JP7382913B2 - Numerical simulation defect occurrence risk evaluation method and device - Google Patents

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Description

本発明は、数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法および装置に関する。 The present invention relates to a defect occurrence risk evaluation method and apparatus using numerical simulation.

条材の熱間圧延方法として、条材の表面の周方向圧縮ひずみを評価して疵保証を満足する方法が知られている(特許文献1参照)。そのような条材の熱間圧延方法では、孔型ロールと称される成形型を使用するため、条材の幅方向の変形が拘束される。従って、条材の軸方向に線状に疵が生じる。従って、疵保証のためには孔型ロールから出た部分における周方向圧縮ひずみのみを考慮すればよい。 As a method for hot rolling a strip, a method is known in which the circumferential compressive strain on the surface of the strip is evaluated to satisfy the defect guarantee (see Patent Document 1). In such a method of hot rolling a strip, a mold called a grooved roll is used, so that deformation of the strip in the width direction is restricted. Therefore, linear flaws occur in the axial direction of the strip. Therefore, in order to guarantee defects, only the compressive strain in the circumferential direction at the portion exiting from the grooved roll needs to be considered.

しかし、鍛造加工では、1方向の圧縮に対して3次元的な変形が発生する。従って、素材の変形挙動を上記のように特定することが困難である。つまり、いずれの部位でどのような疵が発生するかを特定することは困難である。 However, in forging, three-dimensional deformation occurs in response to compression in one direction. Therefore, it is difficult to specify the deformation behavior of the material as described above. In other words, it is difficult to specify what kind of flaw occurs in which part.

これに対し、有限要素法による数値シミュレーションを使用し、鍛造加工における素材の変形挙動をシミュレーションする方法が知られている(特許文献2参照)。この方法では、素材と金型の形状データを複数の要素に分割し、塑性ひずみエネルギーを計算し、素材の変形挙動をシミュレーションする。これにより、素材の塑性変形を予測できるとともに、素材に対して付加される荷重を予測できる。 On the other hand, there is a known method of simulating the deformation behavior of a material during forging using numerical simulation using the finite element method (see Patent Document 2). This method divides the shape data of the material and mold into multiple elements, calculates the plastic strain energy, and simulates the deformation behavior of the material. This makes it possible to predict the plastic deformation of the material as well as the load that will be applied to the material.

特開2007-90429号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-90429 特開2008-33435号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-33435

特許文献2に記載の方法は、有限要素法の性質上、要素サイズよりも大きな疵などの欠陥の発生を予測することができる。しかし、要素サイズよりも小さな疵などの欠陥の発生を予測することは困難である。また、より小さな欠陥の発生を予測するために要素サイズをより小さく設定すると、それに比例して計算時間が増大し、実用的な時間で計算が完了しないおそれがある。さらに言えば、実用的な時間で計算を完了させる最適な(最小の)要素サイズの決定が困難である。 Due to the nature of the finite element method, the method described in Patent Document 2 can predict the occurrence of defects such as flaws that are larger than the element size. However, it is difficult to predict the occurrence of defects such as flaws that are smaller than the element size. Furthermore, if the element size is set smaller in order to predict the occurrence of smaller defects, the calculation time will increase proportionally, and there is a possibility that the calculation will not be completed in a practical time. Furthermore, it is difficult to determine the optimal (minimum) element size that allows the calculation to be completed in a practical amount of time.

本発明は、数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法および装置において、実用的な計算時間で微細な欠陥の発生を予測することを課題とする。 An object of the present invention is to predict the occurrence of minute defects in a practical calculation time using a numerical simulation defect occurrence risk evaluation method and apparatus.

本発明の第1の態様は、鍛造工程の有限要素法による数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法であって、形状データとして数値シミュレーションモデルを取得し、前記数値シミュレーションモデルを複数の要素に分割し、前記複数の要素のそれぞれの初期の表面積を算出し、算出された前記初期の表面積を記憶し、前記鍛造工程の数値シミュレーションを実行しながら前記複数の要素のそれぞれの表面積を算出し、前記鍛造工程の数値シミュレーションの進行に連れて前記複数の要素のそれぞれについて表面積の減少の度合いを算出し、前記減少の度合いが所定の閾値よりも大きい要素の存在する部位を、前記数値シミュレーションモデルにおいて欠陥発生リスクのある特定部位として評価することを含む、数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法を提供する。 A first aspect of the present invention is a defect occurrence risk evaluation method for numerical simulation using the finite element method of a forging process, which comprises: acquiring a numerical simulation model as shape data; dividing the numerical simulation model into a plurality of elements; calculating the initial surface area of each of the plurality of elements, storing the calculated initial surface area, calculating the surface area of each of the plurality of elements while performing a numerical simulation of the forging process, and calculating the surface area of each of the plurality of elements, As the numerical simulation progresses, the degree of decrease in surface area is calculated for each of the plurality of elements, and the portions where the elements exist whose degree of decrease is greater than a predetermined threshold are determined to have a risk of defect occurrence in the numerical simulation model. The present invention provides a method for evaluating the risk of defect occurrence using numerical simulation, which includes evaluating a specific part of a part.

この方法によれば、数値シミュレーションモデルの複数の要素のそれぞれの表面積の減少の度合いに基づいて欠陥発生リスクを評価する。そのため、複数の要素のそれぞれのサイズが、発生し得る疵などの欠陥のサイズと比較して大きい場合でも欠陥発生リスクを評価できる。従って、要素サイズをそれほど小さく設定することなく、微細な欠陥の発生リスクを評価できる。よって、実用的な計算時間で微細な欠陥の発生を予測することができる。なお、上記所定の閾値は、数値シミュレーションモデルの要素サイズや確認する微細な欠陥サイズに応じて変化し得る。 According to this method, the risk of defect occurrence is evaluated based on the degree of reduction in the surface area of each of a plurality of elements of a numerical simulation model. Therefore, even if the size of each of the plurality of elements is larger than the size of a defect such as a flaw that may occur, the risk of defect occurrence can be evaluated. Therefore, the risk of occurrence of minute defects can be evaluated without setting the element size so small. Therefore, the occurrence of minute defects can be predicted within a practical calculation time. Note that the predetermined threshold value may vary depending on the element size of the numerical simulation model and the size of the minute defect to be confirmed.

前記減少の度合いを、前記複数の要素のそれぞれの初期の表面積に対する減少の比率としてもよい。 The degree of reduction may be a ratio of the initial surface area of each of the plurality of elements.

この方法によれば、複数の要素のそれぞれの初期の表面積を基準として上記減少の度合いを算出する。このため、計算が煩雑化することなく、上記減少の度合いを容易に算出できる。この方法における上記所定の閾値は、例えば、SS=(Si-S0)/S0として得られる評価値SSの値に基づいて規定し得る。ここで、Siはiステップ(iは自然数)における表面積を示し、S0は初期表面積を示す。上記所定の閾値となり得る評価値SSの値は、基本的に0より小さい値(前ステップの表面積よりも小さくなる場合)に設定され、このとき微細な欠陥が発生すると考えられる。また、視覚的に確認できるほどの欠陥についてはこれより小さい値が閾値となり得る。具体的には、所定の閾値として、例えば-0.35程度と設定してもよい。ただし、前述の通り、この値は、数値シミュレーションモデルの要素サイズや確認する微細な欠陥サイズに応じて変化し得る。 According to this method, the degree of reduction is calculated based on the initial surface area of each of the plurality of elements. Therefore, the degree of decrease can be easily calculated without complicating calculations. The predetermined threshold value in this method may be defined based on the evaluation value SS obtained as SS=(Si-S0)/S0, for example. Here, Si indicates the surface area at i step (i is a natural number), and S0 indicates the initial surface area. The value of the evaluation value SS, which can serve as the above-mentioned predetermined threshold value, is basically set to a value smaller than 0 (when the surface area becomes smaller than the surface area of the previous step), and in this case, it is considered that a minute defect occurs. Furthermore, for defects that are visible to the extent that they can be visually confirmed, a value smaller than this can be the threshold value. Specifically, the predetermined threshold value may be set to about -0.35, for example. However, as described above, this value may change depending on the element size of the numerical simulation model and the size of the minute defect to be confirmed.

前記特定部位を画面に表示してもよい。 The specific region may be displayed on the screen.

この方法によれば、欠陥の発生リスクが高い部分を視覚的に認識できる。 According to this method, parts with a high risk of defect occurrence can be visually recognized.

本発明の第2の態様は、鍛造工程の有限要素法による数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価装置であって、形状データとして数値シミュレーションモデルを取得するモデル取得部と、前記数値シミュレーションモデルを複数の要素に分割する要素分割部と、前記複数の要素のそれぞれの初期の表面積を算出する初期表面積算出部と、算出された前記初期の表面積を記憶する記憶部と、前記鍛造工程の数値シミュレーションを実行しながら前記複数の要素のそれぞれの表面積を算出する経過表面積算出部と、前記鍛造工程の数値シミュレーションの進行に連れて前記複数の要素のそれぞれについて表面積の減少の度合いを算出する減少度算出部と、前記減少の度合いが所定の閾値よりも大きい要素の存在する部位を、前記数値シミュレーションモデルにおいて欠陥発生リスクのある特定部位として評価する評価部と備える、数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価装置を提供する。 A second aspect of the present invention is a defect occurrence risk evaluation device for numerical simulation using the finite element method of a forging process, which includes a model acquisition unit that acquires a numerical simulation model as shape data, and a model acquisition unit that acquires a numerical simulation model as shape data; an element dividing unit that divides the plurality of elements into elements, an initial surface area calculating unit that calculates an initial surface area of each of the plurality of elements, a storage unit that stores the calculated initial surface area, and a numerical simulation of the forging process. an elapsed surface area calculation unit that calculates the surface area of each of the plurality of elements, and a reduction degree calculation unit that calculates the degree of reduction in surface area of each of the plurality of elements as the numerical simulation of the forging process progresses; Provided is a defect occurrence risk evaluation device for numerical simulation, comprising an evaluation unit that evaluates a part where an element exists whose degree of reduction is larger than a predetermined threshold value as a specific part having a risk of defect occurrence in the numerical simulation model.

本発明によれば、数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法および装置において、実用的な計算時間で微細な欠陥を予測できる。 According to the present invention, minute defects can be predicted in a practical calculation time using a numerical simulation defect occurrence risk evaluation method and apparatus.

鍛造工程の成形前の素材を示す正面図。The front view which shows the material before shaping|molding of the forging process. 鍛造工程の成形後の素材を示す正面図。FIG. 3 is a front view showing the material after being formed in the forging process. 鍛造工程の成形前の数値シミュレーションモデルを示す正面図。The front view which shows the numerical simulation model before forming of the forging process. 鍛造工程の成形後の数値シミュレーションモデルを示す正面図。The front view showing a numerical simulation model after forming in the forging process. 本発明の実施形態に係る数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価装置1のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a defect occurrence risk evaluation device 1 for numerical simulation according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法を示すフローチャート。1 is a flowchart showing a defect occurrence risk evaluation method using numerical simulation according to an embodiment of the present invention. R5の素材の鍛造加工前を示す写真。A photo showing the R5 material before forging. R5の素材の鍛造加工後を示す写真。A photo showing the R5 material after forging. 図8の一部を拡大して示す写真。A photograph showing an enlarged part of FIG. 8. 図9に対応するコンター図。A contour diagram corresponding to FIG. 9. R10の素材の鍛造加工前を示す写真。A photo showing R10 material before forging. R10の素材の鍛造加工後を示す写真。A photograph showing the R10 material after forging. 図12の一部を拡大して示す写真。A photograph showing an enlarged part of FIG. 12. 図13に対応するコンター図。FIG. 14 is a contour diagram corresponding to FIG. 13.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1,2を参照して、鍛造工程では、素材2を圧下して所望の形状に成形する。成形の際に素材2の表面に疵Fなどの欠陥が発生することがある。本実施形態では、そのような欠陥の発生を有限要素法による数値シミュレーションで予測する。 Referring to FIGS. 1 and 2, in the forging process, a material 2 is rolled down and formed into a desired shape. Defects such as flaws F may occur on the surface of the material 2 during molding. In this embodiment, the occurrence of such defects is predicted by numerical simulation using the finite element method.

図3,4を参照して、有限要素法による数値シミュレーションでは、素材2の数値シミュレーションモデルを複数の要素に分割して要素ごとに計算を実行する。鍛造工程では、成形に伴い要素のサイズが減少する。また一般に、分割された要素のサイズが小さいほど、高精度の数値シミュレーションが可能であり、微細な欠陥の発生を予測できる。しかし、要素のサイズが小さいほど、計算時間が増加する。そのため、要素をあまり小さく設定すると、実用的な計算時間で計算が完了しないおそれもある。これに着目し、本実施形態では、要素のサイズをそれほど小さく設定することなく、要素サイズの減少に基づいて微細な欠陥の発生を実用的な計算時間で予測できる数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法および装置を説明する。 Referring to FIGS. 3 and 4, in numerical simulation using the finite element method, the numerical simulation model of material 2 is divided into a plurality of elements and calculations are performed for each element. In the forging process, the size of the element is reduced as it is shaped. In general, the smaller the size of the divided elements, the more accurate numerical simulation is possible and the occurrence of minute defects can be predicted. However, the smaller the element size, the more calculation time. Therefore, if the elements are set too small, the calculation may not be completed within a practical calculation time. Focusing on this, in this embodiment, we present a defect occurrence risk evaluation method using numerical simulation that can predict the occurrence of minute defects in a practical calculation time based on a reduction in element size without setting the element size too small. and describe the equipment.

図5は、本実施形態の数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価装置1(以下、単に評価装置1ともいう。)のブロック図である。評価装置1は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、およびROM(Read Only Memory)等のハードウェアと、それらに実装されたソフトウェアとにより構成されている。例えば、評価装置1は、デスクトップパソコン、ノートパソコン、ワークステーション、またはタブレット端末のような情報処理装置で構成される。評価装置1は、機能的構成として、モデル形成部10と、演算部20と、記憶部30と、評価部40と、出力部50とを有している。これらは、ハードウェア資源であるプロセッサと、ソフトウェアであるプログラムとの協働により実現される。 FIG. 5 is a block diagram of a defect occurrence risk evaluation device 1 (hereinafter also simply referred to as evaluation device 1) for numerical simulation according to the present embodiment. The evaluation device 1 is composed of hardware such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory), and software installed therein. For example, the evaluation device 1 is configured with an information processing device such as a desktop computer, a notebook computer, a workstation, or a tablet terminal. The evaluation device 1 has a model forming section 10, a calculation section 20, a storage section 30, an evaluation section 40, and an output section 50 as a functional configuration. These are realized through cooperation between a processor, which is a hardware resource, and a program, which is software.

モデル形成部10は、モデル取得部11と、要素分割部12と、条件設定部13とを有している。モデル取得部11は、鍛造加工を施す素材の形状データを数値シミュレーションモデルとして取得する部分である。当該データは、外部から取得してもよいし、ユーザが作成してもよい。要素分割部12は、モデル取得部11にて取得した解析モデルを複数の要素に分割する部分である。複数の要素のサイズは、発生し得る疵などの欠陥のサイズに比べて大きく設定され得る。条件設定部13は、数値シミュレーションのための各種条件を設定する部分である。条件設定部13では、素材の物性値および種々の境界条件などが設定される。 The model forming section 10 includes a model acquiring section 11, an element dividing section 12, and a condition setting section 13. The model acquisition unit 11 is a part that acquires shape data of a material to be forged as a numerical simulation model. The data may be obtained from outside or may be created by the user. The element division section 12 is a section that divides the analytical model acquired by the model acquisition section 11 into a plurality of elements. The size of the plurality of elements may be set larger than the size of defects such as flaws that may occur. The condition setting section 13 is a section for setting various conditions for numerical simulation. In the condition setting section 13, physical property values of the material and various boundary conditions are set.

演算部20は、初期表面積算出部21と、経過表面積算出部22と、減少度算出部23とを有している。初期表面積算出部21は、要素分割部12によって複数の要素のそれぞれの初期の表面積を算出する部分である。経過表面積算出部22は、鍛造工程の数値シミュレーションを実行しながら複数の要素のそれぞれの表面積を算出する部分である。従って、経過表面積算出部22では、逐次的に新たな表面積の算出が行われる。減少度算出部23は、複数の要素のそれぞれについて表面積の減少の度合いを算出する部分である。本実施形態では、減少度算出部23では、減少の度合いが、複数の要素のそれぞれの初期の表面積に対する減少の比率として算出される。代替的には、新たな表面積が逐次的に算出される中で、前回算出された表面積に対して今回算出された表面積の減少の度合いを算出してもよい。このように、減少の度合いの算出方法は多様に考えられ得る。 The calculation section 20 includes an initial surface area calculation section 21 , an elapsed surface area calculation section 22 , and a reduction degree calculation section 23 . The initial surface area calculating section 21 is a section that calculates the initial surface area of each of a plurality of elements by the element dividing section 12. The elapsed surface area calculation unit 22 is a part that calculates the surface area of each of a plurality of elements while executing numerical simulation of a forging process. Therefore, the elapsed surface area calculating section 22 sequentially calculates new surface areas. The reduction degree calculation unit 23 is a part that calculates the degree of reduction in surface area for each of a plurality of elements. In this embodiment, the reduction degree calculation unit 23 calculates the degree of reduction as a ratio of the reduction to the initial surface area of each of the plurality of elements. Alternatively, while new surface areas are being calculated one after another, the degree of decrease in the currently calculated surface area relative to the previously calculated surface area may be calculated. In this way, various methods of calculating the degree of decrease can be considered.

記憶部30は、プロセッサで稼働するプログラムや数値シミュレーションに必要なパラメータデータ等が記憶されている。特に、記憶部30は、初期表面積算出部21にて算出した複数の要素のそれぞれの初期の表面積を記憶する。また、記憶部30は、経過表面積算出部22にて算出した複数の要素のそれぞれの表面積を記憶してもよい。 The storage unit 30 stores programs that run on the processor, parameter data necessary for numerical simulation, and the like. In particular, the storage unit 30 stores the initial surface area of each of the plurality of elements calculated by the initial surface area calculation unit 21. Further, the storage unit 30 may store the surface area of each of the plurality of elements calculated by the elapsed surface area calculation unit 22.

評価部40は、上記減少の度合いが所定の閾値よりも大きい要素の存在する部位を、数値シミュレーションモデルにおいて欠陥発生リスクのある特定部位として評価する部分である。所定の閾値は、数値シミュレーションモデルの要素サイズや確認する微細な欠陥サイズに応じて変化し得る。 The evaluation unit 40 is a part that evaluates a portion in which an element exists whose degree of reduction is greater than a predetermined threshold value as a specific portion with a risk of defect occurrence in the numerical simulation model. The predetermined threshold value may vary depending on the element size of the numerical simulation model and the size of the minute defect to be confirmed.

出力部50は、評価部40での評価結果を出力する部分である。出力部50は、例えば液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、または有機ELディスプレイなどの市販のディスプレイ(画面)であり得る。 The output section 50 is a section that outputs the evaluation results from the evaluation section 40. The output unit 50 may be a commercially available display (screen) such as a liquid crystal display, a plasma display, or an organic EL display.

図6を参照して、本実施形態の数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法について説明する。 Referring to FIG. 6, a defect occurrence risk evaluation method using numerical simulation according to the present embodiment will be described.

本実施形態の評価方法を開始すると、まず、モデル取得部11によって鍛造加工を施す素材の形状データを数値シミュレーションモデルとして取得する(ステップS6-1)。次いで、要素分割部12によって、数値シミュレーションモデルを複数の要素に分割する(ステップS6-2)。このとき、条件設定部13によって数値シミュレーション条件を設定する。次いで、初期表面積算出部21によって複数の要素のそれぞれについて初期の表面積を算出し、記憶部30に記憶する(ステップS6-3)。そして、鍛造工程のシミュレーションを実行する(ステップS6-4)。このとき同時に複数の要素のそれぞれについて表面積を逐次的に算出する。これにより、数値シミュレーションが進行するにつれて複数の要素のそれぞれについて表面積の変化を算出できる。特に本実施形態では、減少度算出部23によって、表面積の減少の度合いを算出する(ステップS6-5)。そして、評価部40によって、減少の度合いが所定の閾値よりも大きい要素の存在する部位を、数値シミュレーションモデルにおいて欠陥発生リスクのある特定部位として評価する(ステップS6-6)。評価部40での評価結果は、特定部位を画面(出力部50)に表示することによって出力される(ステップS6-7)。 When the evaluation method of this embodiment is started, first, the model acquisition unit 11 acquires shape data of a material to be forged as a numerical simulation model (step S6-1). Next, the element dividing unit 12 divides the numerical simulation model into a plurality of elements (step S6-2). At this time, the condition setting unit 13 sets numerical simulation conditions. Next, the initial surface area calculation unit 21 calculates the initial surface area for each of the plurality of elements and stores it in the storage unit 30 (step S6-3). Then, a simulation of the forging process is executed (step S6-4). At this time, the surface area of each of the plurality of elements is sequentially calculated at the same time. This makes it possible to calculate changes in surface area for each of the plurality of elements as the numerical simulation progresses. In particular, in this embodiment, the degree of decrease calculation unit 23 calculates the degree of decrease in surface area (step S6-5). Then, the evaluation unit 40 evaluates a portion where an element whose degree of reduction is greater than a predetermined threshold exists as a specific portion with a risk of defect occurrence in the numerical simulation model (step S6-6). The evaluation result by the evaluation unit 40 is output by displaying the specific region on the screen (output unit 50) (step S6-7).

図7~14は、本実施形態の数値シミュレーションと実験の比較結果を示している。 7 to 14 show comparison results between numerical simulation and experiment of this embodiment.

数値シミュレーションおよび実験において2種類の素材2A,2Bを用意した。素材2A,2Bは、直径20mmで長さ150mmの円柱素材を中央部(曲げ部2a,2b)でV字形に120°曲げたものを用意した。素材2A,2Bの材質は、機械構造用炭素鋼鋼材(S45C)である。素材2Aは、曲げ部2aにおける曲げ半径が5mm(R5)である(図7~10参照)。素材2Bは、曲げ部2bにおける曲げ半径10mm(R10)である(図11~14参照)。これらの2種類の素材2A,2Bについて1200℃で1時間保持し、厚みが50%程度になるまで鍛造加工による圧下を施し、疵の発生の有無を確認した。 Two types of materials 2A and 2B were prepared in numerical simulations and experiments. Materials 2A and 2B were prepared by bending cylindrical materials with a diameter of 20 mm and a length of 150 mm into a V-shape by 120 degrees at the center portion (bending portions 2a and 2b). The materials 2A and 2B are carbon steel for machine structures (S45C). The material 2A has a bending radius of 5 mm (R5) at the bent portion 2a (see FIGS. 7 to 10). The material 2B has a bending radius of 10 mm (R10) at the bent portion 2b (see FIGS. 11 to 14). These two types of materials 2A and 2B were held at 1200° C. for 1 hour and rolled down by forging until the thickness was reduced to about 50%, and the presence or absence of flaws was confirmed.

図7はR5の素材2Aの鍛造加工前を示し、図8はR5の素材2Aの鍛造加工後を示している。また、図9は図8の素材2Aの曲げ部2aの拡大図を示している。図7~9を参照して、鍛造加工により素材2Aの曲げ部2aの表面に疵Fが発生した。なお、図9において疵Fの識別を容易にするために、疵Fを模式的にマーキングしている。図10は、図9の実験結果に対応する数値シミュレーション結果を示すコンター図である。当該コンター図では、上記複数の要素の表面積の減少の度合いを評価値としてコンター表示している。本実施形態では、当該評価値は、減少の度合いが大きいほど小さくなる(負の値であるため、絶対値としては大きくなる)。具体的には、評価値SSとして、以下の式に基づいて評価した。ここでの所定の閾値は、例えば-0.35と設定した。ただし、数値シミュレーションモデルの要素サイズや確認する微細な欠陥サイズによりこの値は変化する。 FIG. 7 shows the R5 material 2A before forging, and FIG. 8 shows the R5 material 2A after forging. Further, FIG. 9 shows an enlarged view of the bent portion 2a of the material 2A in FIG. 8. Referring to FIGS. 7 to 9, a flaw F was generated on the surface of the bent portion 2a of the material 2A due to the forging process. In addition, in FIG. 9, the flaw F is schematically marked in order to facilitate identification of the flaw F. FIG. 10 is a contour diagram showing numerical simulation results corresponding to the experimental results of FIG. 9. In the contour diagram, the degree of reduction in surface area of the plurality of elements is displayed as an evaluation value. In this embodiment, the evaluation value becomes smaller as the degree of decrease becomes larger (since it is a negative value, the absolute value becomes larger). Specifically, the evaluation value SS was evaluated based on the following formula. The predetermined threshold value here is set to -0.35, for example. However, this value changes depending on the element size of the numerical simulation model and the size of the minute defect to be confirmed.

Figure 0007382913000001
SS:評価値
Si:iステップ(iは自然数)における表面積
S0:初期表面積
Figure 0007382913000001
SS: Evaluation value Si: Surface area at i step (i is a natural number) S0: Initial surface area

図9,10を比較参照すると、図9の疵Fの発生個所と、図10の評価値の小さい箇所(表面積の減少の度合いの大きな箇所)とが一致していることが確認できる。なお、図10では、図の中心部において評価値SSが-0.5程度となっており、これは閾値である-0.35よりも小さく、中心部から離れるほど評価値SSが大きくなっている(0に近づいている)。 By comparing and referring to FIGS. 9 and 10, it can be confirmed that the location where the flaw F in FIG. 9 occurs matches the location where the evaluation value is small (the location where the degree of decrease in surface area is large) in FIG. 10. In addition, in FIG. 10, the evaluation value SS is approximately -0.5 in the center of the figure, which is smaller than the threshold value of -0.35, and the evaluation value SS increases as it moves away from the center. Yes (approaching 0).

同様に、図11はR10の素材2Bの鍛造加工前を示し、図12はR10の素材2Bの鍛造加工後を示している。また、図13は図12の素材2Bの曲げ部2bの拡大図を示している。図11~13を参照して、鍛造加工により素材2Bには疵が発生しなかった。図14は、図13の実験結果に対応する数値シミュレーション結果を示すコンター図である。当該コンター図では、上記複数の要素の表面積の減少の度合いを評価値としてコンター表示している。 Similarly, FIG. 11 shows the R10 material 2B before forging, and FIG. 12 shows the R10 material 2B after forging. Further, FIG. 13 shows an enlarged view of the bent portion 2b of the material 2B in FIG. 12. Referring to FIGS. 11 to 13, no flaws were generated in the material 2B due to the forging process. FIG. 14 is a contour diagram showing numerical simulation results corresponding to the experimental results of FIG. 13. In the contour diagram, the degree of reduction in surface area of the plurality of elements is displayed as an evaluation value.

図9,10,13,14を比較参照すると、図13では図9と異なり疵が発生しておらず、図14では図13よりも評価値が大きい(表面積の減少の度合いが小さい)ことから、疵の発生と要素の表面積の減少の度合いには相関があることが確認できた。なお、図14では、図の中心部において評価値SSが-0.3程度となっており、中心部から離れるほど評価値SSが大きくなっている(0に近づいている)。これにより、要素の表面積の減少の度合いが所定以上大きい箇所では疵などの欠陥が発生しやすいことが確認された。 Comparing and referring to FIGS. 9, 10, 13, and 14, unlike FIG. 9, no flaws have occurred in FIG. 13, and the evaluation value in FIG. 14 is larger than in FIG. 13 (the degree of decrease in surface area is smaller). It was confirmed that there is a correlation between the occurrence of defects and the degree of reduction in the surface area of the element. Note that in FIG. 14, the evaluation value SS is approximately −0.3 in the center of the figure, and the evaluation value SS becomes larger (closer to 0) as the distance from the center increases. As a result, it was confirmed that defects such as scratches are likely to occur in areas where the degree of reduction in the surface area of the element is greater than a predetermined value.

本実施形態によれば、数値シミュレーションモデルの複数の要素のそれぞれの表面積の減少の度合いに基づいて欠陥発生リスクを評価する。そのため、複数の要素のそれぞれのサイズが、発生し得る疵などの欠陥のサイズと比較して大きい場合でも欠陥発生リスクを評価できる。従って、要素サイズをそれほど小さく設定することなく、微細な欠陥の発生リスクを評価できる。よって、実用的な計算時間で微細な欠陥の発生を予測することができる。 According to the present embodiment, the risk of defect occurrence is evaluated based on the degree of reduction in the surface area of each of the plurality of elements of the numerical simulation model. Therefore, even if the size of each of the plurality of elements is larger than the size of a defect such as a flaw that may occur, the risk of defect occurrence can be evaluated. Therefore, the risk of occurrence of minute defects can be evaluated without setting the element size so small. Therefore, the occurrence of minute defects can be predicted within a practical calculation time.

また、本実施形態では、複数の要素のそれぞれの初期の表面積を基準として上記減少の度合いを算出する。このため、計算が煩雑化することなく、上記減少の度合いを容易に算出できる。 Furthermore, in this embodiment, the degree of reduction is calculated based on the initial surface area of each of the plurality of elements. Therefore, the degree of decrease can be easily calculated without complicating calculations.

また、本実施形態では、数値シミュレーションモデルにおいて欠陥発生リスクのある特定部位を画面(出力部50)に表示するため、欠陥の発生リスクが高い部分を視覚的に認識できる。 Furthermore, in this embodiment, specific parts with a risk of defect occurrence are displayed on the screen (output unit 50) in the numerical simulation model, so parts with a high risk of defect occurrence can be visually recognized.

以上より、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、素材の形状や大きさについては特段の制約なく、様々な形状や大きさの素材に対して本発明は適用し得る。 Although specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention. For example, there are no particular restrictions on the shape or size of the material, and the present invention can be applied to materials of various shapes and sizes.

1 数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価装置
2,2A,2B 素材
2a,2b 曲げ部
10 モデル形成部
11 モデル取得部
12 要素分割部
13 条件設定部
20 演算部
21 初期表面積算出部
22 経過表面積算出部
23 減少度算出部
30 記憶部
40 評価部
50 出力部
1 Numerical simulation defect occurrence risk evaluation device 2, 2A, 2B Material 2a, 2b Bending section 10 Model forming section 11 Model acquiring section 12 Element dividing section 13 Condition setting section 20 Calculating section 21 Initial surface area calculating section 22 Elapsed surface area calculating section 23 Decrease degree calculation unit 30 Storage unit 40 Evaluation unit 50 Output unit

Claims (4)

鍛造工程の有限要素法による数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法であって、
形状データとして数値シミュレーションモデルを取得し、
前記数値シミュレーションモデルを複数の要素に分割し、
前記複数の要素のそれぞれの初期の表面積を算出し、
算出された前記初期の表面積を記憶し、
前記鍛造工程の数値シミュレーションを実行しながら前記複数の要素のそれぞれの表面積を算出し、
前記鍛造工程の数値シミュレーションの進行に連れて前記複数の要素のそれぞれについて表面積の減少の度合いを算出し、
前記減少の度合いが所定の閾値よりも大きい要素の存在する部位を、前記数値シミュレーションモデルにおいて欠陥発生リスクのある特定部位として評価する
ことを含む、数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法。
A defect occurrence risk evaluation method for numerical simulation using a finite element method in a forging process, the method comprising:
Obtain a numerical simulation model as shape data,
Divide the numerical simulation model into multiple elements,
calculating the initial surface area of each of the plurality of elements;
storing the calculated initial surface area;
Calculating the surface area of each of the plurality of elements while performing a numerical simulation of the forging process,
Calculating the degree of reduction in surface area for each of the plurality of elements as the numerical simulation of the forging process progresses,
A method for evaluating the risk of defect occurrence in numerical simulation, the method comprising: evaluating, in the numerical simulation model, a portion where an element exists whose degree of reduction is greater than a predetermined threshold value as a specific portion having a risk of defect occurrence.
前記減少の度合いを、前記複数の要素のそれぞれの初期の表面積に対する減少の比率とする、請求項1に記載の数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法。 2. The defect occurrence risk evaluation method using numerical simulation according to claim 1, wherein the degree of reduction is a ratio of the reduction to the initial surface area of each of the plurality of elements. 前記特定部位を画面に表示する、請求項1または請求項2に記載の数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価方法。 The defect occurrence risk evaluation method for numerical simulation according to claim 1 or 2, wherein the specific portion is displayed on a screen. 鍛造工程の有限要素法による数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価装置であって、
形状データとして数値シミュレーションモデルを取得するモデル取得部と、
前記数値シミュレーションモデルを複数の要素に分割する要素分割部と、
前記複数の要素のそれぞれの初期の表面積を算出する初期表面積算出部と、
算出された前記初期の表面積を記憶する記憶部と、
前記鍛造工程の数値シミュレーションを実行しながら前記複数の要素のそれぞれの表面積を算出する経過表面積算出部と、
前記鍛造工程の数値シミュレーションの進行に連れて前記複数の要素のそれぞれについて表面積の減少の度合いを算出する減少度算出部と、
前記減少の度合いが所定の閾値よりも大きい要素の存在する部位を、前記数値シミュレーションモデルにおいて欠陥発生リスクのある特定部位として評価する評価部と
を備える、数値シミュレーションの欠陥発生リスク評価装置。
A defect occurrence risk evaluation device for numerical simulation using the finite element method in a forging process,
a model acquisition unit that acquires a numerical simulation model as shape data;
an element dividing unit that divides the numerical simulation model into a plurality of elements;
an initial surface area calculation unit that calculates an initial surface area of each of the plurality of elements;
a storage unit that stores the calculated initial surface area;
an elapsed surface area calculation unit that calculates the surface area of each of the plurality of elements while executing a numerical simulation of the forging process;
a reduction degree calculation unit that calculates the degree of reduction in surface area for each of the plurality of elements as the numerical simulation of the forging process progresses;
An evaluation device for evaluating the risk of defect occurrence in numerical simulation, comprising: an evaluation unit that evaluates, in the numerical simulation model, a portion in which an element exists whose degree of reduction is greater than a predetermined threshold value as a specific portion with a risk of defect occurrence.
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