NO319343B1 - Fremgangsmate ved modellering av formingen av et anisotropt ark - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt bearbeiding av formbare materialer, og mer spesifikt en fremgangsmåte for å forme metallplater til nyttige produkter, der verktøy er utformet ved å bruke matematiske modeller som bygger på finite element analyseteknikker (FEA) for å optimalisere formingsoperasjoner, utforming av verktøy og produktenes bruksegenskaper.

Bakgrunn

Mange produkter blir fremstilt ved stansing, pressing eller lokking av et utgangsmateriale slik at dette omformes til en del eller komponent med anvendbar form og funksjon. Den foreliggende oppfinnelse vedrører den matematiske model-lering av mekanismer ved materialflyt og bearbeiding og er spesielt rettet mot deformasjon av metallplater (f.eks. aluminium) ved å anvende formverktøy og former for å fremstille et vidt spekter av produkter, fra bokser for drikkevarer til komponenter for anvendelse i biler.

Ved planleggingen av formen på et produkt, så som en boks for drikkevarer, er det viktig å forstå hvordan deforma-sjonsprosessen vil påvirke det blanke platematerialet.Finite element analysekoder som kan fåes gjennom flere selskaper, kan brukes til å analysere plastisitet, flyt- og deformasjonsegenskaper for å optimalisere formingsoperasjoner, design av formverktøy og produktbruksegenskaper gjennom utforming av produktene. Disse modellene kan resul-tere i verktøy som forbedrer produktkvalitet såvel som redusering av produktkostnader. Dugeligheten til slike finite element modeller er i stor grad bestemt av hvordan materialegenskapene er beskrevet i disse.

For å fatte kompleksiteten ved å modellere deformasjonspro-sessen, er det nyttig å forstå noen grunnleggende begreper innenfor mekanisk metallurgi inklusive begrepene flyte-spenning, knaherding (workhardening) og belastningsbane.

Når noen typer av eksternt belastningsutstyr, slik som et strekkfasttest-apparat deformerer et metall , er den første response elastisk, med lineær sammenheng mellom stress og belastning. Ved en viss stressverdi, bestemt av metallets mikrostruktur, begynner en plastisk deformasjon og responsen er ikke lenger lineær, men omfatter nå både elastisk og plastisk deformasjon. Stressgrensen definerer styrken av metallet når plastisk deformasjon begynner.

Deformasjon utover stressgrensen erkarakterisert vedknaherding (workhardening) som resulterer i at spenningen øker med stadig avtagende hastighet inntil en sviktmekanisme inntrer og prøven brekker. Således er stressgrenseverdien og knaherdingskurven (workhardening-kurven) de to funda-mentale størrelser som definerer plastisk deformasjon av metaller.

Forming av metallplater til industrielle eller konsumpro-dukter (f. eks. bokser og bilkomponenter) skjer ved multiaksiale belastningsbetingelser, ikke slik som ved den enkle uniaksiale bane som beskrevet ovenfor (strekktesting). I slike tilfeller er deformasjonen beskrevet gjennom belastningsbanen. Belastningsbanen er definert gjennom den plastiske belastningstensor.

En tensor er en matematisk størrelse som er hensiktsmessig for å beskrive forskjellige fysiske egenskaper. De fleste fysiske egenskaper kan beskrives gjennom en skalar, en vektor, eller en tensor.

En skalar størrelse kan spesifiseres gjennom et enkelt tall (f. eks. temperatur eller masse), mens en vektor må beskrives gjennom to verdier, så som størrele og retning (f. eks. hastighet og kraft).

En tensorkvantitet er en enhet av høyere orden som krever mer enn to verdier, dvs. mer enn en enkelt størrelse og retning. For eksempel er en belastningstensor en 3x3 faktor hvor hvert enkelt ledd er definert gjennom belastningen i et gitt plan i en gitt retning. Ettersom to retningscosi-nuser er nødvendig for omformingene, er en belastningstensor en tensor av annen grad.

