KR20090122281A - 파단 예측 방법, 연산 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

Abstract

해석 대상 부품을 복수 요소로 나누어 해석을 행할 때에, 해석 후 인접하는 2개의 요소를 결합할지, 요소 분할의 크기를 2종으로 변화시켜 해석을 행할지 중 어느 하나의 수단으로 동일한 요소를 포함하는 동일 위치에서의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 비교하여, 그 차가 큰 요소를 파단 위험 영역으로서 추출한다. 이 구성에 의해, 유한 요소법에 의해 파단을 예측할 때에, 확실하게 파단 위험 부위를 추출할 수 있다.

해석 대상 부품, CPU, 키보드, 요소, 시스템 버스

Description

파단 예측 방법, 연산 처리 장치, 프로그램 및 기록 매체{BREAKAGE PREDICTION METHOD, CALCULATION PROCESSING DEVICE, PROGRAM, AND RECORDING MEDIUM}

본 발명은, 유한 요소법에 의해 변형 해석을 행할 때에 파단 위험 부위를 추출하는 파단 예측 방법, 연산 처리 장치, 프로그램 및 기록 매체에 관한 것이다.

최근, 자동차 업계에서는, 충돌시의 탑승자에의 상해를 저감할 수 있는 차체 구조의 개발이 급선무인 과제로 되어 있다. 또한, 한편 연비 개선을 위해 차체의 경량화도 중요하다. 이들 과제의 해결을 위해, 보다 고강도의 재료, 특히 철강 재료에서는 고강도 강판의 적용이 검토되고 있다. 그러나 일반적으로 강도의 상승은 성형성의 열화를 초래한다고 되어 있어, 적용 확대를 위해서는 성형성 개선, 특히 연신 플랜지성의 개선이 중요하다.

이러한 과제의 해결을 위해 연신 플랜지성이 우수한 재료의 개발이 진행되고 있다. 예를 들어 특허 문헌 1에는, 페라이트나 베이나이트 등의 미시 조직의 제어에 의해 연신 플랜지성을 개선한 재료가 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 소성 이방성과 특정 방향의 인장 시험에 있어서의 균일 연신을 규정함으로써 연신 플랜지성이 우수한 알루미늄 합금판이 개시되어 있다.

그러나 실제의 부품에서의 성형 가부는 재료 특성만으로 정해지는 것은 아니며, 금형 형상이나 윤활 조건, 성형 조건 등이 복잡하게 영향을 미치고 있다. 따라서, 우수한 재료 특성을 살리기 위해서는 재료와 함께 이들 복잡한 인자를 적절하게 설정할 필요가 있다. 이러한 목적을 위해 수치 해석 기술이 적용되어 있다.

특허 문헌 3에는, 유한 요소법을 이용하여 성형시의 성형 문제인 파단이나 주름의 예측 방법이 개시되어 있다. 이에 따르면, 유한 요소법을 이용하여 해석하고, 착안하는 요소의 변형이나 응력의 데이터를 이용하여 파단이나 주름의 발생의 판정을 행하고 있다. 그러나 이러한 방법을 이용하는 경우에는 해석 대상에 따라서 적절한 크기로 요소 분할을 행할 필요가 있고, 부적절한 요소 분할로 해석을 행하는 경우, 예측이 과대 또는 과소 평가로 되어 버려 현실과 대응되지 않을 우려가 있었다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2002-60898호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2006-257506호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 평8-339396호 공보

상기한 바와 같이, 유한 요소법을 이용하여 성형시의 성형 문제인 파단이나 주름 발생의 예측을 할 때, 종래 기술에서는 확실하게 파단 위험 부위를 추출하는 것은 매우 곤란했다.

본 발명은, 상기한 과제에 비추어 이루어진 것이며, 유한 요소법에 의해 파단을 예측할 때에, 용이하고 또한 확실하게 파단 위험 부위를 추출하는 파단 예측 방법 및 장치, 연산 처리 장치 및 프로그램 및 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 파단 위험 부위에 변형이 집중되고, 그 주위에서 큰 변형 구배가 발생하는 것에 착안하여 파단 예측 방법의 검토를 행하고, 파단 위험 부위를 확실하게 판별할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명의 요지로 하는 바는 이하와 같다.

1. 유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을, 제1 영역 및 상기 제1 영역보다도 큰 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 스텝과,

상기 각 제1 영역 및 상기 각 제2 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡(maximum main distortion) 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 스텝과,

상기 해석 대상 부품에 있어서의 동일 부위에 해당하는 위치에 있어서, 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 차분값이 소정값보다 큰 상기 제1 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제3 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.

2. 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 제1 영역의 크기 및 상기 제2 영역의 크기를, 상기 해석 대상 부품의 n값과의 관계로 결정하는 것을 특징으로 하는 1.에 기재된 파단 예측 방법.

3. 상기 제3 스텝에 있어서, 상기 소정값보다 큰 상기 제1 영역이 추출되지 않는 경우에는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중, 적어도 상기 제1 영역을 보다 작게 설정하여, 다시 상기 제1 스텝, 상기 제2 스텝 및 상기 제3 스텝을 순차 실행하는 것을 특징으로 하는 1. 또는 2.에 기재된 파단 예측 방법.

4. 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 해석 대상 부품의 단부를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 것을 특징으로 하는 1. 내지 3. 중 어느 한 항에 기재된 파단 예측 방법.

5. 유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을 복수의 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 스텝과,

상기 각 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 스텝과,

인접하는 2개 이상의 상기 영역을 결합하여, 결합한 상기 영역에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율을 산출하는 제3 스텝과,

상기 영역의 결합의 전후에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 차분값이 소정값보다 큰 상기 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제4 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 파단 예측 방법.

6. 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 해석 대상 부품의 단부를 상기 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 것을 특징으로 하는 5.에 기재된 파단 예측 방법.

7. 해석 대상 부품의 파단 예측 방법에 이용하는 연산 처리 장치이며,

유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을, 제1 영역 및 상기 제1 영역보다도 큰 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 수단과,

상기 각 제1 영역 및 상기 각 제2 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 수단과,

상기 해석 대상 부품에 있어서의 동일 부위에 해당하는 위치에 있어서, 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 차분값이 소정값보다 큰 상기 제1 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제3 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연산 처리 장치.

8. 상기 제1 수단은, 상기 제1 영역의 크기 및 상기 제2 영역의 크기를, 상기 해석 대상 부품의 n값과의 관계로 결정하는 것을 특징으로 하는 7.에 기재된 연산 처리 장치.

9. 해석 대상 부품의 파단 예측 방법에 이용하는 연산 처리 장치이며,

유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을 복수의 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 수단과,

상기 각 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 수단과,

인접하는 2개 이상의 상기 영역을 결합하여, 결합한 상기 영역에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율을 산출하는 제3 수단과,

상기 영역의 결합의 전후에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 차분값이 소정값보다 큰 상기 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제4 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연산 처리 장치.

10. 유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을, 제1 영역 및 상기 제1 영역보다도 큰 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 스텝과,

상기 각 제1 영역 및 상기 각 제2 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 스텝과,

상기 해석 대상 부품에 있어서의 동일 부위에 해당하는 위치에 있어서, 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 차분값이 소정값보다 큰 상기 제1 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제3 스텝을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램.

11. 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 제1 영역의 크기 및 상기 제2 영역의 크기를, 상기 해석 대상 부품의 n값과의 관계로 결정하는 것을 특징으로 하는 10.에 기재된 프로그램.

