СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗРЫВОВ, ПРОГРАММА, НОСИТЕЛЬ ЗАПИСИ И АРИФМЕТИЧЕСКОЕ ОБРАБАТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
FRACTURE PREDICTING METHOD, SOFTWARE, RECORDING MEDIUM AND ARITHMETIC PROCESSING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к способу прогнозирования разрывов, программе, носителю записи и арифметическому обрабатывающему устройству для прогнозирования участка разрыва, когда анализ формования выполняется посредством метода конечных элементов.
Заявка соответствует заявке на патент (Япония) № 2015-101311, поданной 18 мая 2015 года, содержимое которой содержится в данном документе посредством ссылки.
Описание предшествующего уровня техники
[0002] В настоящее время развитие конструкции кузова автомобиля, допускающей оказание уменьшенного влияния на пассажира во время столкновения автомобиля, становится важной проблемой в автомобильной промышленности. С другой стороны, уменьшение веса кузова транспортного средства для улучшения расхода топлива также является важным вопросом. Чтобы разрешать эти проблемы, анализируется применение высокопрочного стального листа, в частности, в стальном материале, который имеет более высокую прочность. Такое применение высокопрочного материала не ограничено автомобильной промышленностью с точки зрения достижения как повышения прочности, так и уменьшения веса, а также анализируется во многих отраслях промышленности, к примеру, в отраслях промышленности, связанных с различными транспортными средствами, такими как железнодорожные вагоны, суда и самолета, общее машинное оборудование и бытовые электроприборы. Тем не менее, повышение прочности, в общем, приводит к ухудшению формуемости. По этой причине, чтобы расширять применение высокопрочного стального листа, важно улучшать формуемость, в частности, пригодность к отбортовке внутренних кромок. Таким образом, предпочтительно не допускать возникновения разрыва при формовании высокопрочного стального листа.
[0003] Чтобы разрешать такую проблему, разработан материал, имеющий превосходную пригодность к отбортовке внутренних кромок. Например, патентный документ 1 раскрывает материал, имеющий улучшенную пригодность к отбортовке внутренних кромок, посредством управления микроструктурой, такой как феррит и бейнит. Помимо этого, патентный документ 2 раскрывает лист из алюминиевого сплава, имеющий превосходную пригодность к отбортовке внутренних кромок, которая получается посредством задания пластической анизотропии и равномерного относительного удлинения в испытании на растяжение в конкретном направлении.
[0004] Тем не менее, то, может или нет формование выполняться посредством реального компонента, не определяется только посредством характеристик материала и находится под комплексным влиянием формы матрицы, условий смазки, условий формования и т.п.. Следовательно, чтобы использовать превосходные характеристики материала, необходимо надлежащим образом задавать такие сложные факторы. Технология на основе анализа числовых значений применяется для такой цели.
[0005] Патентный документ 3 раскрывает способ прогнозирования ошибки при формовании во время формования с использованием метода конечных элементов. Соответственно, анализ выполняется с использованием метода конечных элементов, и возникновение ошибки при формовании определяется с использованием данных по деформации и механическому напряжению элемента, который должен наблюдаться. Тем не менее, в случае если используется такой способ, необходимо разделять элемент на соответствующий размер в соответствии с целью анализа. В случае если анализ выполняется через несоответствующее разделение элементов, результат прогнозирования приводит к переоценке или недооценке, которая приводит к случаю, не соответствующему действительности.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0006] Патентный документ 1. Не прошедшая экспертизу заявка на патент (Япония), первая публикация, № 2002-60898
Патентный документ 2. Не прошедшая экспертизу заявка на патент (Япония), первая публикация, № 2006-257506
Патентный документ 3. Не прошедшая экспертизу заявка на патент (Япония), первая публикация № H8-339396
Патентный документ 4. Публикация патента (Япония) № 4865036
Непатентные документы
[0007] Непатентный документ 1. "Continuum Theory of Plasticity", written in collaboration by Akhtar S. Kahn and Sujian Huang, Chapter 2 YIELD CRITERIA, 4.1 STRESS STATE AND STRESS SPACE, стр. 83-85.
Непатентный документ 2. "Advanced Engineering Mathmatics 2, linear algebra and vector analysis (the fifth edition of the original)", written by E. Kreyszig, 2.13 eigenvalue, eigenvector, стр. 99-104.
Сущность изобретения
Проблемы, разрешаемые изобретением
[0008] В патентном документе 4, в отличие от предшествующего уровня техники, два примера анализа методом конечных элементов, которые отличаются по размеру разделения элементов, количественно сравниваются между собой с точки зрения распределения отношения уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации. В силу этого, успешно повышается точность прогнозирования участка с трещиной при отбортовке внутренних кромок. Технология, раскрытая в патентном документе 4, обеспечивает прогнозирование участка с трещиной при отбортовке внутренних кромок без обязательного повышения точности вычисления методом конечных элементов, и в силу этого имеется большое преимущество в том, что прогнозирование может выполняться за короткий период времени и при небольших затратах без ограничения программного обеспечения для анализа методом конечных элементов.
[0009] Тем не менее, в патентном документе 4, геометрическая величина деформации, к примеру, распределение отношения уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации, задается в качестве индекса оценки относительно технических требований участка с трещиной при отбортовке внутренних кромок. Когда стальной лист, который представляет собой компонент, который должен анализироваться, представляет собой стальной листовой материал, даже область с большой деформацией которого может формоваться вследствие своей относительно высокой деформированности, можно без проблем прогнозировать и описывать участок отбортовки с удлинением. Тем не менее, в случае если стальной лист, который представляет собой компонент, который должен анализироваться, представляет собой стальной лист с высокой прочностью на растяжение или металлический лист, который трудно формовать, разность распределения максимальной главной деформации между двумя различными типами разделения элементов снижается в результате анализа методом конечных элементов, что приводит к тенденции снижения точности определения участка с трещиной при отбортовке внутренних кромок. Следовательно, при применении технологии прогнозирования для материала, который трудно формовать, в котором разрыв может возникать в области низкой деформации, такого как стальной лист с высокой прочностью на растяжение, прогнозирование участка с трещиной при отбортовке внутренних кромок не является удовлетворительным.
[0010] Изобретение осуществлено с учетом вышеописанной проблемы, и его цель заключается в том, чтобы предоставлять способ прогнозирования разрывов, программу, носитель записи и арифметическое обрабатывающее устройство для простого и надежного выделения  участка разрыва в способе прогнозирования разрыва компонента, полученного посредством формования металлического листа, посредством использования метода конечных элементов.
Средство решения проблемы
[0011] Изобретение реализует следующие аспекты для достижения поставленной цели и решения вышеописанной проблемы.
