(57)【要約】【課題】深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階において用いられる、シートメタルブランクがガイドピンと接触する影響を含める方法を提供する。【解決手段】シートメタルブランクおよびガイドピンの演算モデルが生成される。第１演算モデルにおけるノードの一部は、親ノードとして定義される。その後、第１および第２特性長が決定される。第１特性長と第２特性長との比に基づいた式を用いて、一対の親ノード間のそれぞれに、１以上の子ノードが生成される。重力荷重段階のコンピュータシミュレーションを実行することにより、横方向拘束を条件とした、自重下における、シートメタルブランクの変形形状が取得される。１の子ノードと、ガイドピンのうちの１本の外表面の一部を表す特定の有限要素との接触が検出された場合に、横方向拘束が生成され、この子ノードの親に加えられる。【選択図】図６
2014232526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状金属部品の深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階に、シートメタルブランクがガイドピンに接触する影響を含める方法であって、
ＦＥＡアプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムが、シートメタルブランクを表す第１有限要素解析（ＦＥＡ）モデルと、ガイドピンの外表面を表す第２ＦＥＡモデルと、を受け取るステップであって、前記第１および第２ＦＥＡモデルのそれぞれが、複数の有限要素によって接続される複数のノードを有しており、前記シートメタルブランクの外周に沿って配置される前記第１ＦＥＡモデルの前記ノードの一部が、親ノードのグループとして定義されているステップと、
各隣接する一対の親ノード間の距離である第１特性長と、前記第２ＦＥＡモデルの全ての有限要素の中での最短寸法である第２特性長と、を決定するステップと、
対応する有限要素のエッジに沿って、各前記一対の親ノード間に少なくともＮ個の子ノードを生成するステップであって、Ｎは前記第１特性長を前記第２特性長で除算することにより取得される正の整数であるステップと、
板状金属部品の深絞り加工の前記重力荷重段階のコンピュータシミュレーションを実行することにより、前記ガイドピンによる横方向拘束を条件とした、自重下における、前記シートメタルブランクの変形形状を取得するステップであって、１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との接触が検出された場合に、前記横方向拘束が生成され、それぞれの前記横方向拘束が前記１の子ノードの親ノードに加えられるステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記親ノードのグループは、前記第１ＦＥＡモデルの外周に沿って配置されている、
方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
コンピュータシミュレーションが陽解法有限要素法を用いる場合には、
１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との間の接触が検出された場合に生成される前記横方向拘束は、前記１の子ノードの対応する親ノードに、前記１の子ノードと前記特定の有限要素との間で検出された接触力から導出される等価横方向力を加えることにより実行される、
方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記等価横方向力には前記接触力が比例配分される、
方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、
前記接触力のそれぞれは前記第１ＦＥＡモデルにおける追加スプリングとしてモデル化され、
各前記接触力は前記１の子ノードを通過する前記特定の有限要素に垂直な向きであり、
前記特定の有限要素は、前記ガイドピンのうちの１本の外表面の特定部分を表している、
方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
コンピュータシミュレーションが陰解的有限要素法を用いる場合には、
１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との間の接触が検出された場合に生成される前記横方向拘束は、前記１の子ノードの対応する親ノードに、前記１の子ノードと前記特定の有限要素との間で検出された接触力から導出される等価横方向剛性を加えることにより実行される、
方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
各前記接触力は前記１の子ノードを通過する前記特定の有限要素に垂直な向きである、
方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記等価横方向剛性は、前記接触力の全ての平均に基づいた項であり、前記第１ＦＥＡモデルの通常の剛性マトリクスに加えられる、
方法。
【請求項９】
板状金属部品の深絞り加工シミュレーションのための演算モデルを生成するシステムであって、
入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースと、
有限要素解析法（ＦＥＡ）アプリケーションモジュールに関するコンピュータ可読コードを記憶しているメモリと、
前記メモリに連結される少なくとも１のプロセッサと、
を備えるシステムであり、
前記少なくとも１のプロセッサは、前記メモリ内の前記コンピュータ可読コードを実行することで、前記ＦＥＡアプリケーションモジュールに、
シートメタルブランクを表す第１ＦＥＡモデルと、ガイドピンの外表面を表す第２ＦＥＡモデルと、を受け取るオペレーションであって、前記第１および第２ＦＥＡモデルのそれぞれが、複数の有限要素によって接続される複数のノードを有しており、前記シートメタルブランクの外周に沿って配置される前記第１ＦＥＡモデルの前記ノードの一部が、親ノードのグループとして定義されているオペレーションと、
各隣接する一対の親ノード間の距離である第１特性長と、前記第２ＦＥＡモデルの全ての有限要素の中での最短寸法である第２特性長と、を決定するオペレーションと、
対応する有限要素のエッジに沿って、各前記一対の親ノード間に少なくともＮ個の子ノードを間に生成するオペレーションであって、Ｎは前記第１特性長を前記第２特性長で除算することにより取得される正の整数であるオペレーションと、
板状金属部品の深絞り加工の前記重力荷重段階のコンピュータシミュレーションを実行することにより、前記ガイドピンによる横方向拘束を条件とした、自重下における、前記シートメタルブランクの変形形状を取得するオペレーションであって、１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との接触が検出された場合に、前記横方向拘束が生成され、それぞれの前記横方向拘束が前記１の子ノードの親ノードに加えられるオペレーションと、
を実行させる、
システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、
コンピュータシミュレーションが陽解法有限要素法を用いる場合には、
１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との間の接触が検出された場合に生成される前記横方向拘束は、前記１の子ノードの対応する親ノードに、前記１の子ノードと前記特定の有限要素との間で検出された接触力から導出される等価横方向力を加えることにより実行される、
システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、
前記接触力のそれぞれは前記第１ＦＥＡモデルにおける追加スプリングとしてモデル化され、
各前記接触力は前記１の子ノードを通過する前記特定の有限要素に垂直な向きである、
システム。
【請求項１２】
請求項９に記載のシステムであって、
コンピュータシミュレーションが陰解法有限要素法を用いる場合には、
１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との間の接触が検出された場合に生成される前記横方向拘束は、前記１の子ノードの対応する親ノードに、前記１の子ノードと前記特定の有限要素との間で検出された接触力から導出される等価横方向剛性を加えることにより実行される、
システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムであって、
各前記接触力は前記１の子ノードを通過する前記特定の有限要素に垂直な向きであり、
前記特定の有限要素は、前記ガイドピンのうちの１本の外表面の特定部分を表している、
システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、
前記等価横方向剛性は、前記接触力の全ての平均に基づいた項であり、前記第１ＦＥＡモデルの通常の剛性マトリクスに加えられる、
システム。
【請求項１５】
所定の方法により、板状金属部品の深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階に、シートメタルブランクがガイドピンと接触する影響を含める命令、を有する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記方法は、
ＦＥＡアプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムが、シートメタルブランクを表す第１有限要素解析（ＦＥＡ）モデルと、ガイドピンの外表面を表す第２ＦＥＡモデルと、を受け取るステップであって、前記第１および第２ＦＥＡモデルのそれぞれが、複数の有限要素によって接続される複数のノードを有しており、前記シートメタルブランクの外周に沿って配置される前記第１ＦＥＡモデルの前記ノードの一部が、親ノードのグループとして定義されているステップと、
各隣接する一対の親ノード間の距離である第１特性長と、前記第２ＦＥＡモデルの全ての有限要素の中での最短寸法である第２特性長と、を決定するステップと、
