TW201706582A - 破裂預測方法、程式、記錄媒體及演算處理裝置 - Google Patents

破裂預測方法、程式、記錄媒體及演算處理裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201706582A
TW201706582A TW105115333A TW105115333A TW201706582A TW 201706582 A TW201706582 A TW 201706582A TW 105115333 A TW105115333 A TW 105115333A TW 105115333 A TW105115333 A TW 105115333A TW 201706582 A TW201706582 A TW 201706582A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
mesh
thickness
value
maximum principal
principal stress
Prior art date
Application number
TW105115333A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI609179B (zh
Inventor
新田淳
米村繁
白神聰
安富隆
Original Assignee
新日鐵住金股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 新日鐵住金股份有限公司 filed Critical 新日鐵住金股份有限公司
Publication of TW201706582A publication Critical patent/TW201706582A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI609179B publication Critical patent/TWI609179B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/28—Investigating ductility, e.g. suitability of sheet metal for deep-drawing or spinning
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0067—Fracture or rupture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
    • G01N2203/0212—Theories, calculations
    • G01N2203/0216—Finite elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262—Shape of the specimen
    • G01N2203/0278—Thin specimens
    • G01N2203/0282—Two dimensional, e.g. tapes, webs, sheets, strips, disks or membranes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/24—Sheet material
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N7/00—Computing arrangements based on specific mathematical models
    • G06N7/01—Probabilistic graphical models, e.g. probabilistic networks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Abstract

本發明為一種破裂預測方法，其利用有限元素法，預測成形金屬板所獲得的零件的破裂部位，該方法容易且確實地擷取破裂部位。本破裂預測方法包括：第1步驟，係分別在以第1網格粗細度分割金屬板時，以及以粗於第1網格粗細度的第2網格粗細度分割金屬板時，利用有限元素法進行成形分析；第2步驟，係分別在第1網格粗細度時與第2網格粗細度時，就每網格求出最大主應力；及第3步驟，係求出零件的各部位在第1網格粗細度時的最大主應力、與在第2網格粗細度時的最大主應力的差分值，擷取與差分值大於預定值的部位相對應之第1網格粗細度時的部位，來作為前述破裂部位。

Description

破裂預測方法、程式、記錄媒體及演算處理裝置 發明領域
本發明是關於一種藉由有限元素法進行成形分析時，預測破裂部位的破裂預測方法、程式、記錄媒體及演算處理裝置。
本申請案根據2015年5月18日在日本申請的日本特願2015-101311號，主張優先權，在此引用其內容。
發明背景
近年來，在汽車業界，開發汽車衝撞時，可減低對乘坐者的影響的車體構造，已成為當務之急。另，為了改善油耗，車體的輕量化亦為重要課題。為了解決這些課題，檢討運用更高強度的材料，尤其在鋼鐵材料方面，檢討運用高強度鋼板。從高強度化及輕量化兩立的觀點來看，不限於汽車業界，於鐵路車輛等各種車輛、船舶、飛機、一般機械、家庭用電器製品等許多業界，亦檢討該類高強度材料的運用。然而，一般而言，強度上升會導致成形性劣化。因此，為了擴大高強度鋼板的運用，成形性的改善、尤其是伸長摺緣性的改善甚為重要。亦即，高強度鋼板的 成形時，宜避免發生破裂。
為了解決該課題，進行伸長摺緣性優異的材料的開發。例如於專利文獻1，揭示一種藉由控制肥粒鐵或變軔鐵等微觀組織，改善了伸長摺緣性的材料。又，於專利文獻2，揭示一種伸長摺緣性優異的鋁合金板，其藉由規定塑性各向異性及特定方向的拉伸試驗中的均一伸長而獲得。
然而，實際零件可否成形，不僅由材料特性來決定，模具形狀或潤滑條件、成形條件等亦複雜地造成影響。因此，為了活用優異的材料特性，須適當設定材料以及該等複雜的因子。因該目的而運用數值分析技術。
於專利文獻3，揭示一種採用有限元素法來預測成形時的成形缺陷的方法。據此，採用有限元素法分析，利用注目元素的應變或應力的資料，進行成形缺陷發生的判斷。然而，採用該方法時，須因應分析對象，進行元素分割以成為適當大小，以不適當的元素分割進行分析時，預測結果高估或低估，發生不對應實際狀況的案例。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2002-60898號公報
專利文獻2：日本特開2006-257506號公報
專利文獻3：日本特開平8-339396號公報
專利文獻4：日本特許第4865036號公報
非專利文獻
非專利文獻1：“Continuum Theory of Plasticity”，Akhtar S. Kahn and Sujian Huang共著，Chapter 2 YIELD CRITERIA，4.1 STRESS STATE AND STRESS SPACE 83-85頁
非專利文獻2：“技術者高等教育2線形代数解析(原書第5版)”，E.著2.13固有值、固有99-104頁
發明概要
於專利文獻4，與習知技術不同，定量比較元素分割大小不同的有限元素分析的事例2件中的板厚減少率或最大主應變分布。藉此，成功使伸長摺緣裂開部位的預測達到高精度。專利文獻4的技術無須使有限元素分析的計算精度提升，即可預測伸長摺緣裂開部位，因此就不限定有限元素分析軟體，可於短時間且以低計算成本實施上具有很大的優點。
然而，於專利文獻4，關於伸長摺緣裂開部位的特定，採用所謂板厚減少率或最大主應變分布的幾何學變形量來作為評估指標。分析對象零件的鋼板若是相對變形能力高而能成形到達高應變區的薄板材，則可順利進行伸長摺緣部位的預測特定。然而，於作為分析對象零件的鋼板是高張力鋼板或難成形性金屬板時，兩種不同元素分割之有限元素分析的結果中，出現最大主應變分布的差分變小，伸長摺緣裂開部位的檢測精度降低的趨向。因此，若 對於可能在低應變區發生斷裂的高張力鋼板等難成形材料，運用該預測技術時，伸長摺緣裂開部位預測不充分。
