KR102606047B1 - 예측 장치, 및 예측 방법 - Google Patents

예측 장치, 및 예측 방법 Download PDF

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지홍 리우
다카히사 아오야마
하야토 츠다
마사미치 스케가와
사토루 다카네자와
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

예측 방법은, 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체에 대한 상기 대상물의 조립 시의 상기 구조체와 상기 대상물과의 상태를 나타내는 초기 정보를 출력하는 제1 공정과, 상기 초기 정보를 이용하여 상기 구조체와 상기 대상물과의 조립 상태의 경시 변화를 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체와 상기 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제1 예측 정보를 출력하는 제2 공정을 포함한다.

Description

예측 장치, 및 예측 방법
본 개시는, 예측 장치, 및 예측 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에 기재된 개스킷 체결체의 장기 특성 예측 방법은, 관 플랜지, 압력 용기의 맨홀, 밸브 보닛 등에 이용되는 개스킷의 장래 실링성을 예측하는 방법이다. 특허문헌 1에 기재된 개스킷 체결체의 장기 특성 예측 방법은, 유한요소해석에 이용하는 입력 조건으로서, 적어도, 개스킷 체결체의 치수, 개스킷의 초기 응력, 내부 유체의 압력 조건 및 온도 조건을 설정하는 환경 조건 설정 순서와, 유한요소해석에 이용하는 입력 조건으로서, 개스킷 체결체의 재료 조건을 설정하는 재료 조건 설정 순서를 갖는다.
일본 특허공개 2011-017392호 공보
그러나, 사용자는, 개스킷의 초기 응력을 설정하는 작업이나, 실제기기의 관 플랜지의 단면적과 모델화된 관 플랜지의 단면적과의 비율에서 볼트의 영률을 설정하는 작업 등, 개스킷의 조립 초기 상태를 설정하는 작업을 실시할 필요가 있어, 번잡했다.
본 개시의 목적은, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 용이하게 예측하는 데 있다.
본 개시의 제1 양태는, 예측 방법을 대상으로 한다. 예측 방법은, 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체에 대한 상기 대상물의 조립 시의 상기 구조체와 상기 대상물과의 상태를 나타내는 초기 정보를 출력하는 제1 공정과, 상기 초기 정보를 이용하여 상기 구조체와 상기 대상물과의 조립 상태의 경시 변화를 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체와 상기 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제1 예측 정보를 출력하는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제1 양태에서는, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 용이하게 예측할 수 있다.
본 개시의 제2 양태는, 제1 양태에 있어서, 상기 제1 예측 정보는, 상기 구조체에 상기 대상물이 조립되고 나서 소정 기간 경과 시의 상기 구조체와 상기 대상물과의 상태를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제2 양태에서는, 사용자는 구조체에 대상물이 조립되고 나서 소정 기간 경과 시의 구조체와 대상물과의 상태를 확인할 수 있다.
본 개시의 제3 양태는, 제1 또는 제2 양태에 있어서, 상기 대상물 및 상기 구조체에 대한 부하 작용 중의, 상기 구조체와 상기 대상물과의 조립 상태의 경시 변화를 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체 및 상기 대상물에 대한 부하 작용 중의, 상기 구조체와 상기 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제2 예측 정보를 출력하는 제3 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
제3 양태에서는, 구조체와 대상물에 대한 부하 작용 중의, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 예측할 수 있다.
본 개시의 제4 양태는, 제1~제3 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어지고, 상기 제2 공정에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제4 양태에서는, 제1 공정에서, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용하고, 제2 공정에서, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 시뮬레이션을 실시할 수 있다.
본 개시의 제5 양태는, 제3 양태에 있어서, 상기 제3 공정에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제5 양태에서는, 제3 공정에 있어서, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 시뮬레이션을 실시할 수 있다.
본 개시의 제6 양태는, 제5 양태에 있어서, 상기 제1 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정 각각의 시뮬레이션에서, 사용되는 상기 재료 모델의 온도 의존성이 고려되는 것을 특징으로 한다.
제6 양태에서는, 재료 모델의 온도 의존성을 고려한 시뮬레이션을 실시할 수 있다.
본 개시의 제7 양태는, 제1~제6 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 상기 대상물에 탄소성체의 재료 모델이 사용되고, 상기 제2 공정에서는, 상기 대상물에 크리프 변형체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 한다.
제7 양태에서는, 제1 공정에서, 대상물에 탄소성체의 재료 모델이 사용되고, 제2 공정에서, 대상물에 크리프 변형체의 재료 모델이 사용된 시뮬레이션을 실시할 수 있다.
본 개시의 제8 양태는, 제7 양태에 있어서, 상기 제1 공정 또는 상기 제2 공정에서는, 상기 구조체에 강체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 한다.
제8 양태에서는, 제1 공정 또는 제2 공정에 있어서, 구조체에 강체의 재료 모델이 사용된 시뮬레이션을 실시할 수 있다.
본 개시의 제9 양태는, 제1~제6 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 상기 대상물에 초탄성체의 재료 모델이 사용되고, 상기 제2 공정에서는, 상기 대상물에 점탄성체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 한다.