対応する有限要素のエッジに沿って、各前記一対の親ノード間に少なくともＮ個の子ノードを生成するステップであって、Ｎは前記第１特性長を前記第２特性長で除算することにより取得される正の整数であるステップと、
板状金属部品の深絞り加工の前記重力荷重段階のコンピュータシミュレーションを実行することにより、前記ガイドピンによる横方向拘束を条件とした、自重下における、前記シートメタルブランクの変形形状を取得するステップであって、１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との接触が検出された場合に、前記横方向拘束が生成され、それぞれの前記横方向拘束が前記１の子ノードの親ノードに加えられるステップと、
を含んでいる非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１６】
請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
コンピュータシミュレーションが陽解法有限要素法を用いる場合には、
１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との間の接触が検出された場合に生成される前記横方向拘束は、前記１の子ノードの対応する親ノードに、前記１の子ノードと前記特定の有限要素との間で検出された接触力から導出される等価横方向力を加えることにより実行される、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１７】
請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記接触力のそれぞれは前記第１ＦＥＡモデルにおける追加スプリングとしてモデル化され、
各前記接触力は前記１の子ノードを通過する前記特定の有限要素に垂直な向きである、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１８】
請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
コンピュータシミュレーションが陰解法有限要素法を用いる場合には、
１の子ノードと前記第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との間の接触が検出された場合に生成される前記横方向拘束は、前記１の子ノードの対応する親ノードに、前記１の子ノードと前記特定の有限要素との間で検出された接触力から導出される等価横方向剛性を加えることにより実行される、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１９】
請求項１８に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
各前記接触力は前記１の子ノードを通過する前記特定の有限要素に垂直な向きであり、
前記特定の有限要素は、前記ガイドピンのうちの１本の外表面の特定部分を表している、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２０】
請求項１９に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記等価横方向剛性は、前記接触力の全ての平均に基づいた項であり、前記第１ＦＥＡモデルの通常の剛性マトリクスに加えられる、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、機械分野のコンピュータ支援工学（ＣＡＥ）解析の演算モデルの生成に関する。特に、本発明は、深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階に、シートメタルブランク（未加工の板金用金属板）がガイドピンと接触する影響を含めるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シートメタル成形は、ブランクシートメタルから金属部品を生産するために産業界において長年用いられている。例えば、自動車メーカーや部品サプライヤーはシートメタル成形を用いて、多くの部品を生産している。最も使用されているシートメタル成形プロセスのうちの１つは深絞りである。深絞りは、間にブランクシートメタルを挟んだ状態で、特定の形状のポンチを、それに対応するダイに、油圧プレスあるいは機械プレスにより押し込むことを含む。このプロセスから作られる例示的な製品には、自動車ボンネット、フェンダー、ドア、自動車用燃料タンク、キッチンシンク、アルミニウム缶などを含むが、これに限定されるものではない。ダイの、ある領域では、形成される部品や製品の深さは、一般にその直径の半分より大きい。その結果、ブランクは伸延され、その部品や製品のジオメトリ（形状）に応じて、様々な位置で薄肉化される。材料不具合（例えば、割れ、き裂、しわ、くびれ（ネッキング）等）など構造的欠陥がない場合に限って、その部品や製品は良好と言える。
【０００３】
図１Ａは、例示的な深絞り加工装置を示している。図１Ａの深絞り加工装置では、シートメタルブランクすなわちブランク１２０（つまり成形前の未加工の金属板）が、上方のダイ１１０と、ポンチ１３０との間のブランクホルダ１０８に支えられている。ダイ１１０が絞りの軸方向にポンチ１３０に向かって押下げられると（矢印１４０参照）、ブランク１２０は板状金属部品に成形される。ダイ１１０は、製品デザイン部分１０２と、バインダ部分１０６ａ〜ｂと、アデンダム部分１０４ａ〜ｂと、を有する。多数のガイドピン（ガイドポスト）１２２が、ブランク１２０に対して正確に配置されている。図１Ｂは、例示的なシートメタルブランク１６０およびガイドピン１６２の平面図を示している。シートメタルブランク１６０は、ガイドピン１６２の位置によって規定される境界線内において横方向に移動可能である。図示の簡単化のために、シートメタルブランク１６０を楕円形で示す。シートメタルブランク１７０を図１Ｃに示すように任意の形状とできることは当業者には理解されるであろう。シートメタルブランク１７０は多数のガイドピン１７２によって囲まれる。
【０００４】
板状金属部品を首尾よく製造するために、今日、多くの製造業では、コンピュータシミュレーションすなわち数値シミュレーション（例えばコンピュータ支援エンジニアリング解析（ＣＡＥ））が用いられ、このような目標の達成を支援している。有用なコンピュータシミュレーションの１つは、有限要素解析（ＦＥＡ）を用いて行われる。有限要素解析（ＦＥＡ）は、複雑系に関連する工学問題をモデル化して解くために産業界において広く用いられている、コンピュータ処理方法である。ＦＥＡの名前は、着目されている対象のジオメトリを特定する方法に由来する。現代のデジタルコンピュータの登場により、ＦＥＡは、ＦＥＡのソフトウェアとして実装されている。ＦＥＡソフトウェアは、大きく二つのタイプ、陰解法ＦＥＡソフトウェアと陽解法ＦＥＡソフトウェアと、に分類することができる。陰解法ＦＥＡソフトウェアは、連立一次方程式の系を解くために陰解法方程式ソルバを用いる。このようなソフトウェアは、一般的に、静的あるいは準静的な問題をシミュレートするために用いられる。陽解法ＦＥＡソフトウェアは、連立方程式を解くのではなく、各未知数を連立していないものと仮定して陽的に解く。陽解法ＦＥＡソフトウェアは、通常、方法を安定した正確なものとするため、非常に短い時間ステップを必要とする中央差分時間積分(central difference time integration)を用いる。陽解法ＦＥＡソフトウェアは、一般的に、衝撃型のイベントなど、動力学が重要となる、短期間イベントをシミュレートするために用いられる。
【０００５】
板状金属部品の深絞り加工のシミュレートにおいては、多くの異なるタイプのシミュレーションが行われる。図２では、一連のそのようなシミュレーションを例示的にリストに示す。例示的な一連のシミュレーションは、（例えば、板状金属から自動車部品を成形する）金属成形シミュレーションである。金属成形シミュレーションは、いくつかの段階を有する。
１）重力荷重（Gravity Loading）段階２０２
２）バインダラッピング（Binder Wrapping）段階２０４
３）パンチ降下(Punch Lowering)段階２０６
４）バインダリリースによるスプリングバック(Binder Release for Springback)段階２０８
５）エッジフランジングおよびヘミング（Edge Hemming and Hemming）段階２１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、深絞り加工の重力荷重段階２０２の数値シミュレーションに対してなされたものである。特に、シミュレーションでは、シートメタルブランクと接触するガイドピンの影響を考慮してモデル化される。重力荷重段階において、シートメタルブランク１２０はブランクホルダ１０８の上部に配置される。シートメタルブランク１２０は、１つ以上のガイドピン１２２と接触するまで、拘束されることなく横方向に移動できる。
【０００７】
従来技術の手法では、シートメタルブランクとガイドピンとの接触を検出できるよう、シートメタルブランクの演算モデルに対する大きな変更（つまりＦＥＡメッシュの精密化）が必要となる。シートメタルブランクのＦＥＡメッシュの精密化は、冗長となるという問題だけでなく、工数およびコンピュータリソース（つまりメモリの大容量化、実行時間の長時間化など）の点からコストが嵩むという問題がある。
【０００８】
したがって、深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階に、シートメタルブランクがガイドピンと接触する影響を含める、より効率的なシステムおよび方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この章は、本発明のいくつかの面を要約することを目的とし、いくつかの好適な実施形態を簡潔に紹介するものである。この章の目的が曖昧になることを避けるため、簡略化あるいは省略が行われている場合がある。このような簡略化あるいは省略は、本発明の範囲を制限するものではない。
