JPWO2016002880A1 - 伸びフランジ割れ予測方法、伸びフランジ割れ予測装置、コンピュータープログラム、及び記録媒体 - Google Patents
伸びフランジ割れ予測方法、伸びフランジ割れ予測装置、コンピュータープログラム、及び記録媒体Info
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Abstract
Description
本願は、2014年7月2日に、日本に出願された特願2014−137185号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(2)上記(1)に記載の伸びフランジ割れ予測方法では、前記測定値取得工程で得られた前記破断歪測定値、前記垂直方向歪勾配測定値、及び、前記周方向歪勾配測定値、に基づき、垂直方向歪勾配と周方向歪勾配とを変数として破断歪が特定される破断歪関数を取得する破断歪関数取得工程を更に備え、前記破断判定閾値取得工程では、下記(1)式〜(4)式に基づき前記破断歪関数を前記CAE解析測定環境に合わせて変換することで、前記破断判定閾値を取得してもよい。
ここで、
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得工程で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得工程で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得工程で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(exp)は、測定値取得工程で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得工程で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析工程で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析工程で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析工程で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析工程で取得された周方向歪勾配である。
(3)上記(1)に記載の伸びフランジ割れ予測方法では、前記測定値取得工程で得られた前記破断歪測定値、前記垂直方向歪勾配測定値、及び、前記周方向歪勾配測定値、に基づき、垂直方向歪勾配と周方向歪勾配とを変数として破断歪が特定される破断歪関数を取得する破断歪関数取得工程を更に備え、前記破断判定閾値取得工程では、下記(5)式〜(8)式に基づき前記破断歪関数を前記CAE解析測定環境に合わせて変換することで、前記破断判定閾値を取得してもよい。
ここで、
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得工程で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得工程で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得工程で用いた勾配評価長さであり、
Cl(exp)は、板状試験片を得る際の加工条件であり、
ΔεN(exp)は、測定値取得工程で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得工程で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析工程で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析工程で用いた勾配評価長さであり、
Cl(CAE)は、可塑性板を得る際の加工条件であり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析工程で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析工程で取得された周方向歪勾配である。
(5)上記(4)に記載の伸びフランジ割れ予測方法では、前記破断判定閾値取得工程において、下記(9)式の歪分布関数を前記歪分布データとしてもよい。
ここで、
ε0は、最大主歪であり、
BNは、垂直方向のピーク近辺の広がり大きさを示す材料パラメータであり、
CNは、垂直方向の勾配の厳しさを示す材料パラメータであり、
BCは、周方向のピーク近辺の広がり大きさを示す材料パラメータであり、
CCは、周方向の勾配の厳しさを示す材料パラメータである。
(6)上記(1)に記載の伸びフランジ割れ予測方法では、複数の試験片加工条件下において加工された複数の板状試験片を前記複数の板状試験片として用いて前記測定値取得工程で得られた前記破断歪測定値、前記垂直方向歪勾配測定値、及び前記周方向歪勾配測定値、の相関を示す歪分布データを前記複数の板状試験片それぞれについて取得する歪分布データ取得工程を更に備え、前記破断判定閾値取得工程では、前記CAE解析測定環境に合わせた前記試験片加工条件の前記歪分布データを前記CAE解析測定環境に合わせて加工し、加工された前記歪分布データを用いて破断判定曲面を生成し、前記破断判定曲面から前記破断判定閾値を取得してもよい。
(8)上記(7)に記載の伸びフランジ割れ予測方法では、前記複数の板状試験片に形成される前記切欠の形状は、垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第1の切欠形状と、垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第2の切欠形状と、垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第3の切欠形状と、垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第4の切欠形状と、を少なくとも含んでもよい。
(9)上記(1)に記載の伸びフランジ割れ予測方法では、前記破断歪測定値は、前記板状試験片の破断部位の破断歪の測定値であり、前記垂直方向歪勾配測定値は、前記破断部位から前記板状試験片の内側方向への歪勾配の測定値であり、前記周方向歪勾配測定値は、前記破断部位から前記板状試験片の端部に沿う方向への歪勾配の測定値であってもよい。