(1) Так, способ прогнозирования разрывов согласно одному аспекту изобретения представляет собой способ прогнозирования разрывов для прогнозирования участка разрыва компонента, полученного посредством формования металлического листа, и включает в себя первый этап выполнения анализа формования посредством использования метода конечных элементов в каждом из случаев, в котором металлический лист разделяется на основе первого размера ячеек сетки, и случая, в котором металлический лист разделяется на основе второго размера ячеек сетки, который является более крупным, чем первый размер ячеек сетки, второй этап определения максимального главного механического напряжения для каждой сетки в каждом из случая первого размера ячеек сетки и случая второго размера ячеек сетки, и третий этап получения разностного значения между максимальным главным механическим напряжением в случае первого размера ячеек сетки и максимальным главным механическим напряжением в случае второго размера ячеек сетки для каждого участка компонента и выделение участка в случае первого размера ячеек сетки, который соответствует участку, в котором разностное значение превышает предварительно определенное значение, в качестве участка разрыва.
В варианте согласно (1), используются два типа размера ячеек сетки из первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки, более крупного, чем первый размер ячеек сетки. В методе конечных элементов, максимальное главное механическое напряжение в каждой сетке усредняется и выводится. Следовательно, в случае если участок концентрации механических напряжений присутствует в определенной сетке, максимальное главное механическое напряжение в случае более мелкого первого размера ячеек сетки находится под меньшим влиянием усреднения и в силу этого становится больше максимального главного механического напряжения в случае более крупного второго размера ячеек сетки. Следовательно, для каждого участка получается разностное значение максимального главного механического напряжения между двумя типами размеров ячеек сетки. В случае если разностное значение превышает предварительно определенное значение, этот участок может рассматриваться в качестве участка концентрации механических напряжений. По мере того, как механическое напряжение более концентрируется, степень риска разрыва становится более высокой, и в силу этого можно прогнозировать степень риска возникновения разрыва в соответствии с абсолютной величиной разностного значения максимального главного механического напряжения.
Помимо этого, в случае если используется только один тип размера ячеек сетки согласно предшествующему уровню техники, влияние усреднения увеличивается в случае, если размер ячеек сетки является крупным, и доля участка, имеющего сконцентрированное механическое напряжение, скрывается в среднем значении. По этой причине должен задаваться чрезвычайно небольшой размер ячеек сетки, чтобы выделять участок, который имеет сконцентрированное механическое напряжение и имеет высокую степень риска разрыва. С другой стороны, в этом аспекте, участок разрыва выделяется через количественное сравнение между максимальным главным механическим напряжением в случае первого размера ячеек сетки и максимальным главным механическим напряжением в случае второго размера ячеек сетки. Соответственно, размер ячеек сетки, обеспечивающий возможность сравнения между собой максимальных главных механических напряжений, является достаточным, и не нужно задавать первую размер ячеек сетки как чрезвычайно небольшой размер ячеек сетки, что реализуется в предшествующем уровне техники. Следовательно, можно выполнять анализ формования за короткий период времени и при небольших затратах.
Помимо этого, в этом аспекте, максимальное главное механическое напряжение используется в качестве индекса. В случае металлического листа, такого как высокопрочный стальной лист, который имеет высокую прочность на растяжение и небольшое удлинение, механическое напряжение значительно варьируется, даже когда величина деформации является небольшой. По этой причине, поскольку сама величина деформации является небольшой, даже когда геометрическая величина деформации, к примеру, отношение уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации, задается в качестве индекса, разность значения индекса между различными размерами ячеек сетки становится непонятной, и в силу этого затруднительно прогнозировать участок разрыва. С другой стороны, максимальное главное механическое напряжение, которое является динамической величиной варьирования, задается в качестве индекса, и в силу этого разность значения индекса становится ясной, и в силу этого можно просто и надежно прогнозировать участок разрыва даже относительно металлического листа, имеющего высокую прочность на растяжение и небольшое удлинение.
[0012] (2) Способ прогнозирования разрывов согласно (1) дополнительно может включать в себя нулевой этап определения первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки  на основе значения n, указывающего свойство твердости металлического листа.
В этом случае, первый размер ячеек сетки и второй размер ячеек сетки оптимально задаются на основе значения n. Следовательно, можно получать превосходную точность прогнозирования без уменьшения точности прогнозирования за счет чрезмерно крупного размера ячеек сетки, и наоборот, без увеличения времени вычисления посредством использования излишне мелкого размера ячеек сетки.
[0013] (3) В способе прогнозирования разрывов согласно способу прогнозирования разрывов согласно (1) или (2), в случае если участок разрыва не выделяют на третьем этапе, первый-третий этапы могут выполняться снова после сброса, по меньшей мере, первого размера ячеек сетки, из первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки, до размера, более крупного, чем, по меньшей мере, первый размер ячеек сетки, либо сброса предварительно определенного значения до меньшего значения, либо комбинации вышеозначенного.
В этом случае, по меньшей мере, первый размер ячеек сетки   сбрасывается таким образом, что он представляет собой более мелкий размер ячеек сетки, так что влияние усреднения максимального главного механического напряжения в сетке уменьшается, т.е. актуализируется участок, имеющий сконцентрированное механическое напряжение. В силу этого, получается большее разностное значение между максимальным механическим напряжением на основе первого размера ячеек сетки и максимальным главным механическим напряжением на основе второго размера ячеек сетки, и в силу этого можно более надежно прогнозировать участок разрыва.
С другой стороны, в случае если предварительно определенное значение сбрасывается таким образом, что размер составляет меньшее значение, например, участок, в котором разностное значение максимального главного механического напряжения не является очень большим, может прогнозироваться в качестве участка, имеющего риск возникновения разрыва.
[0014] (4) В способе прогнозирования разрывов согласно любому из (1)-(3), может использоваться адаптивная сетка, когда выполняется разделение на основе первого размера ячеек сетки.
В этом случае, анализ выполняется с крупной сеткой во время начала формования, и сетка снова тонко разделяется только на участке, имеющем большое варьирование деформации или механического напряжения, в ассоциации с прохождением процесса формования, и в силу этого можно уменьшать время анализа.
Помимо этого, сетка утончена на участке, имеющем большое варьирование деформации или механического напряжения, т.е. на участке, имеющем высокий риск разрыва, и в силу этого можно повышать точность прогнозирования.
[0015] (5) В способе прогнозирования разрывов согласно любому из (1)-(4), анализ формования на первом этапе может завершаться в середине формования компонента.
В этом случае, выполняется так называемая оценка прекращения в середине для прекращения анализа формования в середине формования компонента. Оценка прекращения в середине выполняется для того, чтобы обеспечивать возможность оценки разностного значения максимального главного механического напряжения до того, как состояние механического напряжения приближается к прочности на растяжение, либо до того, как возникает проблема при анализе формования вследствие чрезмерной деформации по мере того, как проходит формование.