【００１０】
深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階に用いられる、シートメタルブランクがガイドピンと接触する影響を含めるシステムおよび方法を提供する。第１の様態では、シートメタルブランクを表す第１演算モデルと、ガイドピンの外表面を表す第２演算モデルと、が定義され、コンピュータシステムに受け取られる。第１および第２演算モデルのそれぞれは、要素によって接続される多数のノードを有する。第１演算モデルにおけるノードの一部は、親ノードのグループとして定義される。
【００１１】
第１および第２特性長が、第１および第２演算モデルにおいてそれぞれ決定される。第１特性長は、各隣接する一対の親ノード間の距離である。第２特性長は、第２演算モデルにおける要素の最短寸法である。第１特性長と第２特性長との比に基づいた式を用いて、一対の親ノード間のそれぞれに、多数の子ノードが生成される。
【００１２】
その後、重力荷重段階のコンピュータシミュレーションを実行することで、生成された横方向拘束を条件とした、自重下における、シートメタルブランクの変形形状が取得される。１の子ノードとガイドピンの外表面を表す特定の有限要素との接触が検出されたときに、横方向拘束が生成されて、子ノードの親に加えられる。
【００１３】
本発明の目的、特徴および利点は、添付した図面を参照し、以下の本発明の実施の形態の詳細な説明を考察することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明のこれらおよび他の、特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲および添付した図面によって、より一層理解されるであろう。図面は次の通りである。
【図１Ａ】板状金属部品の深絞り加工のための絞りダイの例示的な構造の断面立面図を示す概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る数値シミュレーション可能な第１の例示的なシートメタルブランクおよび周辺ガイドピンの平面図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に係る数値シミュレーション可能な第２の例示的なシートメタルブランクおよび絞りダイに配置された周辺ガイドピンの平面図である。
【図２】例示的な一連の関連する板状金属部品の深絞り加工シミュレーションを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係るシートメタルブランクの例示的な演算モデルを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係るガイドピンの例示的な演算モデルを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る親ノードおよび子ノードの例示的な構成を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る、深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階において、シートメタルブランクを表している演算モデルに対する、ガイドピンとの接触による横方向拘束を生成する例示的な方法を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係る、深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階において、シートメタルブランクを表している演算モデルに対する、ガイドピンとの接触による横方向拘束を生成する例示的な方法を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態に係る、深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階において、シートメタルブランクを表している演算モデルに対する、ガイドピンとの接触による横方向拘束を生成する例示的な方法を示す図である。
【図５Ｄ】本発明の一実施形態に係る、深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階において、シートメタルブランクを表している演算モデルに対する、ガイドピンとの接触による横方向拘束を生成する例示的な方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、板状金属部品の深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階にシートメタルブランクがガイドピンと接触する影響を含める例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態を実現可能である例示的なコンピュータの主な構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明においては、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記述される。しかしながら、本発明をこれらの具体的な詳細によらなくとも実現できることは、当業者にとって明らかである。ここでの説明および表現は、当該技術で経験のある者すなわち当業者が彼らの仕事を他の当業者に最も効果的に伝えるために用いる通常の手段である。他の事例で、よく知られている、方法、手順、および構成は、本発明の態様が不必要に不明瞭となることを回避するために、詳細には説明しない。
【００１６】
ここで言及する「一実施形態」あるいは「ある実施形態」は、その実施形態に関して説明される特定の特徴、構造あるいは特性を、本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることができるということを意味する。本明細書において記載される「一実施形態において」という語は、全てが同一の実施形態を言及しているものである必要はなく、また、他の実施形態とは相互に排他的な、別のあるいは代替的な実施形態である必要もない。さらに、本発明の１つ以上の実施形態を表わすプロセスフローチャートあるいはプロセス図におけるブロックの順序は、本質的に、いかなる特定の順序も示すものではなく、また、本発明におけるいかなる限定も意味するものでもない。
【００１７】
本発明の実施形態を、図３Ａから図７を参照して、ここに説明する。しかしながら、ここで行われるこれらの図面を参照した詳細な説明は、例示を目的とするものであって、当業者は、本発明がこれらの限られた実施形態よりも広いことを容易に認識するであろう。
【００１８】
初めに、図６を参照して、板状金属部品の深絞り加工シミュレーションの重力荷重段階に、シートメタルブランクがガイドピンと接触する影響を含める例示的なプロセス６００を示すフローチャートについて説明する。プロセス６００は、好ましくはソフトウェアで実行される。プロセス６００は、他の図面、特に図３Ａ〜図５Ｂを参照して理解されるであろう。
【００１９】
プロセス６００は、ステップ６０２において、シートメタルブランクを表す第１演算モデルと、ガイドピンの外表面を表す第２演算モデルと、をコンピュータシステム（例えば図７のコンピュータシステム７００）が受け取ることでスタートする。第１および第２演算モデルは、板状金属部品の深絞り加工のコンピュータシミュレーションに用いられる有限要素解析モデル（例えば二次元シェル要素によって接続されるノードによって定義されたＦＥＡメッシュ）とできる。
【００２０】
図３Ａは、シートメタルブランクを表す例示的な第１ＦＥＡメッシュモデル３０２を示す。図３Ｂは、ガイドピンの外表面を表す例示的な第２ＦＥＡモデル３１２を示す。なお、２つの例示的なモデル３０２，３１２は同じ縮尺では描画されていない。本例においては、第１ＦＥＡモデル３０２は、第２ＦＥＡモデル３１２と比較してはるかに小さい縮尺で描画されている。さらに、第１ＦＥＡモデル３０２は、任意の形状（例えば図１Ｂに示す楕円形や図１Ｃに示す不規則な形状）とできる。第２ＦＥＡモデル３１２の外表面を表すシェル要素の数は、異なるものであってもよい（つまり図３Ｂに示す６つのシェル要素ではなく）。
【００２１】
シートメタルブランクの外周に沿って配置された第１演算モデルのノードの一部は、親ノードのグループとして定義すなわち指定される。親ノードのグループは、ガイドピンとの接触を検出するように構成される子ノードの生成のために用いられる。図３Ａに例示的な親ノード３０４を示す。親ノードは、ユーザまたは他の手段（例えばアプリケーションモジュールにおけるデフォルト定義）によって、定義／指定／特定できる。
【００２２】
ステップ６０４において、第１および第２特性長が決定される。第１特性長は、各隣接する一対の親ノード間の距離３０６である。第２特性長は、第２ＦＥＡモデル３１２の有限要素の最短寸法３１６である。
【００２３】
次に、ステップ６０６において、少なくともＮ個の子ノードが、各隣接する一対の親ノード間に生成される。子ノードは、第１ＦＥＡモデルの有限要素のエッジに沿って配置される。Ｎは、第１特性長を第２特性長で除算し、さらに整数に丸めることにより決定された正の整数である。図４に、本発明の一実施形態において用いられる親ノードおよび子ノードの例示的な配置を示す。図４に、シートメタルブランクを表す例示的な第１ＦＥＡモデル４００の一部と、ガイドピンを表す例示的な第２ＦＥＡモデル４１０の一部の平面図と、を示す。第１ＦＥＡモデル４００の典型的な有限要素４０１は、外周に沿って２つの親ノード４０４ａ〜４０４ｂを有する。第１特性長４０５は、親ノード４０４ａと親ノード４０４ｂとの間（つまり隣接する一対の親ノード間）の距離である。第２ＦＥＡモデル４１０は、ガイドピンの外表面を表す有限要素４１２を有する。第２特性長４１５は、第２ＦＥＡモデル４１０における有限要素の最短寸法である。Ｎ個の子ノード４０８は、親ノード４０４ａ〜４０４ｂの間に生成される。
【００２４】