本發明是有鑑於上述課題而完成，其目的在於提供一種破裂預測方法、程式、記錄媒體及演算處理裝置，可於利用有限元素法，預測成形金屬板所獲得的零件的破裂的方法，容易且確實地擷取破裂部位。
本發明為了解決上述課題達成相關目的而採用以下各態樣。
(1)亦即，本發明的一態樣的破裂預測方法，係預測成形金屬板所獲得的零件的破裂部位，且包括：第1步驟，係分別在以第1網格粗細度分割前述金屬板時，以及以粗於前述第1網格粗細度的第2網格粗細度分割前述金屬板時，利用有限元素法進行成形分析；第2步驟，係分別在前述第1網格粗細度時與前述第2網格粗細度時，就每網格求出最大主應力；及第3步驟，求出前述零件的各部位在前述第1網格粗細度時的前述最大主應力、與在前述第2網格粗細度時的前述最大主應力的差分值，擷取與前述差分值大於預定值的部位相對應之前述第1網格粗細度時的部位，來作為前述破裂部位。
於上述(1)所記載的態樣，利用兩種網格粗細度，即第1網格粗細度、以及粗於第1網格粗細度的第2網格粗細度。於有限元素法，將各網格內的最大主應力予以平均化並輸出。因此，當某網格內存在應力集中部位時，由於最大主 應力在較細的第1網格粗細度時的平均化影響變小，故大於較粗的第2網格粗細度時的最大主應力。因此，於各部位，求出兩種網格粗細度的最大主應力的差分值，在該差分值大於預定值時，可將該部位視為應力集中部位。由於應力越集中，發生破裂的風險變越高，因此能以最大主應力的差分值大小，來預測發生破裂的風險。
又，以往僅使用一種網格粗細度的情況下，在網格粗細度粗時，平均化的影響變大，應力所集中的部位的寄予程度亦埋沒於平均值中。因此，為了擷取應力集中而破裂風險高的部位，必須將網格粗細度設定為極小。相對於此，於本態樣，由於藉由定量地比較在第1網格粗細度與第2網格粗細度時各自的最大主應力，來擷取破裂部位，因此網格粗細度採用可進行兩者比較的程度即足夠，第1網格粗細度無須如以往設定為極小的網格粗細度。因此，成形分析可於短時間內且以低計算成本進行。
而且，於本態樣，採用最大主應力作為指標。在金屬板為拉伸強度高、伸長小的金屬板時，即使變形量小，應力仍舊大幅變化。因此，即使採用所謂板厚減少率或最大主應變的幾何學變形量，由於變形量本身甚小，因此不同網格粗細度的指標值的差分不明確，難以預測破裂部位。另，藉由採用作為力學變化量的最大主應力來當作指標，指標值的差分變明確，即使針對拉伸強度高、伸長小的金屬板，仍可容易且確實預測破裂部位。
(2)如上述(1)所記載的破裂預測方法，其中亦可 進一步包括第0步驟，係根據表示前述金屬板的加工硬化特性的n值，決定前述第1網格粗細度及前述第2網格粗細度。
此時，根據n值，將第1網格粗細度及第2網格粗細度設定在最佳。因此，不會因網格粗細度過粗而降低預測精度，反之，亦不會因無謂地採用過細的網格而使計算時間加長，可獲得良好的預測精度。
(3)如上述(1)或(2)所記載的破裂預測方法，其中亦可於前述第3步驟未擷取到前述破裂部位時，進行如下再設定的至少一方：將前述第1網格粗細度及前述第2網格粗細度其中至少前述第1網格粗細度，再設定為更細的粗細度，以及將前述預定值再設定為更小值；然後再度實施前述第1步驟至前述第3步驟。
此時，藉由至少將第1網格粗細度再設定為更細的粗細度，以縮小最大主應力的平均化在網格中的影響，亦即凸顯應力集中的部位。藉此，由於可更放大獲得第1網格粗細度下的最大主應力與第2網格粗細度下的最大主應力的差分值，因此可更確實預測破裂部位。
另，將預定值設定為更小值時，針對例如最大主應力的差分值不甚大的部位，亦可預測有發生破裂風險的部位。
(4)如上述(1)~(3)中任一項所記載的破裂預測方法，其中在藉由前述第1網格粗細度進行分割時，亦可利用適應性網格。
此時，於成形開始時，以粗網格進行分析，隨著成形 過程進展，僅在變形或應力變化大的部位，將網格再細分割，藉此可減少分析時間。
又，由於在變形或應力變化大的部位，亦即在破裂風險高的部位細分割網格，因此可提升預測精度。
(5)如上述(1)~(4)中任一項所記載的破裂預測方法，其中亦可令前述第1步驟中的前述成形分析，在前述零件的成形中途結束。
此時，於零件成形中途，停止成形分析，進行所謂中途停止評估。中途停止評估可於隨著成形過程進展，應力狀態接近伸長強度前，或變形過大而對成形分析發生妨礙前，評估最大主應力的差分值。
(6)如上述(1)~(5)中任一項所記載的破裂預測方法，其中亦可於前述第2步驟，進一步分別針對以前述第1網格粗細度分割時、以及以前述第2網格粗細度分割時，就每網格求出形狀指標值，該形狀指標值為最大主應變及板厚減少率之至少一方；於前述第3步驟，進一步求出前述零件的各部位在前述第1網格粗細度時的前述形狀指標值、與在前述第2網格粗細度時的前述形狀指標值的差分值；擷取與符合前述形狀指標值的差分值大於預定值、前述最大主應力的差分值大於預定值其中一方條件的部位相對應之前述第1網格粗細度時的部位，來作為前述破裂部位。
此時，除了利用最大主應力進行預測以外，亦利用最大主應變及板厚減少率的至少一方來進行預測。藉由組合複數種預測，可提升預測的確實性。
又，與拉伸強度高、伸長小的金屬板相反，於拉伸強度低、伸長大的金屬板，由於變形量大，因此期望採用所謂板厚減少率或最大主應變的幾何學變形量來作為評估指標。又，於具有中等程度的拉伸強度及伸長的金屬板，其拉伸強度及伸長在拉伸強度高、伸長小的金屬板與拉伸強度低、伸長大的金屬板之間，不宜僅採用利用最大主應力的預測，及利用最大主應變及板厚減少率其至少一方的預測中的一方預測，宜併用兩種預測。總言之，藉由組合複數種預測，不僅針對高強度、伸長低的金屬板(例如高張力鋼板)，或特別適合利用最大主應變或板厚減少率的預測的金屬板(例如軟鋼板)，還可針對各式各樣種類的金屬板，諸如具有該等之中間強度的金屬板等，以良好的預測精度擷取破裂部位。
(7)本發明的一態樣的破裂預測方法，係預測成形金屬板所獲得的零件的破裂部位，且包括：第1步驟，以預定的網格粗細度分割前述金屬板，利用有限元素法進行成形分析；第2步驟，就每網格求出最大主應力；第3步驟，就每結合網格求出最大主應力，該結合網格係使相互鄰接的2以上的網格彼此結合；及第4步驟，就前述零件的每部位，求出前述第2步驟所求得的前述最大主應力、與前述第3步驟所求得的前述最大主應力的差分值，進一步擷取與前述差分值大於預定值的部位相對應之前述第2步驟中的部位，來作為前述破裂部位。
於上述(7)所記載的態樣，藉由比較網格結合前後的最 大主應力，來取代上述(1)所記載的態樣利用兩種網格粗細度比較最大主應力，可與上述(1)所記載的態樣同樣容易且確實地預測破裂。
又，成形分析基本上只進行1次，因此可在短時間且以低計算成本進行成形分析。
(8)如上述(7)所記載的破裂預測方法，其中在藉由前述預定的網格粗細度進行分割時，亦可利用適應性網格。
此時，與上述(4)所記載的態樣相同，藉由利用適應性網格，可減少分析時間，提升預測精度。
(9)如上述(7)或(8)所記載的破裂預測方法，其中亦可令前述第1步驟中的前述成形分析，在前述零件的成形中途結束。
此時，與上述(5)所記載的態樣相同，藉由進行中途停止評估，可於應力狀態接近伸長強度前，或對成形分析發生妨礙前，評估最大主應力的差分值。
(10)如上述(7)~(9)中任一項所記載的破裂預測方法，其中亦可於前述第2步驟，進一步就每網格求出形狀指標值，該形狀指標值為最大主應變及板厚減少率之至少一方；於前述第3步驟，進一步就每結合網格，求出前述形狀指標值；於前述第4步驟，進一步就前述零件的每部位，求出前述第2步驟所求得的前述形狀指標值、與前述第3步驟所求得的前述形狀指標值的差分值，擷取與符合前述形狀指標值的差分值大於預定值、前述最大主應力的差分值 大於預定值其中一方條件的部位相對應之前述第2步驟中的部位，來作為前述破裂部位。
此時，與上述(6)所記載的態樣相同，除了進行利用最大主應力的預測以外，亦進行利用最大主應力及板厚減少率至少一方的預測，藉此可針對各式各樣種類的金屬板，獲得良好的預測精度。
(11)如上述(1)~(10)中任一項所記載的破裂預測方法，其中亦可預測伸長摺緣裂開的發生部位來作為破裂部位。
