KR20220152314A - 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안의 산출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안의 산출방법이다. 이 산출방법은 해석모델로 설정한 가열선을 포함하는 제1 가열조건으로 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제1 목적형상을 비교하는 제1 시행을 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 스텝과, 반복한 제1 시행 가운데 해석결과가 제1 목적형상에 근접한 제1 시행에서 설정한 가열선을 제1 선택 가열선으로 선택하는 스텝과, 제1 선택 가열선과 해석모델로 설정한 가열선을 포함하는 제2 가열조건으로 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상을 비교하는 제2 시행을 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 스텝과, 반복한 제2 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상에 근접한 제2 시행에서 설정한 가열선을 제2 선택 가열선으로 선택하는 스텝을 구비한다.

Description

선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안의 산출방법

본 발명은 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안의 산출방법에 관한 것이다.

선박에는 선수부나 구상선수, 선미부 등에 복잡한 곡면형상이 존재한다. 이것들의 곡면형상을 작성하기 위해서 복수의 강판에 대하여 굽힘 가공을 실시하고, 그것들을 용접에 의해 접합한다. 굽힘 가공의 기술로서 조선 분야에서는 선상 가열이 널리 사용되고 있다.

선상 가열이란 강판의 표면을 가스버너로 가열했을 때에 발생하는 열변형을 이용하는 것으로, 현재 국내의 많은 조선소에서 예전부터 채용되고 있는 기술이다. 선상 가열에 의해 강판의 굽힘 가공을 실시할 때, 가스버너의 불꽃으로 강판을 국소적으로 가열하면서, 강판에 물을 뿌리는 것에 의해 가열부를 급냉각시키면, 강판에 소성 변형이 발생한다. 이 소성 변형은 가열하는 가스버너의 이동속도, 연소 가스와 유입산소와 혼합비, 버너와 강판의 거리 등을 변화시켜서 강판으로의 입열을 조정하는 것에 의해 제어할 수 있다. 또, 선상 가열에 의한 굽힘 가공은 복수의 가열선을 적당한 위치에 배치하는 것에 의해서，강판을 소망하는 곡면형상에 근접시키는 가공기술이다.

그러나, 선상 가열 시에 발생하는 변형은 종 수축ㆍ횡 수축, 세로 휨ㆍ가로 휨이 혼재하는 복잡한 것으로, 입열량이나 가스버너의 이동속도, 가열 위치 등에도 의존하기 때문에 예측이 매우 곤란하다는 점에서 선상 가열에 의한 굽힘 가공은 자동화가 곤란하다고 여겨지는 기술의 하나이다.

선상 가열에 의한 굽힘 가공의 자동화를 실현시키기 위해서 사용하는 가열방안 산출방법이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 2013-66902호

종래의 가열방안 산출방법에서는 목적형상으로부터 산출한 목적 고유 변형에 의거해서 가열방안을 산출하기 때문에, 가열선이 밀집한 부분에서는 복잡한 보정을 할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 금속판을 목적형상에 근접시키기 위한 최적의 복수의 가열선을 포함하는 가열방안을 산출할 수 있는 산출방법을 제공한다.

본 발명은 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안의 산출방법을 제공한다. 본 발명의 산출방법은, 상기 금속판의 해석모델의 제1 위치에 설정한 적어도 1개의 제1 가열선을 포함하는 제1 가열조건으로 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 이 해석결과와 제1 목적형상을 비교하는 제1 시행을 제1 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제1 스텝과, 반복한 제1 시행 가운데 해석결과가 제1 목적형상에 근접한 제1 시행에서 설정한 적어도 1개의 제1 가열선을 제1 선택 가열선으로 선택하는 제2 스텝과, 제1 선택 가열선과, 상기 해석모델의 제2 위치에 설정한 적어도 1개의 제2 가열선을 포함하는 제2 가열조건으로 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 이 해석결과와 제1 목적형상을 비교하는 제2 시행을 제2 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제3 스텝과, 반복한 제2 시행 가운데 해석결과가 제1 목적형상에 근접한 제2 시행에서 설정한 적어도 1개의 제2 가열선을 제2 선택 가열선으로 선택하는 제4 스텝과, 제1 및 제2 선택 가열선과, 상기 해석모델의 제3 위치에 설정한 적어도 1개의 제3 가열선을 포함하는 제3 가열조건으로 유한 요소법 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상을 비교하는 제3 시행을 제3 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제5 스텝과, 반복한 제3 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상에 근접한 제3 시행에서 설정한 적어도 1개의 제3 가열선을 제3 선택 가열선으로 선택하는 제6 스텝과, 제1, 제2 및 제3 선택 가열선과, 상기 해석목델의 제4 위치에 설정한 적어도 1개의 제4 가열선을 포함하는 제4 가열조건으로 유한 요소법 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상을 비교하는 제4 시행을 제4 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제7 스텝과, 반복한 제4 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상에 근접한 제4 시행에서 설정한 적어도 1개의 제4 가열선을 제4 선택 가열선으로 선택하는 제8 스텝을 구비한다. 상기 가열방은 제1, 제2, 제3 및 제4 선택가열선을 포함한다.

본 발명의 산출방법에 의해, 다양한 위치에 설정한 가열선으로부터 목적형상에 근접하는 가열선의 선택을 반복해서 실시하기 때문에, 금속판을 목적형상에 근접시키기 위해서 최적의 복수의 가열선을 포함하는 가열방안을 산출할 수 있다. 또, 산출한 가열방안에 의거해서 금속판을 가열하는 것에 의해, 금속판을 목적형상에 근접시키는 형상으로 변형시키는 것이 가능하다.

본 발명의 산출방법은 제1 ∼ 제4 스텝에서는 해석결과와 제1 목적형상을 비교한 복수의 시행 가운데 해석결과가 제1 목적형상에 근접한 시행에서 설정한 가열선을 선택 가열선으로 선택하고, 제5 ∼ 제8 스텝에서는 해석결과와 제2 목적형상을 비교한 복소의 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상에 근접한 시행에서 설정한 가열선을 선택 가열선으로 선택한다. 이 때문에, 도중 목적형상과 최종 목적형상을 설정해서 가열방안을 작성할 수 있다. 또, 최종 목적형상이 복잡한 형상이더라도, 도중 목적형상을 설정하고 단계적인 가열방안을 작성하는 것에 의해, 고정밀도로 금속판을 굽힘 가공할 수 있는 가열방안을 작성할 수 있다.