제9 양태에서는, 제1 공정에서, 대상물에 초탄성체의 재료 모델이 사용되고, 제2 공정에서, 대상물에 점탄성체의 재료 모델이 사용된 시뮬레이션을 실시할 수 있다.
본 개시의 제10 양태는, 제9 양태에 있어서, 상기 제1 공정 또는 상기 제2 공정에서는, 상기 구조체에 강체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 한다.
제10 양태에서는, 제1 공정 또는 제2 공정에 있어서, 구조체에 강체의 재료 모델이 사용된 시뮬레이션을 실시할 수 있다.
본 개시의 제11 양태는, 제1~제10 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 대상물의 재질은, 고분자체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제11 양태에서는, 대상물을, 고분자체로 구성할 수 있다.
본 개시의 제12 양태는, 제11 양태에 있어서, 상기 고분자체는, 플루오로 수지, 또는 플루오로 고무를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제12 양태에서는, 고분자체를, 플루오로 수지, 또는 플루오로 고무로 구성할 수 있다.
본 개시의 제13 양태는, 제1~제12 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 구조체의 재질은, 금속, 세라믹, 또는, 고분자체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제13 양태에서는, 구조체를, 금속, 세라믹, 또는, 고분자체로 구성할 수 있다.
본 개시의 제14 양태는, 제3, 제5, 및 제6 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 공정, 상기 제2 공정, 및 상기 제3 공정 각각에서, 상기 구조체에 강체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 한다.
제14 양태에서는, 제1 공정, 제2 공정, 및 제3 공정 각각에서, 구조체에 강체의 재료 모델을 사용할 수 있다.
본 개시의 제15 양태는, 제1~제14 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 대상물은, 개스킷, 배관, 조인트, 펌프, 또는, 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제15 양태에서는, 대상물을, 개스킷, 배관, 조인트, 펌프, 또는, 밸브로 구성할 수 있다.
본 개시의 제16 양태는, 예측 장치를 대상으로 한다. 예측 장치는, 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체에 대한 상기 대상물의 조립 시의 상기 구조체와 상기 대상물과의 상태를 나타내는 초기 정보를 출력하는 제1 처리부(14a)와, 상기 초기 정보를 이용하여 상기 구조체와 상기 대상물과의 조립 상태의 경시 변화를 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체와 상기 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제1 예측 정보를 출력하는 제2 처리부(14b)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제16 양태에서는, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 용이하게 예측할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 예측 장치의 구성을 나타내는 계통도이다.
도 2는, 리튬 이온 전지의 실링 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 실링 구조의 일부 확대도이다.
도 4는, 제어 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 제1 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 제2 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 제3 처리를 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도면 중, 동일 또는 상당 부분에는 동일 참조 부호를 사용하고 상세한 설명 및 그에 부수되는 효과 등의 설명은 반복하지 않는다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 예측 장치(10)에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 예측 장치(10)의 구성을 나타내는 계통도이다.
－전체 구성－
도 1에 나타내는 바와 같이, 예측 장치(10)는, 구조체에 대한 대상물의 장래 조립 상태를 예측한다. 대상물의 재질은, 예를 들어, 고분자체(바람직하게는, 폴리머)를 포함한다. 고분자체는, 수지(플루오로 수지 등), 또는, 고무(플루오로 고무 등) 등을 포함한다. 대상물은, 예를 들어, 개스킷, 배관, 조인트, 펌프, 또는, 밸브를 포함한다. 구조체의 재질은, 예를 들어, 금속, 세라믹, 또는, 고분자체(바람직하게는, 폴리머)를 포함한다. 구조체는, 대상물이 조립되는 것이라면, 그 종류는 한정되지 않는다.
조립됨이란, 대상물이, 구조체로부터 압력을 받으면서, 구조체와 접촉하는 상태가 유지되도록 하여, 구조체에 대하여 정위치에 설치되는 것을 나타낸다. 예를 들어, 압축, 굽힘, 카시메(加締. 부품의 일부를 소성변형시켜 2개의 부품을 접합하는 방법) 등에 의해 대상물과 구조체가 결합됨으로써, 대상물이 구조체에 조립된다. 예를 들어, 대상물이 구조체에 조립된 상태에서, 대상물과 구조체를 포함하는 구조체가 제품으로서 사용된다.
예측 장치(10)는, 예를 들어, PC(Personal Computer)로 구성된다. 예측 장치(10)는, 표시부(11)와, 입력부(12)와, 기억부(13)와, 제어 장치(14)를 구비한다.
표시부(11)는, 디스플레이 등을 포함하고, 정보를 표시한다. 입력부(12)는, 예측 장치(10)에 대한 외부로부터의 지시의 입력을 수신한다. 입력부(12)는, 예를 들어, 키보드, 마우스, 터치 패널 등을 포함한다. 기억부(13)는, 플래시 메모리, ROM(Read Only Memory), 및 RAM(Random Access Memory)과 같은 주기억장치(예를 들어, 반도체 메모리)를 포함하고, 보조기억장치(예를 들어, 하드디스크 드라이브, SSD(Solid State Drive), SD(Secure Digital) 메모리 카드, 또는, USB(Universal Seral Bus) 플래시 메모리)를 추가로 포함하여도 된다. 기억부(13)는, 제어 장치(14)에 의해 실행되는 각종 컴퓨터 프로그램을 기억한다.