此時，可針對作為破裂特別會構成問題的伸長摺緣裂開的發生進行預測。
(12)如上述(1)~(11)中任一項所記載的破裂預測方法，其中亦可擷取前述零件的端部的前述破裂部位。
此時，可預測發生破裂的風險高的零件端部的破裂。
(13)如上述(1)~(12)中任一項所記載的破裂預測方法，其中前述金屬板亦可為拉伸強度980MPa以上的鋼板。
此時，可針對拉伸強度980MPa以上的鋼板等難成形性的金屬板預測破裂。
(14)本發明的一態樣的程式係執行如上述(1)~(13)中任一項所記載的破裂預測方法。
(15)本發明的一態樣的電腦可讀取的記錄媒體記錄如上述(14)所記載的程式。
(16)本發明的一態樣的演算處理裝置執行如上 述(14)所記載的程式。
10‧‧‧壓料板
11、21‧‧‧分割機構
11A、11B‧‧‧原板
12‧‧‧算出機構
12‧‧‧衝模
13、23‧‧‧輸入機構
13‧‧‧衝頭
14、25‧‧‧擷取機構
22‧‧‧第1算出機構
24‧‧‧第2算出機構
1200‧‧‧PC
1201‧‧‧CPU
1202‧‧‧ROM
1203‧‧‧RAM
1204‧‧‧系統匯流排
1205‧‧‧鍵盤控制器(KBC)
1206‧‧‧顯示器控制器(DC)
1207‧‧‧磁碟控制器(DKC)
1208‧‧‧網際網路介面卡(NIC)
1209‧‧‧鍵盤(KB)
1210‧‧‧顯示器(D)
1211‧‧‧硬碟(HD)
1212‧‧‧軟碟(FD)、軟碟驅動器(FD)
1220‧‧‧LAN
S11~S14、S21~S25‧‧‧程序
圖1A是表示本發明的演算處理裝置的概略構成圖。
圖1B是表示本發明的破裂預測方法的流程圖。
圖2A是表示本發明的演算處理裝置的概略構成圖。
圖2B是表示本發明的破裂預測方法的流程圖。
圖3A是表示實體元素時的第2網格粗細度(L coarse)的事例圖。
圖3B是表示實體元素時的第1網格粗細度(L fine)的事例圖。
圖4是表示低強度材料(軟鋼板)及高強度材料的應力-應變曲線的特性圖。
圖5是表示低強度材料的最大主應變分布事例的特性圖。
圖6是表示高強度材料的最大主應變分布事例的特性圖。
圖7A是表示高強度材料的最大主應力分布事例的特性圖。
圖7B是圖7A的放大圖。
圖8A是表示適應性網格的概要圖。
圖8B是表示適應性網格的概要圖。
圖8C是表示適應性網格的概要圖。
圖8D是表示適應性網格的概要圖。
圖9是表示方管沖緣的模具構成的模式圖。
圖10A是同時表示方管沖緣的分割空格形狀，以及採用第1網格粗細度(1.6mm)的網格分割的模式圖。
圖10B是同時表示方管沖緣的分割空格形狀，以及採用第2網格粗細度(2.5mm)的網格分割的模式圖。
圖11是表示方管沖緣的成形品形狀的模式圖。
圖12是表示個人使用者終端裝置的內部構成的模式圖。
用以實施發明之形態
本發明人注意到在分析對象零件，即成形金屬板所獲得的零件的破裂部位附近，應力梯度大，從而想到一種新的破裂預測方法，該方法係利用有限元素法的分析中，主應力的平均化取決於網格粗細度而進行的現象。
於本發明，對於有應力梯度的部位，藉由有限元素法利用網格粗細度(以下亦稱為網格尺寸或元素尺寸，可互換使用)不同的兩種網格(元素)(在此，為了方便將較細的網格粗細度設為第1網格粗細度，將較粗的網格粗細度設為第2網格粗細度)來分析。有限元素法將該網格內的主應力平均化而輸出。因此，某網格內存在應力梯度大的部位時，就第1網格粗細度時及第2網格粗細度而言，於第1網格粗細度作為平均值輸出的主應力，比於第2網格粗細度作為平均值輸出的主應力大。
於本發明，利用第1網格粗細度及第2網格粗細度 兩種網格粗細度，在零件的各部位，以第1網格粗細度及第2網格粗細度分別進行分析。此時，第1網格粗細度時與第2網格粗細度時作為平均值輸出的主應力不同時，可視為該網格內有應力梯度。該主應力的差分與應力梯度的大小相對應。應力梯度越大，破裂的風險越高，能以主應力的差分大小來預測破裂的風險。
於本發明，亦可構成如下：以採用預定的網格粗細度的分割進行成形分析，來取代如上述使用不同的兩種網格粗細度；求出每網格在預定的網格粗細度下的主應力後，使相互鄰接的2以上的網格彼此結合，形成結合網格，求出結合前預定的網格粗細度的主應力、與結合網格的主應力的差分值。此時，作為預定的網格粗細度下之網格內的平均值輸出的主應力、與作為比預定的網格粗細度的網格大的結合網格內的平均值輸出的主應力不同的部位，可視為有應力梯度，應力梯度越大，破裂的風險越高，能以主應力值的差分大小來預測破裂的風險。
此時，成形分析基本上只進行1次，因此可在短時間且以低計算成本進行成形分析。
更具體而言，本發明採用最大主應力，來作為用以預測破裂的指標值即主應力。藉此，可藉由高精度且低成本、短時間的數值模擬，來實現金屬板沖壓成形時的破裂發生部位的預測。
最大主應力按照以下手續1~4來算出(參考非專利文獻1、2)。
手續1：藉由有限元素法等數值計算手法，來算出應力張量的各成分。
手續2：應力張量的各成分可表現作3×3的矩陣。
手續3：從應力張量的各成分求出主應力(3個數值σ1、σ2、σ3)。主應力是作為應力張量的固有值而獲得之值。
手續4：獲得的3個主應力中，值最大的主應力當作「最大主應力」處理。例如關係為σ1>σ2>σ3時，σ1視為最大主應力。
如此，採用預測成形時的破裂發生之際，若以習知技術而言，極難確實擷取破裂部位。又，專利文獻4的技術比較不同的網格粗細度下的分析結果，於拉伸強度高、伸長小的高強度鋼板，即使採用最大主應變或板厚減少率等幾何學變形量作為指標，不同網格間的定量性差分仍變小，亦難以特定出破裂部位。
因此，本發明比較不同網格粗細度下的有限元素分析的最大主應力分布，其差分充分變大時，視為破裂部位。藉此，即使於拉伸強度高、伸長小的高強度鋼板，仍可預測破裂部位。
於圖1A及圖1B所示一實施形態的本發明的破裂預測方法，成形金屬板所獲得的零件作為分析對象零件，進行該零件的破裂預測時，如圖1A及圖1B所示，於藉由分割機構11所進行的分割程序S11，利用有限元素法，分別以第1網格粗細度、及比第1網格粗細度粗的第2網格粗細度分割零件，進行成形分析。接著，於藉由算出機構12所進行 的算出程序S12，就第1網格粗細度下的每網格及各第2網格粗細度下的每網格，分別算出求得最大主應力。接著，於藉由擷取機構14所進行的擷取程序S14，針對零件的各部位，求出第1網格粗細度時的最大主應力、與第2網格粗細度時的最大主應力的差分值，擷取與差分值大於預定值的部位相對應之第1網格粗細度時的部位，來作為破裂部位。
在此，電腦程式令演算處理裝置(電腦)的中央處理裝置(CPU)，執行各程序(分割程序S11、算出程序S12、擷取程序S14)。換言之，電腦程式令演算處理裝置(電腦)的中央處理裝置(CPU)，作為各機構(分割機構11、算出機構12、擷取機構14)發揮功能。
電腦程式可記錄於電腦可讀取的記錄媒體，例如軟碟、CD-R等。
本演算處理裝置可具有輸入機構13，係將就經分割的每網格求得的最大主應力，輸入於其他電腦。輸入機構可使用鍵盤、滑鼠、各種數位轉化器等。與此對應，輸入程序S13是以鍵盤輸入的程序，或是將程式內，以算出程序S12算出的最大主應力，自動地輸入於擷取程序15(載入資料)的程序均可。
再者，於圖1A、圖1B及後述的圖2A、圖2B，實線表示必需的機構或程序，虛線表示選擇性的機構或程序。
首先，於分割機構11(分割程序S11)，將零件分割為複數個元素(亦即網格)之際，利用實體元素(三維元素)時，零件表現為三維零件形狀的數位資料(CAD資料或形狀 測定資料)，又，利用殼元素(二維元素)時，零件表現為二維平面區域的集合。此時，零件的轉角部形狀變化大，因此以充分小的網格來分割，以確保形狀重現性。又，分析端部的破裂時，宜使得零件的外周線無凹凸且變得平滑而進行網格分割。又，藉由粗細度不同的第1網格粗細度及第2網格粗細度進行網格分割時，將零件全體均勻予以細分化(或粗分化)，或將進行破裂預測處予以細分化或粗分化均可。就作業工數面來看，前者極為簡便，關於計算時間縮短而言，則後者有利，因此考慮全體的負荷來適當選擇組合即可。
在此，於分割機構11(分割程序S11)，第1網格粗細度及第2網格粗細度是以跟n值的關係來決定，該n值表示分析對象零件的加工硬化特性。