또, 산출에서, 선택 가열선의 수가 너무 증가되었을 경우, 선택 가열선의 선택을 다시 실시할 필요가 있다. 이 때, 도중 목적형상을 설정해 두면, 최초의 단계까지 되돌아 가지고 않고, 도중 목적형상에까지 되돌아가서 선택 가열선의 선택을 다시 실시할 수 있다. 이 때문에, 가열방안의 작성효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태의 산출방법의 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 1실시형태의 산출방법의 플로우차트이다.
도 3(a)∼(c)는 본 발명의 1실시형태의 산출방법의 설명도이다.
도 4은 본 발명의 1실시형태의 산출방법에 포함되는 가열선의 설정방법의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 1실시형태의 산출방법에 포함되는 가열선 상의 요소를 선택하는 방법의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 1실시형태의 산출방법에 포함되는 해석결과와 목적형상과의 비교의 설명도이다.
도 7(a)∼(e)는 시뮬레이션에서 산출한 가열방안이다.
도 8(a)∼(d)는 산출한 가열방안에 의거하는 구조 해석의 해석결과이다.
도 9(a)는 시뮬레이션에서 사용한 목적형상(그릇형)이고, (b)는 산출한 가열방안에 의거하는 구조 해석의 해석결과이다.
도 10은 도 9 (a), (b)에 나타내는 파선 A-A’에서의 목적형상과 해석결과를 비교한 그래프이다.
도 11은 도9 (a), (b)에 나타내는 1점쇄선 B-B’에서의 목적형상과 해석결과를 비교한 그래프이다.
도 12(a)는 시뮬레이션에서 사용한 목적형상(안장형)이고, (b)는 산출한 가열방안에 의거하는 구조 해석의 해석결과다.
도 13은 시뮬레이션에서 산출한 가열방안이다.
도 14는 도 12(a), (b)에 나타내는 파선 A-A’에서의 목적형상과 해석결과를 비교한 그래프이다.
도 15는 도 12(a), (b)에 나타내는 파선 B-B’에서의 목적형상과 해석결과를 비교한 그래프이다.
도 16(a)는 시뮬레이션에서 사용한 목적형상(비틀림형)이고, (b)는 산출한 가열방안에 의거하는 구조 해석의 해석결과다.
도 17은 시뮬레이션에서 산출한 가열방안이다.
도 18은 도 16(a), (b)에 나타내는 파선 A-A’에서의 목적형상과 해석결과를 비교한 그래프이다.
도 19는 도 16(a), (b)에 나타내는 파선 B-B’에서의 목적형상과 해석결과를 비교한 그래프이다.

본 발명은 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안의 산출방법으로서, 상기 금속판의 해석모델의 제1 위치에 설정한 적어도 1개의 제1 가열선을 포함하는 제1 가열조건으로 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 이 해석결과와 제1 목적형상을 비교하는 제1 시행을 제1 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제1 스텝과, 반복한 제1 시행 가운데 해석결과가 제1 목적형상에 근접한 제1 시행에서 설정한 적어도 1개의 제1 가열선을 제1 선택 가열선으로 선택하는 제2 스텝과, 제1 선택 가열선과, 상기 해석모델의 제2 위치에 설정한 적어도 1개의 제2 가열선을 포함하는 제2 가열조건으로 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 이 해석결과와 제1 목적형상을 비교하는 제2 시행을 제2 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제3 스텝과, 반복한 제2 시행 가운데 해석결과가 제1 목적형상에 근접한 제2 시행에서 설정한 적어도 1개의 제2 가열선을 제2 선택 가열선으로 선택하는 제4 스텝과, 제1 및 제2 선택 가열선과, 상기 해석모델의 제3 위치에 설정한 적어도 1개의 제3 가열선을 포함하는 제3 가열조건으로 유한 요소법 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상을 비교하는 제3 시행을 제3 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제5 스텝과, 반복한 제3 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상에 근접한 제3 시행에서 설정한 적어도 1개의 제3 가열선을 제3 선택 가열선으로 선택하는 제6 스텝과, 제1, 제2 및 제3 선택 가열선과, 상기 해석목델의 제4 위치에 설정한 적어도 1개의 제4 가열선을 포함하는 제4 가열조건으로 유한 요소법 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상을 비교하는 제4 시행을 제4 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제7 스텝과, 반복한 제4 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상에 근접한 제4 시행에서 설정한 적어도 1개의 제4 가열선을 제4 선택 가열선으로 선택하는 제8 스텝을 구비한다. 또, 상기 가열방은 제1, 제2, 제3 및 제4 선택 가열선을 포함한다.

제4 스텝에서, 제1 선택 가열선과 제2 선택 가열선을 포함하는 제2 가열조건에서의 유한 요소법 구조해석의 해석결과가 제1 목적형상과의 오차가 큰 경우, 제1, 제2, 제3 및 제4 스텝을 다시 실시할 수 있고, 제8 스텝에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 선택 가열선을 포하는 제4 가열조건에서의 유한 요소법 구조해석의 해석결과가 제2 목적 형상과의 오차가 큰 경우, 제5, 제6, 제7 및 제8 스텝을 다시 실시할 수 있다. 이것에 의해, 가열방안에 포함되는 선택 가열선이 너무 많아지는 것을 억제할 수 있고, 가공 코스트가 높은 가열방안이 되는 것을 억제할 수 있다. 또, 가열방안의 작성효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 산출방법에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 가열선을 설정하는 위치를, 축적된 가공 데이터에 의거, 또는 축적된 가공 데이터를 학습시킨 인공지능에 의해 결정할 수 있다. 이것에 의해, 각 가열선 선택 플로우에서 실시하는 시행 횟수를 줄일 수 있고, 가열방안의 산출속도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 산출방법에서, 금속판의 해석모델이 초기형상을 금속판의 굽힘 가공 후의 형상으로 할 수 있고, 제1 또는 제2 목적형상을 금속판의 굽힘 가공 전의 형상으로 할 수 있다. 이것에 의해, 뛰어난 가열방안을 산출할 수 있다.

본 발명의 산출방법에서, 금속판의 해석모델의 초기형상을 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공의 전공정 후의 형상으로 할 수 있다. 이것에 의해, 프레스 가공 공정 등의 전공정과, 선상 가열에 의한 굽힘 처리공정을 조합시켜서 금속판을 가공하는 경우에서의 가열방안을 작성할 수 있다.

이하, 복수의 실시형태를 참조해서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 도면이나 이하의 기술 중에서 나타내는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위는 도면이나 이하의 기술 중에서 나타내는 것에 한정되지 않는다.

제1 실시형태

도 1 및 도 2는 본 실시형태의 산출방법의 플로우차트이고, 도 3(a)∼(c)는 산출방법의 설명도이고, 도 4는 가열선의 설정방법의 설명도이다. 또, 도 5는 가열선 상의 요소를 선택하는 방법의 설명도이다.