最後に、ステップ６０８において、板状金属部品の深絞り加工の重力荷重段階のコンピュータシミュレーションを実行することにより、ガイドピンの横方向拘束を条件とした、自重下での、シートメタルブランクの変形形状が取得される。１の子ノードと、第２ＦＥＡモデルの特定の有限要素との接触が検出された場合に、横方向拘束が生成される。それぞれの横方向拘束は、その子ノードの親に加えられる。図５Ａ〜図５Ｂに、横方向拘束を加える例示的なシーケンスを示す。
【００２５】
図５Ａに示すように、子ノード５０８が（第２ＦＥＡモデル５１０によって表される）ガイドピンの外表面に接触しているか否かがチェックされる。子ノード５０８と、第２ＦＥＡモデル５１０の特定の有限要素との接触が検出された場合、特定の有限要素に垂直すなわち直交する横方向拘束力５２０が、子ノード５０８に生成される。その後、図５Ｂに示すように、横方向拘束力５２０は、それぞれの親ノード５０４ａ〜５０４ｂにおいて、その横方向拘束力と等価な２つの拘束力５２２ａ〜５２２ｂへと変換される。変換は、多くの周知技術、例えば、静的平衡（static equilibrium）により実行できる。
【００２６】
図５Ｃ〜図５Ｄに示す他の例示的な配置においては、２箇所の接触が検出される。１つは第１子ノード５０８における接触であり、他は第２子ノード５０９における接触である。その結果、横方向拘束する二つの抗力５２０，５３０が生成される。その後、抗力５２０，５３０の合力５４０が、親ノード５０４ａ〜５０４ｂにおいて、その合力と等価な横方向抗力５４２ａ〜５４２ｂへと変換される。
【００２７】
陽解法有限要素解析においては、横方向拘束すなわち抗力を表すスプリングが、接触位置に、面に垂直に追加される。陰解法有限要素においては、抗力の代わりに、横方向剛性の項がそれぞれの親ノードに追加される。２箇所以上の接触が検出された場合、親ノードにおける横方向拘束力は、全ての接触抗力の平均を取ることで決定できる。
【００２８】
一の態様において、本発明は、ここに説明した機能を実行可能な１つ以上のコンピュータシステムに対してなされたものである。コンピュータシステム７００の一例を、図７に示す。コンピュータシステム７００は、プロセッサ７０４のようなプロセッサを１つ以上有する。プロセッサ７０４は、コンピュータシステム内部通信バス７０２に接続されている。種々のソフトウェアの実施形態を、この例示的なコンピュータシステムに関して説明する。この説明を見れば、関連する技術分野に習熟している者には、いかにして他のコンピュータシステムおよび／またはコンピューターアーキテクチャーを用いて本発明を実行するかが、明らかになるである。
【００２９】
コンピュータシステム７００は、また、メインメモリ７０８好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））を有しており、そして補助メモリ７１０を有することもできる。補助メモリ７１０は、例えば、１つ以上のハードディスクドライブ７１２、および／または、フレキシブルディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどを表わす１つ以上のリムーバブルストレージドライブ７１４を含むことができる。リムーバブルストレージドライブ７１４は、よく知られている方法で、リムーバブルストレージユニット７１８を読み出し、および／または、リムーバブルストレージユニット７１８に書き込む。リムーバブルストレージユニット７１８は、リムーバブルストレージドライブ７１４によって読み出し・書き込みされるフレキシブルディスク、磁気テープ、光ディスクなどを表わす。上記の内容からわかるように、リムーバブルストレージユニット７１８は、コンピューターソフトウェアおよび／またはデータを内部に記憶している、コンピュータで使用可能な記憶媒体を含む。
【００３０】
代替的な実施形態では、補助メモリ７１０は、コンピュータプログラムあるいは他の命令をコンピュータシステム７００にロードすることを可能にする他の同様な手段を有することもできる。そのような手段は、例えば、リムーバブルストレージユニット７２２とインタフェース７２０とを有してもよい。そのようなものの例には、プログラムカートリッジおよびカートリッジのインタフェース（ビデオゲーム機に見られるようなものなど）と、リムーバブルメモリチップ（（ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）フラッシュメモリ、あるいはＰＲＯＭ（Programmable Read-Only Memory）など）および関連するソケットや、リムーバブルストレージユニット７２２からコンピュータシステム７００にソフトウェアおよびデータを転送することを可能にする他のリムーバブルストレージユニット７２２およびインタフェース７２０が含まれうる。一般に、コンピュータシステム７００は、プロセススケジューリング、メモリ管理、ネットワーキングおよびＩ／Ｏ（Input/Output）サービスなどのタスクを行なうオペレーティングシステム（ＯＳ）ソフトウェアによって、制御され連係される。
【００３１】
通信インタフェース７２４も、バス７０２に接続できる。通信インタフェース７２４は、コンピュータシステム７００と外部装置との間で、ソフトウェアおよびデータを転送することを可能にする。通信インタフェース７２４の例には、モデム、ネットワークインタフェイス（イーサネット（登録商標）・カードなど）、コミュニケーションポート、ＰＣＭＣＩＡ(Personal Computer Memory Card International Association)スロットおよびカードなど、が含まれうる。コンピュータシステム７００は、特定のセットの規則（つまりプロトコル）に基づいて、データネットワーク上の他の演算装置と通信する。一般的なプロトコルのうちの１つは、インターネットにおいて一般に用いられているＴＣＰ／ＩＰ（伝送コントロール・プロトコル／インターネット・プロトコル）である。一般に、通信インタフェース７２４は、データファイルをアセンブルしてデータネットワーク上で伝達される小さいパケットに変換することを管理し、あるいは受信したパケットを逆アセンブルして元のデータファイルに変換することを管理する。さらに、通信インタフェース７２４は、パケットが正しい宛先に届くよう、それぞれのパケットのアドレス部を処理し、あるいはコンピュータシステム７００が宛先となっているパケットをインターセプトする。本明細書において、「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータで使用可能な媒体」という語は、通常、リムーバブルストレージドライブ７１４、および／または、ハードディスクドライブ７１２に組み込まれたハードディスクなどの媒体の意味で用いられている。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム７００にソフトウェアを提供する手段である。本発明は、このようなコンピュータプログラム製品に対してなされたものである。
【００３２】
コンピュータシステム７００は、また、コンピュータシステム７００をモニタ、キーボード、マウス、プリンタ、スキャナ、プロッタなどにアクセスさせる入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース７３０を有してもよい。
【００３３】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックともいう）は、メインメモリ７０８および／または補助メモリ７１０にアプリケーションモジュール７０６として記憶される。コンピュータプログラムは、通信インタフェース７２４を介して受け取られてもよい。このようなコンピュータプログラムが実行された時、コンピュータプログラムによって、コンピュータシステム７００がここに説明される本発明の特徴を実行することが可能になる。詳細には、コンピュータプログラムが実行された時、コンピュータプログラムによって、プロセッサ７０４が本発明の特徴を実行することが可能になる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム７００のコントローラを表わしている。
【００３４】
ソフトウェアを用いて発明が実行される実施形態において、ソフトウェアをコンピュータプログラム製品に記憶でき、リムーバブルストレージドライブ７１４、ハードディスクドライブ７１２あるいは通信インタフェース７２４を用いてコンピュータシステム７００へとロードすることができる。アプリケーションモジュール７０６は、プロセッサ７０４によって実行された時、プロセッサ７０４に、ここに説明される本発明の機能を実行する。
【００３５】
所望のタスクを達成するために、Ｉ／Ｏインタフェース７３０を介したユーザ入力によって、あるいは、ユーザ入力によることなしに、１つ以上のプロセッサ７０４によって実行することができる１つ以上のアプリケーションモジュール７０６を、メインメモリ７０８に、ロードすることもできる。動作中、少なくとも１つのプロセッサ７０４がアプリケーションモジュール７０６のうちの１つを実行すると、結果が演算されて補助メモリ７１０（つまりハードディスクドライブ７１２）に記憶される。
【００３６】
本発明を具体的な実施形態を参照しながら説明したが、これらの実施形態は単なる例示であって、本発明を限定するものではない。具体的に開示された例示的な実施形態に対する種々の変更あるいは変形を、当業者は思いつくであろう。例えば、図５Ａ〜図５Ｂにおいては１つのガイドピンのみを例示し説明したが、２つ以上のガイドピンが配置されてもよい。つまり、本発明の範囲は、ここで開示した具体的で例示的な実施形態に限定されず、当業者が容易に想到するあらゆる変更が、本願の精神および範囲、そして添付の特許請求の範囲の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１０２  製品デザイン部分
１０４ａ〜ｂ  アデンダム部分
１０６ａ〜ｂ  バインダ部分
１１０  ダイ
１０８  ブランクホルダ
１２０  シートメタルブランク
１２２  ガイドピン
１３０  パンチ
１６０  シートメタルブランク
１６２  ガイドピン
１７０  シートメタルブランク
１７２  ガイドピン
３０２  第１ＦＥＡメッシュモデル
３０４  親ノード
３０６  隣接する親ノードのペアの間の距離
３１２  第２ＦＥＡモデル
３１６  最短寸法
４００  第１ＦＥＡ解析モデル
４０１  有限要素
