設計をコンピュータ上で行うことができるため、大幅なコスト削減、開発期間の短縮への寄与が実現する。 According to the present invention, using the finite element method, for a steel material having arbitrary material properties, for example, when the plate thickness fluctuates due to pre-deformation in the previous process, the limit VDA bending at an arbitrary plate thickness after deformation It becomes possible to obtain the angle easily and accurately. In addition, it is possible to predict the presence or absence of bending fracture of the steel material using the obtained limit VDA bending angle. As a result, it is possible to omit the collision test for actual automobile members, or to greatly reduce the number of collision tests. In addition, since it is possible to design the steel materials that prevent breakage in the event of a collision on a computer, it is possible to significantly reduce costs and shorten the development period.

図1Aは、図1Aは、限界VDA曲げ角度を試験的に取得する様子を示す斜視図である。FIG. 1A is a perspective view showing how a limit VDA bending angle is experimentally acquired. 図1Bは、限界VDA曲げ角度を試験的に取得する様子を拡大して示す正面図である。FIG. 1B is an enlarged front view showing how the limit VDA bending angle is acquired on a trial basis. 図2は、板厚ごとの、得られた限界VDA曲げ角度(実験値)及び曲げ外側頂部における曲げ外側最表層の最大主ひずみ(ソリッド要素詳細FEM解析値)を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the obtained limit VDA bending angle (experimental value) and the maximum principal strain of the bending outermost surface layer (solid element detailed FEM analysis value) at the bending outer top part for each plate thickness. 図3は、曲げ外側頂部からの距離と曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance from the top of the bending outer side and the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending outer side. 図4は、限界VDA曲げ角度と曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the limit VDA bending angle and the maximum principal strain of the bending outermost surface layer. 図5は、第1の実施形態による曲げ角度予測装置を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the bending angle prediction device according to the first embodiment. 図6は、第1の実施形態による曲げ角度予測方法を示すフロー図である。FIG. 6 is a flow diagram showing a bending angle prediction method according to the first embodiment. 図7は、鋼板の鋼種(強度グレード)と曲げ外側の最大主ひずみの関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the steel type (strength grade) of the steel plate and the maximum principal strain on the outside of bending. 図8は、第2の実施形態による曲げ破断予測方法を示すフロー図である。FIG. 8 is a flow diagram showing a bending fracture prediction method according to the second embodiment. 図9は、第3の実施形態による曲げ破断予測方法を示すフロー図である。FIG. 9 is a flow diagram showing a bending fracture prediction method according to the third embodiment. 図10は、コンピュータ機能を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing computer functions.

(本発明の基本的骨子)
先ず、本発明の実施形態について開示するに当たり、本発明の基本的骨子について説明する。
(Basic gist of the present invention)
First, in disclosing embodiments of the present invention, the basic gist of the present invention will be described.

本実施形態では、鋼板の曲げ性を評価する方法として、ドイツ自動車工業会(VDA)による金属材料の板曲げ試験(VDA曲げ試験)と呼ばれる試験規格を用いる。本発明者は、VDA曲げ試験における鋼板の破断と鋼板の材料特性との関係を種々調査した結果、曲げ外側最表層の最大主ひずみが材料固有の限界値に達すると、VDA曲げ試験において曲げ破断が発生することを知見した。 In this embodiment, as a method for evaluating the bendability of a steel plate, a test standard called a plate bending test for metal materials (VDA bending test) by the German Automobile Manufacturers Association (VDA) is used. As a result of various investigations of the relationship between the fracture of the steel sheet and the material properties of the steel sheet in the VDA bending test, the present inventor found that when the maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side reaches the material-specific limit value, bending fracture occurs in the VDA bending test. was found to occur.

VDA曲げ実験を行う様子を図1A、図1Bに示す。一対のロール21,22上に鋼板10を載置し、一対のロール21,22間における鋼板10の表面の中央部位(曲げ中心)にパンチ20を当接させる。パンチ20を押し込みながら鋼板10を曲げてゆき、パンチの押し込み荷重が最大となったタイミング(曲げ破断が発生したタイミング)における鋼板10の曲げ角度を限界VDA曲げ角度θと定義する(図1B)。鋼板10の表面のパンチ20の当接部位に対応した裏面の点Pにおいて、限界VDA曲げ角度θとなったときの最大主ひずみを、曲げ外側頂部における曲げ外側最表層の最大主ひずみと定義する。 1A and 1B show how the VDA bending experiment is performed. A steel plate 10 is placed on a pair of rolls 21 and 22 , and a punch 20 is brought into contact with the central portion (bending center) of the surface of the steel plate 10 between the pair of rolls 21 and 22 . The steel plate 10 is bent while pushing the punch 20, and the bending angle of the steel plate 10 at the timing when the pushing load of the punch becomes maximum (timing when bending fracture occurs) is defined as the limit VDA bending angle θ (FIG. 1B). The maximum principal strain when the limit VDA bending angle θ is reached at the point P on the back surface corresponding to the contact portion of the punch 20 on the surface of the steel plate 10 is defined as the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending outer side at the top of the bending outer side. .

引張強度クラスが1500MPa級で板厚の異なる3種(板厚:1.0mm,1.4mm,2.3mm)の鋼板について、得られた限界VDA曲げ角度(実験値)及び曲げ外側頂部における曲げ外側最表層の最大主ひずみ(0.1mmメッシュサイズのソリッド要素を用いた詳細FEM解析値)を図2に示す。また、上記の3種の鋼板について、曲げ外側頂部からの距離と曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係を図3に示す。 The limit VDA bending angle (experimental value) obtained for steel plates of three different thicknesses (plate thickness: 1.0 mm, 1.4 mm, 2.3 mm) with a tensile strength class of 1500 MPa class and bending at the top of the bending outside FIG. 2 shows the maximum principal strain of the outermost surface layer (detailed FEM analysis value using solid elements with a mesh size of 0.1 mm). Further, FIG. 3 shows the relationship between the distance from the top portion on the outer side of the bend and the maximum principal strain of the outermost surface layer on the outer side of the bend for the above three types of steel plates.