12. 상기 제3 스텝에 있어서, 상기 소정값보다 큰 상기 제1 영역이 추출되지 않는 경우에는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중, 적어도 상기 제1 영역을 보다 작게 설정하여, 다시 상기 제1 스텝, 상기 제2 스텝 및 상기 제3 스텝을 순차 실행하는 것을 특징으로 하는 10. 또는 11.에 기재된 프로그램.

13. 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 해석 대상 부품의 단부를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 것을 특징으로 하는 10. 내지 12. 중 어느 한 항에 기재된 프로그램.

14. 유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을 복수의 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 스텝과,

상기 각 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 스텝과,

인접하는 2개 이상의 상기 영역을 결합하여, 결합한 상기 영역에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율을 산출하는 제3 스텝과,

상기 영역의 결합의 전후에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 차분값이 소정값보다 큰 상기 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제4 스텝을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램.

15. 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 해석 대상 부품의 단부를 상기 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 것을 특징으로 하는 14.에 기재된 프로그램.

16. 10. 내지 15. 중 어느 한 항에 기재된 프로그램을 기록한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.

본 발명에 기초하여 가공 부품의 파단 예측을 함으로써, 해석 조건의 선택에 대한 의존성을 저감하여, 용이하고 또한 확실하게 파단 위험 부위를 추출할 수 있다. 이에 의해, 개발에 필요한 비용을 저감할 수 있는 동시에, 보다 강도가 높은 재료를 가공 부품에 적용함으로써 경량화가 실현된다.

도 1은 본 발명의 파단 예측 방법(장치)의 흐름도이다.

도 2는 조 및 밀의 요소 분할의 상하한을 결정할 때의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이다.

도 3은 조 요소 분할의 상하한을 결정할 때의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 특성도이다.

도 4는 밀 요소 분할 상하한을 결정할 때의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 특성도이다.

도 5는 본 발명의 파단 예측 방법(장치)의 흐름도이다.

도 6은 성형 실험에 이용한 소판 형상의 설명도이다.

도 7A는 플랜지 업 성형 시험의 개시 전의 종단면을 도시하는 모식도이다.

도 7B는 플랜지 업 성형 시험의 개시 전의 평면을 도시하는 모식도이다.

도 7C는 플랜지 업 성형 시험의 종료 후의 종단면을 도시하는 모식도이다.

도 8A는 성형 해석에 이용한 요소 분할에서 사이즈 소인 것을 도시하는 모식도이다.

도 8B는 성형 해석에 이용한 요소 분할에서 사이즈 대인 것을 도시하는 모식도이다.

도 9는 요소 대 및 소에서의 최대 주 왜곡 분포의 해석 결과를 나타내는 특성도이다.

도 10은 퍼스널 유저 단말 장치의 내부 구성을 도시하는 모식도이다.

본 발명자는, 우선 해석 대상 부품의 파단 부위에 있어서의 변형 상태를 상세하게 조사하였다. 그 결과, 실제로 균열이 일어나는 부위에 피크를 갖고, 당해 피크의 근방에서 판 두께 감소율이나 왜곡량 등의 변형량이 감소해 가는 것이 판명되었다. 즉, 해석 대상 부품에 있어서의 소정의 영역(요소)에 변형이 집중된 후, 또한 그 영역 내에서 변형의 국소화가 일어나고, 이윽고는 파단에 이른 것이라 생각된다. 이것은 환언하면, 해석 대상 부품의 파단 부위에서는, 이른바 변형 구배가 큰 것을 의미한다. 변형 구배라 함은, 해석 대상 부품의 임의의 부위에 있어서 의, 판 두께 감소율이나 왜곡량 등의 변형량의 위치에 따른 변화량(기울기)이다. 변형 구배는, 변형량을 위치(거리)로 미분한 미분 계수이며, 미소(微小) 영역을 생각하면, 예를 들어 변형 구배 = [변형량/거리(㎜)]로 나타내어진다.

유한 요소법에 의해 해석 대상 부품의 변형 해석을 행하여, 파단을 판별하는 종래 방법으로서는, 계산에 의해 구한 각 영역(메쉬 형상으로 분할된 각 요소)의 변형량을, 별도로 구하는 재료의 파단 한계와 비교한다고 하는 방법이 일반적으로 채용된다. 즉 종래 방법에서는, 유한 요소법을 이용한 변형 해석에서는, 임의의 요소에 있어서의 변형량이, 해석 대상 부품의 재료의 파단 한계에 기초하여 규정된 파단 한계를 넘은 경우에, 그 부위가 파단 위험 부위라고 판정된다.

그러나 이 경우, 이하와 같은 여러 문제가 발생한다.

유한 요소법에 있어서는, 각 요소에서 계산되는 변형량은 그 요소 내에서의 평균값이 된다. 따라서, 요소 사이즈를 비교적 크게 설정하면, 변형량이 큰 부위가 존재하는 요소에서는, 이 부위는 당해 요소 내의 좁은 범위에 국부적으로 존재하게 된다. 이 경우, 가령 당해 부위에서 국소적으로 파단 한계를 넘고 있었다고 해도, 요소 내에서 변형량을 평균화함으로써, 말하자면 당해 부위의 변형량이 평균값에 묻혀 버려, 요소 내의 평균으로서의 출력값은 파단 한계를 넘지 않는 경우가 있다. 이 경우, 당해 부위를 파단 위험 부위라고 판정할 수는 없다.

따라서, 변형의 국소화에 대응하기 위해, 충분히 작은 요소로 분할하는 것을 생각할 수 있다.

그러나 유한 요소법에서는, 처리 시간이 요소 사이즈와 총 요소수에 크게 의 존하여, 변형의 국소화에 대응할 수 있는 충분히 작은 요소로 분할하는 경우에는, 변형 해석에 매우 긴 시간을 필요로 하게 된다. 구체적으로는, 처리 시간은 요소의 크기의 감소율의 3제곱의 역수에 비례한다. 예를 들어, 요소의 크기를 1/2로 하면 처리 시간은 약 8배, 1/4로 하면 약 64배가 된다. 한 변이 2㎜인 요소를 이용한 경우에 예를 들어 통상의 해석 대상 부품의 규모에서는 10시간 정도의 처리 시간을 필요로 하는 바, 정밀도를 향상시키기 위해 한 변이 0.5㎜인 요소를 이용하면, 약 64배인 640시간 정도의 처리 시간이 필요해져, 실용성이 결여된 것이 된다.

또한, 요소 사이즈가 작으면, 이하와 같은 문제도 발생한다. 즉, 해석 대상 부품의 재료의 파단 한계를 구하였을 때의 게이지 길이(파단부의 변형을 계측할 때에 기준으로 하는 표점간 거리)보다도 작은 요소 사이즈를 이용하는 경우에는, 요소로부터의 출력값과 파단 한계를 직접 비교할 수 없다. 이 경우, 어떠한 보정을 필요로 하게 된다.