於本發明，藉由有限元素法分割網格進行分析時，須充分細目地進行網格分析，以重現對象部位的幾何學形狀，亦即重現例如端部的曲率或轉角部的曲徑半徑等。進而言之，於本發明，以第1網格粗細度及第2網格粗細度兩種網格分割進行分析後，以第1網格粗細度及第2網格粗細度取得最大主應力的差分值時，須充分考慮兩種網格分割的粗細度(粗及細)。本發明人針對粗與細的網格分割的大小設定方法，銳意檢討，發現其與材料的加工硬化特性相關連。當材料的加工硬化特性，是藉由一般利用拉伸試驗所求出的n值來代表時，可知在粗網格分割的平均粗細度(第2網格粗細度)L coarse(單位為mm)、與密網格分割的平均粗細度 (第1網格粗細度)L fine(單位為mm)符合以下關係時，可獲得良好的破裂預測精度。
使用實體元素時，宜在由以下式(1A)及式(2A)的參數調整式所示的參數範圍內，設定兩種網格粗細度。
f(n；k,2.0,0.2)≦L coarse≦f(n；k,5.0,2.0) (1A)
f(n；k,1.5,0.2)≦L fine≦f(n；k,2.5,1.5) (2A)
另，使用薄板沖壓成形使用頻率高的殼元素時，若初始的板厚設為t0[mm]，則由於網格尺寸t0以下會成為數值計算上的誤差擴大主因，因此宜利用避免該情況的下式(1B)及(2B)。
f(n；k,2.0×t0,1.5×t0)≦L coarse≦f(n；k,5.0,2.0×t0) (1B)
f(n；k,2.5×t0,t0)≦L fine≦f(n；k,4.0×t0,2.5×t0) (2B)
在此，n為材料的n值，又，調整網格尺寸的函數f(n；k,L,L0)如下賦予。
f(n；k,L,L0)=(L-L0)×(2/π)×tan-1(k×n)+L0 (3)
在此，L及L0分別為網格尺寸(網格粗細度)的上限值及下限值。變數k是調整網格尺寸相對於n值的變化率的參數，經調查檢討的結果，判斷50≦k≦100的數值適當。以下若未特別說明時，均採用k=65的數值。就規定網格尺寸範圍的函數f(n；k,L,L0)而言，由於(k,L,L0)的3變數是作為常數設定數值而使用，因此式(3)的函數f實質上僅取決於n值而發揮作為決定網格尺寸的函數的功能。
該函數f隨著n值而變大其值。n值大時，由於難以引起變形局部化，因此即使網格分割大，仍可確保破裂 預測精度。另，n值小時，由於容易局部引起變形，因此破裂部位的變形梯度變大，若不進行充分小的網格分割，則破裂預測精度降低，對應於此則須縮小元素分割的尺寸。
圖3A及圖3B分別表示對於實體元素時之上述式(1A)及(2A)的函數f的n值及粗細度的圖。須以圖3A所示圖中的實線的函數值與點線的函數值之間的值，來設定L coarse，例如n=0.20時，於箭頭的線段範圍內決定L coarse值。同樣地，須以圖3B所示圖中的實線的函數值與點線的函數值之間的值，來設定L fine，例如n=0.20時，於箭頭的線段範圍內決定L fine值。
進而言之，為了精度良好地評估變形梯度，L coarse與L fine的比L coarse/L fine為1.5以上，更宜為2以上。
如以上，藉由設定L coarse(亦即第2網格粗細度)及L fine(亦即第1網格粗細度)，使得預測精度不會因過粗的網格粗細度而下降。另，亦不會因無謂地採用過細的網格而使計算時間加長，反而降低預測精度，可獲得良好的預測精度。
接著，於分割機構11(分割程序S11)，以有限元素法進行成形分析時，市售軟體採用例如PAM-STAMP、LS-DYNA等逐次分析型，或採用AutoForm、HyperForm等單步型軟體，進行零件全體的成形程序分析。接著，於算出機構12(算出程序S12)，分別於第1網格粗細度時及第2網格粗細度時，就每網格算出最大主應力。
在此，上述最大主應力的差分係以網格分割粗細度最細的分析結果(亦即第1網格粗細度的分析結果)作為基準，並擷取最接近注目網格的位置的其他分析結果(亦即第2網格粗細度的分析結果)的網格，計算其等的差分。
然後，於擷取機構14(擷取程序S14)，擷取上述最大主應力的差分值大於預定值的網格，來作為破裂部位。
在相同電腦內執行上述算出(算出機構12(算出程序S12))及擷取(擷取機構14(擷取程序S14))，或以1部電腦執行算出(算出機構12(算出程序S12))後，於其他電腦輸入(輸入機構13(輸入程序S13))其分析結果，即網格分割的粗度經改變的兩種以上的網格各自之最大主應力，並執行擷取(擷取機構14(擷取程序S14))均可。
在此，將輸入機構13及擷取機構15，與分割機構11及算出機構12採不同裝置構成時，將由1部電腦進行成形分析的結果作為原本資料，並輸入於其他電腦，藉此可並列進行處理，可獲得效率提升的效果。
於一實施形態，若於破裂部位的擷取(擷取機構14(擷取程序S14))時未擷取到破裂部位，進行如下再設定中至少一方：將第1網格粗細度及第2網格粗細度中至少第1網格粗細度，再設定為更細的粗細度；以及將預定值再設定為更小值；然後再次依序執行分割及成形分析(分割機構11(分割程序S11))、就每網格算出最大主應力(算出機構12(算出程序S12))、及擷取破裂部位(擷取機構14(擷取程序S14))。
藉由至少將第1網格粗細度再設定為更細的粗細度，可縮小最大主應力的平均化在網格中的影響，亦即凸顯應力集中的部位。藉此，由於可更放大獲得第1網格粗細度下的最大主應力與第2網格粗細度下的最大主應力的差分值，因此可更確實預測破裂部位。
另，將預定值再設定為更小值時，針對例如最大主應力的差分值不甚大的部位，亦可預測有發生破裂風險的部位。
於一實施形態，在圖1A的分割機構11(圖1B的分割程序S11)，將分析對象零件的端部分割為複數個網格，進行成形分析，在擷取機構14(擷取程序S14)，擷取某個端部來作為破裂部位。
將零件的端部分割為複數個網格時，尤其在進行破裂預測的部分，確實使網格分割的粗細度變化而進行分割。進行破裂預測的端部無論是在網格分割粗或密的任一情況下，均須無凹凸、平滑地連接。又，為了確實進行端部的破裂預測，重點在於評估沿著端部的應力梯度，網格分割的粗細度宜在沿著端部的方向確實變化。
擷取某一個端部作為破裂風險部位時，與上述實施形態相同，擷取每預定網格的最大主應力的差分值大於預定值的網格的部分，來作為破裂風險部位。
於圖2A及圖2B所示一實施形態，將成形金屬板所獲得的零件進行破裂預測時，如圖2A及圖2B所示，於藉由分割機構21所進行的分割程序S21，利用有限元素法，以 預定的網格粗細度分割零件，進行成形分析。接著，於藉由第1算出機構22所進行的第1算出程序S22，就每網格算出求得最大主應力。接著，於藉由第2算出機構24所進行的第2算出程序S24，使相互鄰接的2以上的網格彼此結合，形成結合網格，就每網格算出求得最大主應力。接著，藉由擷取機構25，於擷取程序S25，就零件的每部位，求出由第1算出機構22(第1算出程序S22)所求得的最大主應力、與由第2算出機構24(第2算出程序S24)所求得的最大主應力的差分值，進一步擷取與差分值大於預定值的部位相對應之第1算出機構22(第1算出程序S22)時的部位，來作為破裂部位。
在此，與上述實施形態相同，電腦程式令演算處理裝置(電腦)的中央處理裝置(CPU)，執行各程序(分割程序S21、第1算出程序S22、第2算出程序S24、擷取程序S25)。換言之，電腦程式令演算處理裝置(電腦)的中央處理裝置(CPU)，作為各機構(分割機構21、第1算出機構22、第2算出機構24、擷取機構25)發揮功能。
電腦程式可記錄於電腦可讀取的記錄媒體，例如軟碟、CD-R等。
本演算處理裝置可具有輸入機構23，係將就經分割的每網格求得的最大主應力，輸入於其他電腦。輸入機構23可使用鍵盤、滑鼠、各種數位轉化器等。與此對應，輸入程序S23是以鍵盤輸入的程序，或是將程式內，以第1算出程序S22算出的最大主應力，自動地輸入於第2算出程序24(載入資料)的程序均可。
首先，成形金屬板所獲得的零件為分析對象零件，將該零件分割為預定的網格之際(分割機構21(分割程序S21))，利用實體元素(三維元素)時，零件表現為三維零件形狀的數位資料(CAD資料或形狀測定資料)，又，利用殼元素時，零件表現為二維平面區域的集合。此時，由於零件的轉角部形狀變化大，因此以充分細的網格來分割，以確保形狀重現性。又，分析端部的破裂時，宜使得零件的外周線無凹凸且平滑地進行網格分割。