제어 장치(14)는, CPU 및 MPU와 같은 프로세서를 포함한다. 제어 장치(14)는, 기억부(13)에 기억된 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써, 예측 장치(10)의 각 구성요소를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제1 처리부(14a)와, 제2 처리부(14b)와, 제3 처리부(14c)를 포함한다. 제어 장치(14)는, 기억부(13)에 기억된 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써, 제1 처리부(14a), 제2 처리부(14b), 및 제3 처리부(14c)로서 기능한다.
-리튬 이온 전지-
도 2 및 도 3을 참조하여, 구조체 및 대상물의 일례에 대해서 설명한다. 도 2는, 리튬 이온 전지(1)의 실링 구조(1a)를 나타내는 단면도이다. 도 3은, 도 2에 나타내는 실링 구조(1a)의 일부 확대도이다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 리튬 이온 전지(1)는, 실링 구조(1a)와, 전극(4)을 구비한다. 실링 구조(1a)는, 덮개(2)와, 개스킷(3)을 구비한다.
전극(4)은, 구조체의 제1 예이다. 덮개(2)는, 구조체의 제2 예이다. 개스킷(3)은, 대상물의 일례이다.
덮개(2)는, 예를 들어, 알루미늄 등의 금속으로 형성된다. 개스킷(3)은, 예를 들어, 리튬 이온 2차 전지(LIB)용 개스킷이다. 개스킷(3)의 원료에는, 예를 들어, 플루오린계 수지, 보다 구체적으로는, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알킬 바이닐 에테르의 공중합체(약칭: PFA)가 사용된다. 전극(4)은, 도전성을 갖는 금속으로 형성된다.
개스킷(3)은, 상부(3a) 및 하부(3c)가 직경방향 외측으로 돌출하는 대략 통형상을 갖는다. 덮개(2)는, 대략 고리 형상을 갖는다. 덮개(2)는, 개스킷(3)의 상부(3a)와 하부(3c)와의 사이에 배치되고, 개스킷(3)의 상하 중앙부(3b)의 외측을 주회한다. 개스킷(3)의 상부(3a)의 상측에는, 와셔(5)가 존재한다. 덮개(2), 개스킷(3), 및 와셔(5)는, 전극(4)에 의해 협지된다.
리튬 이온 전지(1)에서는, 실링 구조(1a)가 와셔(5)와 전극(4)과의 사이에 끼인다. 리튬 이온 전지(1)에서는, 실링 구조(1a)에 의해, 리튬 이온 전지(1)의 케이싱(도시 생략)의 내부에 봉입되는 전해액(L)이 실링된다. 실링 구조(1a)는, 대기 중으로부터의 수분이 리튬 이온 전지(1)의 케이싱의 내부로 유입되는 것을 방지한다.
실링 구조(1a)에서는, 전극(4)과 덮개(2)가 접촉하지 않도록, 전극(4)과 덮개(2)와의 사이에 개스킷(3)이 개재된다(도 2, 및 도 3 참조). 개스킷(3)의 원료로서 채용한 PFA는, 절연성을 가진다. 개스킷(3)은, 덮개(2)와 전극(4)을 전기적으로 절연하는 기능을 가진다.
실링 구조(1a)는, 2곳의 실링면에서 실링한다. 첫 번째 실링면은, 제1 접촉부분(S1)이다. 또 하나의 실링면은, 제2 접촉부분(S2)이다. 제1 접촉부분(S1)은, 덮개(2)에 형성되는 돌기(2a)가, 개스킷(3)에 대하여 접촉하는 부분을 나타낸다. 덮개(2)는, 돌기(2a)에 의해 개스킷(3)에 접촉함으로써, 개스킷(3)에 압력을 부여한다. 제2 접촉부분(S2)은, 전극(4)에 형성되는 돌기(4a)가, 개스킷(3)에 대하여 접촉하는 부분을 나타낸다. 전극(4)은, 돌기(4a)에 의해 개스킷(3)에 접촉함으로써, 개스킷(3)에 압력을 부여한다. 돌기(2a), (4a)는, 개스킷(3)을 상하에서 협지하도록 하여, 개스킷(3)에 접촉한다.
개스킷(3)은, 덮개(2)(제1 접촉부분(S1)), 및 전극(4)(제2 접촉부분(S2))으로부터 압력을 받으면서, 덮개(2) 및 전극(4)에 접촉한다. 이에 의해, 대상물인 개스킷(3)이, 구조체인 덮개(2)와 전극(4)에 조립된다.
이하에서는, 제1 접촉부분(S1)에 발생하는 압력(개스킷(3)으로부터 덮개(2)에 대하여 작용하는 반발력), 및 제2 접촉부분(S2)에 발생하는 압력(개스킷(3)으로부터 전극(4)에 대하여 작용하는 반발력)을 총칭하여 실링 면압이라고 기재하는 경우가 있다.
본 실시형태에서는, 대상물인 개스킷(3)이, 구조체인 덮개(2)와 전극(4)에, 압축하여 조립되므로, 실링 면압이 발생한다.
실링 구조(1a)에서는, 개스킷(3)이, 제1 접촉부분(S1) 및 제2 접촉부분(S2)에 발생하는 실링 면압에 의해, 덮개(2) 및 전극(4)에 조립된다. 본 실시형태에서는, 개스킷(3)이 수지에 의해 형성된다. 이에 의해, 개스킷(3)이 덮개(2)와 전극(4)에 조립된 후, 크리프 특성에 의해, 시간의 경과에 따라 실링 면압이 저하되어 간다.
제어 장치(14)는, 전술한 시간 경과에 따른 실링 면압의 저하와 같은, 장래의 구조체와 대상물과의 상태 변화를 시뮬레이션한다.
-제어 장치의 동작-
도 1 및 도 4를 참조하여, 제어 장치(14)의 동작에 대해서 설명한다. 도 4는, 제어 장치(14)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
제어 장치(14)는, 예를 들어, ANSYS(등록 상표)와 같은 시판의 유한요소법의 프로그램(범용 프로그램), 또는, 전용 프로그램을 실행함으로써, 도 4의 흐름도를 나타내는 처리를 실시한다.
도 1 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 단계 S1에서, 제어 장치(14)의 제1 처리부(14a)는, 제1 처리를 실시한다. 제1 처리는, 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션하는 처리다. 제1 처리에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어진다. 탄성체는, 초탄성체와, 점탄성체를 포함한다. 비탄성체는, 탄소성체와, 점소성체와, 크리프 변형체(크리프에 의해 변형하는 성질을 가진 것)와, 강체를 포함한다. 본 실시형태에서, 제1 처리에서는, 대상물인 개스킷(3)을 탄소성체로 하고, 구조체인 덮개(2) 및 전극(4)을 강체로 하는 재료 모델을 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어진다.
단계 S2에서, 제어 장치(14)의 제2 처리부(14b)는, 제2 처리를 실시한다. 제2 처리는, 조립 후의 구조체와 대상물과의 상태의 경시 변화를 시뮬레이션하는 처리다. 제2 처리에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어진다. 본 실시형태에서는, 제2 처리 및 후술하는 제3 처리에서, 대상물인 개스킷(3)을 탄소성체와 크리프 변형체로 하고, 구조체인 덮개(2) 및 전극(4)을 강체로 하는 재료 모델을 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어진다.
단계 S3에서, 제어 장치(14)의 제3 처리부(14c)는, 제3 처리 실시를 나타내는 정보를 입력부(12)가 수신했는지 여부를 판정한다. 제3 처리는, 구조체 및 대상물에 대한 부하 작용 중의, 조립 후의 구조체와 대상물과의 상태의 경시 변화를 시뮬레이션하는 처리를 나타낸다.
제3 처리 실시를 나타내는 정보를 입력부(12)가 수신했다고 제3 처리부(14c)가 판정하면(단계 S3에서, Yes), 처리가 단계 S4로 이행한다. 제3 처리 실시를 나타내는 정보를 입력부(12)가 수신하지 않았다고 제3 처리부(14c)가 판정하면(단계 S3에서, No), 처리가 종료된다.
단계 S4에서, 제3 처리부(14c)가 제3 처리를 실시한다. 제3 처리에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어진다. 단계 S4에 나타내는 처리가 종료되면, 처리가 종료된다.
예를 들어, 제1 처리에서는, 구조체에 강체의 재료 모델이 사용됨과 함께, 대상물에 탄소성체의 재료 모델이 사용되고, 제2 처리에서는, 구조체에 강체의 재료 모델이 사용됨과 함께, 대상물에 크리프 변형체의 재료 모델이 사용되어도 된다. 이 경우, 제2 처리에서는, 대상물이 크리프 변형함으로써 대상물에 가해지는 힘이 재배분되면, 대상물에 탄소성체의 재료 모델이 사용되어도 된다. 즉, 대상물에 크리프 변형체의 재료 모델과 탄소성체의 재료 모델이 사용되어도 된다. 또한, 제1 처리에서는, 구조체에 강체의 재료 모델이 사용됨과 함께, 대상물에 초탄성체의 재료 모델이 사용되고, 제2 공정에서는, 구조체에 강체의 재료 모델이 사용됨과 함께, 대상물에 점탄성의 재료 모델이 사용되어도 된다. 또한, 제1 공정, 제2 공정, 및 제3 공정 각각에서, 구조체에 강체의 재료 모델이 사용되어도 된다.
도 1 및 도 5를 참조하여, 제1 처리(도 4 참조)에 대하여 설명한다. 도 5는, 제1 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 단계 S11에서, 입력부(12)가, 대상물 및 구조체의 각각의 재료 모델을 나타내는 정보와, 파라미터의 설정에 관한 정보의 입력을 수신한다. 파라미터의 설정에 관한 정보는, 대상물의 구조체로의 조립 과정에서의, 대상물과 구조체와의 상태를 나타내는 정보를 포함한다. 파라미터의 설정에 관한 정보는, 예를 들어, 대상물과 구조체와의 접촉부분(도 3에 나타내는 제1 접촉부분(S1), 및 제2 접촉부분(S2))의 마찰 계수를 나타내는 정보, 및, 구조체에 대하여 대상물을 압축하여 조립함에 의한 대상물의 강제 변위량을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
단계 S12에서, 입력부(12)가, 형상 설정을 나타내는 정보의 입력을 수신한다. 형상 설정을 나타내는 정보는, 대상물 및 구조체 각각의 형상 및 치수를 나타내는 정보를 포함한다.
예를 들어, 실링 구조(1a)에서는, 덮개(2) 및 전극(4)에 돌기(2a), (4a)를 갖고, 돌기(2a), (4a)에 의해 실링 기능을 확보한다(도 3 참조). 후술하는 단계 S22(도 6 참조)에서, 장래의 실링 면압을 정밀도 좋게 해석하기 위해서는, 실링 면압이 발생하는 곳인 돌기(2a), (4a)의 형상 및 치수를 명확하게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 돌기(2a), (4a)의 형상 및 치수를 나타내는 정보, 즉, 대상물과 구조체와의 접촉부분의 형상 및 치수를 나타내는 정보가, 입력부(12)로부터 입력된다.
단계 S13에서, 제1 처리부(14a)는, 단계 S11 및 단계 S12에서 입력부(12)가 수신한 각종 정보(재료 모델을 나타내는 정보, 파라미터의 설정에 관한 정보, 및 형상 설정을 나타내는 정보)에 기초하여, 대상물과 구조체의 해석 모델을 작성한다.
단계 S14에서, 제1 처리부(14a)는, 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션한다(조립 시뮬레이션).
단계 S15에서, 제1 처리부(14a)는, 단계 S14의 시뮬레이션의 결과인 제1 해석 결과를 출력한다. 제1 해석 결과는, 대상물의 구조체로의 조립 시(조립 초기)의, 구조체와 대상물과의 상태를 나타내는 물리량으로 구성되는 초기 정보를 포함한다. 제1 해석 결과(초기 정보)는, 예를 들어, 대상물의 구조체로의 조립 시에, 대상물에 발생하는 응력(초기 응력)을 나타내는 정보(초기 응력 정보), 대상물에 발생하는 변형(초기 변형)을 나타내는 정보(초기 변형 정보), 구조체에 대한 대상물의 변위 정보(초기 변위 정보), 및, 구조체와 대상물과의 조립 상태를 나타내는 정보(초기 조립 정보) 중 적어도 하나를 포함한다. 초기 조립 정보는, 예를 들어, 조립 초기의 실링 면압을 나타내는 정보(초기 실링 면압 정보)를 포함한다.
단계 S15에 나타내는 처리가 종료되면, 처리가 도 4에 나타내는 단계 S2로 이행한다.
다음으로, 도 1 및 도 6을 참조하여, 제2 처리에 대하여 설명한다. 도 6은, 제2 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 단계 S21에서, 제2 처리부(14b)가 제1 처리의 제1 해석 결과를 나타내는 정보(도 5의 단계 S15 참조)를 취득한다. 또한, 입력부(12)가, 대상물 및 구조체의 각각의 재료 모델을 나타내는 정보의 입력을 수신한다. 이때, 입력부(12)는, 대상물과 구조체와의 경시 재료 물성을 나타내는 정보의 입력을 수신한다. 경시 재료 물성은, 예를 들어, 크리프 변형 물성과 같은 변형에 관한 물성의 정보를 나타낸다. 또한, 입력부(12)는, 대상물과 구조체와의 조립 정보(조립 시의 대상물의 압축에 의한 강제 변위량 등)의 입력을 수신한다. 또한, (예를 들어, 조인트 및 조인트 조립체에서는) 조립 후의 대상물에 헐거움이 있고(예를 들어, 반도체 장치에서 약액을 흐르게 하는 배관의 조인트를 대상물로 한 경우에, 조립 후의 조인트에 헐거움이 있고), 대상물의 재조임이 이루어진 경우, 재조임에 관한 정보를 입력부(12)에서 입력할 수 있도록 구성하여도 된다. 예를 들어, 재조임에 관한 정보가 입력부(12)에서 입력되면, 제2 처리부(14b)는, 대상물의 초기 응력을, 재조임을 고려하여 시뮬레이션에 의해 다시 구한다. 이에 의해, 초기 응력이 재설정되고, 단계 S22 이후의 처리가 이루어질 때, 제1 처리의 단계 S15에서 출력된 초기 응력 대신에, 재설정된 초기 응력이 이용된다. 그리고, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 대상물이 개스킷(3)의 경우, 개스킷(3)의 조립 후는 개스킷(3)에 헐거움이 없는 것으로 보고 개스킷(3)의 강제 변위량은 0으로 하여도 된다.
단계 S22에서, 제2 처리부(14b)는, 단계 S21에서 취득한 각종 정보를 이용하여, 조립 후의 구조체와 대상물과의 상태의 경시 변화를 시뮬레이션한다(경시 특성 시뮬레이션).
단계 S23에서, 제2 처리부(14b)는, 단계 S22의 시뮬레이션의 결과인 제2 해석 결과를 출력한다. 제2 해석 결과는, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제1 예측 정보를 포함한다. 제2 해석 결과(제1 예측 정보)는, 예를 들어, 구조체에 대상물이 조립되고 나서 소정 기간 경과 시의, 대상물에 발생하는 응력을 나타내는 정보(제1 예측 응력 정보), 대상물에 발생하는 변형을 나타내는 정보(제1 예측 변형 정보), 구조체에 대한 대상물의 변위 정보(제1 예측 변위 정보), 및, 구조체와 대상물과의 조립 상태를 나타내는 정보(제1 예측 조립 정보) 중 적어도 하나를 포함한다. 제1 예측 조립 정보는, 예를 들어, 소정 기간 경과 시의, 실링 면압을 나타내는 정보(제1 예측 실링 면압 정보)를 포함한다.
제2 해석 결과에서, 소정 기간은, 사용자 등이 입력부(12)로부터 적절하게 설정 가능하다. 예를 들어, 소정 기간을 10년으로 설정함으로써, 제2 해석 결과에서, 대상물을 조립하고 나서 10년 경과 시의 각종 정보가 출력된다.
단계 S23에 나타내는 처리가 종료되면, 처리가 도 4에 나타내는 단계 S3으로 이행한다.
다음으로, 도 1 및 도 7을 참조하여, 제3 처리에 대하여 설명한다. 도 7은, 제3 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 단계 S41에서, 입력부(12)는, 부하 정보의 입력을 수신한다. 부하 정보는, 대상물과 구조체에 작용하는 부하 압력을 나타내는 정보다. 부하 압력은, 대상물과 구조체와의 조립에 의해 발생하는 압력(실링 면압)과는 상이한 압력이다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 나타내는 리튬 이온 전지(1)에서, 내부에 가스가 발생하는 등으로 개스킷(3), 전극(4) 등에 돌발적인 부하가 발생함으로써 부하 압력이 발생한다. 부하 압력이 발생함으로써, 대상물이 구조체와 비접촉이 되거나, 또는 대상물과 구조체와의 접촉 면압(실링 면압)이 작아질 가능성이 있다. 따라서, 부하 압력은 제2 해석 결과(도 6의 단계 S23 참조)에 영향을 주므로, 부하 압력이 발생하는 경우는 제3 처리가 이루어진다.
또한, 단계 S41에서, 제3 처리부(14c)는, 제2 해석 결과를 취득한다. 또한, 제3 처리에서, 대상물 및 구조체의 재료 모델은, 제2 처리에서 설정된 것이 사용된다.
단계 S42에서, 제3 처리부(14c)는, 단계 S41에서 취득한 각종 정보를 이용하여, 부하 작용 중의 구조체와 대상물과의 상태의 경시 변화를 시뮬레이션한다(부하 작용 중의 경시 특성 시뮬레이션).
단계 S43에서, 제3 처리부(14c)는, 단계 S42의 시뮬레이션의 결과인 제3 해석 결과를 출력한다. 제3 해석 결과는, 도 6에 나타내는 제2 해석 결과를, 부하 압력을 고려한 값으로 보정한 것이다. 제3 해석 결과는, 구조체 및 대상물에 대한 부하 작용 중의, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제2 예측 정보를 포함한다. 제3 해석 결과(제2 예측 정보)는, 예를 들어, 대상물 및 구조체에 대한 부하 작용 중에, 구조체에 대상물이 조립되고 나서 소정 기간 경과 시의, 대상물에 발생하는 응력을 나타내는 정보(제2 예측 응력 정보), 대상물에 발생하는 변형을 나타내는 정보(제2 예측 변형 정보), 구조체에 대한 대상물의 변위 정보(제2 예측 변위 정보), 및, 구조체와 대상물과의 조립 상태를 나타내는 정보(제2 예측 조립 정보) 중 적어도 하나를 포함한다. 제2 예측 조립 정보는, 예를 들어, 대상물 및 구조체에 대한 부하 작용 중에, 소정 기간 경과 시의, 실링 면압을 나타내는 정보(제2 예측 실링 면압 정보)를 포함한다.
단계 S43에 나타내는 처리가 종료되면, 처리가 종료된다(도 4 참조).
-제1 처리~제3 처리 정리-
본 실시형태에서는, 도 5에 나타내는 제1 처리에서, 제1 처리부(14a)는, 대상물을 구조체에 조립하는 과정을 시뮬레이션함으로써 제1 해석 결과를 출력한다. 제1 해석 결과에서, 대상물과 구조체와의 조립 초기 상태를 나타내는 초기 정보(초기 응력 정보, 초기 변형 정보, 초기 변위 정보, 초기 실링 면압 정보 등)가 명확해진다.
