KR20230158347A - Strain prediction system and method for predicting strain - Google Patents
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Abstract
재료를 가공할 때 상기 재료가 손상되는 결함영역과 손상되지 않는 비결함영역이 미리 저장된 판단맵부 및 상기 재료에 외력이 인가되면 상기 재료가 상기 결함영역 또는 상기 비결함영역에 위치되는지 판단하는 판단부를 포함하는 가공 예측 시스템이 개시된다.A judgment map unit that pre-stores a defective area in which the material is damaged and a non-defective area in which the material is not damaged when processing the material, and a judgment unit that determines whether the material is located in the defective area or the non-defective area when an external force is applied to the material. A processing prediction system including:
Description
본 발명은 재료를 가공 시 재료의 결함을 예측할 수 있는 가공 예측 시스템 및 가공 예측 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a processing prediction system and a processing prediction method that can predict defects in materials when processing them.
가공이란 원자재나 반제품을 인공적으로 처리하여 새로운 제품을 만들거나 제품의 질을 높이는 행위를 의미한다. 가공을 위한 행위로는 여러 종류가 있을 수 있으나 이것은 결국 가공의 대상이 되는 재료에 외력을 인가하여 재료를 소성 변형하는 것을 목적으로 한다.Processing refers to the act of artificially processing raw materials or semi-finished products to create new products or improve the quality of products. There may be several types of processing actions, but the purpose of this is to plastically deform the material by applying external force to the material that is the object of processing.
재료를 가공 시 재료를 소성 변형하므로 이에 수반되어 가공에 따른 결함이 발생될 수밖에 없다. 따라서 가공에 따른 결함을 줄이는 것은 재료 가공에서 매우 중요할 것이다.When processing a material, the material is plastically deformed, which inevitably causes defects due to processing. Therefore, reducing defects due to processing will be very important in materials processing.
그러나 가공에 따른 결함은 예측이 어려우며, 외부에서 육안으로 관찰될 수 없는 경우가 많다. 이러한 가공 결함의 예로는 Adiabatic shear bands, flow localization, dynamic strain ageing (DSA), kink band 등이 있다. 이러한 결함은 재료의 표면과 재료의 내부 사이의 온도 차로 인하여 발생되는 것으로, 외부에서 확인되기 어렵다.However, defects resulting from processing are difficult to predict and often cannot be observed with the naked eye from the outside. Examples of these processing defects include adiabatic shear bands, flow localization, dynamic strain aging (DSA), and kink bands. These defects are caused by a temperature difference between the surface of the material and the inside of the material, and are difficult to confirm from the outside.
그러기에 가공된 재료를 절단하여 단면을 현미경으로 관찰하여 결함을 측정하여야 한다. 이는 당연히 정확한 판단방법이 아니며, 재료의 손실을 유발하는 문제가 있다.Therefore, the processed material must be cut and the cross-section observed under a microscope to measure defects. Of course, this is not an accurate judgment method and has the problem of causing material loss.
이를 보완하기 위하여 일부 재료의 결함을 예측하는 시스템들이 있기는 하나, 이는 직관적으로 파악될 수 없으므로, 시스템의 결과를 해석하기 위하여 많은 노력이 필요한 실정이다.To compensate for this, there are systems that predict defects in some materials, but since these cannot be intuitively understood, a lot of effort is needed to interpret the results of the system.
일 실시예에 의한 본 발명은 재료의 결함 여부를 직관적으로 정확하게 파악할 수 있는 가공 예측 시스템 및 가공 예측 방법을 제공하는 데 목적이 있다.The purpose of the present invention according to one embodiment is to provide a processing prediction system and a processing prediction method that can intuitively and accurately determine whether a material is defective.
일 실시예에 의한 가공 예측 시스템은 재료를 가공할 때 상기 재료가 손상되는 결함영역과 손상되지 않는 비결함영역이 미리 저장된 판단맵부 및 상기 재료에 외력이 인가되면 상기 재료가 상기 결함영역 또는 상기 비결함영역에 위치되는지 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.A processing prediction system according to an embodiment includes a judgment map unit in which defective areas in which the material is damaged and non-defective areas in which the material is not damaged are pre-stored when processing a material, and when an external force is applied to the material, the material is moved to the defective area or the non-defective area. It may include a determination unit that determines whether it is located in the ship area.
상기 결함영역과 상기 비결함영역은 온도에 따른 재료의 변형률 속도와 상기 온도와 상기 변형률 속도에 따른 변형률을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.The defect area and the non-defect area may be set in consideration of the strain rate of the material according to temperature and the strain rate according to the temperature and the strain rate.
상기 결함영역과 상기 비결함영역은 변형률 민감도를 이용하여 연산되는 것을 특징으로 할 수 있다.The defective area and the non-defective area may be calculated using strain sensitivity.