(10)上記(1)に記載の伸びフランジ割れ予測方法では、前記CAE解析工程は、前記成形データから、前記最大主歪を有する前記最大主歪最大要素を抽出する要素抽出工程と、前記最大主歪最大要素を基準要素として、前記フランジ端部から前記可塑性板の内側へ向かう要素列と、前記フランジ端部に沿う要素列とを、要素選択アルゴリズムに基づいて特定する要素列特定工程と、特定した前記要素列について、前記最大主歪最大要素の前記垂直方向歪勾配と、前記最大主歪最大要素の前記周方向歪勾配とを演算する歪勾配演算工程と、を備えてもよい。
(12)上記(11)に記載の伸びフランジ割れ予測装置では、前記測定値取得部で得られた前記破断歪測定値、前記垂直方向歪勾配測定値、及び、前記周方向歪勾配測定値、に基づき、垂直方向歪勾配と周方向歪勾配とを変数として破断歪が特定される破断歪関数を取得する破断歪関数取得部を更に備え、前記破断判定閾値取得部では、下記(1)式〜(4)式に基づき前記破断歪関数を前記CAE解析測定環境に合わせて変換することで、前記破断判定閾値を取得してもよい。
ここで、
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得部で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得部で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得部で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(exp)は、測定値取得部で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得部で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析部で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析部で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析部で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析部で取得された周方向歪勾配である。
(13)上記(11)に記載の伸びフランジ割れ予測装置では、前記測定値取得部で得られた前記破断歪測定値、前記垂直方向歪勾配測定値、及び、前記周方向歪勾配測定値、に基づき、垂直方向歪勾配と周方向歪勾配とを変数として破断歪が特定される破断歪関数を取得する破断歪関数取得部を更に備え、前記破断判定閾値取得部では、下記(5)式〜(8)式に基づき前記破断歪関数を前記CAE解析測定環境に合わせて変換することで、前記破断判定閾値を取得してもよい。
ここで、
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得部で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得部で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得部で用いた勾配評価長さであり、
Cl(exp)は、板状試験片を得る際の加工条件であり、
ΔεN(exp)は、測定値取得部で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得部で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析部で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析部で用いた勾配評価長さであり、
Cl(CAE)は、可塑性板を得る際の加工条件であり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析部で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析部で取得された周方向歪勾配である。
(15)上記(14)に記載の伸びフランジ割れ予測装置では、前記破断判定閾値取得部において、下記(9)式の歪分布関数を前記歪分布データとしてもよい。
ここで、
ε0は、最大主歪であり、
BNは、垂直方向のピーク近辺の広がり大きさを示す材料パラメータであり、
CNは、垂直方向の勾配の厳しさを示す材料パラメータであり、
BCは、周方向のピーク近辺の広がり大きさを示す材料パラメータであり、
CCは、周方向の勾配の厳しさを示す材料パラメータである。
(16)上記(11)に記載の伸びフランジ割れ予測装置では、複数の試験片加工条件下において加工された複数の板状試験片を前記複数の板状試験片として用いて前記測定値取得部で得られた前記破断歪測定値、前記垂直方向歪勾配測定値、及び前記周方向歪勾配測定値、の相関を示す歪分布データを前記複数の板状試験片それぞれについて取得する歪分布データ取得部を更に備え、前記破断判定閾値取得部では、前記CAE解析測定環境に合わせた前記試験片加工条件の前記歪分布データを前記CAE解析測定環境に合わせて加工し、加工された前記歪分布データを用いて破断判定曲面を生成し、前記破断判定曲面から前記破断判定閾値を取得してもよい。
(18)上記(17)に記載の伸びフランジ割れ予測装置では、前記複数の板状試験片に形成される前記切欠の形状は、垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第1の切欠形状と、垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第2の切欠形状と、垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第3の切欠形状と、垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第4の切欠形状と、を少なくとも含んでもよい。
(19)上記(11)に記載の伸びフランジ割れ予測装置では、前記破断歪測定値は、前記板状試験片の破断部位の破断歪の測定値であり、前記垂直方向歪勾配測定値は、前記破断部位から前記板状試験片の内側方向への歪勾配の測定値であり、前記周方向歪勾配測定値は、前記破断部位から前記板状試験片の端部に沿う方向への歪勾配の測定値であってもよい。