나아가서는, 애당초 요소 사이즈를 아무리 작게 분할하였다고 해도, 파단 발생의 유무를 정확하게 판정할 수 없는 경우가 있다. 즉, 해석 대상 부품에 있어서 변형량이 파단 발생에 충분한 정도로 큰 부위가 존재하였다고 해도, 당해 부위가 비교적 넓은 범위에 걸쳐 대략 균일한 변형량을 갖는 부분이며, 변형의 집중이 없기 때문에 파단이 발생되지 않는 경우가 있다. 예를 들어, 해석 대상 부품에 형성된 구멍부의 주연에 대략 균일한 변형량이 발생하는, 이른바 버링 변형을 들 수 있다. 이러한 경우에는, 실제로는 파단이 발생하지 않음에도 불구하고, 당해 부위에 대응하는 요소에 있어서의 출력값은 파단 한계를 넘어, 파단 위험 부위라고 판정되 는 경우가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 종래의 파단 판정 방법에서는 정확한 파단 판정을 행하기 위해서는 고도의 노하우가 필요해지는 동시에, 변형의 발생 형태나 설정 조건에 따라서는 파단 위험 부위를 놓칠 가능성도 있었다.

본 발명자는, 이 상황을 개선하기 위해, 파단 위험 부위 주위에서 변형 구배가 큰 것에 착안하여, 유한 요소법에 의한 해석이 요소 사이즈에 의존한 평균화가 행해진다고 하는 것을 이용하는 새로운 파단 판정 방법에 상도하였다.

본 발명에서는, 변형 구배가 있는 부위에 대해, 유한 요소법에 의해 분할의 크기가 상이한 2종의 요소[여기서는 편의상, 작은 쪽을 제1 요소, 큰 쪽을 제2 요소라 함]를 이용하여 해석한다. 유한 요소법에서는, 당해 요소 내의 변형량이 평균화되어 출력된다. 따라서, 임의의 요소 내에 변형 구배가 큰 변형 부위가 존재하는 경우, 당해 요소가 제1 요소일 때와 제2 요소일 때에는, 전자의 쪽이 후자보다도 큰 출력값이 된다.

본 발명에서는, 제1 요소와 제2 요소의 평균값의 차이를 이용하여, 해석 대상 부품에 있어서의 동일 부위에 해당하는 위치에 있어서, 제1 요소 및 제2 요소에서 각각 해석을 행한다. 이 경우, 제1 요소와 제2 요소에서 평균값의 출력이 상이할 때에는, 당해 요소 내에서 변형 구배가 있다고 생각할 수 있다. 이 출력값의 차이는 변형 구배의 크기와 대응하고 있다. 변형 구배가 클수록 파단의 위험도가 높아, 해석값의 차의 대소(大小)로 파단 위험도를 판별하는 것이 가능하다.

본 발명에서는, 상기한 바와 같이 분할의 크기가 상이한 2종의 요소를 이용 하는 대신에, 소정의 크기의 요소로 해석한 후, 2개 이상의 요소를 결합하여, 요소의 결합의 전후에 있어서의 출력값의 차를 취하도록 구성해도 좋다. 이 경우에는, 요소의 결합의 전후에 있어서의 평균값의 출력이 상이할 때에는, 당해 요소 내에서 변형 구배가 있다고 생각할 수 있고, 변형 구배가 클수록 파단의 위험도가 높아, 해석값의 차의 대소로 파단 위험도를 판별하는 것이 가능하다.

여기서 말하는 해석값이라 함은, 통상 파단 판정에서 사용되고 있는 판 두께, 판 두께 감소율, 최대 주 왜곡, 최대, 최소 주 왜곡에 의해 나타내어진 성형 한계선도 상에서의 성형 여유도 등과 같은 값을 이용해도 좋다. 해석상에서의 취급의 용이성으로부터, 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 이용하는 것이 바람직하다. 또한 성형 가공의 유한 요소법 해석에서는 일반적으로 요소로서, 판 두께 방향으로는 절점(節点)을 갖지 않고 판면 방향의 복수 절점으로 구성되는 평면(2차원) 요소가 이용되고, 본 발명은 이 요소에 대해 적합하지만, 막대 형상의 가공품에 이용되는 1차원 요소(바아 요소)나, 보다 상세하게 판 두께 방향의 변형의 해석 정밀도를 향상시키기 위해 이용되는 3차원 요소(솔리드 요소)에 대해서도 본 발명은 완전히 동일하게 적용할 수 있다.

이러한 방법을 이용함으로써, 종래는 파단 위험 부위의 국소적인 변형의 정도나, 파단 한계를 결정할 때의 계측 방법 등에 의존하기 때문에, 요소 사이즈가 최적화되어 있지 않으면 어려웠던 파단 판정을, 간편하고 또한 확실하게 행할 수 있는 것을 지견하였다.

구체적으로는, 본 발명에 따르면, 상술한 종래 기술에 있어서의 여러 문제를 모두 해결할 수 있다.

즉 본 발명에서는, 제1 요소 혹은 결합 전의 요소로서는, 종래 기술과 같은 매우 작은 사이즈의 요소를 이용할 필요가 없으므로, 처리 시간의 대폭적인 단축이 실현된다. 또한 이 경우, 해석 대상 부품의 재료의 파단 한계를 구하였을 때의 게이지 길이보다도 작은 요소 사이즈를 이용할 필요가 없으므로, 요소로부터의 출력값과 파단 한계를 직접 비교하는 것이 가능해진다.

본 발명에서는, 유한 요소법에 의해 요소 내에서 변형량이 평균화되는 것을, 말하자면 역수로 취하여, 사이즈가 상이한 2종의 요소를 이용한다. 따라서 종래에는, 요소 내에서 변형량을 평균화함으로써, 말하자면 변형량이 큰 부위의 기여가 평균값에 묻혀 버리는 것에 대해, 본 발명에서는 파단 위험 부위를 정확하게 판정할 수 있다.

또한, 버링 변형과 같이 해석 대상 부품에 있어서 변형량이 파단 발생에 충분할 정도로 큰 부위가 존재하였다고 해도, 당해 부위가 비교적 넓은 범위에 걸쳐 대략 균일한 변형량을 갖는 부분이며, 변형의 집중이 없으므로 파단이 발생되지 않는 경우라도 본 발명은 충분히 대처할 수 있다. 즉 이 경우, 당해 부위에서는 변형 구배가 작으므로(혹은 변형 구배가 거의 없으므로), 제1 요소와 제2 요소에서 출력값의 차분을 취하면, 그것은 비교적 작은 값이 되어, 파단 위험 부위가 아니라고 정확하게 판정할 수 있다.

또한, 본 발명자가 예의 검토한 결과, 다양한 파단 중에서도 연신 플랜지 파단이라 불리우는 변형 형태에서 파단 판정의 정밀도가 종래법에 비해 각별히 높아 지는 것을 알 수 있었다. 연신 플랜지 성형이라 함은, 보디 사이드 패널의 일부인 센터 필러가 붙어 있는 부위나, 멤버류의 용접을 위한 플랜지 업 가공 부위 등에 보이는 것이며, 변형 상태는 1축 인장에 가까운 것이다. 이러한 변형 양식에 있어서는 파단 위험 부위의 변형 구배는 매우 크다. 또한 변형도 다른 파단 형태에 비해 보다 국소적이다. 따라서, 통상 유한 요소법으로 해석을 행하는 경우에는 매우 작은 요소를 이용할 필요가 있어, 계산 시간이 과대해지는 동시에, 계산값을 임의의 특정한 게이지 길이로 측정된 재료의 파단 한계값과 결부하는 것이 어려웠다.