상기 판단부는 설정된 형상의 재료를 구분하여 인지하고, 특정한 온도에서 외력이 인가되는 재료의 각각의 상기 변형률 속도에 따른 상기 변형률을 고려하여 연산한 연산값이 상기 결함영역 또는 비결함영역에 위치되는지 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.The determination unit recognizes the materials of the set shape and determines whether the calculated value calculated by considering the strain rate according to the strain rate of each material to which external force is applied at a specific temperature is located in the defective area or non-defective area. It can be characterized as:
상기 판단부는 상기 재료가 결함영역에 위치되면 상기 재료가 비결함영역에 위치되도록 설정된 조건을 변경하는 것을 특징으로 할 수 있다.The determination unit may be characterized in that, when the material is located in a defective area, it changes a set condition so that the material is located in a non-defective area.
상기 판단부가 변형하는 설정된 조건은 상기 재료를 가압하는 외력의 세기인 변형률, 상기 재료를 가압하는 속도인 변형률 속도, 온도인 것을 특징으로 할 수 있다.The set conditions under which the determination unit deforms may be characterized as a strain rate, which is the strength of an external force pressing the material, a strain rate, which is a speed at which the material is pressed, and temperature.
일 실시예에 의한 가공 예측 방법은 설정된 온도에서 재료에 외력을 가하여 재료가 손상되는 결함영역과 상기 재료가 손상되지 않는 비결함영역을 확인하여 저장하는 준비단계, 상기 결함영역과 상기 비결함영역이 3차원 영역에 배치된 판단맵부를 연산하는 판단맵생성단계, 상기 재료에 외력을 인가하여 상기 재료가 상기 판단맵부의 결함영역 또는 비결함영역에 위치되는지 확인하는 판단단계를 포함할 수 있다.The processing prediction method according to one embodiment includes a preparation step of confirming and storing a defective area in which the material is damaged and a non-defective area in which the material is not damaged by applying an external force to the material at a set temperature, and the defective area and the non-defective area are It may include a judgment map generation step of calculating a judgment map portion arranged in a three-dimensional area, and a determination step of applying an external force to the material to determine whether the material is located in a defective area or non-defective area of the judgment map portion.
상기 결함영역과 상기 비결함영역은 온도에 따른 재료의 변형률 속도와 상기 온도와 상기 변형률의 속도에 따른 변형률을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.The defect area and the non-defect area may be set in consideration of a strain rate of the material depending on temperature and a strain rate depending on the temperature and the strain rate.
상기 판단단계에서 상기 재료가 결함영역에 위치되면 상기 재료가 비결함영역에 위치되도록 외력 인가 조건을 변경하는 변경단계를 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the determination step, if the material is located in the defective area, a change step may be performed to change the external force application conditions so that the material is located in the non-defective area.
일 실시예에 의한 본 발명은 결함영역 및 비결함영역이 3차원인 판단맵부를 포함한다. 그리고 재료에 외력이 인가될 때 재료가 3차원 판단맵부에 위치되어 결함영역 또는 비결함영역에 위치되는지 표현된다. 그러므로 본 발명은 재료가 가공 시 재료의 결함 여부를 직관적으로 예상할 수 있다.The present invention according to one embodiment includes a judgment map unit in which the defective area and the non-defective area are three-dimensional. And when an external force is applied to the material, the material is located in the 3D judgment map unit to express whether it is located in the defective area or non-defective area. Therefore, the present invention can intuitively predict whether the material has defects during processing.
도 1은 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 판단맵부에 설정된 결함영역과 비결함영역을 도시한 것이다.
도 3은 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템에서 변형률 민감도를 연산하는 단계를 순서도로 도시한 것이다.
도 4a는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 판단부가 재료를 인식하는 것을 도시한 것이다.
도 4b는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템에서 가압되는 재료를 인지하는 것을 도시한 것이다.
도 4c는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 판단부가 재료의 결함 여부를 판단하는 것을 도시한 것이다.
도 4d는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 판단부가 재료의 비결함 여부를 판단하는 것을 도시한 것이다.
도 5는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 방법의 순서도이다.1 is a configuration diagram of the present invention's machining prediction system according to an embodiment.
Figure 2 shows a defective area and a non-defective area set in the judgment map unit of the inventor's machining prediction system according to an embodiment.
Figure 3 is a flow chart showing the steps of calculating strain sensitivity in the machining prediction system of the present invention according to one embodiment.
Figure 4a shows the determination unit of the present invention's processing prediction system according to one embodiment recognizing the material.
Figure 4b shows recognition of the material being pressed in the process prediction system of the present invention according to one embodiment.
Figure 4c shows the determination unit of the present invention's processing prediction system according to one embodiment to determine whether the material is defective.
Figure 4d shows the determination unit of the present invention's processing prediction system according to one embodiment to determine whether the material is non-defective.
Figure 5 is a flow chart of the present invention's machining prediction method according to one embodiment.
이하, 본 발명의 일실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. However, this is not intended to limit the scope of the present invention.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Additionally, the size or shape of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention are only for describing embodiments of the present invention and do not limit the scope of the present invention.