[0016] (6) В способе прогнозирования разрывов согласно любому из (1)-(5), второй этап дополнительно может включать в себя получение значения индекса формы, которое является, по меньшей мере, одним из максимальной главной деформации и отношения уменьшения толщины листа для каждой сетки относительно случая разделения на основе первого размера ячеек сетки и случая разделения на основе второго размера ячеек сетки, третий этап дополнительно может включать в себя получение разностного значения между значением индекса формы в случае первого размера ячеек сетки и значением индекса формы в случае второго размера ячеек сетки на каждом участке компонента, и участок в случае первого размера ячеек сетки, который соответствует участку, удовлетворяющему разностному значению в значении индекса формы, превышающему предварительно определенное значение, или разностному значению максимального главного механического напряжения, превышающему предварительно определенное значение, или комбинации вышеозначенного, может выделяться в качестве участка разрыва.
В этом случае, в дополнение к прогнозированию с использованием максимального главного механического напряжения, также выполняется прогнозирование с использованием, по меньшей мере, одного из максимальной главной деформации и отношения уменьшения толщины листа. Можно повышать надежность прогнозирования посредством комбинирования множества прогнозирований между собой.
Помимо этого, в отличие от металлического листа, имеющего высокую прочность на растяжение и небольшое удлинение, в металлическом листе, имеющем низкую прочность на растяжение и большое удлинение, величина деформации является большой, и в силу этого становится желательным задавать геометрическую величину деформации, такую как отношение уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации, в качестве индекса. Помимо этого, в металлическом листе, имеющем среднюю прочность на растяжение и удлинение между металлическим листом, имеющим высокую прочность на растяжение и небольшое удлинение, и металлическим листом, имеющим низкую прочность на растяжение и большое удлинение, желательно использовать как прогнозирование с использованием максимального главного механического напряжения, так и прогнозирование с использованием, по меньшей мере, одного из максимальной главной деформации и отношения уменьшения толщины листа, без использования любого из прогнозирований. Таким образом, можно выделять участок разрыва с превосходной точностью прогнозирования относительно различных типов металлических листов, к примеру, не только металлического листа (например, стального листа с высокой прочностью на растяжение), который имеет высокопрочное и небольшое удлинение, и металлического листа (например, мягкого стального листа), который является, в частности, подходящим для прогнозирования с использованием максимальной главной деформации или отношения уменьшения толщины листа, но также и металлического листа, который имеет среднюю прочность означенным, посредством комбинирования множества прогнозирований между собой.
[0017] (7) Способ прогнозирования разрывов согласно другому аспекту изобретения представляет собой способ прогнозирования разрывов для прогнозирования участка разрыва компонента, полученного посредством формования металлического листа, и включает в себя первый этап разделения металлического листа на сетки на основе предварительно определенного размера ячеек сетки, чтобы выполнять анализ формования посредством использования метода конечных элементов, второй этап получения максимального главного механического напряжения для каждой сетки, третий этап получения максимального главного механического напряжения для каждой связанной сетки, полученной посредством связывания двух или более сеток рядом друг с другом, и четвертый этап получения разностного значения между максимальным главным механическим напряжением, полученным на втором этапе, и максимальным главным механическим напряжением, полученным на третьем этапе, для каждого участка компонента, и выделения участка на втором этапе, который соответствует участку, в котором разностное значение превышает предварительно определенное значение, в качестве участка разрыва.
В варианте согласно (7), максимальные главные механические напряжения до и после связывания сеток сравниваются между собой, вместо сравнения максимальных главных механических напряжений с использованием двух типов размера ячеек сетки согласно (1) между собой, и в силу этого можно просто и надежно прогнозировать участок разрыва, аналогично аспекту согласно (1).
Помимо этого, анализ формования по существу выполняется только один раз, и в силу этого можно выполнять анализ формования за меньший период времени и при более низких затратах на вычисление.
[0018] (8) В способе прогнозирования разрывов согласно (7), может использоваться адаптивная сетка, когда выполняется разделение на основе предварительно определенного размера ячеек сетки.
В этом случае, аналогично аспекту согласно (4), можно уменьшать время анализа и повышать точность прогнозирования посредством использования адаптивной сетки.
[0019] (9) В способе прогнозирования разрывов согласно (7) или (8), анализ формования на первом этапе может завершаться в середине формования компонента.
В этом случае, аналогично аспекту согласно (5), выполняется оценка прекращения в середине, и в силу этого можно оценивать разностное значение максимального главного механического напряжения до того, как состояние механического напряжения приближается к прочности на растяжение, либо до того, как возникает проблема при анализе формования.
[0020] (10) В способе прогнозирования разрывов согласно любому из (7)-(9), второй этап дополнительно может включать в себя получение значения индекса формы, которое является, по меньшей мере, одним из максимальной главной деформации и отношения уменьшения толщины листа для каждой сетки, третий этап дополнительно может включать в себя получение значения индекса формы для каждой связанной сетки, и четвертый этап дополнительно может включать в себя получение разностного значения между значением индекса формы, полученным на втором этапе, и значением индекса формы, полученным на третьем этапе, для каждого участка компонента, и выделение участка на втором этапе, который соответствует участку, удовлетворяющему разностному значению в значении индекса формы, превышающему предварительно определенное значение, или разностному значению максимального главного механического напряжения, превышающему предварительно определенное значение, или комбинации вышеозначенного, в качестве участка разрыва.
В этом случае, аналогично аспекту согласно (6), в дополнение к прогнозированию с использованием максимального главного механического напряжения, также выполняется прогнозирование с использованием, по меньшей мере, одного из максимальной главной деформации и отношения уменьшения толщины листа, и в силу этого можно получать превосходную точность прогнозирования относительно различных типов металлических листов.
[0021] (11) В способе прогнозирования разрывов согласно любому из (1)-(10), участок возникновения трещины при отбортовке внутренних кромок может прогнозироваться в качестве участка разрыва.
В этом случае, можно прогнозировать возникновение трещины при отбортовке внутренних кромок, в частности, приводящей к разрыву.
[0022] (12) В способе прогнозирования разрывов согласно любому из (1)-(11), может выделяться участок разрыва в концевом участке компонента.
В этом случае, можно прогнозировать разрыв в концевом участке компонента, имеющего высокий риск возникновения разрыва.
[0023] (13) В способе прогнозирования разрывов согласно любому из (1)-(12), металлический лист может представлять собой стальной лист, имеющий прочность на растяжение, равную или большую 980 МПа.
В этом случае, можно прогнозировать разрыв относительно стального листа, имеющего прочность на растяжение, равную или большую 980 МПа, который представляет собой металлический лист, который трудно формовать.
[0024] (14) Программа согласно еще одному другому аспекту изобретения осуществляет способ прогнозирования разрывов согласно любому из (1)-(13).
[0025] (15) Программа согласно (14) записывается на машиночитаемом носителе записи согласно одному аспекту изобретения.
[0026] (16) Арифметическое обрабатывающее устройство согласно еще одному другому аспекту изобретения выполняет программу согласно (14).
Краткое описание чертежей
[0027] Фиг. 1A является схемой, показывающей схематичную конфигурацию арифметического обрабатывающего устройства по изобретению.
Фиг. 1B является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей способ прогнозирования разрывов по изобретению.
Фиг. 2A является схемой, показывающей схематичную конфигурацию арифметического обрабатывающего устройства по изобретению.