(20)上記(11)に記載の伸びフランジ割れ予測装置では、前記CAE解析部は、前記成形データから、前記最大主歪を有する前記最大主歪最大要素を抽出する要素抽出部と、前記最大主歪最大要素を基準要素として、前記フランジ端部から前記可塑性板の内側へ向かう要素列と、前記フランジ端部に沿う要素列とを、要素選択アルゴリズムに基づいて特定する要素列特定部と、特定した前記要素列について、前記最大主歪最大要素の前記垂直方向歪勾配と、前記最大主歪最大要素の前記周方向歪勾配とを演算する歪勾配演算部と、を備えてもよい。
(i)フランジ端部から内側に向かう方向(以下、垂直方向と呼ぶことがある。)においては、最大主歪の歪勾配が大きいほど、伸びフランジ割れが発生し難く、フランジ端部に沿う方向(以下、周方向と呼ぶことがある。)においては、最大主歪の歪勾配が大きいほど、伸びフランジ割れが発生し易いことに着目し、板状試験片から上記二つの方向の歪勾配に関連付けられた破断歪測定値を取得することで、伸びフランジ割れの発生を精度よく予測できること、そして、
(ii)上記二つの方向の歪勾配に関連付けられた破断歪測定値をCAE解析の情報に基づき変換することで破断判定閾値を取得し、この破断判定閾値を、CAE解析で得られる最大主歪のデータと比較することにより、伸びフランジ割れの発生を、更に精度よく予測できること、
を知見した。
本発明は上記知見に基づきなされたものである。以下、本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。尚、本発明では可塑性板(可塑性材料)をプレス成形の対象として伸びフランジ割れの予測を行うことが可能であるが、以下の説明においては鋼板(鋼材)を例に挙げて説明をする。
測定値取得工程S1では、所定のゲージ長さGL、及び、所定の勾配評価長さLS(exp)での実験測定環境の元、複数の板状試験片1のそれぞれについて、板状試験片1の破断部位における、破断歪の測定値である破断歪測定値ε1 * (exp)、板状試験片1の破断部位から垂直方向への歪勾配の測定値である垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)、及び、板状試験片1の破断部位から周方向への歪勾配の測定値である周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)、を取得する。
尚、板状試験片1の素材は、実際の伸びフランジ割れの予測対象となる鋼板の鋼種と同等の鋼種であることが好ましく、同一の鋼種であることが更に好ましい。
板状試験片1は、打抜き加工やレーザ加工などの加工方法により、所定の加工条件(打抜き加工のクリアランス条件や、レーザ加工のレーザ出力条件等)で板状部材を加工することにより製造することができる。
具体例として、図3及び図4に、板状試験片1の破断歪測定値ε1 * (exp)、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)、及び、周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)を測定するためのサイドベンド試験機10の態様を示す。
図3は、サイドベンド試験機10に板状試験片1を取り付けた状態を示す平面図であり、図4は、サイドベンド試験機10により板状試験片1に歪を付与している状態を示す平面図である。
複数の板状試験片1には、互いに異なる形状の切欠6が形成されているため、それぞれの板状試験片1毎に異なる破断歪測定値ε1 * (exp)、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)、及び、周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)を得ることが可能となる。
板状試験片1の切欠6の切欠形状は、例えば、深さDが0〜100mm、曲率R−1が0〜1.0、リガメント長さLが1〜500mmであればよい。
タイプ1の板状試験片1aは、切欠深さDが15mm、曲率R−1が0.067、リガメント長さLが20mmである切欠6aを有する。
タイプ2の板状試験片1bは、切欠深さDが4mm、曲率R−1が0.033、リガメント長さLが31mmである切欠6bを有する。
タイプ3の板状試験片1cは、切欠深さDが21mm、曲率R−1が0.067、リガメント長さLが14mmである切欠6cを有する。
タイプ4の板状試験片1dは、切欠深さDが12.8mm、曲率R−1が0.050、リガメント長さLが22.2mmである切欠6dを有する。
タイプ5の板状試験片1eは、切欠深さDが27mm、曲率R−1が0.067、リガメント長さLが8mmである切欠6eを有する。
タイプ6の板状試験片1fは、リガメント長さLを調整するための調整切欠6’が形成された試験片である。この試験片の場合、調整切欠6’の反対側に、切欠深さDが0mm、曲率R−1が0、リガメント長さLが8mmの切欠6fが形成されていると見做すことができる。
図6A〜図6Fに、板状試験片1a〜1fの破断歪測定値ε1 * (exp)(図中εf)、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)(図中X)、及び、周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)(図中Y)を模式的に示す。この図6A〜図6Fに示されるように、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)は、リガメント長さLが短いほど大きくなる傾向があり、一方、周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)は、曲率R−1が大きいほど大きくなる傾向がある。
(1)垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第1の切欠形状(例えば、切欠6a)と、
(2)垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第2の切欠形状(例えば、切欠6e)と、
(3)垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第3の切欠形状(例えば、切欠6f)と、
(4)垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第4の切欠形状(例えば、切欠6b)と、