Den plastiske belastningstensor (eller belastningsverdi) er en tensor av annen grad som kan utrykkes som en 3x3 matrise og i prinsippet har aksene formen:

De vanlige belastningsbanene og deres assosierte verdier for de plastiske belastningstensorkomponenter er gjengitt nedenfor:

Begrepene som vedrører den uniaksiale stress-belastningskurve er utvidet til multiaksial plastisitet ved å definere størrelsene effektivt stress og effektiv belastning, aeff(sigmaeff) og eatI(epsiloneff) , som er funksjoner av kompo-nentene for stress- og belastningstensorene. Begrepene som vedrører stressgrense og knaherding (workhardening) er dermed utvidet til multiaksiale betingelser ved å bruke aeff(sigmaetf) og ett (epsilone£{) a (sigma) og e (epsilon) som ved et uniaksialt tilfelle.

Spesifikt er effektiv spenning gitt ved den andre invariant av spenningstensoren, og plastisitet er referert til enten som J2 eller von Mises.

For et isotropisk platemateriale er plastisitetsegenskapene ikke avhengige av retning eller belastningsbane, og det er kun den uniaksiale stress-belastningskurve som er nødvendig for å beskrive forming av platen til et produkt. Imidlertid når aluminiumplatemateriale blir valset er dette anisotropisk og innebærer at noen av de mekaniske egenskapene ikke vil være like i alle retninger.

Fordi valset platemateriale er anisotropisk er stressgrensen såvel som knaherding (workhardening) avhengig av retningen i platematerialet og belastningsbanen. For eksempel for aluminiumboksråmateriale, ligger spennings-belastningskurven for en prøve som er skåret med spennings-aksen i valseretningen, under kurven for en prøve som er skåret på tvers av valseretningen. Ved multiaksiale stress-betingelser må man nå erstatte konseptet med et stressgren-sepunkt med et stressgrenseplan som i multidimensjonalt spenningsrom definerer grensen mellom elastisk og plastisk respons.

Knaherding (Workhardening) manifesteres som en økning i avstanden fra utgangspuktet for stress til et punkt på stressoverflaten. Således endrer knaherding (workhardening) ikke bare størrelsen, men også formen på stressoverflaten.

Anisotropisitet for et platemateriale er bestemt gjennom den krystallografiske struktur. Det vil si gjennom hvordan krystallene som platematerialet er bygd opp av er orien-tert. Ettersom en enkelt krystalls egenskaper i høy grad er anisotrope vil anisotropisiteten for et platemateriale av-henge av krystallenes orientering i materialet. Derfor er "orientation distribution function" (ODF) en fundamental egenskap for en plate. Det er forskjellige typer analyse-programmer som bruker krystallografisk struktur.

Den krystallografiske struktur for platemateriale fastleg-ges eksperimentelt gjennom røntgen eller neutrondiffrak-sjon. ODF og vekttabeller beregnes på grunnlag av "pole figure data". Sistnevnte er spesielt viktig fordi den definerer volumandelen av krystaller som har en bestemt orientering. Typisk er at vektene for minst 600 diskrete orienteringer er bestemt ved eksperimentelle diffraksjon-data og gir avgjørende input for krystall- plastisitetsbe-regninger.

En analyseteknikk som bruker krystallografisk struktur er materialpunktsimulatoren (MPS), som anvender krystallplastisitetsteori for å beregne respons av en liten mengde av et materiale som utsettes for en spesifisert belastningsbane. Respons for aggregatet beregnes fra den veide respons for hvert krystall i aggregatet. Stressgrense for enkeltkrystaller og knaherdingsparameterene (work-hardeningparameterene) er bestemt med en iterativ prosedyre for å stemme overens med det som er forutsagt på grunnlag av simulering til en målt stress-belastningskurve (generelt uniaksial spenning og kompresjon).

Når den enkelte krystalls verdier er bestemt, kan stress og belastning beregnes for hvilken som helst belastningsbane. I tillegg til konvensjonell knaherding (workhardening) omfatter vanligvis beregningene utvikling av struktur under deformasjon langs belastningsbanen. Sammenligning mellom målte og forutsagte strukturer etter deformasjon gir faktisk hovedgrunnlaget for godkjenning av materialpunkts-simulatorer.

En ytterligere analyseteknikk som brukes for å modellere

forming og bruksegenskaper for produkter fra platemateriale er finite elementanalyse (FEA). Ved en FEA inndeles platen i elementer, typisk fra noen få hundre ved enkle analyser til 100 000 eller flere for kompliserte deler og formingsprosesser.