接著，利用與圖1A及圖1B的分割(分割機構11(分割程序S11))相同的軟體，進行與上述實施形態相同的成形分析，進行零件全體的成形程序的分析，接著於第1算出機構22(第1算出程序S22)，算出所注目的每網格的最大主應力。最大主應力的計算與圖1A及圖1B的算出(算出機構12(算出程序S12))相同。
接著，於第2算出機構24(第2算出程序S24)，使相互鄰接的2以上的網格彼此結合而形成結合網格時，需要結合對象的各網格的計算值(最大主應力)及各網格位置(座標)的資訊。結合網格的計算值採用各網格的計算值的算術平均。結合網格的位置採用各網格位置的算術平均，或更簡便地直接沿用中央部網格的位置均可。
然後，網格結合前後的最大主應力的差分值，係在比較網格的結合前後時，分別擷取位置最接近的網格，作為該網格的最大主應力的差分值而計算。
然後，擷取上述網格結合前後的最大主應力的差分值 大於預定值的元素，來作為破裂部位(擷取機構25(擷取程序S25))。
預定值的求出方法與與圖1A及圖1B的擷取(擷取機構14(擷取程序S14))相同。
在相同電腦內，連續執行上述第1算出(第1算出機構22(第1算出程序S22))及第2算出(第2算出機構24(第2算出程序S24))，或以1部電腦執行第1算出(第1算出機構22(第1算出程序S22))後，於其他電腦輸入(輸入機構23(輸入程序S23))其分析結果，即每網格的最大主應力，並執行第2算出(第2算出機構24(第2算出程序S24))、擷取(擷取機構25(擷取程序S25))均可。
在此，將輸入機構23、第2算出機構24及擷取機構25，與分割機構21及第1算出機構22採不同裝置構成時，將由1部電腦進行成形分析的結果作為原本資料，並輸入於其他電腦，藉此可並列進行處理，可獲得效率提升的效果。
依據本發明的破裂預測方法，尤其藉由比較兩種不同網格粗細度的最大主應力分布，即使針對超高張力鋼(例如拉伸強度980MPa等級的高強度鋼板)，仍能以低成本且在短時間推定沖壓成形品的伸長摺緣裂開的部位。以下詳細說明該點。
於專利文獻4的方法，變形會集中於板厚減少率或最大主應變依網格尺寸變化顯著的部位，視為裂開的可能性高。以鋁板或軟鋼板等變形能力高的材料的成形加工作為對象時，該方法亦可預測可能裂開的部位。
然而，於高張力鋼板中拉伸強度高的鋼種(例如拉伸強度為980MPa以上的高強度鋼板)，伸長降低，少許的變形量達到高應力狀態。因此，難以採用幾何學變形量作為指標，來特定出可能裂開的部位。相對於此，採用作為力學變化量的最大主應力來當作指標時，即使是少許變形量，應力值仍會大幅變化，因此可從網格尺寸變化所造成的應力差，來推定裂開風險高的部位。
將網格分割細分，意味相較於網格分割粗時，較高地算出、評估應變集中部位的板厚減少率或最大主應變值。同樣地，亦意味較高地評估應力集中部位的最大主應力值。由此觀點來看，可視為利用板厚減少率、最大主應變、最大主應力的任一指標，均可預測伸長摺緣裂開風險部位。
然而，就低強度材料而言，相較於靜態隱式算法的方針為嚴密解出構件的均衡狀態，靜態顯式算法、動態顯式算法、單步法等有限元素分析手法多半應力精度低，最大主應力作為裂開部位預測指標未必適當。而且於動態顯式算法，應力係作為應力波，是與時間相依的波動而傳遞於構件內部，因此亦有發生來自均衡狀態的誤差的缺點。由此觀點來看，就低強度材料而言，將應力狀態作為伸長摺緣裂開部位的預測指標，在計算精度上有問題。
又，從適用伸長摺緣裂開部位預測技術的材料性質來考察。如圖4所示，在軟鋼板等拉伸強度低、伸長大的材料的情況下，若變更網格分割的尺寸時，由於應變值的 變化程度△ε1大，因此宜採用板厚減少率或最大主應變作為指標。應力變化量△σ1在變形量大的區域會變小，因此作為裂開部位預測的指標在精度上有問題。
另，在拉伸強度高、伸長小的超高強度鋼板的情況下，若變更網格分割的尺寸時，不得不在應變值的變化程度△ε2小的範圍內，評估裂開部位。而且，應變的絕對值低亦低，須在極小的變形狀態下預測裂開發生部位。然而，於該情況下，即使採用板厚減少率或最大主應變作為評估指標，由於變形量本身小，因此不同尺寸的有限元素模型間的評估指標值的差分不明確，難以預測伸長摺緣裂開部位。相對於此，應力變化量△σ2相對變大。因此，不採用幾何學變形量作為評估指標，藉由採用作為力學指標的最大主應力，來作為評估指標，可預測高強度且難成形材料的伸長摺緣裂開部位。
從應變分布及應力分布的觀點來看，針對高強度材料而言，以最大主應力的差分作為指標的伸長摺緣裂開預測，顯示出優勢。如圖5所示，以兩種網格粗細度(網格尺寸)，標繪低強度材料的伸長摺緣部位的最大主應變分布時，於伸長摺緣部顯示最大主應變的部位，強烈顯示由網格粗細度所造成的最大主應變的差分。據此，藉由專利文獻4所揭示的技術，預測在位置0(mm)附近發生伸長摺緣裂開。
於圖6表示在與圖5相同的成形形狀、拉伸強度980MPa的高強度材料，實施有限元素分析時的最大主應變。 在位置0(mm)附近，確認到最大主應變的差分，但該差分定量上小於圖5的低強度材料的事例。因此，難以設定是否可能發生伸長摺緣裂開的△ε2(圖4中)的臨限值，難以預測裂開部位。
圖7A係從圖6的分析結果，將最大主應力對於位置標繪的圖。全體的應力位準由於成形而變高，乍看之下在位置0(mm)附近的最大主應力的差分看起來較小。但從放大了該圖的圖7B來看，可知峰值的最大主應力的差分為100MPa程度。若可獲得該程度的最大主應力的差分，則能以有意義的水準，來進行高強度材料的伸長摺緣裂開推定指標的臨限值設定。而且在動態顯式算法或單步法等不保證應力值的均衡狀態的算法中，亦顯然適用本發明的技術。
先前指出的靜態隱式算法、動態顯式算法、單步法等應力計算精度低的有限元素分析手法，由於不同的有限元素網格尺寸間的最大主應力的集中程度顯著不同，因此可預測高強度且難成形材料的伸長摺緣裂開。
如以上，本發明尤其適合預測高強度且難成形材料的金屬板的破裂。該類高強度且難成形材料可舉出高張力鋼板，例如拉伸強度980MPa以上的超高張力鋼板。然而，本發明的適用不限定於高張力鋼板，亦可適用其他高強度材料，例如高強度的鋁合金、純鈦、鈦合金，進而亦可適用於複合材料(金屬‧樹脂複合材料、異種金屬複合材料)、碳纖維等其他高強度材料。
進而言之，據以上考察，本發明人終至進一步想到，進一步組合利用最大主應力分布的差分的預測、與利用板厚減少率或最大主應變的分布的差分的預測，可變得有利。
亦即，藉由組合複數種預測，可提升預測的確實性。
如上述，與拉伸強度高、伸長小的金屬板相反，於拉伸強度低、伸長大的金屬板，由於變形量大，因此期望採用所謂板厚減少率或最大主應變的幾何學變形量來作為指標。又，於具有中等程度的拉伸強度及伸長的金屬板，其拉伸強度及伸長在拉伸強度高、伸長小的金屬板與拉伸強度低、伸長大的金屬板之間，不宜僅採用利用最大主應力的預測，及利用最大主應變及板厚減少率其至少一方的預測中的一方預測，宜併用兩種預測。總言之，藉由預測複數種預測，不僅針對高強度、伸長低的金屬板(例如拉伸強度980MPa以上的超高張力鋼板)，或特別適合利用最大主應變或板厚減少率的預測的金屬板(例如軟鋼板或鋁合金板)，還可針對各式各樣種類的金屬板，諸如具有該等之中間強度的金屬板(例如伸長強度為490MPa~780MP程度的高張力鋼板)，以良好的預測精度擷取破裂部位。
具體而言，關於圖1A及圖1B所示上述實施形態，於算出程序S12(算出機構12)，進一步分別針對以第1網格粗細度分割時與以第2網格粗細度分割時，就每網格求出作為形狀指標值的最大主應變及板厚減少率其至少一方，於擷取程序S14(擷取機構S14)，進一步求出零件的各部位在第1 網格粗細度時的形狀指標值、與在第2網格粗細度時形狀指標值的差分，擷取與符合形狀指標值的差分值大於預定值、最大主應力的差分值大於預定值其中一方條件的部位相對應之第1網格粗細度時的部位，來作為破裂部位。