一般的に、FEM解析では、ソリッド要素を用いた詳細なFEMモデル(ソリッドモデル)と、シェル要素を用いたFEMモデル(シェルモデル)とが主に用いられている。ソリッドモデルは、四面体、六面体、または五面体等の3次元のソリッド要素を使用してモデリングされ、一般的に解析時間は長くなるが、解析精度は高い特長がある。シェルモデルは、三角形や四角形のような2次元の面要素であるシェル要素を使用してモデリングされ、一般的に、解析対象が長さ及び幅と比べて厚みが薄い板で構成された部材を対象とした解析において使用されることが多く、解析時間が短い特長がある。そのため、ソリッドモデルでは解析が不可能になる大規模なモデルでの解析であっても、シェル要素を使えば可能となる。 Generally, in FEM analysis, a detailed FEM model using solid elements (solid model) and an FEM model using shell elements (shell model) are mainly used. A solid model is modeled using three-dimensional solid elements such as a tetrahedron, a hexahedron, or a pentahedron, and generally has a long analysis time but high analysis accuracy. Shell models are modeled using shell elements, which are two-dimensional surface elements such as triangles and squares. It is often used in target analysis and has the advantage of short analysis time. Therefore, even analysis of large-scale models, which would be impossible with solid models, can be performed by using shell elements.

図2及び図3に示すように、実験で取得された限界VDA曲げ角度は、板厚1.0mm,1.4mm,2.3mmの各鋼板について、75°,65°,55°となった。 As shown in FIGS. 2 and 3, the critical VDA bending angles obtained in the experiment were 75°, 65°, and 55° for each steel plate with a thickness of 1.0 mm, 1.4 mm, and 2.3 mm. .

VDA曲げ実験を再現したFEMモデルを作成し、ひずみの再現精度が高いソリッド要素を用い、且つサイズが例えば0.1mm程度の詳細なメッシュでモデル化する。このFEMモデルを用いて、VDA曲げ実験において、破断が発生した曲げ角度(限界VDA曲げ角度)までパンチを押し込み、その時の鋼板の曲げ外側の最大主ひずみを求め、限界VDA曲げ角度との関係を調査した。その結果、図2及び図3に示すように、曲げ外側頂部における曲げ外側の最大主ひずみは、限界VDA曲げ角度75°,65°,55°の各鋼板について、0.386,0.396,0.393となり、ほぼ同一と見なし得る値を示した。即ち、鋼板の板厚が異なることで、限界VDA曲げ角度が変化しているにも関わらず、曲げ外側頂部における曲げ外側の最大主ひずみは板厚に依らずほぼ同一の値となることが判った。以下、記載上の便宜のため、曲げ外側頂部の曲げ外側最表層の最大主ひずみを、単に「曲げ外側最表層の最大主ひずみ」と記す。 An FEM model that reproduces the VDA bending experiment is created, and solid elements with high strain reproduction accuracy are used, and the model is modeled with a detailed mesh having a size of, for example, about 0.1 mm. Using this FEM model, in a VDA bending experiment, the punch is pushed to the bending angle at which fracture occurs (limit VDA bending angle), the maximum principal strain on the outside of the bending of the steel plate at that time is obtained, and the relationship with the limiting VDA bending angle is calculated. investigated. As a result, as shown in FIGS. 2 and 3, the maximum principal strains on the outer side of the bend at the top of the outer side of the bend are 0.386, 0.396, 0.393, which can be regarded as almost the same value. That is, it was found that the maximum principal strain on the outer side of the bend at the top of the outer side of the bend is almost the same regardless of the plate thickness, even though the critical VDA bending angle changes as the thickness of the steel plate differs. rice field. Hereinafter, for convenience of description, the maximum principal strain of the bending outermost surface layer of the bending outer top portion is simply referred to as "the maximum principal strain of the bending outermost surface layer".

本発明者は、詳細なソリッド要素からなるFEMモデルを用いた場合には、同じ鋼種の鋼板であれば、板厚が異なっても各板厚における限界VDA曲げ角度まで曲げ変形を加えた時の、曲げ外側最表層の最大主ひずみはほぼ等しくなるという上記の知見を用い、様々な板厚における限界VDA曲げ角度を、FEM解析から求めた。他の鋼種においても同様に、詳細なソリッド要素からなるFEMモデルを用いた解析を行い、各板厚における限界VDA曲げ角度を求めた。このようにして求めた、様々な鋼種、様々な板厚における、多数の限界VDA曲げ角度と曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係をプロットした結果を図4に示す。図4では、板厚をt,t,tと示す。When using an FEM model consisting of detailed solid elements, the present inventor found that if the steel plate is the same steel grade, even if the plate thickness is different, when bending deformation is applied to the limit VDA bending angle for each plate thickness, , Using the above knowledge that the maximum principal strain of the bending outermost surface layer is almost equal, the limit VDA bending angle at various plate thicknesses was obtained from FEM analysis. Similarly, analysis using FEM models consisting of detailed solid elements was performed for other steel types, and the limit VDA bending angle for each plate thickness was obtained. FIG. 4 shows the results of plotting the relationship between the maximum principal strain of the bending outermost surface layer and the many limit VDA bending angles obtained in this way for various steel types and various plate thicknesses. In FIG. 4, plate thicknesses are indicated as t 1 , t 2 and t 3 .