を含むように選定されることが好ましい。
ここで、例えば「垂直方向歪勾配が相対的に小さい板状試験片」とは、垂直方向歪勾配のデータ点を最小二乗法により直線化した直線の傾きが、全ての板状試験片の平均値よりも小さい板状試験片のことを意味する。「周方向歪勾配が相対的に小さい板状試験片」も同様である。
より高い精度のデータを得るために、第1の切欠形状〜第4切欠形状とは異なる形状の切欠形状(例えば、切欠6c、切欠6d)を更に含ませてもよい。
図7に、板状試験片1b(タイプ2)の垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)を一例として示す。垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)は、破断起点(図中、位置0の位置)の歪と、破断起点から内側に離れた位置における歪との差を、破断起点と上記位置との間の距離で割った値であり、板端部から内側方向への歪分布を示す指標である。
図8に、板状試験片1b(タイプ2)の周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)を一例として示す。周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)は、破断起点(図中、位置0の位置)の歪と、破断起点から板端部に沿って離れた位置における歪との差を、破断起点と上記位置との間の距離で割った値であり、板端部に沿う方向への歪分布を示す指標である。周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)は、破断起点を中心として二方向(図8中、左右方向)に得ることができるが、一方のみを使ってもよく、両方の平均を使ってもよい。
測定値取得工程S1で得られた破断歪測定値ε1 * (exp)、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)、及び、周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)に基づいて、垂直方向歪勾配Xと周方向歪勾配Yとを変数として破断歪εfが特定される関数(以下、破断歪関数と呼ぶ)、すなわち、εf=f(X,Y)で特定してもよい。
具体的な破断歪関数としては、例えば、a〜hを定数として、εf=a+bXc+dXeYf+gYhを用いることができる。
加工条件Cl(exp)は、板状試験片1の打抜き加工のクリアランス条件や、レーザ加工のレーザ出力条件等のパラメータであり、加工条件Cl(CAE)は,可塑性板を得る際の打抜き加工のクリアランス条件や、レーザー加工のレーザー出力条件等のパラメータである。破断歪εfはこれらの加工条件の影響を受けるため、加工条件Cl(exp)およびCl(CAE)を考慮することで高い精度で破断歪εfを特定することが可能となる。
その結果に基づき、εf=a+bX1.5+cY1.5で表される破断歪関数のa〜cを決定すると、a=0.389、b=5.26、c=−5.93である。
また、破断歪εfを、垂直方向歪勾配Xと周方向歪勾配Yの3次元マップで特定することもできる。関数とマップは数学的に等価である。
図10に、鋼種Aについての破断歪εf、垂直方向歪勾配X、及び、周方向歪勾配Yの3次元マップを示す。この3次元マップは、測定値取得工程S1で取得した破断歪測定値ε1 * (exp)、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)、及び、周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)に基づき、応答曲面法(RSM)を用いることで作成することができる。縦軸が歪ε、右方向の軸が周方向歪勾配Y、奥行き方向の軸が垂直方向歪勾配Xである。破断歪εfは曲面(PRSQで囲む曲面)で表示されている。歪εが0.4〜0.5の部分(C)、歪εが0.3〜0.4の部分(D)、及び、歪εが0.2〜0.3の部分(E)が表示されている。
点Qは、垂直方向歪勾配Xが略ゼロであるが、周方向歪勾配Yがある点であり、切欠のある板状試験片1を単純に引張りした場合の破断歪εfに相当する。
点Sは、切欠のある板状試験片1を面内曲げした場合の破断歪εfに相当する。
次に、CAE解析工程においては、鋼板(可塑性板)の伸びフランジ成形の過程を有限要素法で、所定の要素サイズES、及び、所定の勾配評価長さLS(CAE)でのCAE解析測定環境の元、数値解析して得たフランジ端部に関する成形データに基づき、
・最大主歪εが最大である最大主歪最大要素α、
・最大主歪最大要素αの垂直方向歪勾配ΔεN(CAE)、及び、
・最大主歪最大要素αの周方向歪勾配ΔεC(CAE)、
を取得する。
要素抽出工程S21では、フランジ端部に関する成形データから、最大主歪εを有する最大主歪最大要素αを抽出する。
まず、成形品を、有限要素法に従って多数の要素の集合体とし、成形シミュレーションを行って解析する(解析手法は、例えば、特開2006−167766号公報、参照)。そして、成形過程における成形データ(要素の形状及び歪のデータ)を取得する。この成形データから、フランジの端部に関する成形データを抽出する。なお、この抽出は、隣接する要素を持たない要素を選択する方法により、コンピュータで自動的に行うことができる。
そして、抽出した端部において、最大主歪ε(最大主歪の最大値)を有する最大主歪最大要素αを抽出する。
要素列特定工程S22では、最大主歪最大要素αを基準要素Aとして、フランジ端部から鋼板の内側へ向かう要素列と、フランジ端部に沿う要素列とを、要素選択アルゴリズムに基づいて特定する。
歪勾配演算工程S23では、要素抽出工程S22で特定した要素列について、最大主歪最大要素αの垂直方向歪勾配ΔεN(CAE)と、前記最大主歪最大要素αの前記周方向歪勾配ΔεC(CAE)とを演算する。
図16に示す要素選択アルゴリズムの場合を例に採ると、特定した要素列から、端部に沿った節点NB1、NB2の順に、また、節点NC1、NC2の順に、節点間の変位を時系列的に演算して周方向歪勾配ΔεC(CAE)を演算する。
上述のように、測定値取得工程S1によれば、複数の板状試験片1それぞれについて、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)及び周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)に関連づけられた破断歪測定値ε1 * (exp)が得られる。