同樣地，關於圖2A及圖2B所示上述實施形態，於第1算出程序S22(第1算出機構22)，進一步就每網格求出作為形狀指標值的最大主應變及板厚減少率其至少一方，於第2算出程序S24(第2算出機構24)，進一步就每結合網格求出形狀指標值，於擷取程序S25(擷取機構25)，進一步就零件的每部位，求出第1算出程序S22(第1算出機構22)所求得的形狀指標值、與第2算出程序S24(第2算出機構24)所求得的形狀指標值的差分值，進一步擷取與符合形狀指標值的差分值大於預定值、最大主應力的差分值大於預定值其中一方條件的部位相對應之第1算出程序S22(第1算出機構22)中的部位，來作為破裂部位。
藉由有限元素法進行分析時，當變形集中於特定部位時，在該特定部位或其附近產生網格過度變形的元素內的應變或應力的精度有時會降低，或者停止計算。有時會利用適應性網格技術，來作為避免該情況的數值分析方法。
於圖8A~圖8D表示適應性網格的概要。設想一案例，係於如圖8A所示網格尺寸的模型上，對點A及點B賦予強拉伸變形，結果在線段AB的中央部發生強應力或應變。此時，若直接以初始的網格尺寸進行模擬，則可能引起有限元素 模型無法充分表現變形處的集中的情況。避免該情況的方法稱為適應性網格，係使變形集中部位的網格尺寸，如圖8B在分析中途變小的方法。若變形及特定部位的變形集中加劇時，如圖8C、圖8D擴大適用適應性網格的區域。變形處為雙軸拉伸或壓縮時，亦可適用同樣的適應性網格。
本發明須將兩種不同網格粗細度下的分析，各自分別實施一次，作為評估對象的零件大小或形狀複雜性高時，粗細度小的網格粗細度下的分析有時需要相當多的時間及分析成本。此時，藉由對粗細度大的網格粗細度下的分析適用適應性網格，取代對粗細度小的網格粗細度下的分析適用，可僅將破裂評估對象的變形集中部位的網格細分化。由於可僅對變形集中部位適用粗細度小的網格，因此可避免實施大規模分析，同時實現本發明的破裂預測。
具體而言，於上述圖1A及圖1B所示實施形態，藉由第1網格粗細度進行分割時，可利用適應性網格。
同樣地，於上述圖2A及圖2B所示實施形態，藉由預定的網格粗細度進行分割時，亦可利用適應性網格。
於沖壓成形分析，有時發生計算缺陷如下：在下死點之前，由於網格崩散造成分析精度降低；模具與金屬板的接觸判定失敗；及材料模型的參數設定不適當時，計算中途停止等。該等情況下，較低地算出分析結果的精度，或招致中途停止等事態，在比較本發明中兩種粗細度的網格尺寸的分析結果之前，即已無法獲得適當的分析結果。
由於須以兩種粗細度的網格尺寸，獲得正常完成的分 析結果，因此任一方或雙方的分析模型未正常結束時，無法適用本發明。
為了避免該等狀況，未必要使用到達下死點的分析結果，可進行中途停止分析，從成形分析的中途階段的應力分布，來進行破裂預測。又，預先設想下死點的計算缺陷時，藉由使分析在下死點前的中途階段結束，並適用本發明，亦可減低計算成本。在破裂風險高的部位，應力集中多半於下死點前開始，因此藉由該中途停止的評估，亦可擷取風險部位。
[實施例1]
以下一面舉出實例，一面說明有關本發明。
於本實施例，預測伸長摺緣裂開。
以圖9所示的模具構成，實施分割成2片的沖緣成形。以具有一邊40mm的正方形斷面的衝頭，進行方管沖緣成形。衝頭13的轉角半徑為5mm，衝頭圓角半徑亦為5mm。衝模12及壓料板10從上下壓住原板而固定。原板11A及11B係切出200mm×200mm的正方形形狀板，以雷射切斷加工在其中央部開出矩形孔後，將矩形板從中央切斷而獲得。
獲得如圖10A及圖10B所示形狀的原板，並將2片同時進行沖緣成形。實驗上兩處轉角R雙方受到伸長摺緣變形，在某一邊緣部招致破裂。未發生裂開時，可獲得2個形狀如圖11的成形品。
由於將2片同一形狀的樣本，同時進行沖緣成形，矩形孔的轉角部受到伸長摺緣變形，出現邊緣裂開的可能 性。再者，矩形孔的直邊部為折彎凸緣，對緣部不產生拉伸變形，因此無破裂之虞。
以圖10A及圖10B所示原板的轉角曲率半徑R=5mm的情況作為基本形狀，設定R=3mm、R=5mm、R=7mm三水準，改變沖緣高度進行試驗。進行板厚1.6mm、拉伸強度980MPa材料(A材料)的方管沖緣成形。
在矩形孔的初始尺寸24mm×12mm時(相當於沖緣高度約8mm的成形條件)，於R=3mm的轉角部發生裂開。於同一樣本的R=5mm及R=7mm的轉角未發生裂開。
採上述衝頭及原板形狀，以兩種網格粗細度進行有限元素分析。軟體採用LS-DYNA的動態顯式算法，利用殼元素。網格粗細度為1.6mm(參考圖10A)及2.5mm(圖10B)兩種，比較邊緣部的變形狀態。於表1表示結果。
僅有本發明所提是的最大主應力的差分，可預測R=3mm的轉角的裂開。專利文獻4所採用的板厚減少率或最大主應變指標，雖亦可確認伸長摺緣部的變形集中，但由於是在變形量低的沖緣高度8mm的階段，評估有無裂開，因此顯示依據幾何學變形量的評估指標，對於預測高強度 材料的裂開部位並不適當。
(適用本發明的其他實施形態)
如上述，本發明的破裂預測方法(圖1B的分割程序S11~擷取程序S14、及圖2B的分割程序S21~擷取程序S25等)可藉由程式來實現，該程式記憶於演算處理裝置(電腦)的RAM或ROM等。該程式記錄於電腦可讀取的記憶媒體。以下更具體說明該等程式、電腦可讀取的記錄媒體及演算處理裝置(電腦)。
程式記錄於例如CD-ROM的記錄媒體，或經由各種傳送媒體提供給電腦。記錄程式的媒體除了CD-ROM以外，可使用軟碟、硬碟、磁帶、光磁性碟片、非揮發性記憶卡等。另，程式的傳送媒體可利用電腦網路系統的通訊媒體，其用以將程式資訊作為傳送波而傳搬供給。在此，電腦網路是指LAN、網際網路等WAN、無線通訊網路等，通訊媒體是指光纖等有線網路或無線網路等。
又，本發明所含的程式不僅止於藉由電腦執行提供的程式，來實現上述實施形態之類的程式。例如該程式與在電腦動作的OS(作業系統)或其他應用軟體等，共同實現上述實施形態的功能時，該程式亦包含於本發明。又，藉由電腦的功能擴充板或功能擴充單元，進行提供的程式的全部或一部分處理，來實現上述實施形態的功能時，該程式亦包含於本發明。
例如圖12是表示演算處理裝置(個人使用者終端裝置)的內部構成的模式圖。於該圖12，1200為具備CPU1201 的個人電腦(PC)。PC1200執行裝置控制軟體，該控制軟體記憶於ROM1202或硬碟(HD)1211，或由軟碟驅動器(FD)1212提供。該PC1200統籌控制連接於系統匯流排1204的各裝置。
藉由PC1200的CPU1201、ROM1202或硬碟(HD)1211的程式，實現本實施形態的圖1B的分割程序S11~擷取程序S14、及圖2B的分割程序S21~擷取程序S25的手續等。
符號1203為RAM，發揮CPU1201的主記憶體、工作區等功能。符號1205為鍵盤控制器(KBC)，控制來自鍵盤(KB)1209或不圖示的裝置等之指示輸入。
符號1206為顯示器控制器(DC)，控制顯示器(D)1210的顯示。符號1207為磁碟控制器(DKC)。DKC1207控制與硬碟(HD)1211及軟碟(FD)1212的存取，其中該硬碟(HD)1211記憶引導程式、複數個應用軟體、編輯檔案、使用者檔案以及網路管理程式等。在此，引導程式為啟動程式，即開始電腦的硬體或軟體的執行(動作)。
符號1208為網路介面卡(NIC)，經由LAN1220與網路列印機、其他網路機器或其他PC進行雙向的資料收授。
11‧‧‧分割機構
12‧‧‧算出機構
13‧‧‧輸入機構
14‧‧‧擷取機構

Claims (16)

  1. 一種破裂預測方法，為預測成形金屬板所獲得的零件的破裂部位之方法，其特徵在於包括：第1步驟，分別在以第1網格粗細度分割前述金屬板時，以及以粗於前述第1網格粗細度的第2網格粗細度分割前述金屬板時，利用有限元素法進行成形分析；第2步驟，分別在前述第1網格粗細度時與前述第2網格粗細度時，就每網格求出最大主應力；及第3步驟，求出前述零件的各部位在前述第1網格粗細度時的前述最大主應力、與在前述第2網格粗細度時的前述最大主應力的差分值，擷取與前述差分值大於預定值的部位相對應之前述第1網格粗細度時的部位，來作為前述破裂部位。
  2. 如請求項1之破裂預測方法，其中進一步包括第0步驟，係根據表示前述金屬板的加工硬化特性的n值，決定前述第1網格粗細度及前述第2網格粗細度。