이에 대해 본 발명에서는, 해석값을 산출하는 요소의 크기를 바꿈으로써, 변형 구배를 해석값의 차로서 평가할 수 있어, 파단 위험 부위를 확실하게 추출하는 것이 가능한 것을 알 수 있었다. 본 발명은, 연신 플랜지 파단이 변형 구배와의 관계에서 건재화(健在化)하기 쉬운 인장 강도 440㎫급 이상의 고강도 강판에 적용하면, 그 예측 정밀도는 각별히 향상되므로 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 유한 요소법에 한정되지 않고, 요소 분할을 행하는 해석 방법이면 적용할 수 있다. 또한, 성형시의 파단뿐만 아니라, 충돌 변형시의 재료의 파단 예측 등에도 유효하다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

1.에 관한 본 발명은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 해석 대상 부품을 복수의 영역(요소)으로 분할하여 유한 요소법으로 성형 해석을 행할 때에, 사이즈가 작은 요소(제1 요소)와 제1 요소보다도 큰 요소(제2 요소)의 2종의 요소를 이용하여 성형 해석을 행하고[분할 수단(공정)(11)], 각 요소마다 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 산출[해석 수단(공정)(12)]한 후, 해석 대상 부품에 있어서의 동일 부위에 해당하는 위치에 있어서, 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 제1 요소와 제2 요소의 차분값이 소정값보다 큰 제1 요소를, 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출한다[추출 수단(공정)(15)].

여기서, 분할 수단(11), 해석 수단(12) 및 추출 수단(15)은, 예를 들어 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)의 각 기능으로서 실현된다.

또한, 도 1 및 도 6에 있어서, 실선은 필수의 수단 또는 공정을 나타내고, 파선은 선택적인 수단 또는 공정을 나타낸다.

우선, 해석 대상 부품을 복수의 요소로 분할하기[분할 수단(공정)(11)] 위해서는, 3차원의 부품 형상의 디지털 데이터(CAD 데이터 또는 형상 측정 데이터), 2차원의 평면 영역의 집합으로서 표현한다. 이때, 부품의 코너부는 형상 변화가 크기 때문에 충분히 작은 요소로 분할하여, 형상 재현성을 확보한다. 또한, 단부에서의 연신 플랜지 파단을 해석하는 경우에는, 부품의 외주선이 요철없이 매끄러워지도록 요소 분할되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 요소 분할을 크기가 상이한 제1 요소 및 제2 요소로 할 때에는, 해석 대상 부품의 전체를 균일하게 세분화[혹은 조화(粗化)]해도 좋고, 파단 판정을 행하는 부위를 세분화 또는 조화해도 좋다. 작업 공정수의 면에서는 전자가 매우 편리하고, 계산 시간의 단축에 대해서는 후자가 유리해지므로, 전체의 부하를 고려하여 적절하게 선택 또는 조합하면 좋다.

여기서, 분할 수단(공정)(11)에서는, 제1 요소의 크기 및 제2 요소의 크기를, 해석 대상 부품의 n값과의 관계로 결정한다.

본 발명에 있어서, 유한 요소법에 의해 요소 분할하여 해석을 행할 때에는, 대상 부위의 기하학적 형상, 즉 예를 들어 단부의 곡률이나 코너부의 곡률 반경 등을 재현하도록 충분히 작게 요소 분할을 행할 필요가 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 제1 요소 및 제2 요소의 2종으로 요소 분할을 바꾸어 해석을 행한 후에, 제1 요소와 제2 요소에서 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡의 차분을 취할 때에, 2개의 요소 분할의 크기(조 및 밀)에는 충분한 배려를 행할 필요가 있다. 본 발명자들은, 조와 밀의 요소 분할의 크기의 설정 방법에 대해 예의 검토하여, 그것이 재료의 가공 경화 특성과 관련되어 있는 것을 발견하였다. 재료의 가공 경화 특성을 일반적으로 인장 시험에 의해 구해지는 n값에 의해 대표시켰을 때에, 조 요소 분할의 평균적인 크기 L coarse(단위는 ㎜)와, 밀 요소 분할의 평균적인 크기 L fine(단위는 ㎜)이 이하의 관계를 만족할 때에, 우수한 파단 예측 정밀도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

여기서, n은 재료의 n값이고, n≥0.05에서 상기 식이 성립된다. n<0.05인 경우에는 n=0.05의 값을 이용하여 L coarse 및 L fine을 구하면 된다. 또한, 함수 f(L*, n)는 다음과 같이 부여된다.

상기 식 (1) 내지 (3)은 환언하면, 다음과 같아진다.

이 함수 f는 n과 함께 그 값이 커진다. n값이 큰 경우에는 변형의 국소화가 일어나기 어렵기 때문에, 요소 분할이 커도 파단 예측 정밀도는 확보할 수 있다. 한편, n값이 작은 경우에는 변형이 국소적으로 일어나기 쉽고, 따라서 파단 위험 부위의 변형 구배가 커져, 충분히 작은 요소 분할을 행하지 않으면 파단 예측 정밀도가 저하되어 버리므로, 그에 대응하여 요소 분할의 사이즈를 작게 할 필요가 있는 것으로부터 정해진 것이다.

n값이 극단적으로 작아 0.05보다 작은 경우에는 보다 작은 요소 분할을 행하는 것이 좋은 것이 예상되었지만, 지나치게 작은 요소 분할은 계산 시간의 증대를 초래해 버리므로 바람직하지 않은 것으로부터, n값을 0.05로 하여 정한 조밀의 요소 분할을 이용해도 현재의 유한 요소법에 의한 수치 해석 정밀도의 범위 내에서 실용상 문제가 없는 것을 알 수 있었다. 그로 인해, n값이 0.05 이하인 경우에는 n값을 0.05로 하여 요소 분할을 정하면 좋다. 조 및 밀의 요소 분할 상하한을 결정할 때의 시뮬레이션의 결과를 도 2에, 그 특성도를 도 3 및 도 4에 나타낸다.

또한, 변형 구배를 정밀도 좋게 평가하기 위해서는, L coarse와 L fine의 비(L coarse/L fine)가 1.5 이상, 바람직하게는 2 이상이면 좋다.

다음에, 유한 요소법으로 성형 해석을 행하기 위해서는, 시판된 소프트웨어로서, 예를 들어 PAM-STAMP, LS-DYNA 등의 축차 해석형 또는 AutoForm, HyperForm 등의 원 스텝형인 것 등을 이용하여, 부품 전체의 성형 공정의 해석을 행하여, 제1 요소마다 및 제2 요소마다의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 산출한다[해석 수단(공정)(12)]. 판 두께 감소율과 최대 주 왜곡은 유한 요소법에서 이용되는 소성 변형 증분의 이력으로부터 파단 판정을 행하는 최종 형상에서의 값으로서 산출한다. 성형 해석으로서, 구멍 확장 가공을 수반하는 성형, 플랜지 업 성형, 연신이나 딥 드로잉 등의 임의의 프레스 성형, 내압을 병용하는 액압 성형, 파이프에 축력과 내압을 작용시켜 성형을 행하는 하이드로폼 성형 등에 사용할 수 있다.

여기서, 상기한 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡의 차는, 요소 분할의 크기가 가장 작은 해석 결과를 기준으로 하여, 착안하는 요소의 위치에 가장 가까운 다른 해석 결과의 요소를 추출하여 그들의 차로서 계산한다.

그리고, 상기한 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡의 차가 소정값보다 큰 요소를 파단 위험 부위로서 추출한다[추출 수단(공정)(15)].

여기서, 상기한 소정값은, 별도로 행하는 실험에 의해 파단 한계값으로서 구하거나, 간이 형상 부품의 성형 해석을 행하여 결합 요소의 크기에 대응한 값으로서 구할 수 있다.