ただし、これらの測定値から得られる破断歪関数(εf=f(X,Y))を破断判定閾値データとして、CAE解析工程S2で得られる垂直方向歪勾配ΔεN(CAE)及び周方向歪勾配ΔεC(CAE)に関連付けられた最大主歪εのデータと直接比較しても、精度の高い伸びフランジ割れ予測を実現することが困難な場合がある。
これは、測定値取得工程S1で得られたデータとCAE解析工程S2で得られたデータとが互いに異なる測定環境から得られているためである。
測定値取得工程S1で得られたデータは、所定のゲージ長さGL、及び、所定の勾配評価長さLS(exp)での実験測定環境の元で得られたデータであり、一方、CAE解析工程S2で得られたデータは、所定の要素サイズES、及び、所定の勾配評価長さLS(CAE)でのCAE解析測定環境の元で得られたデータである。
従って、互いに異なる測定環境の下で得られたデータを比較することになるため、より精度の高い伸びフランジ割れ予測を実現することが困難な場合がある。
・要素サイズES、
・勾配評価長さLS(CAE)、
・垂直方向歪勾配ΔεN(CAE)、及び、
・周方向歪勾配ΔεC(CAE)、
に基づいて変換することで、破断判定閾値ε1 * (CAE)を取得する。
これにより、同等の測定環境の下で得られたデータとしての比較が可能となるため、より精度の高い伸びフランジ割れ予測を実現することが可能となる。
第一の方策では、測定値取得工程S1で得られた垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)及び周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)に関連付けられた破断歪測定値ε1 * (exp)、すなわち、破断歪関数を取得し(破断歪関数取得工程)、下記(1)式〜(4)式に基づき変換することで、CAE解析測定環境を考慮した破断判定閾値ε1 * (CAE)を取得する。
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得工程S1で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得工程S1で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得工程S1で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(exp)は、測定値取得工程S1で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得工程S1で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析工程S2で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析工程S2で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析工程S2で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析工程S2で取得された周方向歪勾配である。
第二の方策では、測定値取得工程S1において複数の板状試験片1それぞれについて取得した測定値の相関を示す歪分布データをCAE解析測定環境に合わせて変換する。
まず、測定値取得工程S1で得られた破断歪測定値ε1 * (exp)、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)、及び周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)の相関を示す歪分布データを複数の板状試験片1それぞれについて、CAE測定環境の要素サイズESより小さいゲージ長さGLで取得する(歪分布データ取得工程)。ゲージ長さGLの範囲は0.1mm〜1.0mmの範囲が好ましく、0.1mmがより好ましい。
そして、歪分布データをCAE解析測定環境の要素サイズESに合わせて加工し、加工された歪分布データを用いて破断判定曲面を生成し、破断判定曲面から破断判定閾値ε1 * (CAE)を取得する。加工方法としては、例えば歪分布を0.1mmピッチで取得し、CAE解析測定環境の要素サイズES=2.0mmに合わせて加工する場合、20点毎の平均値を1点とする加工を行う。
予測工程では、伸びフランジ成形において、伸びフランジ割れの発生をより正確に予測するため、CAE解析工程S2で得られた最大主歪εと、破断判定閾値取得工程S3で得られた破断判定閾値ε1 * (CAE)とを比較する。
本発明の第二実施形態に係る伸びフランジ割れ予測装置100は、内蔵するコンピュータープログラムに従って、上記第一実施形態で説明した伸びフランジ割れ予測方法を実施する。図17に示す通り、伸びフランジ割れ予測装置100は、測定値取得部101と、CAE解析部102と、破断判定閾値取得部103と、予測部104とを含む。
板厚1.6mm、引張強さ590MPa級の冷延鋼板を打抜き加工することにより、図5A〜図6Fに示す6タイプの板状試験片を取得した。
そして、それぞれの板状試験片について、図3、図4に示すサイドベンド試験機を用いて、GL=2.0mm、Ls(exp)=8.0mmの実験測定環境下で、破断歪測定値ε1 * (exp)、垂直方向歪勾配測定値ΔεN(exp)、及び、周方向歪勾配測定値ΔεC(exp)を取得した。表2にその結果を示す。
図19に示す形状に冷延鋼板をプレス成形する過程を有限要素法で、要素サイズES=2.0mm、勾配評価長さLs(CAE)=4.0mmのCAE解析測定環境の元、最大主歪最大要素α、最大主歪最大要素αの垂直方向歪勾配ΔεN(CAE)、及び、最大主歪最大要素αの周方向歪勾配ΔεC(CAE)を算出した。有限要素法のソルバーには、市販のFEMコードであるLS−DYNAを使用した。図20に、プレス成形部品について、CAE解析で求めた主歪の分布を示すコンタ図を示す。
成形データは、図13及び図16に示す要素選択アルゴリズムで解析し、歪勾配及び周方向歪勾配を算出した。
その結果、
最大主歪最大要素αの最大主歪ε(CAE)=0.57、
最大主歪最大要素αの垂直方向歪勾配ΔεN(CAE)=0.0236、
最大主歪最大要素αの周方向歪勾配ΔεC(CAE)=0.0153