  3. 如請求項1或2之破裂預測方法，其中於前述第3步驟未擷取到前述破裂部位時，進行如下再設定的至少一方：將前述第1網格粗細度及前述第2網格粗細度其中至少前述第1網格粗細度，再設定為更細的粗細度，以及將前述預定值再設定為更小值；然後再度實施前述第1步驟至前述第3步驟。
  4. 如請求項1至3中任一項之破裂預測方法，其中在藉由前述第1網格粗細度進行分割時，利用適應性網格。
  5. 如請求項1至4中任一項之破裂預測方法，其中令前述第1步驟中的前述成形分析，在前述零件的成形中途結束。
  6. 如請求項1至5中任一項之破裂預測方法，其中於前述第2步驟，進一步分別針對以前述第1網格粗細度分割時、以及以前述第2網格粗細度分割時，就每網格求出形狀指標值，該形狀指標值為最大主應變及板厚減少率之至少一方；於前述第3步驟，進一步求出前述零件的各部位在前述第1網格粗細度時的前述形狀指標值、與在前述第2網格粗細度時的前述形狀指標值的差分值；擷取與符合前述形狀指標值的差分值大於預定值、前述最大主應力的差分值大於預定值其中一方條件的部位相對應之前述第1網格粗細度時的部位，來作為前述破裂部位。
  7. 一種破裂預測方法，為預測成形金屬板所獲得的零件的破裂部位之方法，其特徵在於包括：第1步驟，以預定的網格粗細度分割前述金屬板，利用有限元素法進行成形分析；第2步驟，就每網格求出最大主應力；第3步驟，就每結合網格求出最大主應力，該結合 網格係使相互鄰接的2以上的網格彼此結合；及第4步驟，就前述零件的每部位，求出前述第2步驟所求得的前述最大主應力、與前述第3步驟所求得的前述最大主應力的差分值，進一步擷取與前述差分值大於預定值的部位相對應之前述第2步驟中的部位，來作為前述破裂部位。
  8. 如請求項7之破裂預測方法，其中在藉由前述預定的網格粗細度進行分割時，利用適應性網格。
  9. 如請求項7或8之破裂預測方法，其中令前述第1步驟中的前述成形分析，在前述零件的成形中途結束。
  10. 如請求項7至9中任一項之破裂預測方法，其中於前述第2步驟，進一步就每網格求出形狀指標值，該形狀指標值為最大主應變及板厚減少率之至少一方；於前述第3步驟，進一步就每結合網格，求出前述形狀指標值；於前述第4步驟，進一步就前述零件的每部位，求出前述第2步驟所求得的前述形狀指標值、與前述第3步驟所求得的前述形狀指標值的差分值，擷取與符合前述形狀指標值的差分值大於預定值、前述最大主應力的差分值大於預定值其中一方條件的部位相對應之前述第2步驟中的部位，來作為前述破裂部位。
  11. 如請求項1至10中任一項之破裂預測方法，其中預測伸長摺緣裂開的發生部位來作為破裂部位。
  12. 如請求項1至11中任一項之破裂預測方法，其中擷取前述零件的端部的前述破裂部位。
  13. 如請求項1至12中任一項之破裂預測方法，其中前述金屬板為拉伸強度980MPa以上的鋼板。
  14. 一種程式，其特徵為執行如請求項1至13中任一項的破裂預測方法。
  15. 一種電腦可讀取的記錄媒體，其特徵為記錄如請求項14的程式。
  16. 一種演算處理裝置，其特徵為執行如請求項14的程式。
TW105115333A 2015-05-18 2016-05-18 破裂預測方法、程式、記錄媒體及演算處理裝置 TWI609179B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015101311 2015-05-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201706582A true TW201706582A (zh) 2017-02-16
TWI609179B TWI609179B (zh) 2017-12-21

Family

ID=57320042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105115333A TWI609179B (zh) 2015-05-18 2016-05-18 破裂預測方法、程式、記錄媒體及演算處理裝置

Country Status (11)

Country Link
US (1) US11016011B2 (zh)
EP (1) EP3299793A4 (zh)
JP (1) JP6176410B2 (zh)
KR (1) KR101951587B1 (zh)
CN (1) CN107532981A (zh)
BR (1) BR112017023533A2 (zh)
CA (1) CA2985456A1 (zh)
MX (1) MX2017014626A (zh)
RU (1) RU2678023C1 (zh)
TW (1) TWI609179B (zh)
WO (1) WO2016186135A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019130391A1 (ja) * 2017-12-25 2019-07-04 富士通株式会社 画像処理プログラム、画像処理方法、および画像処理装置
WO2020204059A1 (ja) * 2019-04-01 2020-10-08 日本製鉄株式会社 鋼材の破断予測方法、破断予測装置、プログラム及び記録媒体
CN111177848B (zh) * 2019-12-26 2023-05-23 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种基于有限元模型的应变理论值的获取方法和装置
CN111209702A (zh) * 2020-01-02 2020-05-29 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种轨道列车车体强度仿真与试验对标方法及装置
CN112699585B (zh) * 2020-12-29 2024-04-09 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种复合材料厚层压板接头有限元建模方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5127181B2 (zh) 1971-12-15 1976-08-11
JPH08339396A (ja) 1995-04-12 1996-12-24 Nippon Steel Corp 金属板の変形過程の数値シミュレート結果の処理装置
JPH11191098A (ja) * 1997-12-26 1999-07-13 Nissan Motor Co Ltd スピニング加工における成形不良発生予測方法
JP2000107818A (ja) 1998-10-08 2000-04-18 Toyota Motor Corp 塑性加工シミュレーションの破断判定方法
JP4313507B2 (ja) 2000-08-23 2009-08-12 新日本製鐵株式会社 自動車客室構造部品用高強度鋼板とその製造方法
US7286972B2 (en) * 2001-04-17 2007-10-23 Livermore Software Technology Corporation Implicit-explicit switching for finite element analysis
JP3988688B2 (ja) * 2003-06-27 2007-10-10 株式会社大林組 コンクリートのひび割れ診断装置および方法、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP4415668B2 (ja) * 2003-12-22 2010-02-17 日産自動車株式会社 成形加工シミュレーションにおける面形状歪み量演算方法及びその装置
JP4495623B2 (ja) 2005-03-17 2010-07-07 株式会社神戸製鋼所 伸びフランジ性および曲げ加工性に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法