４０４ａ〜４０４ｂ  親ノード
４０５  第１特性長
４０８  子ノード
４１０  第２ＦＥＡモデル
４１２  有限要素
４１５  第２特性長
５０４ａ〜５０４ｂ  親ノード
５０８，５０９  子ノード
５１０  第２ＦＥＡモデル
５２０  横方向拘束力
５２２ａ〜５２２ｂ  拘束力
５２０，５３０  抗力
５４０  合力
５４２ａ〜５４２ｂ  横方向抗力
７０２  バス
７０４  プロセッサ
７０６  アプリケーションモジュール
７０８  メインメモリ（ＲＡＭ）
７１０  補助メモリ
７１２  ハードディスクドライブ
７１４  リムーバブルストレージドライブ
７１８  リムーバブルストレージユニット
７２０  インタフェース
７２２  リムーバブルストレージユニット
７２４  通信インタフェース
７３０  Ｉ／Ｏインタフェース
【図１Ａ】
2014232526.tif 000003
【図１Ｂ】
2014232526.tif 000004
【図１Ｃ】
2014232526.tif 000005
【図２】
2014232526.tif 000006
【図３Ａ】
2014232526.tif 000007
【図３Ｂ】
2014232526.tif 000008
【図４】
2014232526.tif 000009
【図５Ａ】
2014232526.tif 000010
【図５Ｂ】
2014232526.tif 000011
【図５Ｃ】
2014232526.tif 000012
【図５Ｄ】
2014232526.tif 000013
【図６】
2014232526.tif 000014
【図７】
2014232526.tif 000015
【外国語明細書】
TITLE OF INVENTION
Gravity Loading Phase of A Deep Drawing Manufacturing Simulation Including Effects Of Sheet Metal Blank in Contact With Guide Pins
FIELD
The present invention generally relates to creation of a computerized model for mechanical computer aided engineering (CAE) analysis, more particularly to systems and methods in gravity loading phase of a deep drawing manufacturing simulation including effects of sheet metal blank in contact with guide pins. 
BACKGROUND 
Sheet metal forming has been used in the industry for years for creating metal parts from a blank sheet metal, for example, automobile manufacturers and their suppliers produce many parts using sheet metal forming. One of the most used sheet metal forming processes is deep drawing, which involves a hydraulic or mechanical press pushing a specially-shaped punch into a matching die with a piece of blank sheet metal in between. Exemplary products made from this process include, but are not limited to, car hood, fender, door, automotive fuel tank, kitchen sink, aluminum can, etc. In some areas of the die, the depth of a part or product being made is generally more than half its diameter. As a result, the blank is stretched and therefore thinned in various locations due to the geometry of the part or product. The part or product is only good when there is no structural defect such as material failure (e.g., cracking, tearing, wrinkling, necking, etc.).
FIG. 1A shows an exemplary deep drawing manufacturing setup, in which a sheet metal blank or blank 120 (i.e., an unformed sheet metal plate before being formed) rests on a blank holder 108 between an upper die 110 and a punch 130.  The blank 120 is formed into a sheet metal part when the die 110 is pushed down to the punch 130 in the direction of the draw axis (shown by an arrow 140).  The die 110 includes a product design section 102, binder section 106a-b and addendum section 104a-b.  A number of guide pins or guide posts 122 are configured for precisely the blank 120.  FIG. 1B shows a plan view of an exemplary sheet metal blank 160 and guide pins 162.  The sheet metal blank 160 can move laterally within a perimeter defined by locations of the guide pins 162. For illustration simplicity, an oval shape is shown for the sheet metal blank 160. Those of ordinary skill in the art would know that the sheet metal blank 170 can have any arbitrary shape shown in FIG. 1C. The sheet metal blank 170 is surrounded by a number of guide pins 172.
In order to successfully manufacture a sheet metal part, many of the today’s manufactures uses computer or numerical simulations (e.g., Computer Aided Engineering Analysis (CAE)) to help them to achieve such a goal.  One useful computer simulation is based on finite element analysis (FEA), which is a computerized method widely used in industry to model and solve engineering problems relating to complex systems. FEA derives its name from the manner in which the geometry of the object under consideration is specified.  With the advent of the modern digital computer, FEA has been implemented as FEA software. FEA software can be classified into two general types, implicit FEA software and explicit FEA software. Implicit FEA software uses an implicit equation solver to solve a system of coupled linear equations. Such software is generally used to simulate static or quasi-static problems. Explicit FEA software does not solve coupled equations but explicitly solves for each unknown assuming them uncoupled.  Explicit FEA software usually uses central difference time integration which requires very small time steps for the method to be stable and accurate. Explicit FEA software is generally used to simulate short duration events where dynamics are important such as impact type events.