が求められた。
伸びフランジ割れ有無を判定するための破断判定閾値ε1* (CAE)を算出するために、下記の(10)〜(13)式を用いた。これらの式は、第一実施形態における(1)〜(4)式を具体化した式の一例である。
尚、実験測定環境と打抜き条件は、予め固定しておくことで定数化している。
(11)式のパラメータは材料パラメータであり、(10)式、(12)式、(13)式のパラメータは実験測定環境パラメータである。
破断判定閾値ε1 * (CAE)=0.4632
が求められた。
CAE解析で得られた最大主歪最大要素αの最大主歪ε(CAE)=0.57が上記破断判定閾値ε1 * (CAE)=0.4632を超えるため、この鞍型成形品は「伸びフランジ割れが発生する」と予測された。
ε1 * (CAE)=0.454+5.26×ΔεN(CAE) 1.5−5.93×ΔεC(CAE) 1.5
であった。
破断判定閾値ε1 * (CAE)=0.454+5.26×0.02361.5−5.93×0.01531.5=0.462
であった。
CAE解析で得られた最大主歪最大要素αの最大主歪ε(CAE)=0.57が上記破断判定閾値ε1 * (CAE)を超えるため、この鞍型成形品は「伸びフランジ割れが発生する」と予測された。
6(6a,6b,6c,6d,6e,6f) 切欠
6’ 調整切欠
10 サイドベンド試験機
12 アーム
13 軸
14 ベース
15 油圧シリンダー
17 撮像機器
18 ボルト
19 把持部
100 伸びフランジ割れ予測装置
101 測定値取得部
102 CAE解析部
103 破断判定閾値取得部
104 予測部
Claims (22)
- 可塑性板を伸びフランジ成形する際、フランジ端部に生じる伸びフランジ割れの発生を予測する伸びフランジ割れ予測方法であって、
複数の板状試験片それぞれについて、所定のゲージ長さ、及び、所定の勾配評価長さでの実験測定環境の元、
・破断歪測定値、
・垂直方向歪勾配測定値、及び、
・周方向歪勾配測定値、
を取得する測定値取得工程と、
前記可塑性板の前記伸びフランジ成形の過程を有限要素法で、所定の要素サイズ、及び、所定の勾配評価長さのCAE解析測定環境の元、数値解析して得た前記フランジ端部に関する成形データに基づき、
・最大主歪が最大である最大主歪最大要素、
・前記最大主歪最大要素の垂直方向歪勾配、及び、
・前記最大主歪最大要素の周方向歪勾配、
を取得するCAE解析工程と、
前記測定値取得工程によって前記実験測定環境の元で得られた前記破断歪測定値を、前記垂直方向歪勾配測定値及び前記周方向歪勾配測定値に加え、前記CAE解析工程における
・前記要素サイズ、
・前記勾配評価長さ、
・前記垂直方向歪勾配、及び、
・前記周方向歪勾配、
に基づいて変換することで、破断判定閾値を取得する破断判定閾値取得工程と、
・前記最大主歪最大要素の前記最大主歪と、
・前記破断判定閾値と、
を比較して、前記最大主歪が前記破断判定閾値以上のとき、伸びフランジ割れが発生すると予測する予測工程と、
を備えることを特徴とする伸びフランジ割れ予測方法。 - 前記測定値取得工程で得られた
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び、
・前記周方向歪勾配測定値、
に基づき、垂直方向歪勾配と周方向歪勾配とを変数として破断歪が特定される破断歪関数を取得する破断歪関数取得工程を更に備え、
前記破断判定閾値取得工程では、下記(1)式〜(4)式に基づき前記破断歪関数を前記CAE解析測定環境に合わせて変換することで、前記破断判定閾値を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ割れ予測方法。
ここで、
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得工程で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得工程で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得工程で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(exp)は、測定値取得工程で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得工程で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析工程で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析工程で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析工程で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析工程で取得された周方向歪勾配である。 - 前記測定値取得工程で得られた
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び、
・前記周方向歪勾配測定値、
に基づき、垂直方向歪勾配と周方向歪勾配とを変数として破断歪が特定される破断歪関数を取得する破断歪関数取得工程を更に備え、
前記破断判定閾値取得工程では、下記(5)式〜(8)式に基づき前記破断歪関数を前記CAE解析測定環境に合わせて変換することで、前記破断判定閾値を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ割れ予測方法。
ここで、
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得工程で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得工程で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得工程で用いた勾配評価長さであり、
Cl(exp)は、板状試験片を得る際の加工条件であり、
ΔεN(exp)は、測定値取得工程で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得工程で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析工程で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析工程で用いた勾配評価長さであり、