Verktøyet som blir brukt for å forme en del blir også masket (meshed) og kontakt mellom verktøy og plate blir tillatt på en slik måte at den simulerte bevegelse av verktøyet i modellen deformerer platen og lager en virtuell del akkurat slik som virkelig verktøy lager en del i en fabrikk. Derfor er det ikke nødvendig å vite a priori belastningsbanen som blir fulgt for hvert element ved formingsoperasjonen. Den er ganske enkelt en respons på verktøyets bevegelse.

Eksempler på bruk av FEA for å forme produkter fra plater er gitt i U.S- Patent Nos. 5,128,877, 5,379,227, 5,390,127, og 5,402,366. De tre første av disse patentene angir metoder for oppspenning av formverktøy for metallplater som omfatter gjengivelse av metallplatemateriale som nettverk og omfatter pluralitet av noder og assosierte elementer. En datamaskin bestemmer stresstilstanden for et prøvepunkt basert på inkrementell deformasjonsteori for plastisitet ("displacement method" som er beskrevet er en FEA). Det fjerde patentet angir en metode for simulering av en formingsprosess som bruker FEA og en partikkelflytmodell. Disse fremgangsmåter involverer ikke noen distinksjon mellom anisotropiske og isotropiske egenskaper ved platematerialet .

Plastisitetsegenskapene for et enkelt element (eller mer presist, for hvert integrasjonspunkt innenfor elementet) er definert gjennom definisjonen for stressoverflate og herdningsloven og omfatter de vesentlige materialdefini-sjoner som er nødvendig for analysen.

Den aller største delen av FEA bruker bruker isotropisk, von Mises plastisitet, for førstnevnte og enkel uniaksial stress-belastningskurve for sistnevnte.

Det er ofte en vansklighet at belastningene ved en formingsprosess kan overskride (i noen tilfeller med en faktor 10 eller mer) de belastninger som oppnåes ved beskrivele av platen i laboratoriet. I slike tilfeller må FE-analytikeren fremskaffe koden ved ekstrapolering av de eksperimentelle data til belastninger utover dem som på-føres gjennom verktøyet under formingsprosessen. Det er ikke enkelt å oppfylle dette krav ettersom herdingen avhenger både av belastning og belastningsbane, i og med evolu-sjon av struktur under formingsprosessen.

I mange tilfeller, og spesielt for plater i aluminiumlegering, bør anisotropi inkluderes i en FEA. Det er to grunnleggende muligheter for å gjøre dette. I løpet av de siste femti år er mange forskjellige analytiske funksjoner blitt foreslått for å erstatte den for isotropi von Mises. Bemerkelsesverdige er formuleringer av Hill i 1948, 1979 og 1990, Karafillis & Boyce i 1993 og Barlat i 1989, 1991 og 1997. Fremgangsmåten med den analytiske funksjonsanalyse

lider av to vanskligheter.

For det første, siden funksjonen er et relativt enkelt, lukket algebraisk uttrykk kan den bare formidle en tilnær-melse til formen på den aktuelle stressede overflaten i seksdimensjonalt belastet rom. Faktisk er i mange tilfeller det tillatte stressrom for analytiske stressfunksjoner blitt redusert til dem som er hensiktsmessig for plan-stressdeformasjon.

For det andre må konstantene i disse funksjonene bestemmes eksperimentelt, fra målinger i laboratoriet av anisotropi ved stressgrensen og/eller r-verdien (forholdet mellom bredde- og tykkelsesbelastning i en strekktest) for forskjellige belastningsbaner og retninger i platen. Typisk er det nødvendig med fem eller flere målinger for å evaluere konstantene i en analytisk grensefunksjon.

Den andre muligheten er å bruke krystallplastisitet for å definere egenskapene for hvert element. Essensielt innebærer dette å gjennomføre en materialpunktsimulatorberegning for hvert integrasjonspunkt for hvert element ved hver iterasjon av FEA. Mens bruk av analytiske funksjoner øker datamaskinprosesseringstid (CPU) med en faktor på to til tre sammenlignet med en von Mises-beregning, kan bruk av fullstendig koblet krystallplastisitet øke CPU tiden"by orders of magnitude" og er på det nåværende tidspunkt bare gjennomførbart for de minste modeller og ikke praktisk for simulering av virkelige formingsprosesser.