도 1은 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 구성도이고, 도 2는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 판단맵부에 설정된 결함영역과 비결함영역을 도시한 것이며, 도 3은 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템에서 변형률 민감도를 연산하는 단계를 순서도로 도시한 것이고, 도 4a는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 판단부가 재료를 인식하는 것을 도시한 것이고, 도 4b는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템에서 가압되는 재료를 인지하는 것을 도시한 것이고, 도 4c는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 판단부가 재료의 결함 여부를 판단하는 것을, 도 4d는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 시스템의 판단부가 재료의 비결함 여부를 판단하는 것을 도시한 것이다.Figure 1 is a configuration diagram of the inventor's machining prediction system according to an embodiment, Figure 2 shows the defective area and non-defect area set in the judgment map unit of the present inventor's machining prediction system according to an embodiment, and Figure 3 is A flowchart shows the steps of calculating strain sensitivity in the processing prediction system of the present inventors according to an embodiment, and Figure 4a shows the determination unit of the processing prediction system of the present invention according to an embodiment recognizing the material. 4B shows recognition of a pressed material in the processing prediction system of the present inventors according to an embodiment, and FIG. 4C shows the determination unit of the processing prediction system of the present inventors according to an embodiment determining whether the material is defective. 4d shows the determination unit of the processing prediction system of the present invention according to one embodiment to determine whether the material is non-defective.
도 1을 참고하여 본 발명의 가공 예측 시스템의 구성을 살펴보면, 본 발명인 가공 예측 시스템은 판단맵부(100) 및 판단부(200)를 포함할 수 있다.Looking at the configuration of the machining prediction system of the present invention with reference to FIG. 1, the machining prediction system of the present invention may include a decision map unit 100 and a decision unit 200.
판단맵부(100)는 3차원의 그래프가 설정되어 있다. 이 그래프는 도 2에서 도시된 바와 같이 결함영역(120)과 비결함영역(110)으로 설정되어 있다. 따라서 재료가 열간 성형 공정이 수행될 때, 이 재료는 결함영역(120) 또는 비결함영역(110)에 위치될 수 있다. 여기서 비결함영역(110)은 결함영역(120)을 제외한 부분 전체를 의미할 수 있다.The decision map unit 100 is set up as a three-dimensional graph. This graph is set to a defective area 120 and a non-defective area 110, as shown in FIG. 2. Accordingly, when the material is subjected to a hot forming process, the material may be located in the defective area 120 or the non-defective area 110. Here, the non-defect area 110 may refer to the entire portion excluding the defect area 120.
판단부(200)는 재료가 열간 성형 공정 수행 시 결함영역(120)에 있으면 해당 열간 성형 공정은 문제가 있음을 파악할 수 있으며, 비결함영역(110)에 있으면 열간 성형 공정에 문제가 없음을 파악할 수 있다. 이때 판단부(200)는 열간 성형 공정에 문제가 있으면 조건(온도, 변형률, 외력 인가 속도 등)을 변경할 수 있다. The determination unit 200 can determine that there is a problem in the hot forming process if the material is in the defective area 120 when performing the hot forming process, and can determine that there is no problem in the hot forming process if the material is in the non-defective area 110. You can. At this time, the determination unit 200 may change the conditions (temperature, strain rate, external force application speed, etc.) if there is a problem in the hot forming process.
이러한 결함영역(120)과 비결함영역(110)은 다음과 같은 방식으로 연산될 수 있다.These defective areas 120 and non-defective areas 110 can be calculated in the following manner.
당연하게도 에너지는 보존된다. 그러므로 재료를 변형시키는데 활용되는 에너지(외부에너지)와 재료가 소성 가공될 때 활용되는 에너지(내부에너지)의 합은 전체에너지와 동일할 것이다. 그러나 이는 이상적인 경우일 것이다. 실제에서는 이상적인 경우가 발생되지 않는다. 그러기에 재료를 가공 시 결함이 발생된다.Naturally, energy is conserved. Therefore, the sum of the energy used to transform the material (external energy) and the energy used when the material is plastic processed (internal energy) will be equal to the total energy. But this would be the ideal case. In reality, the ideal case does not occur. Therefore, defects occur when processing materials.
재료에 열간 소성 공정이 수행되어 재료가 변형되는 경우 재료는 변형 시 온도, 변형률 속도(strain rate), 변형률, 미세구조의 소멸(dissipative state of the microstructure)에 따라 물리적 상태를 확인할 수 있다.When a hot plastic process is performed on a material and the material is deformed, the physical state of the material can be confirmed according to the temperature at the time of deformation, strain rate, strain rate, and dissipative state of the microstructure.
재료의 각각의 물리적 상태는 열간 가공되는 온도, 재료를 가압하는 다이의 속도 및 변형량(extent of deformation)이 재료의 물리적 상태와 연관되어 있으나, 재료의 미세구조의 소멸(dissipative state of the microstructure)과 관련된 조건은 없었다.Each physical state of a material is related to the temperature at which it is hot-processed, the speed of the die pressing the material, and the extent of deformation, but the dissipative state of the microstructure of the material and There were no relevant conditions.
이에 Ziegler는 재료의 변형을 계(system)로 간주하고, 재료의 소성변형은 엔트로피 생성 원리와 동일하다는 것을 입증하였다. 그러므로 Ziegler의 이론을 토대로 재료의 미세구조의 소멸(dissipative state of the microstructure, 재료의 결함이라 함) 여부를 확인할 수 있게 되었다.Accordingly, Ziegler regarded the deformation of materials as a system and proved that plastic deformation of materials is identical to the principle of entropy generation. Therefore, based on Ziegler's theory, it was possible to check whether the dissipative state of the microstructure of the material (called a material defect) has disappeared.
본 발명은 위와 같은 이론을 토대로 결함영역(120)과 비결함영역(110)을 설정하고, 이를 도 2와 같이 판단맵부(100)를 형성한다.The present invention sets the defective area 120 and the non-defective area 110 based on the above theory, and forms the judgment map unit 100 as shown in FIG. 2.
이를 위하여 도 3에서 도시된 바와 같이 변형률 민감도(m)를 연산할 필요가 있다. 즉, 변형률 민감도(m)를 연산하고, 이를 활용하여 재료의 결함이 발생되는 결함영역(120)과 비결함영역(110)을 연산할 수 있다.For this purpose, it is necessary to calculate strain sensitivity (m) as shown in FIG. 3. In other words, the strain sensitivity (m) can be calculated and the defective area 120 and non-defective area 110 where material defects occur can be calculated using this.
도 3을 통하여 본 발명의 변형률 민감도(m)를 연산하는 과정을 살펴보면 재료의 변형률-stress확인단계, 변형률-flow stress를 연산단계, 변형률-flow stress를 수정하는 수정단계를 거쳐서 연산될 수 있다.Looking at the process of calculating the strain sensitivity (m) of the present invention through Figure 3, it can be calculated through a step of checking the strain-stress of the material, a step of calculating the strain-flow stress, and a modification step of modifying the strain-flow stress.
재료의 변형률-stress확인 단계는 특정된 재료를 기준으로 실험을 반복하여 데이터를 획득하는 단계이다. 즉, 어느 하나의 재료를 선정하고, 그후 특정한 온도에서 재료를 가압하여, 재료의 변형률(strain) 및 stress를 확인하는 단계이다. 여기서 재료는 다이 사이에 위치되어 가압 속도를 다르게 반복할 수 있다. 그러면 도 3의 가장 윗쪽에 있는 그래프를 획득할 수 있다.The step of confirming the strain-stress of a material is a step of acquiring data by repeating the experiment based on the specified material. In other words, this is the step of selecting a material, then pressurizing the material at a specific temperature, and checking the strain and stress of the material. Here, the material is placed between dies so that pressure can be repeated at different rates. Then, the graph at the top of Figure 3 can be obtained.
재료의 변형률-stress확인 단계에서는 온도와 가압속도를 다르게 하여 이를 반복한다. 즉 제1온도에서 재료를 가압하는 가압속도를 변경하며 데이터를 획득하고, 그후 제2온도에서 재료를 가압하는 가압속도를 변경하여 데이터를 획득한다.In the step of checking the strain-stress of the material, this process is repeated with different temperatures and pressurization rates. That is, data is acquired by changing the pressing speed of pressing the material at the first temperature, and then data is acquired by changing the pressing speed of pressing the material at the second temperature.
이를 반복한다면 다양한 재료의 변형률 및 stress를 확인할 수 있다.If you repeat this, you can check the strain and stress of various materials.
변형률-flow stress를 연산단계는 재료의 변형률-stress를 구한 후 이를 토대로 연산될 수 있다. 즉, 도 3에서 가장 윗쪽의 그래프에서 x값인 변형률(strain)을 고정하고, y값인 stress를 y값으로 하여 이 y값들을 모으면 도 3의 두 번째 도시된 바와 같은 그래프(변형률-flow stress)를 연산할 수 있을 것이다. 즉, 특정한 온도에서 변형률-flow stress에 관한 데이터를 획득할 수 있다. The strain-flow stress calculation step can be calculated based on the strain-stress of the material. In other words, if you fix the strain (strain), which is the You will be able to calculate it. In other words, data on strain-flow stress can be obtained at a specific temperature.
Ziegler의 이론을 기준으로 변형률-flow stress는 두 가지 에너지로 구분될 수 있을 것이다. 즉, 도 3의 두 번째 그래프의 선을 기준으로 아래는 재료의 소성 변형 및 온도 증가에 활용된 에너지(G)일 수 있으며, 선을 기준으로 위는 재료의 미세구조 변화에 소모되는 에너지(J)일 수 있다. 따라서 변형률 민감도(m)는 과 같이 소성 변형 및 온도 증가에 활용된 에너지(G)의 변화율 대비 재료의 미세구조 변화에 소모되는 에너지(J)의 변화율일 수 있다. 그러나 이러한 연산은 복잡한바, 연산을 보다 편하게 하기 위하여 삼차원 스플라인 보간법을 활용하고자 변형률-flow stress를 수정하는 수정단계가 수행된다.Based on Ziegler's theory, strain-flow stress can be divided into two energies. That is, below the line in the second graph of FIG. 3 may be the energy (G) utilized for plastic deformation and temperature increase of the material, and above the line may be the energy (J) consumed for changes in the microstructure of the material. ) can be. Therefore, strain sensitivity (m) is It may be the rate of change of energy (J) consumed for changes in the microstructure of the material compared to the rate of change of energy (G) utilized for plastic deformation and temperature increase. However, these calculations are complicated, so in order to make the calculations more convenient, a correction step is performed to modify the strain-flow stress to utilize three-dimensional spline interpolation.
변형률-flow stress를 수정하는 수정단계는 변형률과 flow stress에 각각 log에 관한 식으로 변환하는 단계이다. 이와 같이 연산을 수행하면 도 3에서 위에서 세 번째의 그래프를 획득할 수 있다. 그리고 이와 같이 연산된 결과를 토대로 다음과 같은 연산을 통하여 변형률 민감도(m)가 연산될 수 있다.The modification step of modifying strain-flow stress is the step of converting strain and flow stress into logarithmic equations, respectively. By performing the calculation like this, the third graph from the top in FIG. 3 can be obtained. And based on the results calculated in this way, strain sensitivity (m) can be calculated through the following calculation.
여기서, = 변형률 속도, = flow stress, = 변형률 민감도here, = strain rate, = flow stress, = Strain rate sensitivity
이와 같이 특정 온도에서 변형률 민감도(m)가 연산될 수 있다.In this way, strain sensitivity (m) can be calculated at a specific temperature.
그리고 변형률 민감도(m)를 활용하면 결함영역(120)과 비결함영역(110)을 연산할 수 있다. 여기서, 결함영역(120)은 비결함영역(110)이 연산된 후 연산될 수 있으므로, 비결함영역(110)을 연산하는 과정을 이하에서는 먼저 설명한 후 결함영역(120)을 설명하도록 하겠다.And by using strain sensitivity (m), the defective area (120) and non-defective area (110) can be calculated. Here, since the defective area 120 can be calculated after the non-defect area 110 is calculated, the process of calculating the non-defect area 110 will be described below first and then the defective area 120 will be described.
비결함영역(110)은 다음과 같은 식을 활용하여 연산될 수 있다.The non-defect area 110 can be calculated using the following equation.
이 식은 재료의 소성 변형 중 재료의 조직의 변화에 의해 분산되는 에너지의 상대적 효율을 의미한다. 모든 고효율의 영역은 실제의 동적 재결정과 같은 좋은 미세 구조적 변화가 일어나는 영역이기 때문에 미세 구조적 변화(J)에 더 많은 에너지를 가져야 한다. 그러므로 따라서 변형률 민감도(m)가 클수록 높은 효율의 미세구조적 변화가 일어난다. 그러므로 가 클수록 DRX(동적재결정), DRV(동적회복), super plasticity 측면에서 바람직하다고 볼 수 있으나 균열 및 기공 형성과 같은 일부 결함의 발생 또한 같은 효율을 가질 수 있다.This equation refers to the relative efficiency of energy dissipated by changes in the material's structure during plastic deformation of the material. All high-efficiency regions should have more energy for microstructural changes (J) because they are regions where good microstructural changes, such as actual dynamic recrystallization, occur. Therefore, the greater the strain sensitivity (m), the more efficient microstructural changes occur. therefore The larger the value, the more desirable it is in terms of DRX (dynamic recrystallization), DRV (dynamic recovery), and super plasticity, but the occurrence of some defects such as cracks and pore formation may also have the same efficiency.
이처럼 특정한 온도에서 재료의 변형률 민감도(m)를 연산하여 비결함영역(110)을 연산할 수 있다. 온도를 변화하며 재료의 변형률 민감도(m)를 연산하고, 이 값들을 3차원 그래프에 표현하면 도 2에 도시된 바와 같이 표현될 수 있다.In this way, the non-defect area 110 can be calculated by calculating the strain sensitivity (m) of the material at a specific temperature. If the strain sensitivity (m) of the material is calculated by changing the temperature and these values are expressed in a three-dimensional graph, it can be expressed as shown in FIG. 2.
한편, 재료의 결함이 발생되는 것은 변형 중인 재료에 의한 엔트로피 생성속도가 재료에 부과된 엔트로피 속도와 일치하지 않을 때 발생된다. 즉, 재료(계(system))에 생성된 엔트로피가 재료(계(system))에 적용된 재료의 변형률 속도보다 낮기 때문에 불안정성(instability)이 발생된다. Meanwhile, material defects occur when the rate of entropy generation by the material being deformed does not match the rate of entropy imposed on the material. In other words, instability occurs because the entropy generated in the material (system) is lower than the strain rate of the material applied to the material (system).