본 실시형태의 산출방법은 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안(6)의 산출방법이다. 또, 본 실시형태의 산출방법은 금속판의 해석모델(2)의 제1 위치에 설정한 적어도 1개의 제1 가열선(4)을 포함하는 제1 가열조건으로 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 이 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)을 비교하는 제1 시행을 제1 가열선(4)의 위치를 바꾸어서 반복하는 제1 스텝과, 반복한 제1 시행 가운데 해석결과(3)가 제1 목적형상(10)에 근접한 제1 시행에서 설정한 적어도 1개의 제1 가열선(4)을 제1 선택 가열선(5)으로 선택하는 제2 스텝과, 제1 선택 가열선(5)과, 해석모델(2)의 제2 위치에 설정한 적어도 1개의 제2 가열선(4)을 포함하는 제2 가열조건으로 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 이 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)을 비교하는 제2 시행을 제2 가열선(4)의 위치를 바꾸어서 반복하는 제3 스텝과, 반복한 제2 시행 가운데 해석결과(3)가 제1 목적형상(10)에 근접한 제2 시행에서 설정한 적어도 1개의 제2 가열선(4)을 제2 선택 가열선(5)으로 선택하는 제4 스텝과, 제1 및 제2 선택 가열선(5)과, 상기 해석모델(2)의 제3 위치에 설정한 적어도 1개의 제3 가열선(4)을 포함하는 제3 가열조건으로 유한 요소법 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상(10)을 비교하는 제3 시행을 제3 가열선(4)의 위치를 바꾸어서 반복하는 제5 스텝과, 반복한 제3 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상(10)에 근접한 제3 시행에서 설정한 적어도 1개의 제3 가열선(4)을 제3 선택 가열선(5)으로 선택하는 제6 스텝과, 제1, 제2 및 제3 선택 가열선(5)과, 상기 해석목델(2)의 제4 위치에 설정한 적어도 1개의 제4 가열선(4)을 포함하는 제4 가열조건으로 유한 요소법 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상(10)을 비교하는 제4 시행을 제4 가열선(4)의 위치를 바꾸어서 반복하는 제7 스텝과, 반복한 제4 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상(10)에 근접한 제4 시행에서 설정한 적어도 1개 제4 가열선(4)을 제4 선택 가열선(5)으로 선택하는 제8 스텝을 구비한다. 또, 상기 가열방안은 제1, 제2, 제3 및 제4 선택 가열선(5)을 포함한다.

제2 ,제4, 제6 및 제8 스텝에서, 해석결과(3)가 제1 또는 제2 목적형상(10)에 가장 근접한 가열선(4)을 선택할 수도 있고, 해석결과(3)가 2회째 또는 3회째에 제1 또는 제2 목적형상(10)에 근접한 가열선(4)을 선택할 수도 있다.

또, 본 실시형태의 프로그램은 본 실시형태의 산출방법을 컴퓨터에 실행시키도록 작성되어 있다.

본 실시형태의 산출방법은 유한 요소법 구조 해석(FEM 구조 해석)을 이용해서 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안을 산출하는 방법이다.

가열방안은 금속판을 가열해서 굽힘 가공하기 위한 플랜이다.

본 실시형태의 산출방법에서는 금속판의 해석모델(2)을 사용한다. 해석모델(2)에는 금속판의 길이, 폭, 두께 등을 설정한다. 또, 금속판의 해석모델(2)은 표면과 이면을 가진다. 또, 해석모델(2)을 복수 개의 요소(메쉬)(8)로 분할한다. 요소(8)는 예를 들면, 사각형 또는 삼각형의 셸일 수도 있고, 입방체, 직육면체, 삼각뿔, 삼각주 등의 솔리드일 수도 있다. 또, 요소(8)의 각 정점이 절점(9)이 된다. 예를 들면, 도 3(a)에 나타내는 해석모델(2)에서는 해석모델(2)은 20×20(400)개의 요소(8)로 분할되고, 이 요소(8)는 4각형의 셸이다. 이 경우, 해석모델(2)은 격자상이 되고, 각 교점이 절점(9)이 된다.

본 실시형태의 산출방법에서는 제1 및 제2 목적형상(10)의 모델을 사용한다. 제1 및 제2 목적형상(10)은 금속판의 굽힘 가공 목표가 되는 형상이다. 제1 및 제2 적형상(10)의 모델은 금속판의 해석모델(2)의 형상이 제1 및 제2 목적형상(10)이 되도록 절점(9)을 움직여서 작성한다. 제2 목적형상(10)은 최종 목적형상이고, 제1 목적형상(10)은 최종 목적형상에 도달하기 전의 도중 목적형상이다. 여기서는 도중 목적형상을 하나 밖에 설정하고 있지 않지만, 복수의 도중 목적형상(예를 들면, 3∼ 10의 도중 목적형상)을 설정할 수 있다. 이와 같이, 도중 목적형상과 최종 목적형상을 설정해서 가열방안을 작성하는 것에 의해, 최종 목적형상이 복잡한 형상이더라도, 고정밀도로 금속판을 굽힘 가공할 수 있는 가열방안을 작성할 수 있다.

도중 목적형상은 과거의 가공 데이터에 의거해서 작성할 수 있다.

본 실시형태의 산출방법에서는 예를 들면, 도 1 또는 2에 나타낸 플로우차트에 의거해서 작성한 프로그램을 컴퓨터에 실행시키는 것에 의해 가열방안(6)을 산출할 수 있다. 여기에서는 도 1 및 도 2에 나타낸 플로우차트에 따라서 설명한다.

우선, 컴퓨터에 제1 목적형상(10)의 모델 및 해석모델(2)을 리딩한다. 제1 목적형상(10)은 도중 목적형상이다.

다음에, 해석모델(2)의 제1 위치에 가열선(4)을 설정한다. 제1 위치는 해석모델(2)의 임의의 위치에 랜덤으로 설정할 수 있다. 제1 위치는 금속판의 해석모델(2)의 표면에 포함되는 위치일 수도 있고, 해석모델(2)의 이면에 포함되는 위치일 수도 있다. 가열선(4)은 직선일 수도, 곡선일 수도 있다. 또, 복수의 가열선(4)을 설정할 수도 있다. 예를 들면, 5개의 가열선(4)을 설정할 수 있다.

예를 들면, 가열선(4)이 직선인 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 해석모델(2)의 임의의 2개의 절점(9)(x₁, y₁), (x₂, y₂₎을 랜덤으로 선택하고, 이 2개의 절점(9)을 연결하는 직선에 가열선(4)을 설정할 수 있다. 이 경우, 설정한 가열선(4)은 식: y = {(y₂-y₁) / (x₂-x₁)}x + {(x₂y₁-x₁y₂) / (x₂-x₁)}로 나타낼 수 있다.

예를 들면, 도 3(a)에 나타내는 가열선(4a)을 설정할 수 있다. 또, 5개의 가열선(4)을 설정하는 경우, 가열선(4a∼4e)를 설정할 수 있다. 도 3(a)∼(c)에서는 금속판의 표면에 설정한 가열선(4) 또는 선택 가열선(5)과, 금속판의 이면에 설정한 가열선(4) 또는 선택 가열선(5)을 구별하고 있지 않지만, 가열선(4a∼4v), 선택 가열선(5)에는 금속판의 표면에 설정된 것도 있지만, 금속판의 이면에 설정된 것도 있다.