Derfor ville det være ønskelig å fremskaffe en metode for å inkludere anisotropibetraktninger i en FEA uten å betale den enorme kostnad ved å kreve full krystallplastisitets-beregninger for hver iterasjon (eller til og med hver tiende eller hundrede iterasjon) ved en analyse. Videre ville det være fordelaktig hvis metoden kunne omfatte karakterisering av stressoverflaten og herding som ble definert i et seksdimensjonalt stressrom simulert med FEA.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Det er derfor et mål med den foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en forbedret fremgangsmåte ved forming av metallplatemateriale til forskjellige produkter.

Et annet mål med den foreliggende oppfinnelse er det å fremskaffe en metode som bruker matematiske (beregnings-bare) modeller til å optimalisere verktøyutforming og formingsprosesser slik at de formede gjenstander får de ønskede egenskaper.

Det er også et annet mål med den foreliggende oppfinnelse, nemlig å fremskaffe en matematisk modell som bygger på finite element analyseteknikk (FEA) og tar i betraktning anisotropiske verdier ved metallplatemateriale uten å kreve overdreven datamaskintid.

Det er et hovedmål med den foreliggende oppfinnelse å

inkorporere anisotropi i en finite element analyse uten den

vanlige straff i CPU-tid for å gjøre dette, ved å dekoble anisotropiberegningene fra finite-element-beregningene.

De forannevnte mål oppnåes gjennom de følgende fire trinn i en analyse av en formingsprosess: 1. Uniaksial spenning- (eller trykk) kurver og krystallografisk strukturdata som er fremskaffet eksperimentelt fra platen blir brukt til å kalibrere konstantene i et passende krystallplastisitet-materialpunktsimulator. Materialpunktsimulatoren kan så brukes til å generere effektiv stress - effektiv belastningskurver for forskjellige mulige be-las tningsbaner. Disse danner en skare med øvre og nedre grenser. 2. Finite elementanalysen utføres fortrinnsvis ved å bruke et lokalt koordinatsystem som følger platens stivt - legeme-bevegelse under formingen. På denne måten vil ten-soren for plastisk belastning (eller belastningshastighe-ten) være definert i et koordinatsystem som består av retninger parallellt til valseretningen, perpendikulært på valseretningen og gjennom platens tykkelse. Trinnene en og to definerer anisotropisiteten som er nødvendig for en FEA. 3. Belastningsbanen må bestemmes for hvert finite element ved alle konvergerende trinn (eller på forhånd definerte intervaller i analysen). Dette kan oppnåes på flere måter med økende kompleksitet: Ved å kontrollere verktøyets geometri og formingsprosessen

(dvs. valsing eller dyptrekking)

eller

ved å gjennomføre en Isotropisk analyse med en enkel stress-belastningskurve (si uniaksial spenning) for formingsprosessen og ekstrahering av den nødvendige belastningsbane for hvert element i en etter-prosess modus,

eller ved å beregne en parameter for hvert konvergert trinn i analysen som avhenger av den spesifikke tilstand for hvert elements belastningstensor. 4. En egnet stress-belastningskurve for hvert element velges så fra kurveskaren beskrevet i (1) ovenfor. I det enkleste tilfelle velges den nedre grense for alle elementer (uavhengig av deres virkelige baner). Dette gir en nedre grense analyse med de laveste grenser for spenninger i platen og verktøybelastninger - Det neste nivå for so-fist ikering av analysen er å definere grupper av elementer som har like belastningsbaner (dvs. en skare som omfatter toppen av en krumning) og tilordner til hver gruppe en av spenningsbelastningskurvene fra skaren av kurver som er beskrevet i (1) ovenfor.

Prosedyren kan betraktes som analog til å definere tempera-turavhengige stress-belastningskurver i en finite element modell hvor parameteren som definerer belastningsbanen kommer istedenfor temperatur.

Resultatet er en finite element modell som stemmer nært overens med eksperimentelt bestemte data og som krever mye mindre beregningstid (CPU) sammenlignet med tidligere fremgangsmåter .