Фиг. 2B является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей способ прогнозирования разрывов по изобретению.
Фиг. 3A является схемой, показывающей пример второго размера ячеек сетки  (L-крупной) в случае твердого элемента.
Фиг. 3B является схемой, показывающей пример первого размера ячеек сетки (L-тонкой) в случае твердого элемента.
Фиг. 4 является характеристической схемой, показывающей кривые зависимости деформации от механического напряжения низкопрочного материала (мягкого стального листа) и высокопрочного материала.
Фиг. 5 является характеристической схемой, показывающей пример распределения максимальной главной деформации низкопрочного материала.
Фиг. 6 является характеристической схемой, показывающей пример распределения максимальной главной деформации высокопрочного материала.
Фиг. 7A является характеристической схемой, показывающей пример распределения максимального главного механического напряжения высокопрочного материала.
Фиг. 7B является укрупненным видом по фиг. 7A.
Фиг. 8A является схемой, показывающей структуру адаптивной сетки.
Фиг. 8B является схемой, показывающей структуру адаптивной сетки.
Фиг. 8C является схемой, показывающей структуру адаптивной сетки.
Фиг. 8D является схемой, показывающей структуру адаптивной сетки.
Фиг. 9 является принципиальной схемой, показывающей конфигурацию матрицы формования для отбортовки отверстия на квадратном цилиндре.
Фиг. 10A является принципиальной схемой, показывающей форму разделительной заготовки в отбортовке отверстия на квадратном цилиндре вместе с разделением сетки с первым размером ячеек сетки (1,6 мм).
Фиг. 10B является принципиальной схемой, показывающей форму разделительной заготовки в отбортовке отверстия на квадратном цилиндре вместе с разделением сетки со вторым размером ячеек сетки (2,5 мм).
Фиг. 11 является принципиальной схемой, показывающей форму формованного изделия для отбортовки отверстия на квадратном цилиндре.
Фиг. 12 является принципиальной схемой, показывающей внутреннюю конфигурацию персонального пользовательского терминального устройства.
Варианты осуществления изобретения
[0028] Автор изобретения придумал новый способ прогнозирования разрывов с использованием того факта, что главное механическое напряжение усредняется в зависимости от размера ячеек сетки при анализе на основе метода конечных элементов, акцентирования внимания на градиенте механического напряжения, который является большим около участка разрыва компонента, полученного посредством формования металлического листа, который представляет собой компонент, который должен анализироваться.
В изобретении, анализ выполняется для участка, имеющего градиент механического напряжения, посредством использования двух типов сеток (элементов) (здесь, для удобства описания, более мелкий размер ячеек сетки предполагается в качестве первого размера ячеек сетки, а более крупный размер ячеек сетки предполагается в качестве второго размера ячеек сетки), которые отличаются по размеру ячеек сетки (в дальнейшем в этом документе, также называемой "размером ячеек сетки" или "размером элементов", и оба термина являются взаимозаменяемыми между собой), посредством метода конечных элементов. В методе конечных элементов, главное механическое напряжение в соответствующей сетке усредняется и выводится. Следовательно, в случае если участок, имеющий большой градиент механического напряжения, присутствует в определенной сетке, главное механическое напряжение, которое выводится в качестве среднего значения в первого размера ячеек сетки, превышает главное механическое напряжение, которое выводится в качестве среднего значения во второго размера ячеек сетки, в случае первого размера ячеек сетки и в случае второго размера ячеек сетки.
[0029] В изобретении, анализ отдельно выполняется посредством первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки на каждом участке компонента посредством использования двух типов размеров ячеек сетки из первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки. В этом случае, когда главное механическое напряжение, которое выводится в качестве среднего значения, отличается в случае первого размера ячеек сетки и в случае второго размера ячеек сетки, можно считать, что в соответствующей сетке существует градиент механического напряжения. Разность главного механического напряжения соответствует абсолютной величине градиента механического напряжения. Степень риска разрыва становится более высокой по мере того, как увеличивается градиент механического напряжения, и в силу этого можно прогнозировать степень риска разрыва на основе степени разности главного механического напряжения.
[0030] В изобретении, может применяться такая конфигурация, в которой анализ формования выполняется посредством разделения на основе предварительно определенного размера ячеек сетки вместо использования двух различных типов размеров ячеек сетки, как описано выше, главное механическое напряжение для каждой сетки получается с использованием предварительно определенного размера ячеек сетки, связанная сетка формуется посредством связывания двух или более сеток рядом друг с другом, получается главное механическое напряжение для каждой связанной сетки, и получается разностное значение между главным механическим напряжением с предварительно определенным размером ячеек сетки до связывания и главным механическим напряжением в связанной сетке. В этом случае, можно считать, что градиент механического напряжения формируется на участке, в котором главное механическое напряжение, которое выводится в качестве среднего значения в сетке с использованием предварительно определенного размера ячеек сетки, отличается от главного механического напряжения, которое выводится в качестве среднего значения в связанной сетке, большей сетки с использованием предварительного определенного размера ячеек сетки, и можно прогнозировать степень риска разрыва на основе степени разности значения главного механического напряжения, поскольку степень риска разрыва становится более высокой по мере того, как увеличивается градиент механического напряжения.
В этом случае, анализ формования по существу выполняется только один раз, и в силу этого можно выполнять анализ формования за меньший период времени и при меньших затратах.
[0031] Более конкретно, в изобретении, максимальное главное механическое напряжение используется в качестве главного механического напряжения, которое является значением индекса для прогнозирования разрыва. В силу этого, прогнозирование участка возникновения разрыва во время формования прессованием металлического листа реализовано посредством моделирования числовых значений с высоким уровнем точности, при небольших затратах и за короткий период времени.
[0032] Максимальное главное механическое напряжение вычисляется в соответствии со следующими процедурами 1-4 (см. непатентные документы 1 и 2).
Процедура 1: каждый компонент тензора механических напряжений вычисляется посредством способа вычисления числовых значений, такого как метод конечных элементов.
Процедура 2: каждый компонент тензора механических напряжений может выражаться как матрица 3×3.
Процедура 3: главное механическое напряжение (три числовых значения σ1, σ2 и σ3) получается из каждого компонента тензора механических напряжений. Главное механическое напряжение является значением, полученным в качестве собственного значения тензора механических напряжений.
Процедура 4: главное механическое напряжение, имеющее максимальное значение, из полученных трех главных механических напряжений, обрабатывается в качестве "максимального главного механического напряжения". Например, во взаимосвязи σ1>σ2>σ3, σ1 рассматривается в качестве максимального главного механического напряжения.
[0033] Как описано выше, чрезвычайно трудно надежно выделять участок разрыва в предшествующем уровне техники при прогнозировании возникновения разрыва во время формования с использованием метода конечных элементов. Помимо этого, также в технологии, раскрытой в патентном документе 4, в котором результаты анализа сравниваются между собой в соответствии с различными размерами ячеек сетки, количественная разность между различными размерами ячеек сетки снижается, даже когда геометрическая величина деформации, к примеру, максимальная главная деформация или отношение уменьшения толщины листа, задается в качестве индекса в высокопрочном стальном листе с высокой прочностью на растяжение и небольшим удлинением, и в силу этого затруднительно указывать участок разрыва.