다음에, 설정한 가열선(4) 상의 요소(8)를 선택한다. 요소(8)의 각 변 가운데 적어도 1개의 변이 가열선(4)과 교차하면 그 요소(8)는 가열선(4) 상에 있는 것으로 할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 해석모델(2)에서는 요소(1, 2, 3)는 가열선(4) 상에 있지만, 요소(4)는 가열선(4) 상에 없다. 복수의 가열선(4)을 설정하고 있는 경우에는, 복수의 가열선(4) 상의 요소(8)를 선택한다.

다음에, 해석모델(2)로 유한 요소법 구조 해석을 실시한다. 유한 요소법 구조 해석에서는 설정한 가열선(4)을 선상 가열하는 가열조건에 있어서, 선택한 요소(8)에 변형을 부여해서 해석결과(3)(구조 해석에 의해 변형시킨 해석모델)를 얻는다. 가열조건은 가열선(4)의 위치에 부가해서 입열량을 포함할 수 있다. 제1 가열선(4)을 금속판의 해석모델(2)의 표면에 설정했을 경우, 해석에 있어서 금속판은 표면측에서 가열된다. 제1 가열선(4)을 금속판의 해석모델(2)의 이면에 설정했을 경우, 해석에 있어서 금속판은 이면측에서 가열된다.

유한 요소법 구조 해석은 FEM 열탄소성 해석일 수도 있고, 고유 변형법에 의한 탄성해석일 수도 있다. 구조 해석에서는 가스버너를 사용하는 선상 가열을 상정할 수도 있고, 레이저를 사용하는 선상 가열(레이저 포밍 등)을 상정할 수도 있고, 유도가열을 사용하는 선상 가열을 상정할 수도 있다. 또, 구조 해석에서는 굽힘 가공의 대상이 되는 금속판의 재료 물성값(영률, 포와송비, 밀도 등)을 사용한다.

FEM 열탄소성 해석에서는 가열조건(설정한 가열선(4)의 위치(가열면을 포함한다) 및 입열량(J/mm))에 대하여 선택한 요소(8)의 종 수축, 횡 수축, 각 변형, 세로 휨의 4성분의 고유 변형량을 산출한다. FEM 열탄소성 해석에서는 열 및 변형이력을 순차 재현해서 변형해석을 실시하기 때문에 과도의 상황을 해석할 수 있다.

고유 변형법에 의한 탄성해석에서는 선상 가열에 의한 금속판(해석모델(2))의 변형은 고유변형에 의해 발생하는 것으로 생각된다. 이 고유변형이 알려진 것이라면, 선상 가열에 의한 금속판(해석모델(2))의 변형이, 탄성해석에서 가열선(4)을 따라서 고유변형을 강제 변형으로서 부가하는 것으로 예측 가능해진다. 따라서 고유 변형법에 의한 탄성해석에서는 미리 산출한 또는 측정한 고유 변형을 사용해서 구조 해석을 한다. 예를 들면, FEM 열탄소성 해석을 사용해서 산출한 고유 변형, 또는 실제로 선상 가열해서 변형시킨 금속판을 측정하는 것에 의해 수득되는 고유 변형을 고유 변형법에 의한 탄성해석에 사용할 수 있다. 또, 고유 변형법에 의한 탄성해석은 미리 산출 또는 측정한 입열량과 고유 변형과의 관계를 나타내는 식을 사용해서 실시할 수 있다.

또, 고유 변형법은 탄성해석이기 때문에 계산 시간이 열탄소성 해석에 비해서 상당히 단시간이라는 것을 특징으로 들 수 있다.

다음에, 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)을 비교하고, 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차를 평가한다. 그리고 이 오차 및 설정한 가열선(4)의 위치를 기억부에 보존한다.

평가지표로서는 예를 들면, 절점(9)의 면외방향 변위량(변위량) 또는 곡율로 할 수 있다.

도 6은 평가지표를 절점(9)의 면외방향 변위량(13)으로 했을 경우에서의 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)의 비교의 설명도이다. 예를 들면 도 6와 같이, 해석결과(3)의 절점(9)으로부터 대응하는 제1 목적형상(10)의 절점(12)까지의 면외방향의 변위량(오차)을 산출한다. 이렇게, 평가지표를 절점(9)의 변위량으로 하면, 금속판을 비교적 빠르게 제1 목적형상에 근접시킬 수 있는 가열방안을 산출할 수 있다. 또, 이 비교에서 평가값을 산출할 수 있다.

평가지표를 절점(9)의 곡률로 했을 경우, 해석결과(3)의 절점(9)의 곡률과, 이 절점(9)에 대응하는 제1 목적형상(10)의 절점(12)의 곡률의 오차를 산출한다. 이렇게, 평가지표를 곡률로 하면, 금속판을 고정밀도로 제1 목적형상에 근접시킬 수 있는 가열방안을 산출할 수 있다.

평가지표로 변위량을 사용할 것인지, 곡률을 사용할 것인지는 제1 목적형상, 가공효율 등을 고려해서 결정할 수 있다.

가열선(4)의 설정으로부터 오차 및 설정한 가열선(4)의 위치 보존까지의 플로우를 1회째의 시행이라고 한다.

1회째의 시행이 끝나면, 다음에 2회째의 시행을 실시한다. 2회째의 시행은 기본적으로는 1회째의 시행과 같은 플로우이지만, 2회째의 시행의 가열선(4)은 1회째의 시행의 가열선(4)의 설정위치와는 다른 위치에 설정한다. 이 위치는 해석모델(2)의 임의의 위치에 랜덤으로 설정할 수 있다. 또, 이 위치는 금속판의 해석모델(2)의 표면에 포함되는 위치일 수도 있고, 해석모델(2)의 이면에 포함되는 위치일 수도 있다. 2회째의 시행에 있어서도, 가열선(4)은 직선일 수도 있고, 곡선일 수도 있다. 또, 복수의 가열선(4)을 설정할 수도 있다. 예를 들면, 도 3(a)에 나타내는 가열선(4b)를 설정한다. 또, 5개의 가열선(4)을 설정할 경우, 예를 들면, 가열선(4f∼4j)를 설정할 수 있다. 그리고 설정한 가열선(4) 상의 요소(8)를 선택하고, 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 해석결과(3)를 얻는다. 수득된 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)을 비교하고, 오차 및 설정한 가열선(4)의 위치를 기억부에 보존한다.

이러한 시행을 X회 반복한다. 예를 들면, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 가열선(4)의 위치를 가열선(4c∼4k)으로 해서, 각각의 위치에서 시행을 실시할 수 있다. 또, 각 시행에서 복수의 가열선(4)을 설정해서 시행을 실시할 수 있다. 예를 들면, 5개의 가열선을 설정하는 경우, 각 시행에서 5개의 가열선(4)을 설정해서 시행을 실시한다. 시행 횟수는 예를 들면, 500회로 할 수 있다.

2회째로부터 X회째까지의 시행에서는 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차를 평가하는 지표로 변위량을 사용할 수도 있고, 곡률을 사용할 수도 있지만, 1회째와 같은 지표를 사용한다.

각 시행에서의 해석결과(3)는 다른 위치의 가열선(4)에 대응한 형상이 되고, 각각 다른 형상이 되고, 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차는 각 시행에서 서로 다르다.

다음에, 각 시행 가운데 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차가 가장 작은 시행에서의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택한다. 각 시행 가운데 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차가 2회째, 3회째, 4회째 또는 5회째로 작은 시행에서의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택할 수도 있다. 어느 시행에서의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택할 것인지는 제1 목적형상(10), 굽힘량의 크기 등을 고려해서 결정할 수 있다. 또, 시행에 있어서 복수의 가열선(4)을 설정하고 있는 경우, 복수의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택한다. 예를 들면, 도3(a)에 나타내는 가열선(4a∼4k) 가운데 가열선(4d)을 선택할 수 있다. 또, 각 시행에서 가열선(4)을 5개 설정하고 있는 경우, 예를 들면, 가열선(4f∼4j)를 선택할 수 있다.

1회째의 시행으로부터 선택 가열선(5)을 선택할 때까지를 1회째의 가열선 선택 플로우라고 한다.

1회째의 가열선 선택 플로우가 끝나면, 다음에 2회째의 가열선 선택 플로우를 실시한다. 2회째의 가열선 선택 플로우는 기본적으로는 1회째의 가열선 선택 플로우와 같은 플로우이지만, 해석모델(2)의 임의의 위치에 가열선(4)을 랜덤으로 설정할 때에, 1회째의 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)과, 2회째의 가열선 선택 플로우의 각 시행에서 랜덤으로 설정하는 가열선(4)의 양쪽을 설정하고, 선택 가열선(5) 상의 요소(8) 및 설정한 가열선(4) 상의 요소(8)를 선택한다. 그리고 이 가열조건으로 구조 해석을 실시하는 것에 의해, 선택 가열선(5)과 설정한 가열선(4)의 양쪽을 반영한 해석결과(3)를 얻을 수 있다. 2회째의 가열선 선택 플로우에서도 각 시행에서 복수의 가열선(4)을 설정할 수도 있다. 또, 1회째의 가열선 선택 플로우의 각 시행에서 설정하는 가열선(4)의 개수와, 2회째의 가열선 선택 플로우의 각 시행에서 설정하는 가열선(4)의 개수는 다른 개수일 수도 있다. 예를 들면, 도 3(b)에 나타내는 선택 가열선(5)과 가열선(4l)을 설정할 수 있다. 또, 각 시행에서 가열선(4)을 5개 설정하고 있는 경우, 예를 들면, 1회째의 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(가열선(4f∼4j))과 가열선(4l∼4p)를 설정할 수 있다.

2회째의 가열선 선택 플로우에서 X회까지 시행을 반복하고, 각 시행 가운데 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차가 가장 작은 시행에서의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택한다. 각 시행 가운데 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차가 2회째 또는 3회째로 작은 시행에서의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택할 수도 있다. 또, 시행에서 복수의 가열선(4)을 설정하고 있는 경우, 복수의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택한다. 예를 들면, 도 3(b)에 나타내는 가열선(4l∼4v) 가운데 가열선(4s)을 선택할 수 있다. 또, 각 시행에서 가열선(4)을 5개 설정하고 있는 경우, 예를 들면, 가열선(4l∼4p)을 선택할 수 있다.

3, 4, ···, n회째의 가열선 선택 플로우를 차례로 실시한다. 각 가열선 선택 플로우(A 회째의 가열선 선택 플로우라고 한다)는 기본적으로는 1회째의 가열선 선택 플로우와 동일한 플로우이지만, 해석모델(2)의 임의의 위치에 적어도 1개의 가열선(4)을 랜덤으로 설정할 때에, A회째의 가열선 선택 플로우의 각 시행에서 랜덤으로 설정하는 적어도 1개의 가열선(4)과, (A-1)회째 이전의 가열선 선택 플로우에서 선택한 모든 선택 가열선(5)을 설정한다. 또, A회째의 가열선 선택 플로우의 각 시행에서 복수의 가열선(4)을 설정해서 시행을 실시할 수 있다. 예를 들면, 5개의 가열선(4)을 설정하는 경우, 각 시행에서 랜덤으로 설정하는 5개의 가열선(4)과, (A-1)회째 이전의 가열선 선택 플로우에서 선택한 모든 선택 가열선(5)을 설정해서 시행을 실시한다.

예를 들면, 3회째의 가열선 선택 플로우에서는 1회째의 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)(4d)과, 2회째의 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)(4s)과, 3회째의 가열선 선택 플로우의 각 시행에서 랜덤으로 설정하는 적어도 1개의 가열선(4)을 설정한다. 즉, 가열선 선택 플로우의 횟수를 거듭함에 따라서 설정하는 선택 가열선(5)의 수가 증가한다.

그리고 모든 선택 가열선(5) 상의 요소(8) 및 설정한 가열선(4) 상의 요소(8)를 선택하고, 이 가열조건으로 구조 해석을 실시하는 것에 의해, 전부의 선택 가열선(5)과 설정한 가열선(4)을 반영한 해석결과(3)를 얻을 수 있다.

A회째의 가열선 선택 플로우에서 X회까지 시행을 반복하고, 각 시행 가운데 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차가 가장 작은 시행에서의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택한다. 각 시행 가운데 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차가 2회째 또는 3회째로 작은 시행에서의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택할 수도 있다. 또, 시행에서 복수의 가열선(4)을 설정하고 있는 경우, 복수의 가열선(4)을 선택 가열선(5)으로 선택한다.

n회째의 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)을 포함하는 가열조건에서의 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차가 작다고 판단되면, 제1 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우의 반복을 종료한다.

가열선 선택 플로우의 횟수에 상한을 설정할 수 있다. 이 상한은 제1 목적형상(10)에 도달하기 위해서 필요하다고 생각되는 선택 가열선(5)의 수를 상회하는 수로 설정할 수 있다. 가열선 선택 플로우의 횟수가 상한에 도달하고, 해석결과(3)와 제1 목적형상(10)과의 오차가 큰 경우, 1회째의 가열선 선택 플로우에서부터 다시 실시한다. 이것에 의해, 가열방안에 포함되는 선택 가열선(5)이 너무 많아지는 것을 억제할 수 있고, 가공 코스트가 높은 가열방안이 되는 것을 억제할 수 있다.

해석결과를 제1 목적형상(10)에 근접시키기 위한 가열선 선택 플로우의 반복이 종료되면, 도 2의 플로우차트에 나타낸 바와 같이, 컴퓨터에 제2 목적형상(10)의 모델을 리딩하고, 목적형상을 제1 목적형상(10)에서 제2 목적형상(10)으로 바꾸어, 가열선 선택 플로우의 반복을 계속한다((n+1)회째 ∼ m회째). 제2 목적형상(10)은 최종 목적형상이다. (n+1)회째의 가열선 선택 플로우에서는 제(n+1) 선택 가열선을 선택하고, (n+2)회째의 가열선 선택 플로우에서는 제(n+2) 선택 가열선을 선택하고, B회째의 가열선 선택 플로우에서는 제B 선택 가열선을 선택한다.

그리고, m회째의 가열선 선택 플로우에서 선택한 제m 선택 가열선(5)을 포함하는 가열조건에서의 해석결과(3)와 제2 목적형상(10)과의 오차가 작다고 판단되면, 제2 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우의 반복을 종료하고, 1 ∼ n회째, (n+1) ∼ m회째의 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)을 포함하는 가열방안(6)이 완성된다. 가열방안(6)은 예를 들면, 도 3(c)와 같이 복수의 선택 가열선(5)을 포함한다.

도 2에 나타낸 플로우차트에서는 제2 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우의 각 시행에서, 제1 목적형상(10)을 사용한 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)도 설정해서 유한 요소법 구조해석을 실시하고 있지만, 제1 목적형상 또는 제1 목적형상과의 오차가 작은 해석결과를 리딩하고, 이 리딩한 해석모델에 가열선(4)을 설정할 수도 있다(이 경우, 제1 목적형상(10)을 사용한 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)은 설정하지 않는다.).

제2 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우의 반복에서도, 가열선 선택 플로우의 횟수에 상한을 설정할 수 있다. 이 상한은 제2 목적형상(10)에 도달하기 위해서 필요한 것으로 생각되는 선택 가열선(5)의 수를 상회하는 수로 설정할 수 있다. 가열선 선택 플로우의 횟수가 상한에 도달하고, 해석결과(3)와 제2 목적형상(10)과의 오차가 큰 경우, (n+1)회째의 가열선 선택 플로우에서부터 다시 실시한다. 이것에 의해, 가열방안에 포함되는 선택 가열선(5)이 너무 많아지는 것을 억제할 수 있고, 가공 코스트가 높은 가열방안이 되는 것을 억제할 수 있다. 또, 가열방안에 포함되는 선택 가열선(5)의 수가 너무 증가한 경우, 최초의 단계까지 뒤돌아가지 않고, 도중 목적형상에까지 뒤돌아가 선택 가열선(5)의 선택을 다시 할 수 있다. 이 때문에 가열방은 작성효율을 향상시킬 수 있다.

제1 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플루오와, 제2 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우에서, 해석결과(3)와 제1 또는 제2 목적형상(10)과의 오차를 평가하는 지표를 바꿀 수 있다. 예를 들면, 제1 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우에서의 지표로 변위량을 사용할 수 있고, 제2 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우에서의 지표로 곡율을 사용할 수 있다. 이것에 의해, 제1 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)의 가열에서는 가공속도를 빠르게 할 수 있고, 제2 목적형상(10)을 사용하는 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)에서의 가열에서는 가공정도를 높게 할 수 있다. 따라서 가공효율과 가공 정도를 양립시키는 것이 가능하게 된다.

수득된 가열방안(6)에 의거해서 금속판을 선상 가열해서 굽힘 가공하는 것에 의해, 금속판을 최종 목적형상에 가까운 형상으로 변형시키는 것이 가능하다. 또, 최종 목적형상이 복잡한 형상이더라도 도중 목적형상을 설정해서 작성한 가열방안(6)을 사용하는 것에 의해 고정밀도로 금속판을 굽힘 가공할 수 있다.

금속판의 굽힘 가공은 작업자가 실시할 수도 있고, 기계가 자동적으로 실시할 수도 있다. 기계에서 금속판의 굽힘 가공을 실시하는 경우, 복수의 선택 가열선(5)을 동시에 가열할 수도 있다.

가열방안(6)은 가열선 선택 플로우의 순서에 대응한 선택 가열선(5)의 순서를 포함할 수 있다. 가열방안(6)에 의거해서 금속판을 선상 가열해서 굽힘 가공할 때, 이 순서에 따라서 선택 가열선(5)을 가열할 수 있다. 이것에 의해, 금속판을 목적형상에 더욱 가까운 형상으로 변형시키는 것이 가능하다.

수득된 가열방안(6)에 의거해서 금속판을 가공하는 가공방법은 A회째(A=1∼n) 또는 B회째(B=(n+1) ∼ m)의 가열선 선택 플로우에서 선택한 선택 가열선(5)을 포함하는 가열조건으로 금속판을 선상 가열하고, 금속판에 굽힘 가공을 실시하는 스텝과, 굽힘 가공이 실시된 금속판의 입체 형상을 계측하는 스텝과, 계측된 금속판의 입체 형상과, A회째 또는 B회째의 가열선 선택 플로우에서 선택 가열선(5)을 포함하는 가열조건으로 실시한 유한 요소법 구조 해석의 해석결과(3)를 비교하는 스텝과, 비교한 결과에 의거해거 금속판의 입체 형상이 상기 해석결과(3)에 근접하도록 금속판을 가열하는 스텝을 구비할 수 있다.

금속판의 입체 형상을 계측하는 스텝은 삼차원 측정기를 사용해서 실시할 수 있다. 삼차원 측정기는 접촉식일 수도 있고, 주사 레이저 프로브 타입 또는 광학 타입의 비접촉식일 수도 있다. 이것에 의해, 금속판을 목적형상에 더욱 가까운 형상으로 변형시키는 것이 가능하다.

가열방안(6)에 의거하는 금속판의 가공을 자동으로 실시하는 가공장치는 예를 들면, 금속판을 가열하는 가열부와, 가공장치를 제어하는 제어부를 구비할 수 있다. 제어부는 가열방안(6)을 리딩할 수 있도록 설치되고, 가열방안(6)에 따라서 금속판을 가열하도록 가열부를 제어하도록 설치된다.

제2 실시형태

각 시행에서 가열선(4)을 설정하는 위치는 제1 실시형태에서는 랜덤으로 설정하고 있었지만, 제2 실시형태에서는 축적된 가공 데이터에 의거, 또는 축적된 가공 데이터를 학습시킨 인공지능에 의해 결정된다. 이것에 의해, 각 가열선 선택 플로우에서 실시하는 시행의 횟수를 줄일 수 있고, 가열방안의 산출속도를 향상시킬 수 있다.

기타의 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 또, 제1 실시형태에 대한 기재는 모순이 없는 한 제2 실시형태에서도 적합하다.

제3 실시형태

제3 실시형태의 가열방안의 산출방안에서는 금속판의 해석모델(2)의 초기형상은 금속판의 굽힘 가공 후의 형상(제1 실시형태의 최종 목적형상)이고, 제1 목적형상은 가공 도중의 형상(제1 실시형태의 도중 목적형상)이고, 제2 목적형상은 금속판의 굽힘 가공 전의 형상(제1 실시형태에서는 평판 형상)이다. 가열방안의 산출방법은 제1 실시형태와 동일하지만, 가열방안에 포함되는 선택 가열선(5)의 순서가 역으로 된다. 즉, 제1 실시형태에서 산출하는 가열방안에서는 제1 선택 가열선에서 m 선택 가열선으로의 순서로 늘어서 있지만, 제2 실시형태에서 산출하는 가열방안에서는 제m 선택 가열선에서 제1 선택 가열선으로의 역 순서로 늘어서 있다. 이와 같은 산출방법에 의해 뛰어난 가열방안을 산출할 수 있다.

또, 제1 실시형태의 산출방법에서는 제1 목적형상과 제2 목적형상을 설정하고 있었지만, 제3 실시형태의 산출방법에서는 하나의 목적형상만을 설정할 수 도 있다.

기타의 구성은 제1 또는 제2 실시형태와 동일하다. 또, 제1 또는 제2 실시형태에 관한 기재는 모순이 없은 한 제3 실시형태에 대해서도 적합하다.

제4 실시형태

제4 실시형태의 가열방안의 산출방법에서는 금속판의 해석모델(2)의 초기형상은 선상 가열에 의한 금속판의 굽힙 가공의 전공정 후의 형상이다. 전공정은 예를 들면, 프레스 가공공정 등이다. 이와 같은 산출방법에 의해 프레스 가공공정 등의 전공정과, 선상 가열에 의한 굽힘 처리공정을 조합해서 금속판을 가공하는 경우에서의 가열방안을 작성할 수 있다.

기타의 구성은 제1, 제2 또는 제3 실시형태와 동일하다. 또, 제1, 제2 또는 제3 실시형태에 관한 기재는 모순이 없은 한 제4 실시형태에 대해서도 적합하다.

시뮬레이션

본 발명의 산출방법(구조 해석: 고유 변형법에 의한 탄성해석)을 사용해서 가열방안(목적형상: 그릇형, 안장형, 비틀림형)을 산출하고, 산출한 가열방안을 사용해서 고유 변형법에 의한 탄성해석(구조 해석)을 실시하는 시뮬레이션을 실시했다.

고유 변형법에 의한 변형해석을 위해서 요소에 부여하는 고유 변형은 해석모델에 대하여 FEM 열탄소성 해석을 실시하고, 그 변형결과에서 취득했다.

고유 변형법에 의한 구조 해석에서는 판 길이: 500mm, 판폭: 500mm의 판상의 해석모델을 사용하고, 해석모델은 절점 수, 요소 수가 각각 2, 601, 2,500이 되도록 사각형의 셸 요소로 분할했다. 또, 금속판의 재료는 SM490A(용접 구조용 압연 강재)로 가정하고, 판두께는 16mm로 가정했다. SM490A의 재료 상수를 표 1에 나타낸다. 또, 시뮬레이션에서는 목적형상으로서 3종류(그릇형, 안장형, 비틀림형)을 설정했다. 1개의 선택 가열선의 위치결정에 사용하는 시행 횟수는 500회로 했다.

고유 변형을 얻기 위한 FEM 열탄소성 해석에서는 해석모델은 판 길이를 500mm, 판 폭을 500mm, 판 두께 16mm로 하고, 절점 수 및 요소 수는 61, 711, 50,000으로 했다. 용접조건은 전류 150A, 전압 20V, 용접속도 2.286mm/sec, 용접효율은 0.8로 했다. 그 결과 수득된 고유 변형(종 수축, 횡 수축, 종 곡률, 횡 곡률)을 표 2에 나타낸다.

목적형상: 그릇형

도 7(a)∼(e)는 선택 가열선의 개수를 각각 10개, 20개, 30개, 40개, 55개로 해서 산출한 가열방안이고, 도 8(a)∼(d)는 선택 가열선의 개수를 각각 10개, 20개, 30개, 40개로 해서 산출한 가열방안에 의거해서 고유 변형법에 의한 구조 해석을 실시했을 때의 해석결과이다. 도 9(a)는 구조 해석에 사용한 목적형상이고, 도 9(b)는 선택 가열선의 개수를 55개로 해서 산출한 가열방안에 의거해서 고유 변형법에 의한 구조 해석을 실시했을 때의 해석결과이다. 도 10은 도 9(a), (b)의 파선 A-A’에서 목적형상과 해석결과를 비교한 면외방향 변위분포이고, 도 11은 도 9(a), (b)의 1점쇄선 B-B’에서 목적형상과 해석결과를 비교한 면외방향 변위분포이다.

목적형상을 그릇형으로 한 시뮬레이션에서는 목적형상과 해석결과와의 오차를 평가하는 지표로 절점에서의 곡률을 채용했다. 또, 선택 가열선의 개수를 10개, 20개, 30개, 40개, 55개로 했다.

이 시뮬레이션에서는 도 7(a)∼(e)에 나타내는 가열방안을 산출할 수 있었다. 또, 산출한 가열방안에 의거해서 고유 변형법에 의한 구조 해석을 실시한 바, 도 8(a)∼(d), 도 9(b)에 나타내는 해석결과를 얻을 수 있었다. 또, 도 7의 실선은 금속판의 표면 선택 가열선을 나타내고, 점선은 금속판의 이면 선택 가열선을 나타낸다.

도 8(a)∼(d)에서 알 수 있는 바와 같이, 선택 가열선이 10개의 시점에서 그릇형의 경향을 파악하고 있으며, 선택 가열선이 20개의 시점에서는 거의 목적형상과 일치하는 형상을 성형할 수 있음을 알 수 있다. 그 이후에서는 형상을 미세 조정, 내지는 형상에 거의 영향을 끼치지 않는 것과 같은 선택 가열선이 늘어나는 상태를 확인할 수 있었다. 또 도 7에 나타낸 가열 위치에 주목하면, 모재의 대각선 방향으로 선택 많이 가열선이 배치되어 있음을 알 수 있다. 이것은 중앙부가 떨어져 패이는 것 같은 그릇형의 형상을 성형하기 때문에, 각 변형과 세로 휨의 양자를 사용해서 모재 전체를 남김없이 구부리는 것과 같은 선택 가열선의 위치가 선택된 결과라고 생각된다.

또, 도 9(a), (b), 도 10, 도 11로부터, 도 9(b)에 나타내는 해석결과는 목적형상의 경향을 양호하게 파악하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명의 산출방법에 의해 산출한 가열방안에 의거해서 금속판을 가열하는 것에 의해, 금속판을 목적형상에 가까운 형상으로 굽힘 가공할 수 있음을 알았다.

목적형상: 안장형

도 12(a)는 구조 해석에 사용한 목적형상이고, 도 12(b)는 선택 가열선의 개수를 40개로 해서 산출한 가열방안에 의거해서 고유 변형법에 의한 구조 해석을 실시했을 때의 해석결과이다. 도 13은 선택 가열선의 개수를 40개로 해서 산출한 가열방안이다. 도 14는 도 12(a), (b)의 파선 A-A’에서 목적형상과 해석결과를 비교한 면외방향 변위분포이고, 도 15는 도 12(a), (b)의 1점쇄선 B-B’에서 목적형상과 해석결과를 비교한 면외방향 변위분포이다.

목적형상을 안장형으로 한 시뮬레이션에서는 목적형상과 해석결과와의 오차를 평가하는 지표로 절점에서의 면외방향 변위량을 채용했다. 또, 선택 가열선의 개수를 40개로 했다.

이 시뮬레이션에서는, 도 13에 나타낸 가열방안을 산출할 수 있었다. 또, 산출한 가열방안에 의거해서 고유 변형법에 의한 구조 해석을 실시한 바, 도 12(b)에 나타내는 해석결과를 얻을 수 있었다.

도 12, 도 14, 도 15로부터, 도 12(b)에 나타내는 해석결과는 목적형상의 경향을 양호하게 파악하고 있는 것을 확인할 수 있었다.

목적형상: 비틀림형

도 16(a)는 구조 해석에 사용한 목적형상이고, 도 16(b)는 선택 가열선의 개수를 16개로 해서 산출한 가열방안에 의거해서 고유 변형법에 의한 구조 해석을 실시했을 때의 해석결과이다. 도 17은 선택 가열선의 개수를 16개로 해서 산출한 가열방안이다. 도 18는 도 16(a), (b)의 파선 A-A’에서 목적형상과 해석결과를 비교한 면외방향 변위분포이고, 도 19는 도 16(a), (b)의 1점쇄선 B-B’에서 목적형상과 해석결과를 비교한 면외방향 변위분포이다.

목적형상을 비틀림형으로 한 시뮬레이션에서는 목적형상과 해석결과와의 오차를 평가하는 지표로 절점에서의 면외방향 변위량을 채용했다. 또, 선택 가열선의 개수를 16개로 했다.

이 시뮬레이션에서는 도 17에 나타낸 가열방안을 산출할 수 있었다. 또, 산출한 가열방안에 의거해서 고유 변형법에 의한 구조 해석을 실시한 바, 도 16(b)에 나타내는 해석결과를 얻을 수 있었다.

도 16, 도 18, 도 19로부터, 도 16(b)에 나타내는 해석결과는 목적형상의 경향을 양호하게 파악하고 있는 것을 확인할 수 있었다.

2: 해석모델
3: 해석결과
4, 4a∼4v: 가열선
5: 선택 가열선
6: 가열방안
8: 요소
9: 절점
10: 목적형상
11: 목적형상의 요소
12: 목적형상의 절점
13: 해석결과와 목적형상의 변위량

Claims (5)

1. 선상 가열에 의한 금속판의 굽힘 가공에 사용하는 가열방안의 산출방법으로서,
   상기 금속판의 해석모델의 제1 위치에 설정한 적어도 1개의 제1 가열선을 포함하는 제1 가열조건으로 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 이 해석결과와 제1 목적형상을 비교하는 제1 시행을 제1 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제1 스텝과,
   반복한 제1 시행 가운데 해석결과가 제1 목적형상에 근접한 제1 시행에서 설정한 적어도 1개의 제1 가열선을 제1 선택 가열선으로 선택하는 제2 스텝과,
   제1 선택 가열선과, 상기 해석모델의 제2 위치에 설정한 적어도 1개의 제2 가열선을 포함하는 제2 가열조건으로 유한 요소법 구조 해석을 실시하고, 이 해석결과와 제1 목적형상을 비교하는 제2 시행을 제2 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제3 스텝과,
   반복한 제2 시행 가운데 해석결과가 제1 목적형상에 근접한 제2 시행에서 설정한 적어도 1개의 제2 가열선을 제2 선택 가열선으로 선택하는 제4 스텝과,
   제1 및 제2 선택 가열선과, 상기 해석모델의 제3 위치에 설정한 적어도 1개의 제3 가열선을 포함하는 제3 가열조건으로 유한 요소법 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상을 비교하는 제3 시행을 제3 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제5 스텝과,
   반복한 제3 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상에 근접한 제3 시행에서 설정한 적어도 1개의 제3 가열선을 제3 선택 가열선으로 선택하는 제6 스텝과,
   제1, 제2 및 제3 선택 가열선과, 상기 해석목델의 제4 위치에 설정한 적어도 1개의 제4 가열선을 포함하는 제4 가열조건으로 유한 요소법 구조해석을 실시하고, 이 해석결과와 제2 목적형상을 비교하는 제4 시행을 제4 가열선의 위치를 바꾸어서 반복하는 제7 스텝과,
   반복한 제4 시행 가운데 해석결과가 제2 목적형상에 근접한 제4 시행에서 설정한 적어도 1개의 제4 가열선을 제4 선택 가열선으로 선택하는 제8 스텝을 구비하고,
   상기 가열방안은 제1, 제2, 제3 및 제4 선택 가열선을 포함하는 것을 특징으로 하는 산출방법.
2. 제1 항에 있어서,
   제4 스텝에서 제1 선택 가열선과 제2 선택 가열선을 포함하는 제2 가열조건에서의 유한 요소법 구조해석의 해석결과가 제1 목적형상과의 오차가 큰 경우, 제1, 제2, 제3 및 제4 스텝을 다시 실시하고,
   제8 스텝에서 제1, 제2, 제3 및 제4 선택 가열선과를 포함하는 제4 가열조건에서의 유한 요소법 구조해석의 해석결과가 제2 목적형상과의 오차가 큰 경우, 제5, 제6, 제7 및 제8 스텝을 다시 실시하는 산출방법.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   제1, 제2, 제3 또는 제4 가열선을 설정하는 위치는 축적된 가공 데이터에 의거, 또는 상기 가공 데이터를 학습시킨 인공지능에 의해 결정되는 산출방법.
4. 제1 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속판의 해석모델의 초기형상은 상기 금속판의 굽힘 가공 후의 형상이고,
   제1 또는 제2 목적형상은 상기 금속판의 굽힘 가공 전의 형상인 산출방법.
5. 제1 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속판의 해석모델의 초기형상은 상기 굽힘 가공의 전공정 후의 형상인 산출방법.

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