Målsetningene som er nevnt ovenfor såvel som tilleggsmål-setninger, egenskaper og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil bli klare gjennom følgende detaljerte beskrivelse.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De nye egenskapene som man mener er karakteristiske for oppfinnelsen er fremsatt i kravene som er vedlagt. Imidlertid forståes oppfinnelsen, såvel som den prefererte modus for anvendelse, ytterligere mål og fordeler, best gjennom å henvise til den følgende detaljerte beskrivelse av en illustrerende anvendelse, lest sammen med de medfølgende tegninger hvor: Figur 1 er et perspektivbilde av valseprosessen som brukes til å forme metallplater med anisotrope egenskaper, som er inkluderet i en analyse av verktøy, utført i overenstemmelse med den foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et snitt av verktøyet som er tilpasset for forming av en boksbunn fra legert aluminiumplatemateriale, hvor finite element analyse er gjennomført for å optimalisere verktøyutforming og formingsoperasjon ved å bruke den nye fremgangsmåte med å beskrive de anisotropiske material-verdier av råemnet i overenstemmelse med den foreliggende oppfinnelse. Figur 3 er et skjema som beskriver den logiske flyt ved gjennomføring av en finite element analyse (FEA) for forming av en modell i overenstemmelse med foreliggende oppfinnelse, slik at anisotropiske egenskaper er koblet fra analysen. Figur 4 er et blokkdiagram for et datamaskinsystem som kan tilpasses for å gjennomføre FEA i overenstemmelse med den foreliggende oppfinnelse og Figur 5 er et skjema som beskriver den logiske flyt ved utforming av verktøy og formingsoperasonene som er nød-vendig for å fremstille en del med optimale egenskaper under anvendelse av plastisitetsmodellen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

BEST MATE( R) FOR A GJENNOMFØRE ( BRUK AV) OPPFINNELSEN

Med referanse til figurene, og spesielt til figur 1, er beskrevet dannelsen av en metallplate 10 med en konvensjonell valseprosess. Som forklart nedenfor, kan forskjellige gjenstander fremstilles fra plate 10. Formingspro sessen og bruksegenskaper for slike produkter kan optimeres i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Plate 10 kan for eksempel formes fra en valset aluminiumlegering. De mekaniske (deformasjons-)egenskaper for plate 10 er anisotropiske som et resultat av orienteringen av krystallene som danner platen. Således vil de mekaniske egenskaper variere i forskjellige retninger i platen som indikert med tre piler i figur 1.

Videre med referanse til figur 2 er et emne 12 skåret fra plate 10 formet til en gjenstand ved bruk av verktøy 14. Verktøyutforming og prosess og egenskapene til produktet det fremstilte produkt kan optimaliseres med FEA, i over-ensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse. I den beskrevene utførelsesform, er avbildet en generisk repre-sentasjon av verktøyet for å fremstille en boksbunn, verktøy 14 som vanligvis består av et stanseverktøy 18, en form (eller krumningsplugg) 16 og en låsering. Verktøyet 14 kan omfatte andre konvensjonelle komponenter slik som en stamper eller stempel (ikke vist) som er festet til stanseverktøyet, hvorved stanseverktøyet blir presset inn i formen16 for å forme emnet 12 til den ønskede form.

Verktøykomponentene 14 kan konstrueres av konvensjonelle materialer, spesielt verktøystål eller wolframkarbid. I denne spesielle implementeringen er verktøyet konstruert for å forme emnet 12 til bunn i en drikkeboks. De som er dyktige i faget vil imidlertid verdsette at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til dette eksempelet, ettersom den kan anvendes for å utforme verktøy for en rekke ferdige produkter og komponenter med forskjellige størrelser og former.

Den foreliggende oppfinnelse fremskaffer en ny beregningsmodell for simulering av deformasjon og materialflyt, spesielt metallplateemner slik som emnet 12. Denne modell kan brukes til optimal utforming av verktøy og valg av materialspesifikasjoner (så som tykkelsen på emnet).

Som påpekt ovenfor brukes finite elementanalyse (FEA) ved konvensjonelle analyseteknikker for å modellere plastisitet og formbarhet. Den foreliggende oppfinnelse forbedrer disse teknikker ved å inkorporere anisotropiegenskaper ved emnet i en finite element modell. Den nye beregningsmodellen oppnår denne effekt ved å koble ut de anisotropiske beregninger fra DEA som vist lengre nedenfor. Resultatet er en modell som ikke bare er i nær overenstemmelse med eksperimentelt genererte data, men som også krever mye mindre datamaskintid (CPU) for fullstendig gjennomkjøring, enn konvensjonelle modeller som simulerer forming av anisotropi sk platemateriale, og derfor er mye mindre kostbart å utføre.

I henhold til en illustrerende implementering av den foreliggende oppfinnelse er en materialpunkts-simulator-beregning (MPS) koblet fra FEA, hvorved en isotropisk FEA plastisitetsmodell tillates å fange opp anisotropi. Som påpekt ovenfor er målet med FEA å gjøre det mulig å forutsi et produkts response på eksterne belastningsbetingelser som ofte fører til mekanisk ustabilitet og knekking eller buling. Når en bekreftet forutsigelse av bruksegenskaper er nødvendig, må en formingsmodell kjøres før bruksegenskaps-modellen for å beregne metallfortynning, nivåer for knaherding (workhardening) og reststress før påføring av bruksegenskapsbelastninger.

For både formings- og bruksegenskapsmodellene som utgjør FEA, er valg av egnet beskrivelse av materialreaksjoner kritisk for forutsigbarhet med FEA. I henhold til en illustrerende implementering av den foreliggende oppfinnelse er en materialpunkts-simulator-beregning koblet fra FEA og gjør det dermed mulig å bruke en isotropisk (von Mises) plastisitetsmodell for å fange opp materialanisotropi.

MPS-beregninger krever eksperimentelle målinger av den kry-stallograf iske struktur og minst en stress-belastningskurve for å kalibrere "hardening law" i MPS. Med MPS kalibrert på denne måten beregnes en skare av stress-belastningskurver for forskjellige belastningsbaner som vanligvis forekommer ved formingsoperasjoner. Denne skare av kurver vil ha veldefinerte øvre og nedre grenser.

Derfor ligger den egnede kurve for enhver spesifisert belastningsbane mellom to veldefinerte grenser. FEA-beregningene krever definisjon av geometri og bane for verk-tøy (generelt fremskaffet ved å bruke en passende CAD pak-ke) , masking (meshing) av verktøy og emne, og viktigst, tilordne en materialstress-belastningskurve til hvert element.

Sistnevnte trinn kan i henhold til den foreliggende oppfinnelse gjøres på to måter: Før finite elementanalysen kjøres, eller under selve analysen. For førstnevnte kan en passende stress-belastningskurve for et element eller gruppe av elementer tilordnes ved undersøkelse og generell for-ståelse av samspillet mellom verktøy og emne, eller ved å gjennomføre en isotropisk analyse (før den ønskede FEA) for å bestemme belastningsbanen for hvert element i en gruppe elementer og på denne måten gjøre det mulig å tilordne en passende stress-belastningsbane til hver enkelt.

Alternativt kan tilordning av den anslåtte stress-belastningskurve oppdateres ved hvert konvergerte trinn, eller med regelmessige intervaller av konvergerte trinn i analysen, ved å relatere den løpende plastistiske belastningstensor for hvert element til en skare av tidligere definerte stress-belastningskurver. Fremgangsmåten med å koble materialanisotropi fra FEA er oppsummert i figur 3.

Den nye beregningsmodell i den foreliggende oppfinnelse kan gjennomføres på det eksemplifiserte datamaskinsystem 30 i figur 4. Et slikt system vil inneholde en eller flere sen-trale prosesseringsenheter, CPU's, med en passende "random accsess memory" RAM, og lagringskapasitet så som hard disk eller tape, IO utstyr for sammenkobling med perifere enhe-ter, så som fremvisningsskjermer og skrivere.

Systemet kan stå alene som for eksempel en enkelt arbeids-stasjon eller personlig datamaskin, eller kan bestå av en samling av nettverks-CPU'er 32, som omfatter server 34, (generelt med flere CPU'er) og flere individuelle arbeids-stasjoner eller personlige datamaskiner, knyttet sammen med et Ethernet eller fiberoptisk nettverk. MPS og FEA beregningene kan utføres med software installert på CPU'ene i nettverket under anvendelse av enten en tredje-parts datamaskinkoder (dvs. ikke begrenset til HKS Inc. Abaqus eller LSTC LS- Dyna) eller spesielle koder skrevet og utvi-klet i huset.

Som påpekt ovenfor brukes den nye beregningsmodellen som er beskrevet til å optimalisere formingsoperasjoner, utforming av verktøy og produktegenskaper. Denne fremgangsmåten er vist generelt i figur 5. En spesifikk verktøyutforming for en bestemt gjenstand foreslåes først (50). Prosedyren beskrevet i figur 3, gjennomført med datamaskinsystemet beskrevet i figur 4, appliseres så på den opprinnelige utformingen (52). Den "faktiske" gjenstand hvis fremstilling er simulert blir så analysert med hensyn til produktegenskaper (54). Hvis produktet ikke møter spesifika-sjonene (56) må verktøy og fremgangsmåte eller operasjoner utformes på nytt.

For eksempel, med referanse til verktøyet 14 på figure 2, hvis krumningsmottrykket på den "faktiske" boksbunn, pro-dusert med formingssimuleringen og bestemt med produktegen-skapsanalyse, er for lav, kan geometri på krumningspluggen og/eller stansens bevegelse endres og en fullstendige FEA bli gjentatt. Trinnene 50 til og med 58 gjentaes etter behov inntil en tilfredsstillende utforming er funnet. En avgjørende del av prosedyren er å kontrollere modellens forutsigelser sammenlignet med en (vanligvis den første) utforming av prototypkomponenten.

Anvendelse av denne kontroll sikrer at modellen virkelig simulerer både formings- og bruksegenskapsoperasjonene korrekt. Modifisering av verktøy og formingsprosessene kan så gjøres med rimelig grad av sikkerhet. Så snart optimali-seringsprosedyren beskrevet i figur 5 er fullstendig kan produksjonsverktøy fremstilles (60).

Selv om oppfinnelsen er beskrevet med referanse til spesifikke utførelsesformer er disse beskrivelser ikke ment å tolkes på en begrensende måte. Forskjellige modifikasjoner av de utredede utførelsesformer, så vel som alternative utførelser av oppfinnelsen, vil bli klare for personer med kyndighet i håndverket ved referanse til beskrivelsen av oppfinnelsen.

For eksempel, mens beskrivelsen i det foregående gjelder metallplater, kan den foreliggende oppfinnelse brukes ti å forutsi deformasjon og formingsmuligheter for ikke metal-lisk materialer. Det er derfor tenkt at slike modifikasjoner kan gjøres uten å avvike fra mening med og omfang av den foreliggende oppfinnelseBom definert i de vedlagte krav.

INDUSTRIELT APPLISERINGSPOTENSIAL

Fremgangsmåten omfattet av den foreliggende oppfinnelse har potensial til å brukes i materialbearbeidingsindustri.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en gjenstand (60)karakterisert vedtrinnene: (a) fremstilling av et emne (12) av materiale med anisotropiske mekaniske egenskaper; (b) utforming av verktøy (14) for tilvirking av gjenstanden ved å forutsi flyt og deformasjon av emnet ved å anvende en formingsanalyse (52) i hvilken en isotropisk finite elementanalyse (isotropisk FEA) av emnet anvendes sammen med en separat utkoblet analyse av de anisotropiske deformasjonsegenskapene ved emnet; og (c) forming av gjenstanden fra emnet ved bruk av verktøyet utformet i trinn (b).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1karakterisert vedat emnet er hovedsakelig flatt og er formet fra valset plate med anisotropiske mekaniske egenskaper.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2karakterisert vedat den valsete platen er en metallplate (10) og at formeanalysen inkluderer trinnene av å kalkulere responsen av en mindre mengde av emnet under anvendelse av krystallplastisitetsteori.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3karakterisert vedat formeanalysen inkluderer trinnene: representering av emnet og verktøyet ved masker som har flere elementer; definering av et sett med stress-belastningskurver som avhenger av emnets anisotropi gjennom bruk av en krystall-plastisitets materialpunktsimulator; tilegne en passende stress-belastningskurve fra settet til hvert element av emnet, og utføring av finite elementanalyser for å simulere formingen av gjenstanden og dets ytelse etter forming.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4karakterisert vedat trinnet for å definere en stress-belastningskurve for hvert element inkluderer trinnet å tilordne til hvert element en kurve som ligger mellom en øvre grensekurve og en nedre grensekurve.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5karakterisert vedat nevnte tilordnings-trinn tilordner et gitt element en egen kurve valgt fra et sett av forhåndsdefinerte kurver, basert på belastningsbanen for hvert enkelt element.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 5karakterisert vedat nevnte tilordnings-trinn tilordner et gitt element en egen kurve som er fremskaffet ved interpolering mellom to kurver fra et predefi-nert sett av kurver, basert på en aktuell omkalkulert belastningsbane for hvert enkelt element.