구체적으로, 예를 들어 제1 요소로서 한 변이 2㎜인 것을, 제2 요소로서 한 변이 4㎜인 것을 이용한 경우, 변형량을 최대 주 왜곡으로 하였을 때의 소정값은, 0.01 내지 0.50의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 0.01보다 작 은 값에서는, 수치 해석의 오차의 영향을 받아 오판정할 가능성이 있거나 변형 구배가 비교적 작은 부위라도 파단 위험 부위로서 인식되어 버릴 우려가 있고, 0.50보다 큰 값에서는, 변형 구배가 비교적 큰 부위라도 파단 위험 부위로서 인식할 수 없을 우려가 있으므로, 정밀도 좋게 변형 부위를 특정할 수 없다. 따라서, 0.01 내지 0.50의 범위 내의 값이 적합하다.

바람직하게는, 상기한 범위 중, 0.03 내지 0.20의 범위 내의 값이 적합하다. 더욱 바람직하게는, 0.05 내지 0.10의 범위 내의 값이 적합하다.

한편, 변형량을 판 두께 감소율로 하였을 때의 소정값은, 0.01 내지 0.25의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 0.01보다 작은 값에서는, 수치 해석의 오차의 영향을 받아 오판정할 가능성이 있거나 변형 구배가 비교적 작은 부위라도 파단 위험 부위로서 인식되어 버릴 우려가 있고, 0.25보다 큰 값에서는, 변형 구배가 비교적 큰 부위라도 파단 위험 부위로서 인식할 수 없을 우려가 있으므로, 정밀도 좋게 변형 부위를 특정할 수 없다. 따라서, 0.01 내지 0.25의 범위 내의 값이 적합하다.

바람직하게는, 상기한 범위 중, 0.02 내지 0.15의 범위 내의 값이 적합하다. 더욱 바람직하게는, 0.025 내지 0.10의 범위 내의 값이 적합하다.

상기한 해석[해석 수단(공정)(12)]과 추출[추출 수단(공정)(15)]을 동일한 컴퓨터 내에서 실행해도 좋고, 해석[해석 수단(공정)(12)]을 1개의 컴퓨터에서 실행한 후, 그 해석 결과인 요소 분할의 크기를 바꾼 2종 이상의 요소마다의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 다른 컴퓨터에 입력하여[입력 수단(공정)(13)], 추출 [추출 수단(공정)(15)]을 실행해도 좋다.

2.에 관한 본 발명에서는, 도 2 내지 도 4를 이용하여 상술한 바와 같이, 분할 수단(공정)(11)에 있어서, 제1 요소의 크기 및 제2 요소의 크기를, 해석 대상 부품의 n값과의 관계로 결정한다.

3.에 관한 본 발명에서는, 파단 위험 부위의 추출[추출 수단(공정)(15)]에 있어서, 상기한 소정값보다 큰 제1 요소가 추출되지 않는 경우에는, 제1 요소 및 제2 요소 중 적어도 제1 요소를 보다 작게 설정하여, 다시 분할[분할 수단(공정)(11)], 각 요소마다의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡의 산출[해석 수단(공정)(12)] 및 파단 위험 부위의 추출[추출 수단(공정)(15)]을 순차 실행한다.

4.에 관한 본 발명에서는, 도 1의 분할 수단(공정)(11)에 있어서, 해석 대상 부품의 단부를 복수의 요소로 분할하여 성형 해석을 행하고, 추출 수단(공정)(15)에 있어서, 단부 중 어느 하나를 파단 위험 부위로서 추출한다.

해석 대상 부품의 단부를 복수의 요소로 분할하기 위해서는, 특히 파단 판정을 행하는 부분에서 확실하게 요소 분할의 크기가 변화되도록 분할을 행한다. 파단 판정을 행하는 단부는 요소 분할이 대, 소인 경우 중 어느 쪽에 있어서도 요철없이 매끄럽게 접속되어 있을 필요가 있다. 또한, 단부에서의 파단 판정을 확실하게 행하기 위해서는 단부를 따른 변형 구배를 평가하는 것이 중요하며 단부를 따른 방향에서 요소 분할의 크기가 확실하게 변화되어 있는 것이 바람직하다(도 8A 및 도 8B 참조).

단부 중 어느 하나를 파단 위험 부위로서 추출하기 위해서는, 1.에 관한 발 명과 마찬가지로, 소정 요소마다의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡의 차가 소정값보다 큰 요소의 부위를 파단 위험 부위로서 추출한다.

5.에 관한 본 발명은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 해석 대상 부품을 복수의 요소로 분할하여[분할 수단(공정)(21)], 유한 요소법으로 성형 해석을 행하고, 요소마다 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 산출[해석 수단(공정)(22)]한 후, 인접하는 2개 이상의 요소를 결합하여, 결합한 요소에 있어서의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 산출하고[산출 수단(공정)(24)], 결합의 전후에 있어서의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡의 차가 소정값보다 큰 요소를 파단 위험 부위로서 추출한다[추출 수단(공정)(25)].

여기서, 분할 수단(21), 해석 수단(22), 산출 수단(24) 및 추출 수단(25)은, 예를 들어 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)의 각 기능으로서 실현된다.

우선, 해석 대상 부품을 복수의 요소로 분할하기[분할 수단(공정)(21)] 위해서는, 3차원의 부품 형상의 디지털 데이터(CAD 데이터 또는 형상 측정 데이터), 2차원의 평면 영역의 집합으로서 표현한다. 이때, 부품의 코너부는 형상 변화가 크기 때문에 충분히 작은 요소로 분할하여 형상 재현성을 확보한다. 또한 단부에서의 연신 플랜지 파단을 해석하는 경우에는 부품의 외주선이 요철없이 매끄러워지도록 요소 분할되어 있는 것이 바람직하다.

다음에, 도 1의 해석[해석 수단(공정)(12)]과 동일한 소프트웨어를 이용하여, 1.의 발명과 동일한 성형 해석을 행하고, 부품 전체의 성형 공정의 해석을 행하여 착안하는 요소마다의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 산출한다[해석 수 단(공정)(22)]. 판 두께 감소율, 최대 주 왜곡의 계산은, 도 1의 해석[해석 수단(공정)(12)]과 동일하다.

다음에, 인접하는 2개 이상의 요소를 결합하기 위해서는, 결합 대상의 각 요소에서의 계산값과 각 요소의 위치(좌표)의 정보가 필요하다. 결합 후 요소의 계산값(판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡)은 각 요소에서의 계산값의 산술 평균으로 한다. 결합 후 요소의 위치는 각 요소의 위치의 산술 평균으로 하거나, 보다 간편하게는 중앙부 요소의 위치를 그대로 계속해도 좋다.

그리고 요소의 결합의 전후에 있어서의 판 두께 감소율의 차는, 결합 전후를 비교하였을 때에 위치가 가장 최근접인 요소를 각각 추출하고, 그 요소에서의 판 두께 감소율의 차로서 계산한다. 최대 주 왜곡에 관해서도 결합 전후에서 위치가 최근접이 되는 요소 사이에서 차를 계산한다.

그리고 상기한 요소의 결합의 전후에 있어서의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡의 차가 소정값보다 큰 요소를 파단 위험 부위로서 추출한다[추출 수단(공정)(25)].

소정값을 구하는 방법은, 도 1의 추출[추출 수단(공정)(15)]과 동일하다.