즉, 재료의 결함인 DRX(동적재결정), DRV(동적회복), super plasticity는 모두 고효율(power dissipation)에서 일어나며, 균열(Adiabatic shear bands, flow localization, dynamic strain ageing (DSA), kink bands)도 그러하다. 그러므로 재료 가공 시 결함은 높은 에너지가 소비되는 영역에서 발생된다.In other words, material defects such as DRX (dynamic recrystallization), DRV (dynamic recovery), and super plasticity all occur at high efficiency (power dissipation), and cracks (Adiabatic shear bands, flow localization, dynamic strain aging (DSA), kink bands) also occur. It is true. Therefore, during material processing, defects occur in areas where high energy is consumed.
이러한 불안정성의 영역은 다음과 같은 식으로 연산될 수 있다.This region of instability can be calculated as follows.
그리고, = 변형률 속도, = flow stress이다. and, = strain rate, = flow stress.
그리고 은 비결함영역(110)에서 연산된 일 수 있다. and is calculated in the non-defect area (110) It can be.
이와 같은 식에 따라 온도를 변화하며 재료의 변형률 민감도(m)를 연산하고, 이 값들을 3차원 그래프에 표현하면 도 2에 도시된 바와 같이 결함영역(120)을 획득할 수 있다.By calculating the strain sensitivity (m) of the material by changing the temperature according to this equation and expressing these values on a 3D graph, the defect area 120 can be obtained as shown in FIG. 2.
이처럼 변형률 민감도(m)를 기초로 하여, 판단맵부(100)를 연산할 수 있다.In this way, the judgment map unit 100 can be calculated based on the strain sensitivity (m).
도 4a, 4b를 통하여 판단부(200)가 재료의 결함 여부를 판단하는 것을 살펴보면, 판단부(200)는 재료를 구분하여 인지한다. 예를 들어 원통형으로 형성된 재료를 판단부(200)는 수많은 픽셀로 구분하여 인식한다. 그리고, 특정한 온도에서 재료가 가압되는 경우, 가압되는 외력의 세기, 가압되는 속도 등을 고려하여 각각의 재료들의 변형률 속도와 변형률을 연산하고, 이를 판단맵부(100)에 3차원으로 표시한다. 이를 통하여 재료의 각각이 결함영역(120)에 위치되는지, 비결함영역(110)에 위치되는지 판단한다.4A and 4B, the determination unit 200 determines whether a material is defective. The determination unit 200 recognizes the materials by classifying them. For example, the determination unit 200 recognizes a cylindrical material by dividing it into numerous pixels. In addition, when a material is pressed at a specific temperature, the strain rate and strain rate of each material are calculated by considering the strength of the external force being pressed, the speed of being pressed, etc., and displayed in three dimensions on the judgment map unit 100. Through this, it is determined whether each material is located in the defective area 120 or the non-defective area 110.
즉, 도 4a에 도시된 도면과 같이 직경 10mm, 높이 15mm의 재료를 가정하고, 이 재료를 상, 하로 동일한 속도로 가압한다고 가정하겠다. 여기서, 가압정도에 따라 도 4b와 같이 재료의 각각의 부분은 가압될 것이다. 이때 판단부(200)는 재료 각각의 변형률 속도(strain rate), 변형 온도, 변형률을 연산할 수 있다.That is, as shown in Figure 4a, assume a material with a diameter of 10 mm and a height of 15 mm, and this material is pressed upward and downward at the same speed. Here, each part of the material will be pressed according to the degree of pressing, as shown in Figure 4b. At this time, the determination unit 200 can calculate the strain rate, strain temperature, and strain rate of each material.
그리고 판단부(200)는 이 연산된 결과를 판단맵부(100)에 표현할 수 있다. 그러면 도 4c, 4d와 같은 그래프를 획득할 수 있다.And the decision unit 200 can express this calculated result in the decision map unit 100. Then, graphs like Figures 4c and 4d can be obtained.
만약 열간 소성 공정을 수행하면 재료에 결함이 발생되는 경우 도 4c와 같은 그래프를 획득할 것이다.If a hot sintering process is performed and a defect occurs in the material, a graph such as that shown in Figure 4c will be obtained.
판단부(200)는 이 경우 재료가 이러한 조건 하에서 공정이 수행되면 결함이 발생될 것으로 예측할 수 있다.In this case, the determination unit 200 may predict that a defect will occur in the material if the process is performed under these conditions.
이후 판단부(200)는 설정된 조건을 변경하여 다시 재료를 가압하는 연산을 수행할 수 있다.Afterwards, the determination unit 200 may change the set conditions and perform an operation to pressurize the material again.
일례로 판단부(200)는 재료를 가압하는 속도를 변화시킬 수 있다.For example, the determination unit 200 may change the speed at which the material is pressed.
일례로 도 4c와 같은 그래프를 수행하는 열간 공정이 특정한 온도에서 1mm/s로 움직이는 다이가 10초 동안 재료를 가압하여 획득한 것이라면(도 4a의 오른쪽 참조), 판단부(200)는 재료가 전반적으로 좌측에 치우쳐 짐을 인지하고, 2초 동안은 다이가 5mm/s에서 2mm/s의 속도로 감속하면서 재료를 가압하고, 그후 나머지 8초 동안 다이가 2mm/s로 재료를 가압하도록 조건을 변화시킨 채 재료들의 각 부분의 변형률과 변형을 연산할 수 있다. For example, if the hot process that performs the graph shown in FIG. 4C is obtained by pressing the material for 10 seconds with a die moving at 1 mm/s at a specific temperature (see right of FIG. 4A), the determination unit 200 determines whether the material is overall Recognizing that the load is biased to the left, the die presses the material while decelerating from 5 mm/s to 2 mm/s for 2 seconds, and then changes the conditions so that the die presses the material at 2 mm/s for the remaining 8 seconds. The strain rate and deformation of each part of the material can be calculated.
이 경우 도 4d와 같은 그래프와 같이 재료의 각 부분들이 비결함영역(110)에 위치되었다면, 판단부(200)는 재료를 가공 시 결함이 발생되지 않음을 확인할 수 있다. 판단부(200)는 이와 같은 조건을 출력할 수 있다.In this case, if each part of the material is located in the non-defect area 110 as shown in the graph of FIG. 4D, the determination unit 200 can confirm that no defect occurs when processing the material. The determination unit 200 can output such conditions.
이처럼 본 발명은 판단부(200)의 판단맵부(100)와 재료를 구분하여 인식하고, 재료의 결함 여부를 확인할 수 있다.In this way, the present invention can distinguish between the judgment map unit 100 of the judgment unit 200 and recognize the material, and check whether the material is defective.
도 5는 일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 방법의 순서도이다.Figure 5 is a flow chart of the present invention's machining prediction method according to one embodiment.
일 실시예에 의한 본 발명인 가공 예측 방법은 준비단계(S100), 판단맵생성단계(S200), 판단단계(S300)를 포함한다. 또한, 본 발명은 변경단계(S400)를 추가로 포함할 수 있다.The present inventor's machining prediction method according to one embodiment includes a preparation step (S100), a decision map generation step (S200), and a decision step (S300). Additionally, the present invention may additionally include a change step (S400).
준비단계(S100)는 조건과 재료를 설정하고, 이를 기반으로 결함영역(120)과 비결함영역(110)을 연산하는 단계이다. 즉, 준비단계(S100)는 특정한 온도에서 특정한 재료의 변형률-stress확인단계, 변형률-flow stress를 연산단계, 변형률-flow stress를 수정하는 수정단계를 거쳐서 변형률 민감도(m)를 연산하는 단계이다.The preparation step (S100) is a step of setting conditions and materials and calculating the defective area 120 and non-defective area 110 based on them. In other words, the preparation step (S100) is a step of calculating the strain sensitivity (m) through a step of checking the strain-stress of a specific material at a specific temperature, a step of calculating the strain-flow stress, and a modification step of modifying the strain-flow stress.
판단맵생성단계(S200)는 변형률 민감도(m) 및 전술한 수식들을 활용하여 결함영역(120)과 비결함영역(110)을 연산하여 3차원 맵으로 표시하는 단계이다. 따라서 재료의 결함의 판단의 기준이 되는 판단맵부(100)를 생성할 수 있다.The judgment map generation step (S200) is a step of calculating the defective area 120 and the non-defective area 110 using strain sensitivity (m) and the above-mentioned equations and displaying them as a three-dimensional map. Therefore, it is possible to create a judgment map unit 100 that serves as a standard for determining material defects.
판단단계(S300)는 재료에 외력을 인가하여 재료가 결함영역(120)에 위치되는지 또는 비결함영역(110)에 위치되는지 판단하는 단계이다. 여기서 재료는 전술한 바와 같이 픽셀과 같이 구분되어 인식된다. 판단부(200)는 각각의 재료의 부분들이 특정한 온도에서 변형률 속도(strain rate), 변형률(strain)들을 연산하여 각 부분들이 결함영역(120)에 있는지 비결함영역(110)에 위치되는지를 판단한다.The determination step (S300) is a step of applying an external force to the material to determine whether the material is located in the defective area 120 or the non-defect area 110. Here, materials are recognized separately as pixels, as described above. The determination unit 200 determines whether each part is located in the defect area 120 or the non-defect area 110 by calculating the strain rate and strain of each material part at a specific temperature. do.
여기서, 판단단계(S300)에서 구분된 재료 중 어느 일 부분이 결함영역(120)에 위치되면 조건을 변경하는 변경단계(S400)를 수행한다. 변경단계(S400)는 설정된 조건을 변화하는 단계이다. 일례로 설정된 조건은 열간 소성 공정에서의 온도, 외력의 세기인 변형률, 외력의 속도인 변형률 속도 등일 수 있다. Here, if any part of the materials classified in the determination step (S300) is located in the defective area 120, a change step (S400) to change the conditions is performed. The change step (S400) is a step to change the set conditions. For example, the set conditions may be the temperature in the hot plastic process, the strain rate that is the intensity of the external force, and the strain rate that is the speed of the external force.
그후 다시 판단단계(S300)를 수행한다. 여기서 재료의 각 부분이 비결함영역(110)에 위치되면 프로세스는 종료될 수 있다.Afterwards, the judgment step (S300) is performed again. Here, the process can be terminated when each part of the material is located in the non-defect area 110.