本発明者は、図4より、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみは、限界VDA曲げ角度と板厚の関数で表される旨を知見した。本発明者は、この知見を具体化すべく精査したところ、リッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみは、鋼種によらず板厚毎の限界VDA曲げ角度の自然対数の1次式で定式化できることを見出した。 The present inventor found from FIG. 4 that the maximum principal strain of the bending outermost surface layer due to the solid element is expressed as a function of the limit VDA bending angle and plate thickness. As a result of detailed investigation to embody this knowledge, the present inventors found that the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending by a solid element is a linear expression of the natural logarithm of the limit VDA bending angle for each plate thickness, regardless of the steel type. I found that it can be made

ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをε、限界VDA曲げ角度をθとして、εは係数a,bを用いて以下のように表される。
ε=a・ln(θ)+b ・・・(1)
Assuming that ε b is the maximum principal strain of the bending outermost surface layer by the solid element and θ is the limit VDA bending angle, ε b is expressed as follows using coefficients a and b.
εb =a·ln(θ)+b (1)

係数a及び係数bは、板厚tの関係式で表される。この関係式は、試験結果を前記(1)式でフィッティングするために決定されるものであり、特に式の形は問わないが、例えば板厚tの多項式で表すことができる。 Coefficient a and coefficient b are represented by a relational expression of plate thickness t. This relational expression is determined in order to fit the test results with the above equation (1), and although the form of the equation is not particularly limited, it can be represented by, for example, a polynomial of the plate thickness t.

上記の(1)式より、限界VDA曲げ角度θについて解けば、θは以下のように表される。
θ=exp{(ε-b)/a} ・・・・(2)
By solving the limit VDA bending angle θ from the above equation (1), θ is expressed as follows.
θ=exp{(εb− b )/a} (2)

本実施形態では、上記のように既定された(2)式を用いて、任意の鋼種及び任意の板厚における鋼板の限界VDA曲げ角度を算出する。即ち本実施形態では、限界VDA曲げ角度を、試験やシミュレーションによることなく、極めて簡易に短時間で、しかも正確に得ることができる。 In this embodiment, the limit VDA bending angle of a steel plate of any steel type and any plate thickness is calculated using the formula (2) defined as described above. That is, in this embodiment, the critical VDA bending angle can be obtained very easily, in a short time, and accurately without testing or simulation.

(第1の実施形態)
第1の実施形態では、鋼材である鋼板の曲げ角度予測方法及び曲げ角度予測装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図5は第1の実施形態による曲げ角度予測装置を示すブロック図、図6は第1の実施形態による曲げ角度予測方法を示すフロー図である。
(First embodiment)
In the first embodiment, a bending angle prediction method and a bending angle prediction device for a steel plate, which is a steel material, will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is a block diagram showing the bending angle prediction device according to the first embodiment, and FIG. 6 is a flow chart showing the bending angle prediction method according to the first embodiment.

本実施形態による曲げ角度予測装置は、図5に示すように、鋼種(強度グレード)判定部1、最大主ひずみ取得部2、及び角度算出部3を備えている。
鋼板の限界VDA曲げ角度を予測するに際して、先ず、鋼種(強度グレード)判定部1には、インプットファイルから鋼板の材料特性が入力される。材料特性として、具体的には、当該材料特性に対応する引張強度特性、例えば応力-ひずみ曲線又は応力-ひずみ曲線をスイフトの式でフィッティングすることで得られるスイフト係数がある。
The bending angle prediction device according to this embodiment includes a steel type (strength grade) determination unit 1, a maximum principal strain acquisition unit 2, and an angle calculation unit 3, as shown in FIG.
When predicting the limit VDA bending angle of a steel plate, first, the steel type (strength grade) determining unit 1 receives the material properties of the steel plate from an input file. Specifically, material properties include tensile strength properties corresponding to the material properties, for example, a Swift coefficient obtained by fitting a stress-strain curve or a stress-strain curve using the Swift equation.

鋼種(強度グレード)判定部1は、ステップS1において、入力された鋼板の材料特性に基づいて、当該鋼板の鋼種(強度グレード)を判定する。
本実施形態では、鋼板の鋼種として、特に980MPa級以上の鋼板を対象とすることが好ましい。曲げ破断が問題となる鋼板は主に高強度材のものであることから、本実施形態では、高強度材の具体的指標として980MPa級以上の鋼板を破断予測の適用対象とする。
In step S1, the steel type (strength grade) determining unit 1 determines the steel type (strength grade) of the steel sheet based on the input material properties of the steel sheet.
In the present embodiment, it is preferable to target a steel plate of 980 MPa class or higher, in particular, as the steel type of the steel plate. Since the steel sheets that pose a problem of bending fracture are mainly high-strength materials, in the present embodiment, steel sheets of 980 MPa class or higher are targeted for fracture prediction as a specific indicator of high-strength materials.

最大主ひずみ取得部2には、鋼板の鋼種(強度グレード)から曲げ外側最表層の最大主ひずみが一意に定まる関係、例えば図7のような、鋼板の鋼種(強度グレード)と曲げ外側の最大主ひずみとの関係を示すテーブルが格納されている。当該テーブルでは、鋼種(強度グレード)に対応して、曲げ外側の最大主ひずみが板厚に依らずほぼ同一の値となることを利用して、鋼種(強度グレード)ごとに任意の板厚で取得された曲げ外側の最大主ひずみが掲載されている。最大主ひずみ取得部2は、ステップS2において、ステップS1で判定された鋼板の鋼種(強度グレード)に基づいて、上記のテーブルから曲げ外側の最大主ひずみを取得する。 In the maximum principal strain acquisition unit 2, there is a relationship in which the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending side is uniquely determined from the steel type (strength grade) of the steel plate. A table showing the relationship with the principal strain is stored. In this table, using the fact that the maximum principal strain on the outside of bending is almost the same regardless of the plate thickness, corresponding to the steel type (strength grade), The maximum principal strains outside the bending obtained are listed. In step S2, the maximum principal strain acquiring unit 2 acquires the maximum principal strain on the outer side of bending from the above table based on the steel type (strength grade) of the steel plate determined in step S1.