상기한 해석[해석 수단(공정)(22)]과 산출[산출 수단(공정)(24)]을 동일한 컴퓨터 내에서 계속해서 실행해도 좋고, 해석[해석 수단(공정)(22)]을 1개의 컴퓨터에서 실행한 후, 그 해석 결과인 요소마다의 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 다른 컴퓨터에 입력하여[입력 수단(공정)(23)], 산출[산출 수단(공정)(24)], 추출[추출 수단(공정)(25)]을 실행해도 좋다.

6.에 관한 본 발명은, 4.에 관한 본 발명과 동일하며, 4.에 관한 본 발명의 구성을 5.에 관한 본 발명에 적용한 것이다.

7.에 관한 본 발명은, 1.에 관한 파단 예측 방법의 발명에 대응하는 연산 처리 장치의 발명이며, 도 1에 있어서 공정을 수단으로 바꿔 읽으면 된다.

해석 수단(12)은, 1.에 관한 발명에서 설명한 시판된 소프트웨어와 동일한 소프트웨어를 인스톨하여 사용할 수 있다.

본 장치는, 분할한 요소마다 구한 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을 다른 컴퓨터에 입력하는 입력 수단(13)을 갖는다. 입력 수단으로서, 키보드, 마우스, 각종 디지타이저 등을 사용할 수 있다.

여기서, 입력 수단(13) 및 추출 수단(15)을, 분할 수단(11) 및 해석 수단(12)과 별도의 장치 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 1개의 컴퓨터에서 성형 해석한 결과를 원 데이터로서 다른 컴퓨터에 입력함으로써, 처리를 병렬하여 행하는 것이 가능해져 효율이 향상된다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

8.에 관한 본 발명은, 2.에 관한 파단 예측 방법의 발명에 대응하는 연산 처리 장치의 발명이며, 도 1에 있어서, 공정을 수단으로 바꿔 읽으면 된다.

9.에 관한 본 발명은, 5.에 관한 파단 예측 방법의 발명에 대응하는 연산 처리 장치의 발명이며, 도 5에 있어서, 공정을 수단으로 바꿔 읽으면 된다.

여기서, 입력 수단(23), 산출 수단(24) 및 추출 수단(25)을, 분할 수단(21) 및 해석 수단(22)과 별도의 장치 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 1개의 컴퓨터에서 성형 해석한 결과를 원 데이터로서 다른 컴퓨터에 입력함으로써, 처리를 병렬 하여 행하는 것이 가능해져 효율이 향상된다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

10.에 관한 본 발명은, 1.에 관한 파단 예측 방법에 대응하는 컴퓨터 프로그램의 발명이며, 도 1에 있어서, 각 공정을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램이다.

입력 공정(13)은, 키보드로 입력하는 공정이라도 좋고, 프로그램 내에서, 해석 공정(12)에서 산출한 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을, 자동적으로 추출 공정(15)에 입력하는(데이터를 판독하는) 공정이라도 좋다.

11.에 관한 본 발명은, 2.에 관한 파단 예측 방법에 대응하는 컴퓨터 프로그램의 발명이며, 도 1에 있어서, 각 공정을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램이다.

12.에 관한 본 발명은, 3.에 관한 파단 예측 방법에 대응하는 컴퓨터 프로그램의 발명이며, 도 1에 있어서, 각 공정을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램이다.

13.에 관한 본 발명은, 4.에 관한 파단 예측 방법에 대응하는 컴퓨터 프로그램의 발명이며, 도 1에 있어서, 각 공정을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램이다.

14.에 관한 본 발명은, 5.에 관한 파단 예측 방법에 대응하는 컴퓨터 프로그램의 발명이며, 도 5에 있어서, 각 공정을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램이다.

입력 공정(23)은, 키보드로 입력하는 공정이라도 좋고, 프로그램 내에서, 해석 공정(22)에서 산출한 판 두께 감소율 또는 최대 주 왜곡을, 자동적으로 산출 공정(24)에 입력하는(데이터를 판독하는) 공정이라도 좋다.

15.에 관한 본 발명은, 6.에 관한 파단 예측 방법에 대응하는 컴퓨터 프로그램의 발명이며, 도 5에 있어서, 각 공정을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램이다.

16.에 관한 발명은, 상기 10. 내지 15. 중 어느 한 항에 관한 컴퓨터 프로그 램을 기록한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체, 즉 가요성 디스크, CD-R 등이다.

[제1 실시예]

이하에 실례를 들면서, 본 발명에 대해 설명한다. 통상 행해지고 있는 원통 펀치에 의한 구멍 확장 시험의 소판(素板) 형상을 분할하여 플랜지 업 성형을 모의한 성형 실험을 행하였다. 즉 한 변이 180㎜인 정사각형 소판의 중심부에 구멍(직경 60㎜ 또는 40㎜, 20㎜)을 형성한 것을, 도 6에 도시한 바와 같이 1/4로 절단하고, 도 7A 내지 도 7C에 도시하는 바와 같이, 피가공판(4)의 견부(R)가 5㎜인 106Φ 다이(1)에 주름 압박부(2)로 구속한 후에, 견부(R)가 10㎜인 100Φ 원통 평저 펀치(3)를 이용하여 성형을 행하였다. 이때, 플랜지 업 높이(5)는 구멍 직경 60㎜인 경우에서 약 20㎜, 40㎜에서 약 30㎜, 20㎜에서 약 40㎜가 된다. 소재(素材)는 판 두께 1.6㎜의 440㎫급 냉연 강판을 이용하였다. 실험에서는 4매 1세트로 성형을 행하였다. 그 결과 표 1에 정리하여 나타내는 바와 같이, 구멍 직경 60㎜인 경우는 중앙부에 균열이 발생하였지만, 구멍 직경 40㎜ 및 20㎜인 경우는 균열이 발생하지 않아 플랜지 업 성형이 가능했다.

이 실험 결과를 모의한 유한 요소법 해석을 행하였다. 영역(메쉬 형상으로 분할된 각 요소) 사이즈는 약 2㎜인 것(도 8A)과 약 4㎜(도 8B)인 것의 2종류로 요소 분할한 소판을 준비하였다. 분할은 CAD에 의해 작성한 형상 데이터를 이용하여 원주부의 요소 분할수를 지정한 후에 컴퓨터에 의해 자동적으로 분할을 행하였다.

그 이외의 해석 조건은 양자에서 동일하게 하였다. 성형 해석은 PAM-STAMP 에 의해 행하였다. 해석한 전체의 데이터로부터 분할한 요소마다 성형 후의 최대 주 왜곡과 판 두께의 값을 추출하고, 성형 후 판 두께로부터 판 두께 감소율을 (초기 판 두께-성형 후 판 두께)/(초기 판 두께)로서 산출하였다. 얻어진 값은 원주부에서의 각 요소의 위치 정보와 함께 출력하고, 데이터 해석용의 컴퓨터에 입력하였다.

도 9는 데이터 해석용 컴퓨터에 입력한 최대 주 왜곡의 데이터이며, 요소 사이즈 소(약 2㎜)와 요소 사이즈 대(약 4㎜)인 경우의 각각에 대해 나타낸 특성도이다. 여기에 나타내는 바와 같이 요소 사이즈 소인 경우는 최대 주 왜곡의 최대값이 크고, 또한 분포도 급준하게 되는 것을 알 수 있었다. 이것은 이 조건하에서 원주의 중앙부에 큰 변형 구배가 발생하는 것을 나타내고 있는 것이라 생각된다. 요소 사이즈 소인 경우의 최대 주 왜곡의 최대값이 되는 요소의 위치와 그 절대값을 우선 구하였다. 그 후 데이터 해석용 컴퓨터 내에서 요소 사이즈 대의 계산 결과 중에서 요소 사이즈 소인 경우의 최대값을 취하는 요소에 가장 가까운 위치를 특정하여, 그 최대 주 왜곡의 절대값을 구하였다. 마지막으로 그 2개의 절대값의 차를 컴퓨터상에서 계산하였다. 이러한 조작은 도 9에 있어서의 요소 사이즈 대와 소의 결과의 피크값의 차를 취하는 것과 동일하다.