In simulating a deep drawing manufacturing of a sheet metal part,  a number of different types of simulation are performed. FIG. 2 lists an exemplary series of such simulations. The exemplary series is a metal forming simulation (e.g., forming an automobile part from sheet metal). Metal forming simulation comprises a number of phases: 1) gravity loading 202, 2) binder wrapping 204, 3) punch lowering 206, 4) binder release for springback 208 and 5) edge flanging and hemming 210.
The present invention is directed to numerically simulation of the gravity loading phase 202 of a deep drawing manufacturing.  In particular, effects of guide pins in contact with sheet metal blank are considered and modeled in the simulation.  During gravity loading phase, the sheet metal blank 120 is placed on top of the blank holder 108.  The sheet metal blank 120 can move laterally without constraint until it contacts with one or more guide pins 122.
Prior art approaches have been requiring drastic changes to the computerized model (i.e., refining FEA mesh) of the sheet metal blank so that contacts between the sheet metal blank and guide pins can be detected.   Drawbacks for refining FEA mesh of the sheet metal blank are not only tedious, but also expensive in terms of man hours and computer resources (i.e., larger memory, longer execution time, etc.).  
It would therefore desirable to have more efficient systems and methods in gravity loading phase of a deep draw manufacturing simulation including effects of sheet metal blank in contact with guide pins.
SUMMARY
This section is for the purpose of summarizing some aspects of the present invention and to briefly introduce some preferred embodiments. Simplifications or omissions may be made to avoid obscuring the purpose of the section. Such simplifications or omissions are not intended to limit the scope of the present invention.
Systems and methods used in gravity loading phase of a deep drawing manufacturing simulation including effects of sheet metal blank in contact with guide pins are disclosed.  According to one aspect, a first computerized model representing a sheet metal blank and a second computerized model representing outer surface of guide pins are defined and received in a computer system. Each of the first and second computerized models contains a number of nodes connected by elements. A subset of the nodes in the first computerized model is defined as a group of parent nodes. 
First and second characteristic lengths are determined in the first and second computerized models, respectively.  The first characteristic length is the distance between each neighboring pair of the parent nodes.  The second characteristic length is the shortest dimension of the elements in the second computerized model. A number of child nodes are created between each pair of the parent nodes using a formula based on the ratio between the first and the second characteristic length.  
Deformed configuration of the sheet metal blank is then obtained under its own weight subject to the created lateral constraints by conducting computer simulation of gravity loading phase, lateral constraints are created and added to at the child node’s parents, when a contact between a child node and a particular finite element representing outer surface of guide pins is detected.
Objects, features, and advantages of the present invention will become apparent upon examining the following detailed description of an embodiment thereof, taken in conjunction with the attached drawings.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
These and other features, aspects, and advantages of the present invention will be better understood with regard to the following description, appended claims, and accompanying drawings as follows:
FIG. 1A is a diagram showing an elevation cross-section view of an exemplary set up of a draw die for deep draw manufacturing of a sheet metal part;
FIG. 1B is a diagram showing a plan view of a first exemplary sheet metal blank and surrounding guide pins that can be numerically simulated in accordance with one embodiment of the present invention;
FIG. 1C is a diagram showing a plan view of a second exemplary sheet metal blank and surrounding guide pins configured in a draw die that can be numerically simulated in accordance with one embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing an exemplary series of related deep draw manufacturing simulations of sheet metal part;
FIG. 3A is a diagram showing an exemplary computerized model of a sheet metal blank in accordance with one embodiment of the present invention;
FIG. 3B is a diagram showing an exemplary computerized model of a guide pin in accordance with one embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing an exemplary scheme of parent and child nodes, according to one embodiment of the present invention;
FIGS. 5A-5D are diagrams showing exemplary schemes for creating lateral constraints to a computerized model representing a sheet metal blank due to contact with guide pins in gravity loading phase of deep drawing manufacturing simulation, according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a flowchart illustrating an exemplary process of including effects of sheet metal blank in contact with guide pins in gravity loading phase of a deep draw manufacturing simulation of a sheet metal part, according to one embodiment of the present invention; and
FIG. 7 is a functional block diagram showing salient components of an exemplary computer, in which one embodiment of the present invention may be implemented.
DETAILED DESCRIPTION
In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention.  However, it will become obvious to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details.  The descriptions and representations herein are the common means used by those experienced or skilled in the art to most effectively convey the substance of their work to others skilled in the art.  In other instances, well-known methods, procedures, and components have not been described in detail to avoid unnecessarily obscuring aspects of the present invention.
Reference herein to “one embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment can be included in at least one embodiment of the invention.  The appearances of the phrase “in one embodiment” in various places in the specification are not necessarily all referring to the same embodiment, nor are separate or alternative embodiments mutually exclusive of other embodiments.  Further, the order of blocks in process flowcharts or diagrams representing one or more embodiments of the invention do not inherently indicate any particular order nor imply any limitations in the invention.
Embodiments of the present invention are discussed herein with reference to FIGS. 3A-7. However, those skilled in the art will readily appreciate that the detailed description given herein with respect to these figures is for explanatory purposes as the invention extends beyond these limited embodiments.
Referring first to FIG. 6, it is shown a flowchart illustrating an exemplary process 600 of including effects of sheet metal blank in contact with guide pins in gravity loading phase of a deep draw manufacturing simulation of a sheet metal part.  Process 600 is preferably implemented in software and understood in conjunction with other figures particularly FIGS. 3A-5B.
Process 600 starts by receiving a first computerized model representing a sheet metal blank and a second computerized model representing outer surface of guide pins in a computer system (e.g., computer system 700 of FIG. 7) at step 602. The first and second computerized models can be finite element analysis models (e.g., FEA meshes defined by nodes connected by two-dimensional shell elements) used in a computer simulation of deep drawing manufacturing of a sheet metal part. 
FIG. 3A shows an exemplary first FEA mesh model 302 representing sheet metal blank while FIG. 3B shows an exemplary second FEA model 312 representing outer surface of a guide pin.  It is noted that two exemplary models 302-312 are not illustrated with the same scale.  In this example, the first FEA model 302 is drawn with a much smaller scale comparing to the second FEA model 312. Additionally, the first FEA model 302 can have arbitrary shape (e.g., oval shape and non-regular shape shown in FIGS. 1B and 1C).  The second FEA model 312 can have different number of shell elements to represent the outer surface (i.e., instead of six shell elements shown in FIG. 3B). 
A subset of nodes of the first computerized model located along the sheet metal blank's perimeter is defined or designated as a group of parent nodes, which are used for creating child nodes configured for detecting contacts with the guide pins. Exemplary parent nodes 304 are shown in FIG. 3A. Parent nodes can be defined/designated/specified by user or other means (e.g., default definition in application module). 
At step 604, first and second characteristic lengths are determined.  The first characteristic length is the distance 306 between each neighboring pair of parent nodes, while the second characteristic length is the shortest dimension 316 of the finite elements of the second FEA model 312.  
Next, at step 606, at least N child nodes are created between each neighboring pair of parent nodes.  The child nodes are located along an edge of a finite element in the first FEA model.  N is a positive integer determined by dividing the first characteristic length by the second characteristic length, and then rounding to an integer.   FIG. 4 shows an exemplary scheme of parent and child nodes used in an embodiment of the present invention.  Portion of an exemplary first FEA analysis model 400 representing sheet metal blank and a top view of a portion of an exemplary second FEA model representing a guide pin 410 are shown in FIG. 4. Atypical finite element 401 of the first FEA model 400 has two parent nodes 404a-404b along the perimeter. The first characteristic length 405 is the distance between parent node 404a and parent node 404b (i.e., neighboring pair of parent nodes).  The second FEA model 410 contains finite element 412 representing outer surface of the guide pin.  The second characteristic length 415 is the shortest dimension of the finite elements in the second FEA model 410.  N child nodes 408 are created between the parent nodes 404a-404b. 
Finally, at step 608, deformed configuration the sheet metal blank under its own weight and subject to lateral constraints of the guide pins is obtained by conducting a computer simulation of the gravity loading phase of the deep drawing manufacturing of the sheet metal part. The lateral constraints are created when contact between a child node and a particular finite element of the second FEA model is detected. The respective lateral constraints are added to the child node's parents.  An exemplary sequence of adding lateral constraints are shown in FIGS. 5A-5B.  
Shown in FIG. 5A, a child node 508 is checked whether it is in contact with outer surface of a guide pin (represented by the second FEA model) 510. When a contact between child node 508 and a particular finite element of the second FEA model 510 is detected, a lateral constraint force 520 normal or orthogonal to the particular finite element is created at the child node 508.  The lateral constraint force 520 is then converted to two equivalent constraint forces 522a-522b at respective parent nodes 504a-504b as shown in FIG. 5B.  The conversion can be performed with many well known techniques, for example, static equilibrium. 
In another exemplary scheme shown in FIGS. 5C-5D, two contacts are detected: one at first child node 508, another at second child node 509. As a result, two resistant forces 520-530 are created for lateral constraints.  The resultant force 540 of the resistant forces 520-530 is then converted into equivalent lateral resistant forces 542a-542b at parent nodes 504a-504b.
In explicit finite element analysis, a spring representing lateral constraint or resistance force is added to the location of contact normal to the surface. In implicit finite element, instead of resistance force, a lateral stiffness term is added to respective parent nodes. When there are more than one contact detected, the lateral constraint forces at the parent nodes can be determined by averaging of all contact resistance forces.
According to one aspect, the present invention is directed towards one or more computer systems capable of carrying out the functionality described herein. An example of a computer system 700 is shown in FIG. 7. The computer system 700 includes one or more processors, such as processor 704. The processor 704 is connected to a computer system internal communication bus 702. Various software embodiments are described in terms of this exemplary computer system. After reading this description, it will become apparent to a person skilled in the relevant art(s) how to implement the invention using other computer systems and/or computer architectures.
Computer system 700 also includes a main memory 708, preferably random access memory (RAM), and may also include a secondary memory 710. The secondary memory 710 may include, for example, one or more hard disk drives 712 and/or one or more removable storage drives 714, representing a floppy disk drive, a magnetic tape drive, an optical disk drive, etc. The removable storage drive 714reads from and/or writes to a removable storage unit 718 in a well-known manner. Removable storage unit 718, represents a floppy disk, magnetic tape, optical disk, etc. which is read by and written to by removable storage drive 714. As will be appreciated, the removable storage unit 718 includes a computer usable storage medium having stored therein computer software and/or data.
In alternative embodiments, secondary memory 710 may include other similar means for allowing computer programs or other instructions to be loaded into computer system 700. Such means may include, for example, a removable storage unit 722 and an interface 720. Examples of such may include a program cartridge and cartridge interface (such as that found in video game devices), a removable memory chip (such as an Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM), Universal Serial Bus (USB) flash memory, or PROM) and associated socket, and other removable storage units 722 and interfaces 720 which allow software and data to be transferred from the removable storage unit 722 to computer system 700. Ingeneral, Computer system 700 is controlled and coordinated by operating system (OS) software, which performs tasks such as process scheduling, memory management, networking and I/O services.  
There may also be a communications interface 724 connecting to the bus 702. Communications interface 724 allows software and data to be transferred between computer system 700and external devices. Examples of communications interface 724 may include a modem, a network interface (such as an Ethernet card), a communications port, a Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) slot and card, etc. The computer 700 communicates with other computing devices over a data network based on a special set of rules (i.e., a protocol). One of the common protocols is TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) commonly used in the Internet. In general, the communication interface 724manages the assembling of a data file into smaller packets that are transmitted over the data network or reassembles received packets into the original data file. In addition, the communication interface 724 handles the address part of each packet so that it gets to the right destination or intercepts packets destined for the computer 700.In this document, the terms "computer program medium" and "computer usable medium" are used to generally refer to media such as removable storage drive 714, and/or a hard disk installed in hard disk drive 712. These computer program products are means for providing software to computer system 700. The invention is directed to such computer program products. 
The computer system 700 may also include an input/output (I/O) interface 730, which provides the computer system 700 to access monitor, keyboard, mouse, printer, scanner, plotter, and alike. 
Computer programs (also called computer control logic) are stored as application modules 706 in main memory 708 and/or secondary memory 710. Computer programs may also be received via communications interface 724. Such computer programs, when executed, enable the computer system 700 to perform the features of the present invention as discussed herein. In particular, the computer programs, when executed, enable the processor 704 to perform features of the present invention. Accordingly, such computer programs represent controllers of the computer system 700. 
In an embodiment where the invention is implemented using software, the software may be stored in a computer program product and loaded into computer system 700 using removable storage drive 714, hard drive 712, or communications interface 724. The application module 706, when executed by the processor 704, causes the processor 704 to perform the functions of the invention as described herein. 
The main memory 708 may be loaded with one or more application modules 706 that can be executed by one or more processors 704 with or without a user input through the I/O interface 730 to achieve desired tasks. In operation, when at least one processor 704 executes one of the application modules 706, the results are computed and stored in the secondary memory 710 (i.e., hard disk drive 712).
Although the present invention has been described with reference to specific embodiments thereof, these embodiments are merely illustrative, and not restrictive of, the present invention. Various modifications or changes to the specifically disclosed exemplary embodiments will be suggested to persons skilled in the art. For example, whereas only one guide pin has been shown and described in an example depicted in FIGS. 5A-5B, there can be more than one guide pin.  In summary, the scope of the invention should not be restricted to the specific exemplary embodiments disclosed herein, and all modifications that are readily suggested to those of ordinary skill in the art should be included within the spirit and purview of this application and scope of the appended claims.
CLAIMS
What is claimed is:
1.  A method of including effects of a sheet metal blank in contact with guide pins in gravity loading phase of a deep draw manufacturing simulation of a sheet metal part, said method comprising:
receiving a first finite element analysis (FEA) model representing a sheet   
metal blank and a second FEA model representing outer surface of guide pins
in a computer system having a FEA application module installed thereon, each
of said first and second FEA models containing a plurality of nodes
connected a plurality of finite elements, and a subset of the nodes of the
first FEA model located along the sheet metal blank's perimeter being 
defined as a group of parent nodes;
determining first and second characteristic lengths, the first characteristic 
length being distance between each neighboring pair of the parent nodes and
the second characteristic length being shortest dimension of all of the
finite elements of the second FEA model;
creating at least N child nodes between said each pair of the parent nodes 
along an edge of corresponding finite element, N is a positive integer 
obtained by dividing the first characteristic length by the second 
characteristic length; and
obtaining the sheet metal blank's deformed configuration under its own weight
and subject to lateral constraints of the guide pins by conducting a 
computer simulation of the gravity loading phase of deep drawing 
manufacturing of a sheet metal part, the lateral constraints being created 
when a contact between a child node and a particular finite element of the
second FEA model is detected, wherein the respective lateral constraints are     added at said child node's parent nodes.
2. The method of claim 1, wherein the group of parent nodes are located along perimeter of the first FEA model.
3. The method of claim 1, wherein said lateral constraints being created when a contact between a child node and a particular finite element of the second FEA model is detected is accomplished by adding equivalent lateral forces at corresponding parent nodes of said child node, the equivalent lateral forces being derived from contact forces detected between said child node and said particular finite element, if the computer simulation uses explicit finite element scheme.
4. The method of claim 3, wherein said equivalent lateral forces is prorated from the contact forces.
5. The method of claim 3, wherein each of the contact forces is modeled as an additional spring in the first FEA model and said each of the contact forces is in a direction normal to the particular finite element through said child node, wherein the particular finite element represents a particular portion of the outer surface of one of the guide pins.
6. The method of claim 1, wherein said lateral constraints being created when a contact between a child node and a particular finite element of the second FEA model is detected is accomplished by adding equivalent lateral stiffness at corresponding parent nodes of said child node, the equivalent lateral forces being derived from contact forces detected between said child node and said particular finite element, if the computer simulation uses implicit finite element scheme.
7. The method of claim 6, wherein each of the contact forces is in a direction normal to the particular finite element through said child node.
8. The method of claim 7, wherein said equivalent lateral stiffness is a term based on average of all of the contact forces and added to regular stiffness matrix of the first FEA model.
9. A system for creating a computerized model for a deep draw manufacturing simulation of a sheet metal part, said system comprising:
an input/output (I/O) interface;
a memory for storing computer readable code for a finite element analysis 
(FEA) application module; and
at least one processor coupled to the memory, said at least one processor
executing the computer readable code in the memory to cause the FEA 
application module to perform operations of:
receiving a first FEA model representing a sheet metal blank and a second 
FEA model representing outer surface of guide pins, each of said first
and second FEA models containing a plurality of nodes connected a
plurality of finite elements, and a subset of the nodes of the first FEA
model located along the sheet metal blank's perimeter being defined as a
group of parent nodes;
determining first and second characteristic lengths, the first 
characteristic length being distance between each neighboring pair of 
the parent nodes and the second characteristic length being shortest 
dimension of all of the finite elements of the second FEA model;
creating at least N child nodes between said each pair of the parent nodes
along an edge of corresponding finite element, N is a positive integer
obtained by dividing the first characteristic length by the second
characteristic length; and
obtaining the sheet metal blank's deformed configuration under its own 
weight and subject to lateral constraints of the guide pins by 
conducting a computer simulation of the gravity loading phase of deep
drawing manufacturing of a sheet metal part, the lateral constraints
being created when a contact between a child node and a particular 
finite element of the second FEA model is detected, wherein the 
respective lateral constraints are added at said child node's parent 
nodes.
10. The system of claim 9, wherein said lateral constraints being created when a contact between a child node and a particular finite element of the second FEA model is detected is accomplished by adding equivalent lateral forces at corresponding parent nodes of said child node, the equivalent lateral forces being derived from contact forces detected between said child node and said particular finite element, if the computer simulation uses explicit finite element scheme.
11. The system of claim 10, wherein each of the contact forces is modeled as an additional spring in the first FEA model and said each of the contact forces is in a direction normal to the particular finite element through said child node.
12. The system of claim 9, wherein said lateral constraints being created when a contact between a child node and a particular finite element of the second FEA model is detected is accomplished by adding equivalent lateral stiffness at corresponding parent nodes of said child node, the equivalent lateral forces being derived from contact forces detected between said child node and said particular finite element, if the computer simulation uses implicit finite element scheme.
13. The system of claim 12, wherein each of the contact forces is in a direction normal to the particular finite element through said child node, wherein the particular finite element represents a particular portion of the outer surface of one of the guide pins.
14. The system of claim 13, wherein said equivalent lateral stiffness is a term based on average of all of the contact forces and added to regular stiffness matrix of the first FEA model.
15. A non-transitory computer readable storage medium containing instructions for including effects of a sheet metal blank in contact with guide pins in gravity loading phase of a deep draw manufacturing simulation of a sheet metal part by a method comprising:
receiving a first finite element analysis (FEA) model representing a sheet
metal blank and a second FEA model representing outer surface of guide pins
in a computer system having a FEA application module installed thereon, each
of said first and second FEA models containing a plurality of nodes
connected a plurality of finite elements, and a subset of the nodes of the
first FEA model located along the sheet metal blank's perimeter being
defined as a group of parent nodes;
determining first and second characteristic lengths, the first characteristic 
length being distance between each neighboring pair of the parent nodes and 
the second characteristic length being shortest dimension of all of the 
finite elements of the second FEA model;
creating at least N child nodes between said each pair of the parent nodes 
along an edge of corresponding finite element, N is a positive integer 
obtained by dividing the first characteristic length by the second 
characteristic length; and
obtaining the sheet metal blank's deformed configuration under its own weight 
and subject to lateral constraints of the guide pins by conducting a 
computer simulation of the gravity loading phase of deep drawing 
manufacturing of a sheet metal part, the lateral constraints being created 
when a contact between a child node and a particular finite element of the 
second FEA model is detected, wherein the respective lateral constraints are
added at said child node's parent nodes.
16. The non-transitory computer readable storage medium of claim 15, wherein said lateral constraints being created when a contact between a child node and a particular finite element of the second FEA model is detected is accomplished by adding equivalent lateral forces at corresponding parent nodes of said child node, the equivalent lateral forces being derived from contact forces detected between said child node and said particular finite element, if the computer simulation uses explicit finite element scheme.
17. The non-transitory computer readable storage medium of claim 16, wherein each of the contact forces is modeled as an additional spring in the first FEA model and said each of the contact forces is in a direction normal to the particular finite element through said child node.
18. The non-transitory computer readable storage medium of claim 15, wherein said lateral constraints being created when a contact between a child node and a particular finite element of the second FEA model is detected is accomplished by adding equivalent lateral stiffness at corresponding parent nodes of said child node, the equivalent lateral forces being derived from contact forces detected between said child node and said particular finite element, if the computer simulation uses implicit finite element scheme.
19. The non-transitory computer readable storage medium of claim 18, wherein each of the contact forces is in a direction normal to the particular finite element through said child node, wherein the particular finite element represents a particular portion of the outer surface of one of the guide pins.
20. The non-transitory computer readable storage medium of claim 19, wherein said equivalent lateral stiffness is a term based on average of all of the contact forces and added to regular stiffness matrix of the first FEA model.
ABSTRACT OF THE DISCLOSURE 
Methods used in gravity loading phase of a deep drawing manufacturing simulation including effects of sheet metal blank in contact with guide pins are disclosed.  Computerized models of sheet metal blank and guide pins are created. A subset of the nodes in the first computerized model is defined as parent nodes. First and second characteristic lengths are then determined.  One or more child nodes are created between each pair of the parent nodes using a formula based on the ratio between the first and second characteristic lengths.  Deformed configuration of the sheet metal blank is obtained under its own weight subject to the lateral constraints by conducting computer simulation of gravity loading phase, lateral constraints are created and added to at the child node’s parents, when a contact between a child node and a particular finite element representing portion of outer surface of one of the guide pins is detected.
[Figure 6]
Figure 1A
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Figure 1B
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Figure 1C
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Figure 2
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Figure 3A
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Figure 3B
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Figure 4
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Figure 5A
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Figure 5B
2014232526.tif 000024
Figure 5C
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Figure 5D
2014232526.tif 000026
Figure 6
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Figure 7
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