角度算出部3には、インプットファイルからの要素毎の鋼板の所定板厚、ここでは予変形後の板厚と、最大主ひずみ取得部2で取得された曲げ外側最表層の最大主ひずみとが入力される。角度算出部3は、ステップS3において、各要素毎に入力された鋼板の予変形後の板厚及び曲げ外側最表層の最大主ひずみに基づき、上記の(2)式を用いて、鋼板の予変形後における限界VDA曲げ角度を算出する。 In the angle calculation unit 3, the predetermined plate thickness of the steel plate for each element from the input file, here, the plate thickness after pre-deformation, and the maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side acquired by the maximum principal strain acquisition unit 2 is entered. In step S3, the angle calculation unit 3 calculates the pre-deformation of the steel plate using the above equation (2) based on the pre-deformed plate thickness and the maximum principal strain of the bending outermost surface layer of the steel plate input for each element. Calculate the critical VDA bend angle after deformation.

以上説明したように、本実施形態によれば、FEM解析を用いて、任意の材料特性を持つ鋼材について、例えば前工程の予変形を受けて板厚が変動した場合に、変形後の任意の板厚における限界VDA曲げ角度を容易且つ正確に取得することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, using FEM analysis, for steel materials having arbitrary material properties, for example, when the plate thickness fluctuates due to pre-deformation in the previous process, arbitrary post-deformation It is possible to easily and accurately obtain the critical VDA bending angle in the plate thickness.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、第1の実施形態による曲げ角度予測方法を利用した、鋼板の曲げ破断予測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、プレス成形解析における複数の成形工程において、予変形により鋼板に板厚変動が生じる場合における鋼板の曲げ破断予測方法を例示する。図8は第2の実施形態による曲げ破断予測方法を示すフロー図である。
(Second embodiment)
In the second embodiment, a bending fracture prediction method for a steel plate using the bending angle prediction method according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a bending fracture prediction method of a steel sheet in a case where thickness variation occurs in the steel sheet due to pre-deformation in a plurality of forming steps in press forming analysis will be exemplified. FIG. 8 is a flow diagram showing a bending fracture prediction method according to the second embodiment.

自動車部品は、一般に鋼板をプレス成形することにより形成されている。通常、プレス成形は、鋼板について絞り成形工程、曲げ成形工程、トリム成形工程、リストライク成形工程等の複数の工程を経て、最終的な形状に成形される。軟質な鋼板であれば、曲げ成形中に破断が発生することは殆どないが、例えば980MPaを超えるような高強度の鋼板をプレス成形した場合、曲げ部で破断が発生する可能性がある。本実施形態では、絞り成形工程及び曲げ成形工程を例示し、絞り成形工程を第1成形解析工程S10、曲げ成形工程を第2成形解析工程S20として説明する。 Automobile parts are generally formed by press forming steel plates. Generally, in press forming, a steel plate is formed into a final shape through a plurality of processes such as a drawing process, a bending process, a trim forming process, and a restrike forming process. If it is a soft steel sheet, breakage hardly occurs during bending, but if a high-strength steel sheet exceeding 980 MPa is press-formed, there is a possibility that breakage will occur at the bent portion. In this embodiment, the drawing process and the bending process are illustrated, and the drawing process is described as the first forming analysis process S10, and the bending process as the second forming analysis process S20.

絞り成形工程において、鋼板に対して絞り成形を行うと、例えばパンチの押し込みにより肩部は引張変形を受けて板厚が減少する。一方、パンチの押し込みにより材料が流入することによって、部品の周辺部分(ダイフランジ部分)は、周長が縮まることによる圧縮の変形を受けて板厚が増加する。 In the draw forming process, when the steel sheet is drawn, for example, the shoulder portion is subjected to tensile deformation due to the pressing of a punch, and the thickness of the steel sheet is reduced. On the other hand, due to the inflow of material due to the pressing of the punch, the peripheral portion (die flange portion) of the part receives compression deformation due to the shrinkage of the peripheral length, and the plate thickness increases.

本実施形態では先ず、ステップS11において、第1成形解析工程S10の絞り成形工程についてFEM解析を行う。
続いて、ステップS12において、第1成形解析工程S10のFEMモデルの各要素(メッシュ)ごとに絞り成形後の鋼板の板厚及びひずみ成分を取得する。
In this embodiment, first, in step S11, FEM analysis is performed for the draw forming process of the first forming analysis process S10.
Subsequently, in step S12, the sheet thickness and strain component of the steel sheet after drawing are obtained for each element (mesh) of the FEM model in the first forming analysis step S10.

続いて、ステップS21において、ステップS12で取得された鋼板の板厚及びひずみ成分を、第2成形解析工程S20である曲げ成形工程のFEMモデルの各要素に引き継いでマッピングする。 Subsequently, in step S21, the plate thickness and strain component of the steel sheet acquired in step S12 are inherited and mapped to each element of the FEM model of the bending forming process, which is the second forming analysis process S20.

続いて、ステップS22において、図6に示した第1の実施形態による曲げ角度予測方法のステップS1~S3を実行し、鋼板の予変形後の板厚における限界VDA曲げ角度を算出する。 Subsequently, in step S22, steps S1 to S3 of the bending angle prediction method according to the first embodiment shown in FIG. 6 are executed to calculate the limit VDA bending angle at the plate thickness after pre-deformation of the steel plate.

続いて、ステップS23において、第2成形解析工程S20の曲げ成形工程についてFEM解析を行う。
そして、ステップS24において、第2成形解析工程S20のFEMモデルの要素ごとに曲げ破断が発生するか否かを判定し、破断が発生すると判定された要素を削除する。
以上により、鋼板の曲げ破断をFEM解析上で精度良く予測することができる。
Subsequently, in step S23, FEM analysis is performed for the bending process of the second forming analysis process S20.
Then, in step S24, it is determined whether or not bending fracture occurs for each element of the FEM model in the second forming analysis step S20, and the element determined to have fracture is deleted.
As described above, the bending fracture of the steel sheet can be accurately predicted on the FEM analysis.