표 1에 그 결과를 나타낸다. 또한, 표 1에 마찬가지로 하여 구한 판 두께 감소율의 차도 나타낸다. 구멍 직경 60㎜인 경우는 차가 큰 것에 대해, 구멍 직경이 작아짐에 따라 차가 작아지고 있다. 차가 큰 것은 변형 구배가 보다 큰 것을 나타내고 있고, 실험에서 구멍 직경 60㎜에 있어서 균열이 발생한 것과 대응하고 있다. 본 실시예에서는 파단 부위는 연신 플랜지 변형으로 1축 인장 상태로 되어 있고, 등방성 재료에서는 판 두께 감소율은 최대 주 왜곡의 약 1/2이 된다. 따라서 해석 판정값으로서는 어느 쪽을 이용해도 좋지만, 차이를 명료화하기 위해서는 절대값이 큰 최대 주 왜곡을 이용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 파단 위험 부위라고 판정하기 위한 소정값인 해석값의 차의 절대값은, 이용하는 요소 사이즈에 따라 변화되기 때문에 특정이 어렵지만, 금회의 검토 범위 내에서는 최대 주 왜곡으로 하여 0.05 정도, 판 두께 감소율로 하여 0.025 정도를 이용하면 될 것이라 생각된다.

또한, 본 실시 형태에서 판정된 파단 예측 부위를 도 8A의 A점으로 나타낸다.

[제2 실시예]

제1 실시예에 있어서의 구멍 직경 60㎜, 요소 사이즈 소(약 2㎜)에서의 해석 결과를 이용하여, 인접하는 2개 이상의 요소를 결합함으로써, 결합 전후의 차를 비교함으로써 변형 구배를 평가하여, 파단 판정이 가능한지 조사하였다.

요소 분할 및 성형 해석은 제1 실시예의 요소 사이즈 소인 경우와 동일하게 행하였다(도 8A).

미리 성형 해석 결과로부터 요소(특히 해석값이 피크를 취하는 요소의 근방을 중심으로 하여)의 해석값을 그 위치 정보와 함께 출력하였다. 그 데이터를 데이터 해석용 컴퓨터에 입력하고, 금회 선택한 인접하는 2 내지 5개의 결합 요소마다 해석값의 산술 평균을 산출하여, 당초의 해석에서의 해석값의 최대값과의 차를 산출하였다.

인접하는 2개의 요소를 평균화한 경우의 최대 주 왜곡의 분포로부터 구한 최대값과 평균화하기 전의 최대값의 차는 0.007, 3개의 요소의 평균값과의 차는 0.02, 4개의 요소의 평균값과의 차는 0.035, 5개의 요소의 평균값과의 차는 0.040이었다. 제1 실시예에 나타낸 바와 같은 실제로 요소 사이즈를 변화시켜 계산하는 것과 비교하면 값은 작은 것으로 되었지만, 인접하는 복수 요소를 결합한 요소에서 산출한 해석값과 결합 전의 해석값의 차를 취함으로써 변형 구배의 크기, 즉 파단 위험 부위의 추출이 가능한 것을 알 수 있었다. 이때 변형 구배의 크기와 결합 후 요소의 크기의 비에 의해, 몇 개의 요소를 결합해야 할지가 정해지지만, 결합하는 요소의 수를 복수 취하여, 해석값의 차의 의존성을 조사하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 4개의 요소를 결합시킨 평균값과 결합 전의 해석값의 차를 취하면, 최대 주 왜곡으로 하여 0.03 정도 이상을 파단이 일어나는 소정값으로 설정함으로써 파단 판정이 가능한 것을 알 수 있었다.

[제3 실시예]

제1 실시예에 있어서의 구멍 직경 40㎜의 시험 조건에 있어서, 다양한 강도의 재료의 파단 예측이 가능한지 여부를 조사하였다. 이용한 재료는 표 2에 나타내는 연강으로부터 980㎫급까지의 강판이다. 판 두께는 1.6㎜인 것을 이용하였다.

실험을 행한 결과, 980㎫급 강판에서는 플랜지 업시키는 부위의 중앙부에 연신 플랜지 균열이 발생하였다. 실험과 동일한 조건으로 유한 요소법 해석을 행하였다. 요소 사이즈는 약 2㎜인 것과 약 4㎜인 것의 2종류에서 해석을 행하였다. 단부의 분할은, 도 8A 및 도 8B에 도시하는 바와 같이, 단부가 요철없이 매끄럽게 접속되어 있고, 또한 단부를 따라 요소 사이즈가 확실하게 변화되도록 유의하기 위해, 원주부의 분할수를 지정한 후에 컴퓨터에 의해 자동 분할을 행하였다. 성형 해석 및 각 요소에서의 최대 주 왜곡 및 판 두께 감소율의 계산은 제1 실시예와 동일하게 행하였다.

각각의 조건에서 플랜지 업 성형 후의 최대 주 왜곡 및 판 두께 감소율의 최대값의 차를 성형 해석 결과를 출력한 후에 제1 실시예와 마찬가지로 데이터 해석용 컴퓨터로 계산하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 재료 강도가 높아짐에 따라 차는 커지고 있어, 변형 집중 부위에서의 변형 구배가 커지고 있는 것을 알 수 있다. 제1 실시예와 동일한 최대 주 왜곡으로 하여 0.05의 차 이상을 파단이라 판정한 경우에는, 980㎫급 강판에서 파단이라 판정되어, 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있었다.

(본 발명을 적용한 다른 실시 형태)

상술한 본 실시 형태에 따른 파단 예측 방법[도 1의 분할 공정(11) 내지 추출 공정(15) 및 도 5의 분할 공정(21) 내지 추출 공정(25) 등]은, 컴퓨터의 RAM이나 ROM 등에 기억된 프로그램이 동작함으로써 실현할 수 있다. 이 프로그램 및 당해 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체는 본 발명에 포함된다.

구체적으로, 상기 프로그램은, 예를 들어 CD-ROM과 같은 기록 매체에 기록하거나, 혹은 각종 전송 매체를 통해 컴퓨터에 제공된다. 상기 프로그램을 기록하는 기록 매체로서는, CD-ROM 이외에, 가요성 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 광자기 디스크, 불휘발성 메모리 카드 등을 이용할 수 있다. 한편, 상기 프로그램의 전송 매체로서는, 프로그램 정보를 반송파로서 전파시켜 공급하기 위한 컴퓨터 네트워크 시스템에 있어서의 통신 매체를 이용할 수 있다. 여기서, 컴퓨터 네트워크라 함은, LAN, 인터넷의 등의 WAN, 무선 통신 네트워크 등이며, 통신 매체라 함은, 광 파이버 등의 유선 회선이나 무선 회선 등이다.