Cl(CAE)は、可塑性板を得る際の加工条件であり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析工程で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析工程で取得された周方向歪勾配である。 - 前記測定値取得工程で得られた
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び
・前記周方向歪勾配測定値、
の相関を示す歪分布データを前記複数の板状試験片それぞれについて取得する歪分布データ取得工程を更に備え、
前記破断判定閾値取得工程では、
前記歪分布データを前記CAE解析測定環境に合わせて加工し、
加工された前記歪分布データを用いて破断判定曲面を生成し、
前記破断判定曲面から前記破断判定閾値を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ割れ予測方法。 - 複数の試験片加工条件下において加工された複数の板状試験片を前記複数の板状試験片として用いて前記測定値取得工程で得られた
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び
・前記周方向歪勾配測定値、
の相関を示す歪分布データを前記複数の板状試験片それぞれについて取得する歪分布データ取得工程を更に備え、
前記破断判定閾値取得工程では、
前記CAE解析測定環境に合わせた前記試験片加工条件の前記歪分布データを前記CAE解析測定環境に合わせて加工し、
加工された前記歪分布データを用いて破断判定曲面を生成し、
前記破断判定曲面から前記破断判定閾値を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ割れ予測方法。 - 前記複数の板状試験片は、互いに異なる形状の切欠が形成された端部を有し、
前記測定値取得工程では、前記複数の板状試験片のそれぞれに対し、前記切欠が破断部位となるように板面内で引張変形及び曲げ変形を与えて破断させながら、前記複数の板状試験片それぞれについて、
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び、
・前記周方向歪勾配測定値
を測定して取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ割れ予測方法。 - 前記複数の板状試験片に形成される前記切欠の形状は、
垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第1の切欠形状と、
垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第2の切欠形状と、
垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第3の切欠形状と、
垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第4の切欠形状と、
を少なくとも含むことを特徴とする請求項7に記載の伸びフランジ割れ予測方法。 - 前記破断歪測定値は、前記板状試験片の破断部位の破断歪の測定値であり、
前記垂直方向歪勾配測定値は、前記破断部位から前記板状試験片の内側方向への歪勾配の測定値であり、
前記周方向歪勾配測定値は、前記破断部位から前記板状試験片の端部に沿う方向への歪勾配の測定値である
ことを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ割れ予測方法。 - 前記CAE解析工程は、
前記成形データから、前記最大主歪を有する前記最大主歪最大要素を抽出する要素抽出工程と、
前記最大主歪最大要素を基準要素として、前記フランジ端部から前記可塑性板の内側へ向かう要素列と、前記フランジ端部に沿う要素列とを、要素選択アルゴリズムに基づいて特定する要素列特定工程と、
特定した前記要素列について、前記最大主歪最大要素の前記垂直方向歪勾配と、前記最大主歪最大要素の前記周方向歪勾配とを演算する歪勾配演算工程と、
を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の伸びフランジ割れ予測方法。 - 可塑性板を伸びフランジ成形する際、フランジ端部に生じる伸びフランジ割れの発生を予測する伸びフランジ割れ予測装置であって、
複数の板状試験片それぞれについて、所定のゲージ長さ、及び、所定の勾配評価長さでの実験測定環境の元、
・破断歪測定値、
・垂直方向歪勾配測定値、及び、
・周方向歪勾配測定値、
を取得する測定値取得部と、
前記可塑性板の前記伸びフランジ成形の過程を有限要素法で、所定の要素サイズ、及び、所定の勾配評価長さのCAE解析測定環境の元、数値解析して得た前記フランジ端部に関する成形データに基づき、
・最大主歪が最大である最大主歪最大要素、
・前記最大主歪最大要素の垂直方向歪勾配、及び、
・前記最大主歪最大要素の周方向歪勾配、
を取得するCAE解析部と、
前記測定値取得部によって前記実験測定環境の元で得られた前記破断歪測定値を、前記垂直方向歪勾配測定値及び前記周方向歪勾配測定値に加え、前記CAE解析部における
・前記要素サイズ、
・前記勾配評価長さ、
・前記垂直方向歪勾配、及び、
・前記周方向歪勾配、
に基づいて変換することで、破断判定閾値を取得する破断判定閾値取得部と、
・前記最大主歪最大要素の前記最大主歪と、
・前記破断判定閾値と、
を比較して、前記最大主歪が前記破断判定閾値以上のとき、伸びフランジ割れが発生すると予測する予測部と、
を備えることを特徴とする伸びフランジ割れ予測装置。 - 前記測定値取得部で得られた
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び、
・前記周方向歪勾配測定値、
に基づき、垂直方向歪勾配と周方向歪勾配とを変数として破断歪が特定される破断歪関数を取得する破断歪関数取得部を更に備え、
前記破断判定閾値取得部では、下記(1)式〜(4)式に基づき前記破断歪関数を前記CAE解析測定環境に合わせて変換することで、前記破断判定閾値を取得する
ことを特徴とする請求項11に記載の伸びフランジ割れ予測装置。
ここで、