8. Et datamaskinsystem (30) som har en lagringsanordning og en prosesseringsenhet (32) koblet til lagringsanordningen, karakterisert vedat programmidler er lagret på lagringsanordningen og er tilpasset for å bli utført av prosesseringsenheten for å forutsi flyt- og deformasjonsegenskapene av et emne (12) av materiale med anisotropiske deformasjonsegenskaper ved å bruke en formeanalyse (52) hvor en isotropisk finite elementanalyse (isotropisk FEA) av emnet anvendes sammen med en separat, frigjort analyse av de anisotropiske deformasjonsegenskapene av emnet.

9. Datamaskinsystem i henhold til krav 8,karakterisert vedat programmidlene kalku-lerer respons av en liten mengde av emnet ved bruk av plas-tisitetsteori.

10. Datamaskinsystem i henhold til krav 9,karakterisert vedat nevnte programmidler (i) representerer emnet som en maske med flere elementer, (ii) forutsier en belastningsbane for hvert element ved bruk av finite elementanalyse (FEA), (iii) definerer en spennings-belastningskurve for hvert element ved å utføre en materialpunktsimulatorberegning (MPS) for hvert element ved å bruke dets respektive belastningskurve og (iv) utfø-rer en ytterligere FEA på elementene ved å bruke den respektive stress-belastningskurve for hvert element.

11. Datamaskinsystem i henhold til krav 10,karakterisert vedat programmidlene videre definerer en stress-belastningskurve for hvert element ved å tilordne en kurve til hvert element som ligger mellom en øvre grensekurve og en nedre grensekurve.

12. Datamaskinsystem i henhold til krav 11,karakterisert vedat programmidlene tilordner den nedre stress-belastningskurven til alle elementer.

13. Datamaskinsystem i henhold til krav 11,karakterisert vedat programmidlene ytterligere tilordner til et gitt element, en bestemt kurve valgt fra et sett av predefinerte kurver, basert på belastningsbanen for hvert enkelt element.

14. Datamaskinsystem i henhold til krav 11,karakterisert vedat programmidlene ytterligere tilordner til et gitt element, en bestemt kurve fremkommet ved interpolering mellom to kurver fra et for-håndsbestemt sett av kurver, basert på en løpende omkalkulert belastningsbane for hvert respektive element.

15. Datamaskinprogram med et lagringsmedium tilpasset til å leses av en datamaskin, og inkluderende programmidler lagret på lagringsmediet for å forutsi flyten og deformasjonen til et emne (12) av et materiale med anisotropiske deformasjonsegenskaper, ved å anvende en formeanalyse (52) der en isotropisk infinite analyse (isotropisk FEA) på emnet anvendes sammen med en separat, frigjort analyse av de anisotropiske egenskapene av emnet.

16. Datamaskinprogram i henhold til krav 15,karakterisert vedat programmidlene beregner responsen for en mindre del av emnet ved bruk av krystallplastisitetsteori.

17. Datamaskinprogram i henhold til krav 16,karakterisert vedat programmidlene videre (i) representerer emnet som en maske med flere elementer, (ii) forutsier en belastningsbane for hvert element ved å bruke finite elementanalyse (FEA), (iii) definerer en stress-belastningskurve for hvert element ved å gjennomføre en materialpunktsimulatorberegning (MPS) for hvert enkelt element ved å bruke dets respektive belastningsbane, og (iv) utfører en ytterligere FEA på elementene ved å bruke den respektive stress-belastningskurven for hvert element.

18. Datamaskinprogram i henhold til krav 17,karakterisert vedat programmidlene ytterligere definerer en stress-belastningskurve for hvert element ved å tilordne til hvert element en kurve som ligger mellom en øvre grensekurve og en nedre grensekurve.