또한, 본 발명에 포함되는 프로그램으로서는, 공급된 프로그램을 컴퓨터가 실행함으로써 상술한 실시 형태의 기능이 실현되는 것만이 아니다. 예를 들어, 그 프로그램이 컴퓨터에 있어서 가동되고 있는 OS(오퍼레이팅 시스템) 혹은 다른 어플리케이션 소프트웨어 등과 공동하여 상술한 실시 형태의 기능이 실현되는 경우에도, 이러한 프로그램은 본 발명에 포함된다. 또한, 공급된 프로그램의 처리의 전부 혹은 일부가 컴퓨터의 기능 확장 보드나 기능 확장 유닛에 의해 행해져 상술한 실시 형태의 기능이 실현되는 경우에도, 이러한 프로그램은 본 발명에 포함된다.

예를 들어, 도 10은 퍼스널 유저 단말 장치의 내부 구성을 도시하는 모식도이다. 이 도 10에 있어서, 부호 1200은 CPU(1201)를 구비한 퍼스널 컴퓨터(PC)이다. PC(1200)는 ROM(1202) 또는 하드 디스크(HD)(1211)에 기억된, 또는 가요성 디스크 드라이브(FD)(1212)로부터 공급되는 디바이스 제어 소프트웨어를 실행한다. 이 PC(1200)는 시스템 버스(1204)에 접속되는 각 디바이스를 총괄적으로 제어한다.

PC(1200)의 CPU(1201), ROM(1202) 또는 하드 디스크(HD)(1211)에 기억된 프로그램에 의해, 본 실시 형태의 도 1의 분할 공정(11) 내지 추출 공정(15) 및 도 5의 분할 공정(21) 내지 추출 공정(25)의 순서 등이 실현된다.

부호 1203은 RAM으로, CPU(1201)의 주 메모리, 작업 영역 등으로서 기능한다. 부호 1205는 키보드 컨트롤러(KBC)로, 키보드(KB)(1209)나 도시하지 않은 디바이스 등으로부터의 지시 입력을 제어한다.

부호 1206은 CRT 컨트롤러(CRTC)로, CRT 디스플레이(CRT)(1210)의 표시를 제어한다. 부호 1207은 디스크 컨트롤러(DKC)이다. DKC(1207)는 부트 프로그램, 복수의 어플리케이션, 편집 파일, 유저 파일 그리고 네트워크 관리 프로그램 등을 기억하는 하드 디스크(HD)(1211) 및 가요성 디스크(FD)(1212)와의 액세스를 제어한다. 여기서, 부트 프로그램이라 함은, 기동 프로그램 : 퍼스널 컴퓨터의 하드웨어나 소프트웨어의 실행(동작)을 개시하는 프로그램이다.

부호 1208은 네트워크·인터페이스 카드(NIC)로, LAN(1220)을 통해 네트워크 프린터, 다른 네트워크 기기, 혹은 다른 PC와 양방향의 데이터의 교환을 행한다

본 발명에 기초하여 가공 부품의 파단 예측을 함으로써, 해석 조건의 선택에 대한 의존성을 저감하여, 용이하고 또한 확실하게 파단 위험 부위를 추출할 수 있다. 이에 의해, 개발에 필요한 비용을 저감할 수 있는 동시에, 보다 강도가 높은 재료를 가공 부품에 적용함으로써, 경량화가 실현된다.

Claims (16)

1. 유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을, 제1 영역 및 상기 제1 영역보다도 큰 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 스텝과,

   상기 각 제1 영역 및 상기 각 제2 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 스텝과,

   상기 해석 대상 부품에 있어서의 동일 부위에 해당하는 위치에 있어서, 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 차분값이 소정값보다 큰 상기 제1 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제3 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는, 파단 예측 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 제1 영역의 크기 및 상기 제2 영역의 크기를, 상기 해석 대상 부품의 n값과의 관계로 결정하는 것을 특징으로 하는, 파단 예측 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3 스텝에 있어서, 상기 소정값보다 큰 상기 제1 영역이 추출되지 않는 경우에는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중, 적어도 상기 제1 영역을 보다 작게 설정하여, 다시 상기 제1 스텝, 상기 제2 스텝 및 상기 제3 스텝을 순차 실행하는 것을 특징으로 하는, 파단 예측 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 해석 대상 부품의 단부를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 것을 특징으로 하는, 파단 예측 방법.
5. 유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을 복수의 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 스텝과,

   상기 각 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 스텝과,

   인접하는 2개 이상의 상기 영역을 결합하여, 결합한 상기 영역에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율을 산출하는 제3 스텝과,

   상기 영역의 결합의 전후에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 차분값이 소정값보다 큰 상기 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제4 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는, 파단 예측 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 해석 대상 부품의 단부를 상기 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 것을 특징으로 하는, 파단 예측 방법.
7. 해석 대상 부품의 파단 예측 방법에 이용하는 연산 처리 장치이며,

   유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을, 제1 영역 및 상기 제1 영역보다도 큰 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 수단과,

   상기 각 제1 영역 및 상기 각 제2 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 수단과,

   상기 해석 대상 부품에 있어서의 동일 부위에 해당하는 위치에 있어서, 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 차분값이 소정값보다 큰 상기 제1 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제3 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연산 처리 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 수단은, 상기 제1 영역의 크기 및 상기 제2 영역의 크기를, 상기 해석 대상 부품의 n값과의 관계로 결정하는 것을 특징으로 하는, 연산 처리 장치.
9. 해석 대상 부품의 파단 예측 방법에 이용하는 연산 처리 장치이며,

   유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을 복수의 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 수단과,

   상기 각 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 수단과,

   인접하는 2개 이상의 상기 영역을 결합하여, 결합한 상기 영역에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율을 산출하는 제3 수단과,

   상기 영역의 결합의 전후에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 차분값이 소정값보다 큰 상기 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제4 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연산 처리 장치.
10. 유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을, 제1 영역 및 상기 제1 영역보다도 큰 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 스텝과,

    상기 각 제1 영역 및 상기 각 제2 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 스텝과,

    상기 해석 대상 부품에 있어서의 동일 부위에 해당하는 위치에 있어서, 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 차분값이 소정값보다 큰 상기 제1 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제3 스텝을 컴퓨터에 실행시키는, 프로그램.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 제1 영역의 크기 및 상기 제2 영역의 크기를, 상기 해석 대상 부품의 n값과의 관계로 결정하는 것을 특징으로 하는, 프로그램.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제3 스텝에 있어서, 상기 소정값보다 큰 상기 제1 영역이 추출되지 않는 경우에는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중, 적어도 상기 제1 영역을 보다 작게 설정하여, 다시 상기 제1 스텝, 상기 제2 스텝 및 상기 제3 스텝을 순차 실행하는 것을 특징으로 하는, 프로그램.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 해석 대상 부품의 단부를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역으로 각각 분할하여 성형 해석을 행하는 것을 특징으로 하는, 프로그램.
14. 유한 요소법을 이용하여, 해석 대상 부품을 복수의 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 제1 스텝과,

    상기 각 영역에 대해, 각각 최대 주 왜곡 또는 판 두께 감소율을 산출하는 제2 스텝과,

    인접하는 2개 이상의 상기 영역을 결합하여, 결합한 상기 영역에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율을 산출하는 제3 스텝과,

    상기 영역의 결합의 전후에 있어서의 상기 최대 주 왜곡 또는 상기 판 두께 감소율의 차분값이 소정값보다 큰 상기 영역을, 상기 해석 대상 부품의 파단 위험 부위로서 추출하는 제4 스텝을 컴퓨터에 실행시키는, 프로그램.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 스텝에 있어서, 상기 해석 대상 부품의 단부를 상기 영역으로 분할하여 성형 해석을 행하는 것을 특징으로 하는, 프로그램.
16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 프로그램을 기록한 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.

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