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得部で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得部で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得部で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(exp)は、測定値取得部で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得部で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析部で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析部で用いた勾配評価長さであり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析部で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析部で取得された周方向歪勾配である。 - 前記測定値取得部で得られた
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び、
・前記周方向歪勾配測定値、
に基づき、垂直方向歪勾配と周方向歪勾配とを変数として破断歪が特定される破断歪関数を取得する破断歪関数取得部を更に備え、
前記破断判定閾値取得部では、下記(5)式〜(8)式に基づき前記破断歪関数を前記CAE解析測定環境に合わせて変換することで、前記破断判定閾値を取得する
ことを特徴とする請求項11に記載の伸びフランジ割れ予測装置。
ここで、
ε1 * (CAE)は、破断判定閾値であり、
ε1 * (exp)は、測定値取得部で取得された破断歪測定値であり、
GLは、測定値取得部で用いたゲージ長さであり、
LS(exp)は、測定値取得部で用いた勾配評価長さであり、
Cl(exp)は、板状試験片を得る際の加工条件であり、
ΔεN(exp)は、測定値取得部で取得された垂直方向歪勾配測定値であり、
ΔεC(exp)は、測定値取得部で取得された周方向歪勾配測定値であり、
ε(CAE)は、最大主歪最大要素の最大主歪であり、
ESは、CAE解析部で用いた要素サイズであり、
LS(CAE)は、CAE解析部で用いた勾配評価長さであり、
Cl(CAE)は、可塑性板を得る際の加工条件であり、
ΔεN(CAE)は、CAE解析部で取得された垂直方向歪勾配であり、
ΔεC(CAE)は、CAE解析部で取得された周方向歪勾配である。 - 前記測定値取得部で得られた
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び
・前記周方向歪勾配測定値、
の相関を示す歪分布データを前記複数の板状試験片それぞれについて取得する歪分布データ取得部を更に備え、
前記破断判定閾値取得部では、
前記歪分布データを前記CAE解析測定環境に合わせて加工し、
加工された前記歪分布データを用いて破断判定曲面を生成し、
前記破断判定曲面から前記破断判定閾値を取得する
ことを特徴とする請求項11に記載の伸びフランジ割れ予測装置。 - 複数の試験片加工条件下において加工された複数の板状試験片を前記複数の板状試験片として用いて前記測定値取得部で得られた
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び
・前記周方向歪勾配測定値、
の相関を示す歪分布データを前記複数の板状試験片それぞれについて取得する歪分布データ取得部を更に備え、
前記破断判定閾値取得部では、
前記CAE解析測定環境に合わせた前記試験片加工条件の前記歪分布データを前記CAE解析測定環境に合わせて加工し、
加工された前記歪分布データを用いて破断判定曲面を生成し、
前記破断判定曲面から前記破断判定閾値を取得する
ことを特徴とする請求項11に記載の伸びフランジ割れ予測装置。 - 前記複数の板状試験片は、互いに異なる形状の切欠が形成された端部を有し、
前記測定値取得部では、前記複数の板状試験片のそれぞれに対し、前記切欠が破断部位となるように板面内で引張変形及び曲げ変形を与えて破断させながら、前記複数の板状試験片それぞれについて、
・前記破断歪測定値、
・前記垂直方向歪勾配測定値、及び、
・前記周方向歪勾配測定値
を測定して取得する
ことを特徴とする請求項11に記載の伸びフランジ割れ予測装置。 - 前記複数の板状試験片に形成される前記切欠の形状は、
垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第1の切欠形状と、
垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第2の切欠形状と、
垂直方向歪勾配が相対的に大きく、且つ、周方向歪勾配が相対的に小さい第3の切欠形状と、
垂直方向歪勾配が相対的に小さく、且つ、周方向歪勾配が相対的に大きい第4の切欠形状と、
を少なくとも含むことを特徴とする請求項17に記載の伸びフランジ割れ予測装置。 - 前記破断歪測定値は、前記板状試験片の破断部位の破断歪の測定値であり、
前記垂直方向歪勾配測定値は、前記破断部位から前記板状試験片の内側方向への歪勾配の測定値であり、
前記周方向歪勾配測定値は、前記破断部位から前記板状試験片の端部に沿う方向への歪勾配の測定値である
ことを特徴とする請求項11に記載の伸びフランジ割れ予測装置。 - 前記CAE解析部は、
前記成形データから、前記最大主歪を有する前記最大主歪最大要素を抽出する要素抽出部と、
前記最大主歪最大要素を基準要素として、前記フランジ端部から前記可塑性板の内側へ向かう要素列と、前記フランジ端部に沿う要素列とを、要素選択アルゴリズムに基づいて特定する要素列特定部と、
特定した前記要素列について、前記最大主歪最大要素の前記垂直方向歪勾配と、前記最大主歪最大要素の前記周方向歪勾配とを演算する歪勾配演算部と、
を備える
ことを特徴とする請求項11に記載の伸びフランジ割れ予測装置。 - 請求項1に記載の伸びフランジ割れ予測方法を、請求項11に記載の伸びフランジ割れ予測装置に実行させることを特徴とするプログラム。
- 請求項21に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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