도 6에 나타내는 제2 처리에서, 제2 처리부(14b)는, 초기 정보에 기초하여, 조립 후의 대상물과 구조체와의 상태의 경시 변화를 시뮬레이션함으로써 제2 해석 결과를 출력한다. 제2 해석 결과에서, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 나타내는 정보(제1 예측 응력 정보, 제1 예측 변형 정보, 제1 예측 변위 정보, 제1 예측 실링 면압 정보 등)가 출력된다. 예를 들어, 제2 해석 결과에서, 덮개(2) 및 전극(4)에 대하여 개스킷(3)이 조립되고 나서 10년 경과 후의 최대 실링 면압과, 최대 주변형이 출력된다(도 2 및 도 3 참조). 최대 실링 면압은, 제1 접촉부분(S1) 및 제2 접촉부분(S2)에 발생하는 최대 실링 면압 중에서 가장 작은 것이다. 최대 주변형은, 개스킷(3)에 발생하는 변형의 최대값이다.
도 7에 나타내는 제3 처리에서, 제3 처리부(14c)는, 대상물과 구조체와의 조립 상태에 관한 경시 특성이, 부하 압력이 작용하는 경우에는, 어떻게 변화하는지를 시뮬레이션함으로써, 제3 해석 결과를 출력한다. 제3 해석 결과에서, 부하 압력을 고려한, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 나타내는 정보(제2 예측 응력 정보, 제2 예측 변형 정보, 제2 예측 변위 정보, 제2 예측 실링 면압 정보 등)가 출력된다. 이로써, 예를 들어, 도 2 및 도 3에 나타내는 리튬 이온 전지(1)에서, 부하 압력에 의해 내부의 압력이 급격히 변화한 경우에도, 부하 압력을 고려한 시뮬레이션을 실시할 수 있다. 그 결과, 리튬 이온 전지(1)에서, 장래, 실링 면압을 확보할 수 있는지 여부를 정밀도 좋게 예측할 수 있다.
-실시예의 효과-
이상, 도 1부터 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 처리(도 5 참조)에서, 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션함으로써, 대상물의 조립 시의 구조체와 대상물과의 상태를 나타내는 초기 정보(초기 응력 정보, 초기 변형 정보, 초기 변위 정보, 초기 실링 면압 정보 등)가 출력된다. 그리고, 제2 처리(도 6 참조)에서, 초기 정보를 이용하여 구조체와 대상물과의 장래 상태가 예측된다. 따라서, 사용자가 초기 정보를 스스로 설정할 필요가 없으므로, 구조체와 대상물과의 장래 상태를 용이하게 예측할 수 있다.
또한, 제1 처리의 단계 S12에서, 입력부(12)로부터 대상물 및 구조체의 형상 설정을 실시할 때, 돌기(2a), (4a)(도 3 참조)의 형상 및 치수와 같은 대상물 및 구조체의 복잡한 형상 및 치수를 나타내는 정보도 입력 가능하다. 이로써, 대상물 및 구조체의 복잡한 형상 및 치수를 고려하여, 제2 처리의 시뮬레이션 및 제3 처리의 시뮬레이션을 실시할 수 있다. 그 결과, 제2 처리에서 출력되는 제2 해석 결과의 정밀도와, 제3 처리에서 출력되는 제3 해석 결과의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션(제1 처리)과, 구조체와 대상물과의 조립 상태의 경시 변화의 시뮬레이션(제2 처리)과, 부하 압력을 고려한 시뮬레이션(제3 처리)을 연속으로 실시할 수 있으므로, 처리(예를 들어, 리튬 이온 전지(1)에서, 장래의 실링 면압을 예측하는 처리 등)를 신속하게 실시할 수 있다.
이상, 실시형태 및 변형예를 설명했지만, 특허청구범위의 취지 및 범위에서 이탈하지 않고, 형태나 상세를 다양하게 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다(예를 들어 하기 (1)~(5)). 또한, 이상의 실시형태 및 변형예는, 본 개시의 대상의 기능을 저하시키지 않는 한, 적절히 조합하거나 치환하여도 된다.
(1) 도 4에 나타내는 제1 처리~제3 처리에서, 대상물이 고무제의 재료로 형성되는 경우, 제1 처리에서는 대상물에 초탄성체의 재료 모델이 사용되고, 제2 처리 및 제3 처리에서는 대상물에 점탄성체의 재료 모델이 사용되어도 된다. 이 경우, 제1 처리~제3 처리 각각에서, 구조체에 강체의 재료 모델이 사용되어도 된다.
(2) 제2 해석 결과(도 6의 단계 S23 참조), 및 제3 해석 결과(도 7의 단계 S43 참조) 각각이 표시부(11)(도 1 참조)에 표시되어도 된다. 그 결과, 사용자는, 표시부(11)로부터 제2 해석 결과 및 제3 해석 결과 각각을 확인할 수 있다.
(3) 제1 처리(도 5 참조), 제2 처리(도 6 참조) 및 제3 처리(도 7 참조) 각각의 시뮬레이션에서, 사용되는 재료 모델의 온도 의존성이 고려되어도 된다. 예를 들어, 대상물인 개스킷(3)은, 응력이 증가하는 과정에서, 온도가 높아질수록 강성이 저하하는 온도 의존성을 갖는 경우, 상기 시뮬레이션에서 개스킷(3)의 재료 모델을 설정할 때에, 개스킷(3)의 압축 특성의 온도 의존성이 고려된다. 또한, 대상물인 개스킷(3)의 선팽창률 및 비열, 열전도율이 온도 의존성을 갖는 경우, 상기 시뮬레이션에서 개스킷(3)의 재료 모델을 설정할 때에, 개스킷(3)의 선팽창률 및 비열, 열전도율의 온도 의존성이 고려된다.
(4) 본 실시형태에서는, 예측 장치(10)는, 상기 제1 처리~제3 처리(도 4~도 7 참조)를 실시함으로써, 리튬 이온 2차 전지용 개스킷(3)의 장기 신뢰성 평가(장래 상태의 예측)를 실시한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예측 장치(10)는, 벨로즈 펌프, 다이어프램 펌프, 다이어프램 밸브, 배관 조인트(예를 들어, 반도체 장치에서 약액을 흐르게 하는 배관용), 각종 고분자체 제품 등을 대상물로 하고, 당해 대상물의 장기 신뢰성 평가를 실시하여도 된다. 그 결과, 평가 결과를 분석함으로써, 대상물의 설계 최적화를 도모할 수 있게 된다.
(5) 일본특허 제5858195호에 나타내는 바와 같은 튜브(배관)에 조인트가 연결 고정되어 구성되는 조인트 조립체에서, 조인트를 대상물로 하고, 튜브(배관)를 구조체로 하고, 상기 제1 처리~제3 처리(도 4~도 7 참조)를 실시함으로써, 조인트 및 조인트 조립체의 장기 신뢰성 평가가 이루어져도 된다. 그리고, 조인트가 튜브(배관)에 연결 고정됨으로써 조립된 후, 조인트의 재조임이 이루어진 경우, 제2 처리의 단계 S21에서, 조인트의 재조임에 관한 정보가 입력부(12)에서 입력되면, 제2 처리부(14b)는, 조인트의 초기 응력을, 재조임을 고려한 시뮬레이션에 의해 다시 구해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 개시는, 예측 장치, 및 예측 방법에 대하여 유용하다.
1: 리튬 이온 전지
1a : 실링 구조
2 : 덮개(구조체)
3 : 개스킷(대상물)
4 : 전극(구조체)
10 : 예측 장치
14 : 제어 장치
14a : 제1 처리부
14b : 제2 처리부
14c : 제3 처리부

Claims (16)

  1. 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체에 대한 상기 대상물의 조립 시의 상기 구조체와 상기 대상물과의 상태를 나타내는 초기 정보를 출력하는 제1 공정과,
    상기 초기 정보를 이용하여 상기 구조체와 상기 대상물과의 조립 상태의 경시 변화를 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체와 상기 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제1 예측 정보를 출력하는 제2 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 예측 정보는, 상기 구조체에 상기 대상물이 조립되고 나서 소정 기간 경과 시의 상기 구조체와 상기 대상물과의 상태를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 대상물 및 상기 구조체에 대한 부하 작용 중의, 상기 구조체와 상기 대상물과의 조립 상태의 경시 변화를 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체 및 상기 대상물에 대한 부하 작용 중의, 상기 구조체와 상기 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제2 예측 정보를 출력하는 제3 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어지고,
    상기 제2 공정에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어지는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3 공정에서는, 탄성체, 및 비탄성체의 재료 모델 중 적어도 하나를 사용한 유한요소해석에 기초한 시뮬레이션이 이루어지는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정 각각의 시뮬레이션에서, 사용되는 상기 재료 모델의 온도 의존성이 고려되는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 대상물에 탄소성체의 재료 모델이 사용되고, 상기 제2 공정에서는, 상기 대상물에 크리프 변형체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 공정 또는 상기 제2 공정에서는, 상기 구조체에 강체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 대상물에 초탄성체의 재료 모델이 사용되고, 상기 제2 공정에서는, 상기 대상물에 점탄성체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 공정 또는 상기 제2 공정에서는, 상기 구조체에 강체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 대상물의 재질은, 고분자체를 포함하는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고분자체는, 플루오로 수지, 또는 플루오로 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구조체의 재질은, 금속, 세라믹, 또는, 고분자체를 포함하는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 제1 공정, 상기 제2 공정, 및 상기 제3 공정 각각에서, 상기 구조체에 강체의 재료 모델이 사용되는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 대상물은, 개스킷, 배관, 조인트, 펌프, 또는, 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 예측 방법.
  16. 구조체에 대상물을 조립하는 과정을 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체에 대한 상기 대상물의 조립 시의 상기 구조체와 상기 대상물과의 상태를 나타내는 초기 정보를 출력하는 제1 처리부(14a)와,
    상기 초기 정보를 이용하여 상기 구조체와 상기 대상물과의 조립 상태의 경시 변화를 시뮬레이션함으로써, 상기 구조체와 상기 대상물과의 장래 상태를 나타내는 제1 예측 정보를 출력하는 제2 처리부(14b)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 예측 장치.
KR1020237013617A 2020-09-30 2021-09-29 예측 장치, 및 예측 방법 KR102606047B1 (ko)

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