한편, 여기서 비결함영역(110)은 결함영역(120)이외의 다른 모든 영역을 포함할 수도 있다.Meanwhile, here, the non-defect area 110 may include all areas other than the defect area 120.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is known in the art that various improvements and changes can be made to the present invention without departing from the technical spirit of the present invention as provided by the following claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge.
100
:
판단맵부
110
:
비결함영역
120
:
결함영역
200
:
판단부100: Judgment map unit
110: Non-defect area
120: defective area
200: judgment unit
Claims (9)
재료를 가공할 때 상기 재료가 손상되는 결함영역과 손상되지 않는 비결함영역이 미리 저장된 판단맵부; 및
상기 재료에 외력이 인가되면 상기 재료가 상기 결함영역 또는 상기 비결함영역에 위치되는지 판단하는 판단부
를 포함하는 가공 예측 시스템.In the processing prediction system,
a judgment map unit in which defective areas in which the material is damaged and non-defective areas in which the material is not damaged are stored in advance when processing the material; and
When an external force is applied to the material, a determination unit that determines whether the material is located in the defective area or the non-defective area.
A machining prediction system including.
상기 결함영역과 상기 비결함영역은
온도에 따른 재료의 변형률 속도와 상기 온도와 상기 변형률 속도에 따른 변형률을 고려하여 설정되는 것
을 특징으로 하는 가공 예측 시스템.According to paragraph 1,
The defective area and the non-defective area are
It is set considering the strain rate of the material according to temperature and the strain rate according to the temperature and the strain rate.
A machining prediction system characterized by .
상기 결함영역과 상기 비결함영역은
변형률 민감도를 이용하여 연산되는 것
을 특징으로 하는 가공 예측 시스템.According to paragraph 2,
The defective area and the non-defective area are
Calculated using strain sensitivity
A machining prediction system characterized by .
상기 판단부는
설정된 형상의 재료를 구분하여 인지하고, 특정한 온도에서 외력이 인가되는 재료의 각각의 상기 변형률 속도와 상기 변형률을 고려하여 연산한 연산값이 상기 결함영역 또는 비결함영역에 위치되는지 판단하는 것
을 특징으로 하는 가공 예측 시스템.According to paragraph 2,
The judgment department
Identifying and recognizing materials of a set shape, and determining whether the calculated value calculated by considering the strain rate and strain rate of each material to which external force is applied at a specific temperature is located in the defective area or non-defective area.
A machining prediction system characterized by .
상기 판단부는
상기 재료가 결함영역에 위치되면 상기 재료가 비결함영역에 위치되도록 설정된 조건을 변경하는 것
을 특징으로 하는 가공 예측 시스템.According to paragraph 4,
The judgment department
When the material is located in a defective area, changing the set conditions so that the material is located in a non-defective area.
A machining prediction system characterized by .
상기 판단부가 변형하는 설정된 조건은
상기 재료를 가압하는 외력의 세기인 변형률과, 상기 재료를 가압하는 속도인 변형률 속도와, 온도인 것
을 특징으로 하는 가공 예측 시스템.According to clause 5,
The set conditions that the judgment unit changes are
Strain rate, which is the strength of the external force pressing the material, strain rate, which is the speed of pressing the material, and temperature.
A machining prediction system characterized by .
설정된 온도에서 재료에 외력을 가하여 재료가 손상되는 결함영역과 상기 재료가 손상되지 않는 비결함영역을 확인하여 저장하는 준비단계;
상기 결함영역과 상기 비결함영역이 3차원 영역에 배치된 판단맵부를 연산하는 판단맵생성단계;
상기 재료에 외력을 인가하여 상기 재료가 상기 판단맵부의 결함영역 또는 비결함영역에 위치되는지 확인하는 판단단계
를 포함하는 가공 예측 방법.In the processing prediction method,
A preparation step of applying an external force to the material at a set temperature to identify and store defective areas where the material is damaged and non-defective areas where the material is not damaged;
A decision map generating step of calculating a decision map unit in which the defective area and the non-defective area are arranged in a three-dimensional area;
A determination step of applying an external force to the material to determine whether the material is located in a defective area or non-defection area of the judgment map unit.
Processing prediction method including.
상기 결함영역과 상기 비결함영역은
온도에 따른 재료의 변형률 속도와 상기 온도와 상기 변형률 속도에 따른 변형률을 고려하여 설정되는 것
을 특징으로 하는 가공 예측 방법.In clause 7,
The defective area and the non-defective area are
It is set considering the strain rate of the material according to temperature and the strain rate according to the temperature and the strain rate.
A machining prediction method characterized by .
상기 판단단계에서
상기 재료가 결함영역에 위치되면 상기 재료가 비결함영역에 위치되도록 외력 설정된 조건을 변경하는 변경단계를 수행하는 것
을 특징으로 하는 가공 예측 방법.
According to clause 8,
At the above judgment stage
When the material is located in the defective area, performing a change step to change the external force set conditions so that the material is located in the non-defect area.
A machining prediction method characterized by
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