[0034] По этой причине, в изобретении, распределения максимальных главных механических напряжений в анализе методом конечных элементов на основе различных размеров ячеек сетки сравниваются между собой, и участок разрыва рассматривается в качестве участка разрыва, когда разность между ними увеличивается в достаточной степени. В силу этого, можно прогнозировать участок разрыва даже в высокопрочном стальном листе с высокой прочностью на растяжение и небольшим удлинением.
[0035] В способе прогнозирования разрывов по изобретению согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 1A и 1B, когда выполняется прогнозирование разрывов компонента, полученного посредством формования металлического листа, который представляет собой компонент, который должен анализироваться, анализ формования выполняется посредством разделения компонента с первым размером ячеек сетки и вторым размером ячеек сетки, более крупным, чем первый размер ячеек сетки, посредством использования метода конечных элементов на этапе S11 разделения с использованием модуля 11 разделения, как показано на фиг. 1A и 1B. Затем, на этапе S12 вычисления с использованием модуля 12 вычисления, максимальное главное механическое напряжение вычисляется и получается для каждой сетки с использованием первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки. Затем, на этапе S14 выделения с использованием модуля 14 выделения, разностное значение между максимальным главным механическим напряжением в случае первого размера ячеек сетки и максимальным главным механическим напряжением в случае второго размера ячеек сетки  получается на каждом участке компонента, и участок в случае первого размера ячеек сетки, который соответствует участку, имеющему разностное значение, больше предварительно определенного значения, выделяется в качестве участка разрыва.
[0036] Здесь, компьютерная программа инструктирует центральной процессор (CPU) арифметического обрабатывающего устройства (компьютера) на выполнение этапов (этап S11 разделения, этап S12 вычисления, этап S14 выделения). Другими словами, компьютерная программа инструктирует центральный процессор (CPU) арифметического обрабатывающего устройства (компьютера) функционировать в качестве модулей (модуля 11 разделения, модуля 12 вычисления и модуля 14 выделения).
Компьютерная программа может записываться на машиночитаемом носителе записи, например, на гибком диске, CD-R и т.п.
Арифметическое обрабатывающее устройство может включать в себя модуль 13 ввода, который вводит максимальное главное механическое напряжение, полученное для каждой разделенной сетки, в другой компьютер. В качестве модуля ввода, клавиатуры, мыши и т.п., могут использоваться различные средства оцифрования. В ответ на это, этап S13 ввода может представлять собой этап выполнения ввода с использованием клавиатуры либо может представлять собой этап автоматического ввода максимального главного механического напряжения, вычисленного на этапе S12 вычисления - этапе 15 выделения (считывание данных) в рамках программы.
Между тем, на фиг. 1A и 1B и фиг. 2A и 2B, которые описываются ниже, сплошная линия указывает существенный модуль или этап, а пунктирная линия указывает выборочный модуль или этап.
[0037] Во-первых, в модуле 11 разделения (на этапе S11 разделения), когда компонент разделяется на множество элементов (т.е. сеток), компонент выражается как цифровые данные (CAD-данные или данные измерения формы), имеющие трехмерную форму компонента в случае использования твердого элемента (трехмерного элемента), либо компонент выражается как набор двумерных плоских областей в случае использования элемента оболочки (двумерного элемента). В это время, угловой участок компонента имеет большое варьирование формы, и в силу этого разделяется на достаточно небольшие сетки, за счет этого обеспечивая воспроизводимость формы. Помимо этого, в случае если разрыв в концевом участке анализируется, предпочтительно, чтобы разделение сетки выполнялось таким образом, что внешняя периферийная линия компонента сглаживается без неровностей. Помимо этого, когда разделение на сетку выполняется на основе первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки, которые являются различными размерами, весь компонент может быть равномерно утончен (или загрублен), или местоположение, в котором выполняется прогнозирование разрывов, может быть утончено или огрублено. Поскольку первый способ является удобным с точки зрения числа этапов, и второй способ является преимуществом относительно уменьшения времени вычисления, способы могут надлежащим образом выбираться или комбинироваться между собой с учетом полной нагрузки.
[0038] Здесь, в модуле 11 разделения (на этапе S11 разделения), первый размер ячеек сетки и второй размер ячеек сетки определяются на основе взаимосвязи со значением n, указывающим свойство твердости компонента, который должен анализироваться.
В изобретении, когда анализ выполняется через разделение по сетке на основе метода конечных элементов, необходимо достаточно тонко выполнять разделение сетки, с тем чтобы воспроизводить геометрическую форму целевого участка, т.е., например, кривизну концевого участка, радиус кривизны углового участка и т.п. Дополнительно, в изобретении, когда разностное значение максимального главного механического напряжения между первым размером ячеек сетки и втором размером ячеек сетки получается после того, как анализ выполняется через два типа разделения сетки с первым размером ячеек сетки и вторым размером ячеек сетки, необходимо уделять достаточное внимание размерностям (размеру и крупности) двух типов разделения сетки. Авторы изобретения полностью исследовали способ задания размеров грубых и тонких разделений сетки и выявили, что способ связан со свойством твердости материала. Когда свойство твердости материала представлено посредством значения n, в общем, получаемого посредством испытания на растяжение, следует понимать, что превосходная точность прогнозирования разрывов получается, когда "L-крупный" средний размер (второй размер ячеек сетки) (единицами являются мм) приблизительного разделения сетки и "L-тонкий" средний размер (первый размер ячеек сетки) (единицами являются мм) тонкого разделения сетки удовлетворяет следующей взаимосвязи.
В случае если используется твердый элемент, желательно определять два типа размеров ячеек сетки в диапазонах параметров, соответственно, представленных посредством следующих выражений регулирования параметров из выражений (1A) и (2A).
f(n; k, 2,0, 0,2) ≤ "L-крупный" ≤ f(n; k, 5,0, 2,0) (1A)
f(n; k, 1,5, 0,2) ≤ "L-тонкий" ≤ f(n; k, 2,5, 1,5) (2A)
С другой стороны, в случае если элемент оболочки с высокой частотой использования используется при формовании прессованием стальных листов, размер ячеек сетки, заданный равным или меньшим t0 при задании толщины листа на ранней стадии равной t0 [мм], приводит к увеличению ошибки в вычислении числового значения, и в силу этого желательно использовать следующие выражения (1B) и (2B) во избежание увеличения ошибки.
f(n; k, 2,0 x t0, 1,5 x t0) ≤ "L-крупный" ≤ f(n; k, 5,0, 2,0 x t0) (1B)
f(n; k, 2,5 x t0, t0) ≤ "L-тонкий" ≤ f(n; k, 4,0 x t0, 2,5 x t0) (2B)
[0039] Здесь, n является значением n материала и функции f(n; k, L, L0) для регулирования размера ячеек сетки получается следующим образом.
-1
f(n; k, L, L0),=(L-L0) x (2/π) x tan(k x n)+L0 (3)
Здесь, L и L0 являются верхним пределом и нижним пределом размера ячеек сетки (размерности сетки), соответственно. Переменная k является параметром для регулирования частоты варьирования размера ячеек сетки относительно значения n, и считается, что значение в диапазоне приблизительно 50 ≤ k ≤ 100 является соответствующим, в качестве результата исследования. В дальнейшем в этом документе, используется значение k=65, если не указано иное. Значения, определенные в качестве констант, используются в качестве трех переменных (k, L, L0) в функции f(n; k, L, L0) для указания диапазона размера ячеек сетки, и в силу этого функция f в выражении (3) фактически функционирует в качестве функции для определения размера ячеек сетки на основе только значения n.
[0040] Значение функции f увеличивается вместе со значением n. В случае если значение n является большим, деформация практически не локализуется, и в силу этого можно обеспечивать точность прогнозирования разрывов, несмотря на большой размер ячеек сетки. С другой стороны, в случае если значение n является небольшим, деформация легко локализуется. Следовательно, градиент деформации участка разрыва увеличивается, и в силу этого точность прогнозирования разрывов снижается, когда не выполняется достаточно тонкое разделение сетки. В ответ на это, определяется функция, поскольку необходимо уменьшать размер элементов.
[0041] Фиг. 3A и 3B показывают графики для значения n функции f и размера ячеек сетки в выражениях (1A) и (2A), описанных выше, в случае твердого элемента. Необходимо определять "L-крупный" на основе значения между значением функции сплошной линии и значением функции пунктирной линии на графике, показанном на фиг. 3A. Например, в случае если n=0,20, значение "L-крупный" определяется в диапазоне сегмента стрелки. Аналогично, необходимо определять "L-тонкий" на основе значения между значением функции сплошной линии и значением функции пунктирной линии на графике, показанном на фиг. 3B. Например, в случае если n=0,20, значение "L-тонкий" определяется в диапазоне сегмента стрелки.
[0042] Дополнительно, чтобы оценивать градиент деформации с высоким уровнем точности, отношение "L-крупный/L-тонкий" для "L-крупный к "L-тонкий" может быть равно или выше 1,5, предпочтительно, равно или выше 2.
Как описано выше, "L-крупный" (т.е. второй размер ячеек сетки) и "L-тонкий" (т.е. первый размер ячеек сетки) задаются, точность прогнозирования не снижается посредством чрезмерно крупного размера ячеек сетки. С другой стороны, можно получать превосходную точность прогнозирования без увеличения времени вычисления, вызванного использованием излишне мелкого размера ячеек сетки или снижения точности прогнозирования.
[0043] Затем, модуль 11 разделения (этап S11 разделения) выполняет анализ этапа формования всего компонента посредством использования программного обеспечения для последовательного анализа, такого как PAM-STAMP и LS-DYNA, или одноэтапного программного обеспечения, такого как AutoForm и HyperForm и т.п., в качестве программного обеспечения, доступного на рынке, когда анализ формования выполняется посредством метода конечных элементов. Затем, модуль 12 вычисления (этап S12 вычисления) вычисляет максимальное главное механическое напряжение для каждой сетки в каждом из случаев первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки.
[0044] Здесь, относительно разности между вышеописанными максимальными главными механическими напряжениями, сетка другого результата анализа (т.е. результата анализа на основе второго размера ячеек сетки), которая является ближайшей к позиции сетки, которая должна наблюдаться, выделяется на основе результата анализа (т.е. результата анализа на основе первого размера ячеек сетки), указывающего на то, что размер ячеек сетки является самым мелким, и вычисляется разность между результатами анализа.
В модуле 14 выделения (на этапе S14 выделения), сетка, в которой вышеописанное разностное значение между максимальными главными механическими напряжениями превышает предварительно определенное значение, выделяется в качестве участка разрыва.
[0045] Вышеописанное вычисление (модуль 12 вычисления (этап S12 вычисления)) и выделение (модуль 14 выделения (этап S14 выделения)) может выполняться в единственном компьютере. Выделение (модуль 14 выделения (этап S14 выделения)) может выполняться посредством выполнения вычисления (модуль 12 вычисления (этап S12 вычисления)) посредством одного компьютера и затем ввода максимального главного механического напряжения для каждого из двух или более типов сеток, в которых варьируется размер ячеек сетки, который является результатом анализа, в другой компьютер (модуль 13 ввода (этап S13 ввода)).
Здесь, в случае если модуль 13 ввода и модуль 15 выделения сконфигурированы как устройства, отдельные от модуля 11 разделения и модуля 12 вычисления, результат анализа формования, выполняемого посредством одного компьютера, вводится в другой компьютер в качестве исходных данных, и в силу этого можно выполнять процессы параллельно и получать эффект повышения эффективности.
[0046] В варианте осуществления, при выделении (модуль 14 выделения (этап S14 выделения)) участка разрыва, в случае если участок разрыва не выделяется, выполняется, по меньшей мере, одно из сброса, по меньшей мере, первого размера ячеек сетки, из первого размера ячеек сетки и второго размера ячеек сетки, до более мелкого размера и сброса предварительно определенного значения до меньшего значения, и после этого снова последовательно выполняются разделение и анализ формования (модуль 11 разделения (этап S11 разделения)), вычисление максимального главного механического напряжения для каждой сетки (модуль 12 вычисления (этап S12 вычисления)) и выделение участка разрыва (модуль 14 выделения (этап S14 выделения)).
По меньшей мере, первый размер ячеек сетки сбрасывается до более мелкого размера таким образом, что влияние усреднения максимального главного механического напряжения в сетке уменьшается, т.е. реализуется участок, имеющий сконцентрированное механическое напряжение. В силу этого, получается большое разностное значение между максимальным механическим напряжением на основе первого размера ячеек сетки и максимальным главным механическим напряжением на основе второго размера ячеек сетки, и в силу этого можно более надежно прогнозировать участок разрыва.
С другой стороны, в случае если предварительно определенное значение сбрасывается до меньшего значения, можно прогнозировать, например, участок, имеющий не настолько большое разностное значение максимального главного механического напряжения, в качестве участка, имеющего риск вызывания разрыва.
[0047] В варианте осуществления, модуль 11 разделения по фиг. 1A (этап S11 разделения по фиг. 1B), выполняет анализ формования посредством разделения концевых участков компонента, который должен анализироваться, на множество сеток, и модуль 14 выделения (этап S14 выделения) выделяет любой концевой участок в качестве участка разрыва.
[0048] Чтобы разделять концевые участки компонента на множество сеток, разделение выполняется таким образом, что размер ячеек сетки надежно варьируется, в частности, на участке, в котором должно выполняться прогнозирование разрывов. Концевые участки, в которых должно выполняться прогнозирование разрывов, должны плавно соединяться без неровностей как в случае, в котором разделение сетки является грубым, так и в случае, в котором разделение сетки является точным. Помимо этого, чтобы надежно выполнять прогнозирование разрывов в концевом участке, важно оценивать градиент механического напряжения вдоль концевого участка, и желательно, чтобы размер ячеек сетки надежно варьировалсь в направлении вдоль концевого участка.
Чтобы выделять любой концевой участок в качестве участка риска разрыва, участок сетки, в котором разностное значение максимального главного механического напряжения для каждой предварительно определенной сетки превышает предварительно определенное значение, выделяется в качестве участка риска разрыва, аналогично вышеописанному варианту осуществления.
[0049] В варианте осуществления, показанном на фиг. 2A и 2B, когда выполняется прогнозирование разрывов компонента, полученного посредством формования металлического листа, анализ формования выполняется посредством разделения компонента на предварительно определенные размеры ячеек сетки посредством использования метода конечных элементов на этапе S21 разделения посредством модуля 21 разделения, как показано на фиг. 2A и 2B. Затем, максимальное главное механическое напряжение вычисляется и получается для каждой сетки на первом этапе S22 вычисления, выполняемом посредством первого модуля 22 вычисления. Затем, на втором этапе S24 вычисления, выполняемом посредством второго модуля 24 вычисления, связанная сетка формуется посредством связывания двух или более сеток рядом друг с другом, и максимальное главное механическое напряжение вычисляется и получается для каждой связанной сетки. Затем, на этапе S25 выделения, выполняемом посредством модуля 25 выделения, разностное значение между максимальным главным механическим напряжением, полученным посредством первого модуля 22 вычисления (первого этапа S22 вычисления), и максимальным главным механическим напряжением, полученным посредством второго модуля 24 вычисления (второго этапа S24 вычисления), получается для каждого участка компонента, и участок в случае первого модуля 22 вычисления (первого этапа S22 вычисления), который соответствует участку, в котором разностное значение превышает предварительно определенное значение, выделяется в качестве участка разрыва.
Здесь, аналогично вышеописанному варианту осуществления, компьютерная программа инструктирует центральный процессор (CPU) арифметического обрабатывающего устройства (компьютера) выполнять этапы (этап S21 разделения, первый этап S22 вычисления, второй этап S24 вычисления, этап S25 выделения). Другими словами, компьютерная программа инструктирует центральный процессор (CPU) арифметического обрабатывающего устройства (компьютера) функционировать в качестве модулей (модуля 21 разделения, первого модуля 22 вычисления, второго модуля 24 вычисления и модуля 25 выделения).
Компьютерная программа может записываться на машиночитаемом носителе записи, например, на гибком диске, CD-R и т.п.
Арифметическое обрабатывающее устройство может включать в себя модуль 23 ввода, который вводит максимальное главное механическое напряжение, полученное для каждой разделенной сетки, в другой компьютер. В качестве модуля 23 ввода, клавиатуры, мыши и т.п., могут использоваться различные средства оцифрования. В ответ на это, этап S23 ввода может представлять собой этап выполнения ввода с использованием клавиатуры либо может представлять собой этап автоматического ввода максимального главного механического напряжения, вычисленного на первом этапе S22 вычисления - втором этапе вычисления 24 (считывание данных) в рамках программы.
[0050] Во-первых, когда компонент, полученный посредством формования металлического листа, который представляет собой компонент, который должен анализироваться, разделяется на предварительно определенные сетки (модуль 21 разделения (этап S21 разделения)), компонент выражается как цифровые данные (CAD-данные или данные измерения формы), имеющие трехмерную форму компонента, в случае использования твердого элемента, либо компонент выражается как набор двумерных плоских областей в случае использования элемента оболочки. В это время, угловой участок компонента имеет большое варьирование формы, и в силу этого разделяется на достаточно небольшие сетки, за счет этого обеспечивая воспроизводимость формы. Помимо этого, в случае если разрыв в концевом участке анализируется, предпочтительно, чтобы разделение сетки выполнялось таким образом, что внешняя периферийная линия компонента сглаживается без неровностей.
[0051] Затем, анализ формования, идентичный анализу формования в вышеописанном варианте осуществления, выполняется с использованием программного обеспечения, идентичного программному обеспечению при разделении (модуль 11 разделения (этап S11 разделения)), показанному на фиг. 1A и 1B, выполняется анализ этапа формования всего компонента, и первый модуль 22 вычисления (первый этап S22 вычисления) вычисляет максимальное главное механическое напряжение для каждой сетки, которая должна наблюдаться. Вычисление максимального главного механического напряжения является идентичным вычислению (модуль 12 вычисления (этап S12 вычисления)) на фиг. 1A и 1B.
[0052] Затем, во втором модуле 24 вычисления (на втором этапе S24 вычисления), вычисленное значение (максимальное главное механическое напряжение) в каждой сетке, которая должна связываться, и информация относительно позиции (координат) каждой сетки требуется для того, чтобы формовать связанную сетку посредством связывания двух или более сеток рядом друг с другом. Вычисленное значение в связанной сетке задается в качестве среднего арифметического вычисленного значения в соответствующих сетках. Позиция связанной сетки может задаваться в качестве среднего арифметического позиций соответствующих сеток. Альтернативно, в более простом способе, позиция сетки в центральном участке может быть принята как есть.
[0053] Относительно разностного значения между максимальными главными механическими напряжениями до и после связывания сеток, узлы сетки, позиционированные ближе всего друг к другу, выделяются при сравнении до и после связывания сеток, и разностное значение вычисляется как разностное значение между максимальными главными механическими напряжениями в соответствующих узлах сеток.
Элемент, в котором вышеописанное разностное значение между максимальными главными механическими напряжениями до и после связывания сеток превышает предварительно определенное значение, выделяется в качестве участка разрыва (модуль 25 выделения (этап S25 выделения)).
Способ получения предварительно определенного значения является идентичным выделению (модуль 14 выделения (этап S14 выделения)) на фиг. 1A и 1B.
[0054] Вышеописанные первое вычисление (первый модуль 22 вычисления (первый этап S22 вычисления)) и второе вычисление (второй модуль 24 вычисления (второй этап S24 вычисления)) могут выполняться на одном компьютере последовательно либо могут выполняться посредством выполнения первого вычисления (первый модуль 22 вычисления (первый этап S22 вычисления)) посредством одного компьютера и затем ввода максимального главного механического напряжения для каждой сетки, который является результатом анализа, в другой компьютер (модуль 23 ввода (этап S23 ввода)), второго вычисления (второй модуль 24 вычисления (второй этап S24 вычисления)), выделения (модуль 25 выделения (этап S25 выделения)).
Здесь, в случае если модуль 23 ввода, второй модуль 24 вычисления и модуль 25 выделения сконфигурированы как устройства, отдельные от модуля 21 разделения и первого модуля 22 вычисления, результат анализа формования, выполняемого посредством одного компьютера, вводится в другой компьютер в качестве исходных данных, и в силу этого можно выполнять процессы параллельно и получать эффект повышения эффективности.