US8828154B2 (en) * 2005-03-31 2014-09-09 Jfe Steel Corporation Hot-rolled steel sheet, method for making the same, and worked body of hot-rolled steel sheet
WO2007088935A1 (ja) * 2006-02-01 2007-08-09 Nippon Steel Corporation 破断予測方法
RU2324918C1 (ru) * 2006-12-01 2008-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Способ оценки предельной деформации при локальной листовой штамповке
TR201902135T4 (tr) * 2007-04-12 2019-03-21 Nippon Steel Corp Kırılma tahmin yöntemi, hesaplama işlem cihazı, program ve kayıt ortamı.
CN101788432B (zh) * 2010-01-08 2013-09-18 上海工程技术大学 一种便捷通用多参数金属板料拉深性能楔形试验方法
WO2011126058A1 (ja) 2010-04-07 2011-10-13 新日本製鐵株式会社 破断判定方法、破断判定装置、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体
US9405867B2 (en) * 2012-06-07 2016-08-02 Dassault Systemes Simulia Corp. Hydraulic fracture simulation with an extended finite element method
CN105283874B (zh) * 2013-06-26 2019-03-08 新日铁住金株式会社 金属板的弯曲断裂判定方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3299793A1 (en) 2018-03-28
JPWO2016186135A1 (ja) 2017-06-01
RU2678023C1 (ru) 2019-01-22
KR101951587B1 (ko) 2019-02-22
US20180136100A1 (en) 2018-05-17
JP6176410B2 (ja) 2017-08-09
MX2017014626A (es) 2018-03-01
US11016011B2 (en) 2021-05-25
KR20170136605A (ko) 2017-12-11
EP3299793A4 (en) 2018-10-31
CA2985456A1 (en) 2016-11-24
BR112017023533A2 (pt) 2018-07-24
WO2016186135A1 (ja) 2016-11-24
CN107532981A (zh) 2018-01-02
TWI609179B (zh) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI609179B (zh) 破裂預測方法、程式、記錄媒體及演算處理裝置
KR101167764B1 (ko) 파단 예측 방법, 연산 처리 장치 및 기록 매체
JP4621216B2 (ja) 破断限界取得方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体
Neto et al. Influence of the plastic anisotropy modelling in the reverse deep drawing process simulation
JP4814851B2 (ja) 薄板プレス成形シミュレーションにおける伸びフランジ割れの推定方法
JPWO2019064922A1 (ja) 変形限界の評価方法、割れ予測方法及びプレス金型の設計方法
Mediavilla et al. An integrated continuous–discontinuous approach towards damage engineering in sheet metal forming processes
Xu et al. Topology optimization of die weight reduction for high-strength sheet metal stamping
JP6098664B2 (ja) せん断縁の成形可否評価方法
WO2016002880A1 (ja) 伸びフランジ割れ予測方法、伸びフランジ割れ予測装置、コンピュータープログラム、及び記録媒体
RU2682735C1 (ru) Способ определения формы заготовки, заготовка, формованное прессованием изделие, способ формования прессованием, компьютерная программа и носитель записи
Firat A finite element modeling and prediction of stamping formability of a dual-phase steel in cup drawing
Liu et al. The application of a ductile fracture criterion to the prediction of the forming limit of sheet metals
Neto et al. Thermo-mechanical finite element analysis of the AA5086 alloy under warm forming conditions
Ilyas et al. Failure and strain gradient analyses in incremental forming using GTN model
JP5098901B2 (ja) 材料特性パラメータの算定方法
Li et al. Predicting edge fracture in dual-phase steels: Significance of anisotropy-induced localization
JP7052918B2 (ja) 鋼材の破断予測方法、破断予測装置、プログラム及び記録媒体
JP2010036239A (ja) デフォーム発生予測方法
JP4622688B2 (ja) プレス成形品の面ひずみ予測方法および装置
Aisvaran Study of non-linear strain path in sheet metal forming
Wang et al. FEM Analysis and Experimental Verification of the Integral Forging Process for AP1000 Primary Coolant Pipe
Ershov et al. Modeling the formation of automobile body panels by an elastic punch in the software package PAM-STAMP 2G
WO2024079939A1 (ja) プレス成形解析方法及び装置、プレス成形解析プログラム、プレス成形品の製造方法
Safari et al. Experimental and Theoretical Investigation of Forming Limit Diagram (FLD) and Forming Limit Stress Diagram (FLSD) For Aluminum Alloy 3105

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees