(57)【要約】      （修正有）【課題】金型の設計作業や修正作業を支援するために、加工材の応力の全体像を容易に把握できるように表示する方法を提供する。【解決手段】加工材に働く主応力の強さと方向の全体像を、主応力の方向が示す連なりを流線として描画し表示することで、主応力の方向の変化と強さの変化を容易に把握できる。これにより、成形品の不良の要因である応力の全体像を捉える事ができるため、不良の要因の分析が的確に行え、応力を金型の設計作業や、金型の修正作業を支援する情報として役立てられるようになる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを用いた加工材のシミュレーションにおいて、加工材の各点に作用する応力から求められる主応力を、それぞれの方向が示す連なりを流れ線として表示する点を特徴とする、応力の表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンピュータを用いた加工材（金属板材）のシミュレーションにおいて、加工材内部に発生する応力を表示する方法に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
金型を使った加工材のプレス加工によって成形品を得るために、目的の良品が得られるように、金型を設計することが行われている。しかし、成形品が決められた要求を満足しない不具合（以下、これを「成形不良」という。）が発生した場合には、良品を得るために成形不良を回避できるよう金型の修正を行っている。この修正方法を技術者が考案するためには、その成形不良を引き起こした要因を分析することが必要である。
【０００３】
この金型の設計と修正を支援するために、コンピュータによるプレス加工シミュレーションが使われてきている。これを用いることで成形不良を引き起こす要因である加工材内部の力、つまり応力が加工材の各点ごとに得られる。成形不良を引き起こした要因を分析するためには、応力がどのように分布しているかといった全体像を把握することによって可能になる。
【０００４】
プレス加工シミュレーションでは、加工材をメッシュ状に分割して計算を行っており、このメッシュの中の一つの四角を要素という。プレス加工シミュレーションの計算結果から、要素ごとに主応力の方向と値が求められ、これを要素ごとに図１のように方向を矢印で、値を色や長さで、ベクトルの形で表示することが行われていた。（以下、これを「主応力のベクトル表示」という）主応力は２つの方向と値の組が得られ、それぞれの方向は必ず直交している。また主応力の値が正の場合は引張りの力を、負の場合は圧縮の力を表し、その絶対値が大きいほど強い力を表している。
【０００５】
主応力のベクトル表示によって、メッシュの１つ毎に、主応力の方向と値を把握することが出来るようになる。しかし、実際の成形品は複雑な形状であり、また主応力の方向は加工材の場所場所で大きく変化している。このため主応力のベクトル表示から、応力がどのような方向と値で分布しどのように変化ているか、その全体像を把握することは困難である。
【０００６】
さらに、実際の成形品では１つのメッシュに数万個以上の要素が使われており、これを主応力のベクトルを表示すると細かすぎるため、図２に示すように、一つ一つの矢印の方向を視認することすら難しくなり、全体像を把握することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、加工材に働く応力の全体像を把握できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、前述した、加工材に働く応力の全体像を把握できるようにするために、加工材の各点に作用する主応力を、それぞれの方向が示す連なりを流れ線として描画する応力の表示方法を実現した点に特徴がある。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明は、加工材の各点に作用する主応力を流れ線として表示することで、たとえば応力が不適切な場所に発生していないかだけでなく、その方向がどの向きであるか、また不適切な応力が発生した周辺では応力の強さと方向がどのように変化しているかといった詳細に渡る情報を容易に把握でき、応力の全体像を把握することが可能となる。
【実施例】
【００１０】
本願発明は、前述した加工材に働く応力の全体像の把握を容易にするために、図３のように主応力の方向が示す連なりを流線（以下、これを「主応力流線」という。）の形で描画したものを表示する点に特徴がある。
【００１１】
従来は要素ごとに異なる主応力の方向を表示していたのに対して、本発明では主応力の方向を連続した曲線（主応力流線）として描画した。これは、プレス加工シミュレーションの計算結果がメッシュの各要素ごとに分割されていても、本来は形状や応力が連続している事を考慮して、適当な始点からメッシュが表す面の上を、場所ごとに異なる主応力が示す方向に向かって連続した線を描画する事で実現する。また場所ごとに異なる主応力の値を可視化するために、例えば曲線の色を主応力流線の場所ごとに変えることや、線の太さを変えることによって表現する。
【００１２】
また、従来は全ての要素ごとに主応力の方向を表示していたのに対し、本発明では見やすいように適度な間隔を持った複数の主応力流線を描画する。これは、プレス加工シミュレーションの計算結果のメッシュがどのような細かさで分割されているかに関わらず、応力を見るために適切な間隔を利用者が指定するか、または形状などから適切な間隔を求め、この間隔で主応力流線を描画することで実現する。主応力の方向と値は２つ組が存在し方向は同じ点で必ず直交するため、主応力流線は交差した網の目のように表示される。
また、描画する主応力流線を描画する間隔を自由に制御し、詳細が必要な部分では線の密度を上げる。
【００１３】
上記第１の課題解決手段による作用は、応力がどのような方向と値で分布しどのように変化ているかを容易に把握できるようになる。主応力流線の方向は主応力の方向を表し、主応力流線の曲がり方は主応力の方向の変化を表している。また主応力流線の色によって各所での応力の値を表している。図３では主応力流線の色を線の濃淡で表している。
【００１４】
上記第２の課題解決手段による作用は、プレス加工シミュレーションの計算結果のメッシュの細かさに関わらず、加工材に働く応力の全体像を容易に把握できるようにする。
【００１５】
上記第３の課題解決手段による作用は、主応力流線が見やすいように適度な間隔によって間引いて表示するにもかかわらず、もとの応力の変化を詳細を損なわずに応力の全体像を把握できるようにする。
【００１６】
以上のような手順を実成形品に適用することで、図４のような主応力流線を描画することができる。図２の主応力のベクトル表示では判らなかった主応力の方向やその変化なども、一目で判別できるようになり、複雑な応力の全体像を容易に把握できることがわかる。
【００１７】
図５に本発明を実現するための、主応力流線を描画するための手順の一例を示す。また図６に図５の手順を説明するための図を示す。
【００１８】
まずＳ１で、これから主応力流線を描画する対象となるプレス加工シミュレーションの結果を受け取り、Ｓ２で描画する主応力流線どうしの適度な間隔を受け取る。
【００１９】
Ｓ３以後の手順により、主応力流線が描画される。
次にＳ３では、これから描画する主応力流線の始点の位置を決定する。この際に、Ｓ２で受け取った主応力流線の適度な間隔を満足するように、例えば既に描かれた別の主応力流線から、与えられた間隔だけ離れた位置を始点として決定する。これにより、図６のＡに丸印で示されているような主応力流線を描画する始点が決められる。
【００２０】
次にＳ４で既に十分な密度で全体に主応力流線を描画し終わり、さらに主応力流線を描画すべき始点が無いと判断されたなら、終了する。
【００２１】
次にＳ５では、Ｓ３で決定した始点の位置から主応力流線を描画する方向を決定する。この方向は、Ｓ１で受け取ったプレス加工シミュレーションの結果の応力から、始点位置での主応力の方向を求め、求めた主応力の２つの方向から、それぞれの逆方向も含めて４方向を決定する。これにより、図６のＡから伸びる４つの方向で表されている、主応力流線を描画する方向が決められる。この主応力の方向は、Ｓ３で決定した始点の位置での主応力の方向を、始点の位置とメッシュ位置関係を利用し、周囲の要素が持つ主応力ベクトルから適切に補間した方向を用いる。または、メッシュの各要素の中では同じ主応力の方向を用いてもよい。
【００２２】
この後、Ｓ５からＳ９の間で１本の主応力流線を描く。
次にＳ６では、Ｓ５で決めた主応力流線を進める方向のうち、これから描き進める方向を選択する。既に全ての方向を描画済みであったなら、Ｓ３に戻る。これにより、これにより、図６のＢに示すように、これから主応力流線を描画する方向が決められる。ここで、始点の位置を「現在の位置」（図６Ａ）として記録し、またこれから描き進める方向を「現在の方向」（図６Ｂ）として記録する。また選択した方向に対応する主応力の値を「現在の主応力の値」として記録する。
【００２３】
次にＳ７では、現在の位置から現在の方向へ微小な長さだけ伸ばし、そこを「これから描画する位置」（これを図６のＣ）として定め記録する。そして、「これから描画する位置」（図６Ｃ）での、主応力の方向と値と応力の強さの２つの方向と値の組を求め、それぞれの逆方向も含め４方向（これを図６のＣから伸びる４つの方向）のうち、「現在の方向」（図６Ｂ）に最も近い方向を、「これから描画する方向」（図６Ｄ）として選択し記録する。また選択した方向に対応する主応力の値を「これから描画する主応力の値」として記録する。
【００２４】
「現在の位置」から「現在の方向」へ伸ばした線と、「これから描画する位置」から「これから描画する方向」の逆方向へ伸ばした線（図６Ｅ）とは、必ずしも重ならないため、折れ線になる。しかし微小な長さを十分に小さくれば近似的に目的のために十分なめらかな曲線を描画できる。この方法の他に「現在の位置」と「これから描画する位置」の区間を曲線で表す場合には、その区間の補間曲線を適切に選択し、「これから描画する位置」を補間曲線に合わせて、曲線が滑らかに繋がるように決定し、描画してもよい。
【００２５】
微小な長さは、主応力流線を描画するために適切な長さに決定する。例えば、対象とする加工材の大きさから決定する方法や、「現在の方向」と「これから描画する方向」との差から、主応力流線が大きく曲がる部分ではより小さな長さだけになるよう決定する方法によって決定できる。
【００２６】
次にＳ８では、「現在の位置」（図６Ａ）から「これから描画する位置」（図６Ｃ）まで、主応力流線を描画する。主応力流線の形状は、上記したように折れ線の形で描画するか、または補間曲線を描画する。主応力流線を描画する色は、例えばＳ７で記録した「これから描画する主応力の値」から決める。他に、例えば「現在の主応力の値」を用いたり、「現在の主応力の値」と「これから描画する主応力の値」の平均を用いてもよい。
【００２７】
次に「これから描画する位置」を「現在の位置」として記録し、また「これから描画する方向」を「現在の方向」として記録し、次の位置を描画する準備を行う。
【００２８】
次にＳ９では、Ｓ８で主応力流線を延長した結果、終点に到着したかを判断する。まだ終点でなければ、Ｓ７に戻り主応力流線をさらに延長させる。終点にたどり着いたならＳ５に戻り別の方向の主応力流線を描画する。
【００２９】
材料端部から外にはみ出した場合、終点に到着したと判断する。その他にも、例えば「これから描画する主応力の値」が０または非常に小さくなった場合も終了と判断してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明を用いて、構造解析のような機械設計に用いられるシミュレーションの結果から得られる応力を本発明の手法を用いて表示することで、複雑な応力の全体像を詳細に把握することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の応力の表示方法である、応力のベクトル表示をしたもの
【図２】応力のベクトル表示で実成形品の全体像を表示したもの
【図３】本願発明の主応力流線を表示をしたもの
【図４】本願発明の主応力流線で実成形品の全体像を表示したもの
【図５】本願発明の主応力流線を描画する処理の流れを示すフローチャート
【図６】本願発明の主応力流線を描画する処理の説明図
【符号の説明】
【００３２】
Ａ  現在の位置
Ｂ  現在の方向
Ｃ  これから描画する位置
Ｄ  これから描画する方向
Ｅ  これから描画する方向の逆方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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