自動車部材のFEM成形解析では、大規模なモデルとなるため、一般に詳細なソリッド要素でのモデル化は計算負荷が高すぎるため困難である。そのため、計算負荷の小さいシェル要素で且つ、例えば1mm~5mm程度の比較的粗い要素サイズでモデル化されることが多い。シェル要素でモデル化した場合、鋼板の曲げ頂部のように局所的にひずみが集中しているような部位においては、要素内でひずみが平均化されることから、用いる要素サイズによって、計算されるひずみの値が異なることが知られている。本実施形態では、このシェル要素の要素サイズ毎のひずみの変化を捉えた上で、ステップS24において、限界VDA曲げ角度における、シェル要素の曲げ外側の限界ひずみを求め、成形解析中のシェル要素の曲げ外側最表層の最大主ひずみが、この曲げ外側の限界ひずみに達するか否かで破断を予測することもできる。 In the FEM molding analysis of automobile members, a large-scale model is used, and modeling with detailed solid elements is generally difficult due to the excessive calculation load. Therefore, it is often modeled using shell elements with a small computational load and relatively coarse element sizes of, for example, about 1 mm to 5 mm. When modeled with shell elements, the strain is averaged within the element in areas where strain is concentrated locally, such as the bending top of a steel plate, so it is calculated according to the element size used. Different strain values are known. In this embodiment, after grasping the change in strain for each element size of this shell element, in step S24, the critical strain of the shell element bending outer side at the critical VDA bending angle is obtained, and the shell element under forming analysis Fracture can also be predicted based on whether or not the maximum principal strain of the outermost surface layer on the outer side of the bend reaches the critical strain on the outer side of the bend.

第1成形工程における予変形によって付与されたひずみは、当然に第2成形工程にも引き継がれる。そのため、FEM解析においても、第1成形解析工程S10後の板厚と共に、ひずみ成分を取得し、第2成形解析工程S20のFEMモデルの各要素にマッピングする。これにより、シェル要素の曲げ外側のひずみが、限界ひずみに達するか否かで破断を予測する場合において、より精度を向上させることができる。 The strain imparted by the pre-deformation in the first forming step is naturally carried over to the second forming step. Therefore, also in the FEM analysis, along with the plate thickness after the first forming analysis step S10, the strain component is acquired and mapped to each element of the FEM model in the second forming analysis step S20. As a result, it is possible to further improve the accuracy in predicting fracture based on whether or not the strain on the outer side of the bending of the shell element reaches the limit strain.

なお、ステップS24では、限界VDA曲げ角度をシェル要素の曲げ外側の限界ひずみに変換することなく、FEM解析において鋼板の曲げ角度が限界VDA曲げ角度に到達したか否かで破断発生の有無を判定することもできる。 In step S24, it is determined whether or not the bending angle of the steel plate reaches the critical VDA bending angle in the FEM analysis without converting the critical VDA bending angle into the critical strain on the outer side of the shell element. You can also

以上説明したように、本実施形態によれば、第1の実施形態による曲げ角度予測方法を用いて得られた限界VDA曲げ角度を利用して鋼材の曲げ破断の有無を精度良く予測する。これによって、曲げ破断を防止する鋼板の設計をコンピュータ上で行うことができるため、大幅なコスト削減、開発期間の短縮への寄与が実現する。 As described above, according to the present embodiment, the critical VDA bend angle obtained by using the bend angle prediction method according to the first embodiment is used to accurately predict the presence or absence of bending fracture of the steel material. As a result, steel sheets that prevent bending breakage can be designed on a computer, contributing to significant cost reductions and shorter development periods.

(第3の実施形態)
第3の実施形態では、第1の実施形態による曲げ角度予測方法を利用した、鋼板の曲げ破断予測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、プレス成形解析及びこれに続く衝突解析において、予変形により鋼板に板厚変動が生じる場合における鋼板の曲げ破断予測方法を例示する。図9は第3の実施形態による曲げ破断予測方法を示すフロー図である。
(Third Embodiment)
In the third embodiment, a bending fracture prediction method for a steel plate using the bending angle prediction method according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a bending fracture prediction method of a steel sheet when thickness variation occurs in the steel sheet due to pre-deformation in the press forming analysis and subsequent collision analysis will be exemplified. FIG. 9 is a flow diagram showing a bending fracture prediction method according to the third embodiment.

自動車部品は、一般に鋼板をプレス成形して形成されており、その後に溶接等の組立て工程を経て自動車車体が形成される。自動車車体は衝突安全性の観点から、衝突時に狙いの反力を発生させながらエネルギー吸収をすることが求められるところ、衝突時に鋼板が破断した場合、狙いの反力が得られない可能性がある。そのため、衝突のFEM解析を行い、事前に破断を予測することが求められている。 Automobile parts are generally formed by press-molding a steel plate, and then undergoing an assembly process such as welding to form an automobile body. From the perspective of collision safety, automobile bodies are required to absorb energy while generating the desired reaction force in the event of a collision. . Therefore, it is required to perform FEM analysis of collision and predict fracture in advance.

衝突時に自動車車体の各鋼材は様々な変形をし、衝突入力により圧縮されて座屈するような部位では、鋼板は曲げ変形を受ける。軟質な鋼板であれば曲げ変形中に破断が発生することは殆どないが、例えば980MPaを超える高強度の鋼板の場合、曲げ変形中に破断が発生する可能性がある。 Each steel material of an automobile body undergoes various deformations at the time of a collision, and the steel plate undergoes bending deformation at a portion that is compressed and buckled by the impact force. A soft steel plate hardly breaks during bending deformation, but a high-strength steel plate exceeding 980 MPa, for example, may break during bending deformation.

鋼板をプレス成形する工程においては、例えばパンチの押し込みにより肩部は引張変形を受けて板厚が減少する。一方、パンチの押し込みにより材料が流入することによって、部品の周辺部分(ダイフランジ部分)は、周長が縮まることによる圧縮の変形を受け、板厚が増加する。 In the process of press-forming a steel plate, for example, the shoulder portion is subjected to tensile deformation due to the pressing of a punch, and the thickness of the steel plate is reduced. On the other hand, due to the inflow of the material due to the pressing of the punch, the peripheral portion (die flange portion) of the part undergoes compression deformation due to the shrinkage of the peripheral length, and the plate thickness increases.

本実施形態では先ず、ステップS31において、鋼板の成形解析工程S30においてFEM解析を行う。
続いて、ステップS32において、成形解析工程S30のFEMモデルの各要素(メッシュ)ごとに成形後の鋼板の板厚及びひずみ成分を取得する。
In this embodiment, first, in step S31, FEM analysis is performed in the steel sheet forming analysis step S30.
Subsequently, in step S32, the sheet thickness and strain component of the steel sheet after forming are obtained for each element (mesh) of the FEM model in the forming analysis step S30.

続いて、ステップS41において、ステップS32で取得された鋼板の板厚及びひずみ成分を、衝突解析工程S40のFEMモデルの各要素に引き継いでマッピングする。 Subsequently, in step S41, the plate thickness and strain component of the steel plate acquired in step S32 are inherited and mapped to each element of the FEM model in the collision analysis step S40.

続いて、ステップS42において、図2に示した第1の実施形態による曲げ角度予測方法のステップS1~S3を実行し、鋼板の予変形後の板厚における限界VDA曲げ角度を算出する。 Subsequently, in step S42, steps S1 to S3 of the bending angle prediction method according to the first embodiment shown in FIG. 2 are executed to calculate the limit VDA bending angle at the plate thickness after pre-deformation of the steel plate.

続いて、ステップS43において、衝突解析工程S40においてFEM解析を行う。
そして、ステップS44において、衝突解析工程S40のFEMモデルの各要素ごとに曲げ破断が発生するか否かを判定し、破断が発生すると判定された要素を削除する。
以上により、自動車車体の衝突時の曲げ破断をFEM解析上で精度良く予測することができる。
Subsequently, in step S43, FEM analysis is performed in the collision analysis step S40.
Then, in step S44, it is determined whether or not bending fracture occurs for each element of the FEM model in the collision analysis step S40, and the element determined to have fracture is deleted.
As described above, it is possible to accurately predict the bending fracture of the automobile body at the time of collision on the FEM analysis.

本実施形態においても、第2の実施形態と同様に、シェル要素の要素サイズ毎のひずみの変化を捉えた上で、ステップS44において、限界VDA曲げ角度における、シェル要素の曲げ外側の限界ひずみを求め、成形解析中のシェル要素の曲げ外側最表層の最大主ひずみが、この曲げ外側の限界ひずみに達するか否かで破断を予測する。 In this embodiment, as in the second embodiment, after grasping changes in strain for each element size of the shell elements, in step S44, the limit strain on the outside of the bending of the shell elements at the limit VDA bending angle is calculated. Fracture is predicted based on whether or not the maximum principal strain of the outermost surface layer of the outermost layer of the shell element during the forming analysis reaches this critical strain of the outer side of the bending.

成形工程における予変形によって付与されたひずみは、当然に衝突工程にも引き継がれる。そのため、FEM解析においても、成形解析工程S30後の板厚と共に、ひずみ成分を取得し、衝突解析工程S40のFEMモデルの各要素にマッピングする。これにより、シェル要素の曲げ外側のひずみが、限界ひずみに達するか否かで破断を予測する場合において、より精度を向上させることができる。 The strain applied by the pre-deformation in the forming process is of course inherited in the collision process. Therefore, also in the FEM analysis, along with the plate thickness after the forming analysis step S30, the strain component is acquired and mapped to each element of the FEM model in the collision analysis step S40. As a result, it is possible to further improve the accuracy in predicting fracture based on whether or not the strain on the outer side of the bending of the shell element reaches the limit strain.

なお、ステップS44では、限界VDA曲げ角度をシェル要素の曲げ外側の限界ひずみに変換することなく、FEM解析において鋼板の曲げ角度が限界VDA曲げ角度に到達したか否かで破断発生の有無を判定することもできる。 In step S44, it is determined whether or not the bending angle of the steel sheet reaches the critical VDA bending angle in the FEM analysis without converting the critical VDA bending angle into the critical strain on the outer side of the shell element. You can also

以上説明したように、本実施形態によれば、第1の実施形態による曲げ角度予測方法を用いて得られた限界VDA曲げ角度を利用して鋼材の曲げ破断の有無を精度良く予測する。これによって、実際の自動車部材についての衝突試験を省略すること、或いは衝突試験の回数を大幅に削減することができる。また、衝突時の破断を防止する鋼材の設計をコンピュータ上で行うことができるため、大幅なコスト削減、開発期間の短縮への寄与が実現する。 As described above, according to the present embodiment, the critical VDA bend angle obtained by using the bend angle prediction method according to the first embodiment is used to accurately predict the presence or absence of bending fracture of the steel material. As a result, it is possible to omit the collision test for actual automobile members, or to greatly reduce the number of collision tests. In addition, since it is possible to design the steel materials that prevent breakage in the event of a collision on a computer, it is possible to significantly reduce costs and shorten the development period.

(第4の実施形態)
上述した第1の実施形態による曲げ角度予測装置の構成要素である、図5に示した鋼種(強度グレード)判定部1、最大主ひずみ取得部2、及び角度算出部3は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても良い。また、上記の各構成要素は、メモリ及びCPU(中央演算装置)により構成され、各構成要素の諸機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであっても良い。
(Fourth embodiment)
The steel type (strength grade) determination unit 1, the maximum principal strain acquisition unit 2, and the angle calculation unit 3 shown in FIG. It may be realized by In addition, each component described above is composed of a memory and a CPU (Central Processing Unit), and the function is realized by loading and executing a program for realizing various functions of each component into the memory. It can be.

また、上記の各構成要素の諸機能を実現するためのプログラム(図6の角度予測方法のステップS1~S3、図8の曲げ破断予測方法のステップS10(S11~S12)及びS20(S21~S24)、図9の曲げ破断予測方法のステップS30(S31~S32)及びS40(S41~S44)をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上記の各構成要素の処理を実行しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。 In addition, a program for realizing various functions of the above components (steps S1 to S3 of the angle prediction method in FIG. 6, steps S10 (S11 to S12) and S20 (S21 to S24 of the bending fracture prediction method in FIG. 8 ), steps S30 (S31 to S32) and S40 (S41 to S44) of the bending fracture prediction method in FIG. , the processing of each of the components described above may be executed by executing the "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものでも良い。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものでも良い。また上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
The "computer system" may also include the home page providing environment (or display environment) if the WWW system is used.
The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible discs, magneto-optical discs, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard discs incorporated in computer systems. In addition, "computer-readable recording medium" means dynamically storing a program for a short period of time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It may also include a memory that holds the program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in that case. Further, the above program may be for realizing part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. .

一具体例として、第1~第3の実施形態に示した曲げ角度予測装置及び曲げ角度予測方法、並びに曲げ破断予測方法は、図10に示すようなコンピュータ機能100により実施される。
コンピュータ機能100は、CPU101と、ROM102と、RAM103とを備える。また、操作部(CONS)109のコントローラ(CONSC)105と、CRTやLCD等の表示部としてのディスプレイ(DISP)110のディスプレイコントローラ(DISPC)106とを備える。更に、ハードディスク(HD)111、及びフレキシブルディスク等の記憶デバイス(STD)112のコントローラ(DCONT)107と、ネットワークインタフェースカード(NIC)108とを備える。それら機能部101,102,103,105,106,107,108は、システムバス104を介して互いに通信可能に接続された構成としている。
As a specific example, the bending angle prediction device, the bending angle prediction method, and the bending fracture prediction method shown in the first to third embodiments are implemented by a computer function 100 as shown in FIG.
The computer function 100 has a CPU 101 , a ROM 102 and a RAM 103 . It also has a controller (CONSC) 105 for an operation unit (CONS) 109 and a display controller (DISPC) 106 for a display (DISP) 110 as a display unit such as a CRT or LCD. Further, a controller (DCONT) 107 for a hard disk (HD) 111 and a storage device (STD) 112 such as a flexible disk, and a network interface card (NIC) 108 are provided. These functional units 101 , 102 , 103 , 105 , 106 , 107 and 108 are connected to each other via a system bus 104 so as to be able to communicate with each other.

CPU101は、ROM102又はHD111に記憶されたソフトウェア、又はSTD112より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス104に接続された各構成部を総括的に制御する。即ち、CPU101は、上述したような動作を行うための処理プログラム(構造体設計支援プログラム)を、ROM102、HD111、又はSTD112から読み出して実行することで、本実施形態における動作を実現するための制御を行う。RAM103は、CPU101の主メモリ又はワークエリア等として機能する。 The CPU 101 executes software stored in the ROM 102 or HD 111 , or software supplied from the STD 112 to collectively control each component connected to the system bus 104 . That is, the CPU 101 reads and executes a processing program (structural design support program) for performing the above-described operations from the ROM 102, HD 111, or STD 112, thereby performing control for realizing the operations in this embodiment. I do. The RAM 103 functions as a main memory, work area, or the like for the CPU 101 .

CONSC105は、CONS109からの指示入力を制御する。DISPC105は、DISP110の表示を制御する。DCONT107は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び本実施形態における上記の処理プログラム等を記憶するHD111及びSTD112とのアクセスを制御する。NIC108はネットワーク113上の他の装置と双方向にデータをやりとりする。
なお、通常のコンピュータ端末装置を用いる代わりに、曲げ角度予測装置に特化された所定の計算機等を用いても良い。
CONSC 105 controls instruction input from CONS 109 . DISPC 105 controls the display of DISP 110 . The DCONT 107 controls access to the HD 111 and STD 112 that store boot programs, various applications, user files, network management programs, and the processing programs described above in this embodiment. NIC 108 exchanges data bi-directionally with other devices on network 113 .
It should be noted that, instead of using a normal computer terminal device, a predetermined computer or the like specialized for the bending angle prediction device may be used.

本発明は、例えば、自動車部品に公的な鋼板に関連する産業に利用することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used, for example, in industries related to steel plates for automobile parts.

Claims (16)

コンピュータを用いて曲げ角度を予測する方法であって、
曲げ角度の予測対象である鋼材の材料特性により、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得する第1ステップと、
有限要素法を用いて既定されている、限界VDA曲げ角度を板厚及び曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で規定した関係式に、前記鋼材の板厚及び前記第1ステップで取得された前記鋼材の前記曲げ外側最表層の最大主ひずみを入力して、前記鋼材の限界VDA曲げ角度を算出する第2ステップと、
を備えたことを特徴とする曲げ角度予測方法。
A method of predicting a bend angle using a computer, comprising:
a first step of acquiring the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material on the bending outer side according to the material properties of the steel material whose bending angle is to be predicted;
The relational expression that defines the limit VDA bending angle as a function of the plate thickness and the maximum principal strain of the bending outermost surface layer, which is predetermined using the finite element method, includes the plate thickness of the steel material and the obtained in the first step a second step of inputting the maximum principal strain of the bending outermost surface layer of the steel material and calculating the limit VDA bending angle of the steel material;
A bending angle prediction method comprising:
前記第1ステップは、材料特性から曲げ外側最表層の最大主ひずみが一意に定まる関係に基づいて、前記鋼材の材料特性に対応する前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得することを特徴とする請求項1に記載の曲げ角度予測方法。 The first step includes acquiring the maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side of the steel material corresponding to the material properties of the steel material, based on the relationship in which the maximum principal strain of the outermost outer layer on the bending outermost layer is uniquely determined from the material properties. The bending angle prediction method according to claim 1. 前記関係式は、限界VDA曲げ角度をθとして、
θ=exp{(εb-b)/a}
εb:曲げ外側最表層の最大主ひずみ
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項1又は2に記載の曲げ角度予測方法。
Assuming the limit VDA bending angle as θ, the relational expression is:
θ=exp {( εb −b)/a}
ε b : Maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side a: Relational expression of plate thickness t b: Relational expression of plate thickness t The bending angle prediction method according to claim 1 or 2, characterized by the following.
前記鋼材の板厚は、予変形を受けた後の値であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の曲げ角度予測方法。 The bending angle prediction method according to any one of claims 1 to 3, wherein the plate thickness of the steel material is a value after being pre-deformed. 前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の曲げ角度予測方法。 The bending angle prediction method according to any one of claims 1 to 4, wherein the steel material is a steel plate of a grade of 980 MPa or higher.
曲げ角度の予測対象である鋼材の材料特性により、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得する取得部と、
有限要素法を用いて既定されている、限界VDA曲げ角度を板厚及び曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で規定した関係式に、前記鋼材の板厚及び前記取得部で取得された前記鋼材の前記曲げ外側最表層の最大主ひずみを入力して、前記鋼材の限界VDA曲げ角度を算出する算出部と、
を備えたことを特徴とする曲げ角度予測装置。

an acquisition unit that acquires the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material for which the bending angle is to be predicted, based on the material properties of the steel material;
The relational expression that defines the limit VDA bending angle as a function of the plate thickness and the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending outermost layer, which is predetermined using the finite element method, includes the plate thickness of the steel material and the obtained in the obtaining unit a calculation unit that inputs the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material to calculate the limit VDA bending angle of the steel material;
A bending angle prediction device comprising:
前記取得部は、材料特性から曲げ外側最表層の最大主ひずみが一意に定まる関係に基づいて、前記鋼材の材料特性に対応する前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得することを特徴とする請求項6に記載の曲げ角度予測装置。 The acquisition unit acquires the maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side of the steel material corresponding to the material properties of the steel material based on a relationship that uniquely determines the maximum principal strain on the outermost surface layer on the outermost bending side from the material properties. The bending angle prediction device according to claim 6. 前記関係式は、限界VDA曲げ角度をθとして、
θ=exp{(εb-b)/a}
εb:曲げ外側最表層の最大主ひずみ
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項6又は7に記載の曲げ角度予測装置。
Assuming the limit VDA bending angle as θ, the relational expression is:
θ=exp {( εb −b)/a}
8. The bending angle predicting device according to claim 6 or 7, characterized in that ε b : maximum principal strain of outermost surface layer on the bending outer side, a: relational expression of plate thickness t, and b: relational expression of plate thickness t.
前記鋼材の板厚は、予変形を受けた後の値であることを特徴とする請求項6~8のいずれか1項に記載の曲げ角度予測装置。 The bending angle prediction device according to any one of claims 6 to 8, wherein the plate thickness of the steel material is a value after being pre-deformed. 前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする請求項6~9の
いずれか1項に記載の曲げ角度予測装置。
The bending angle prediction device according to any one of claims 6 to 9, wherein the steel material is a steel plate of a grade of 980 MPa or higher.
曲げ角度の予測対象である鋼材の材料特性により、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得する第1ステップと、
有限要素法を用いて既定されている、限界VDA曲げ角度を板厚及び曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で規定した関係式に、前記鋼材の板厚及び前記第1ステップで取得された前記鋼材の前記曲げ外側最表層の最大主ひずみを入力して、前記鋼材の限界VDA曲げ角度を算出する第2ステップと、
をコンピュータに実行させる曲げ角度予測プログラム。
a first step of acquiring the maximum principal strain of the outermost surface layer of the steel material on the bending outer side according to the material properties of the steel material whose bending angle is to be predicted;
The relational expression that defines the limit VDA bending angle as a function of the plate thickness and the maximum principal strain of the bending outermost surface layer, which is predetermined using the finite element method, includes the plate thickness of the steel material and the obtained in the first step a second step of inputting the maximum principal strain of the bending outermost surface layer of the steel material and calculating the limit VDA bending angle of the steel material;
A bending angle prediction program that causes a computer to execute.
前記第1ステップは、材料特性から曲げ外側最表層の最大主ひずみが一意に定まる関係に基づいて、前記鋼材の材料特性に対応する前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得することを特徴とする請求項11に記載の曲げ角度予測プログラム。 The first step includes acquiring the maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side of the steel material corresponding to the material properties of the steel material, based on the relationship in which the maximum principal strain of the outermost outer layer on the bending outermost layer is uniquely determined from the material properties. The bending angle prediction program according to claim 11. 前記関係式は、限界VDA曲げ角度をθとして、
θ=exp{(εb-b)/a}
εb:曲げ外側最表層の最大主ひずみ
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項11又は12に記載の曲げ角度予測プログラム。
Assuming the limit VDA bending angle as θ, the relational expression is:
θ=exp {( εb −b)/a}
ε b : Maximum principal strain of the outermost surface layer on the bending outer side a: Relational expression of plate thickness t b: Relational expression of plate thickness t The bending angle prediction program according to claim 11 or 12, characterized by the following.
前記鋼材の板厚は、予変形を受けた後の値であることを特徴とする請求項11~13のいずれか1項に記載の曲げ角度予測プログラム。 14. The bending angle prediction program according to any one of claims 11 to 13, wherein the plate thickness of the steel material is a value after being pre-deformed. 前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする請求項11~14のいずれか1項に記載の曲げ角度予測プログラム。 The bending angle prediction program according to any one of claims 11 to 14, wherein the steel material is a steel plate of a grade of 980 MPa or higher. 請求項11~15のいずれか1項に記載の曲げ角度予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium recording the bending angle prediction program according to any one of claims 11 to 15.
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