[0055] Согласно способу прогнозирования разрывов изобретения, в частности, распределения максимальных главных механических напряжений при двух различных типах размеров ячеек сетки сравниваются между собой, и в силу этого можно оценивать участок трещины при отбортовке внутренних кромок формованного прессованием изделия при небольших затратах и за короткий период времени также в стали со сверхвысокой прочностью на растяжение (например, в высокопрочном стальном листе с классом прочности на растяжение 980 МПа). В дальнейшем в этом документе, подробно описывается этот аспект.
[0056] В способе, раскрытом в патентном документе 4, деформация концентрируется на участке, в котором варьирование отношения уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации в зависимости от размера ячеек сетки является значительным, и в силу этого участок с очень большой вероятностью считается имеющим трещину. В случае если требуется формование материала, такого как алюминиевая пластина или мягкий стальной лист, который имеет высокую деформированность, также можно прогнозировать участок, который с большой вероятностью считается имеющим трещину, посредством использования этого способа.
[0057] Тем не менее, удлинение уменьшается в типе стали (например, в высокопрочном стальном листе, имеющем прочность на растяжение, равную или большую 980 МПа), которая, в частности, имеет высокую прочность на растяжение из числа стальных листов с высокой прочностью на растяжение, в силу этого приводя даже к состоянию высокого механического напряжения при небольшой величине деформации. По этой причине, затруднительно указывать участок, который с большой вероятностью считается имеющим трещину, с помощью геометрической величины деформации в качестве индекса. С другой стороны, в случае если максимальное главное механическое напряжение, которое является динамической величиной варьирования, задается в качестве индекса, значение механического напряжения значительно варьируется даже при небольшой величине деформации, и в силу этого можно оценивать участок, который с очень большой вероятностью считается имеющим трещину, из разности механических напряжений вследствие варьирования размера ячеек сетки.
[0058] Задание тонкого разделения (мелкого размера ячеек) сетки означает, что значение отношения уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации участка концентрации деформации вычисляется и оценивается в качестве значения, большего значения в случае, если разделение сетки является грубым. Аналогично, задание тонкого разделения сетки также означает то, что значение максимального главного механического напряжения участка концентрации механических напряжений вычисляется и оценивается в качестве большого значения. С этой точки зрения, также считается, что можно прогнозировать участок с риском возникновения трещины при отбортовке внутренних кромок даже посредством использования индекса оценки любого из отношения уменьшения толщины листа, максимальной главной деформации и максимального главного механического напряжения.
[0059] Тем не менее, предусмотрено множество случаев, в которых точность механического напряжения является низкой в анализе методом конечных элементов, таком как статический явный способ, динамический явный способ и одноэтапный способ по сравнению со статическим неявным способом в ходе строгого разрешения сбалансированного состояния элемента в низкопрочном материале, и в силу этого нельзя утверждать, что максимальное главное механическое напряжение является соответствующим в качестве индекса прогнозирования участков с трещиной. Помимо этого, в динамическом явном способе, имеется недостаток в том, что ошибка также возникает из сбалансированного состояния во взаимосвязи, при которой механическое напряжение в качестве волны механического напряжения передается внутри элемента в качестве волнообразного движения в зависимости от времени. С этой точки зрения, задание состояния механического напряжения в качестве индекса прогнозирования участка с трещиной при отбортовке внутренних кромок в низкопрочном материале имеет проблему с точки зрения точности вычисления.
[0060] Помимо этого, сначала рассматриваются свойства материала, к которому должна применяться технология прогнозирования участков с трещиной при отбортовке внутренних кромок. Как показано на фиг. 4, в случае такого материала, как мягкий стальной лист, который имеет низкую прочность на растяжение и большое удлинение, требуется использовать отношение уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации в качестве индекса вследствие значительной степени Δε1 варьирования значения деформации в случае, если размер разделения сетки изменяется. Величина Δσ1 варьирования механического напряжения снижается в области, имеющей большую величину деформации, и в силу этого величина варьирования механического напряжения имеет проблему при задании в качестве индекса прогнозирования участков с трещиной с точки зрения точности.
[0061] С другой стороны, в случае сверхвысокопрочного стального листа, имеющего высокую прочность на растяжение и небольшое удлинение, участок с трещиной должен оцениваться в диапазоне, в котором варьирование Δε2 в значении деформации является небольшим в случае, если размер разделения сетки изменяется. Помимо этого, необходимо прогнозировать участок возникновения трещины в состоянии чрезвычайно небольшой деформации, в котором абсолютное значение деформации также является низким. Тем не менее, поскольку сама величина деформации является небольшой, даже когда отношение уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации задается в качестве индекса оценки в таком случае, разность значения индекса оценки между моделями конечных элементов, имеющими различные размеры, становится непонятной, и в силу этого затруднительно прогнозировать участок с трещиной при отбортовке внутренних кромок. С другой стороны, величина Δσ2 варьирования механического напряжения становится относительно большой. По этой причине, можно прогнозировать участок с трещиной при отбортовке внутренних кромок материала, который имеет высокую прочность и с трудом формуется, посредством использования максимального главного механического напряжения, которое является динамическим индексом, в качестве индекса оценки без задания геометрической величины деформации в качестве индекса оценки.
[0062] С точки зрения распределения деформаций и распределения механических напряжений, показано превосходство прогнозирования участка с трещиной при отбортовке внутренних кромок, в котором разность максимального главного механического напряжения задается в качестве индекса относительно высокопрочного материала. Как показано на фиг. 5, в случае если распределение максимальных главных деформаций участка отбортовки с удлинением низкопрочного материала проиллюстрировано посредством двух типов размеров ячеек сетки, большая разность максимальной главной деформации на основе размеров ячеек сетки показана на участке, указывающем максимальную главную деформацию участка отбортовки с удлинением. Из этого прогнозируется то, что трещина при отбортовке внутренних кромок возникает около позиции 0 (мм) посредством технологии, раскрытой в патентном документе 4.
[0063] Фиг. 6 показывает распределение максимальных главных деформаций, когда анализ методом конечных элементов выполняется для высокопрочного материала в классе прочности на растяжение в 980 МПа с идентичной формовочной формой относительно того, что показано на фиг. 5. Хотя разность максимальной главной деформации воспринимается около позиции 0 (мм), разность количественно меньше разности в примере низкопрочного материала по фиг. 5. По этой причине, затруднительно устанавливать пороговое значение Δε2 (на фиг. 4), указывающее то, может или нет возникать трещина при отбортовке внутренних кромок, и прогнозировать участок с трещиной.
[0064] Фиг. 7A является графиком, полученным посредством иллюстрации распределения максимальных главных механических напряжений относительно позиции из результата анализа по фиг. 6. Весь уровень механического напряжения увеличивается посредством формования, и разность максимального главного механического напряжения около позиции 0 (мм) является небольшой с первого взгляда. Тем не менее, можно понимать, что разность максимального главного механического напряжения пикового значения составляет приблизительно 100 МПа из фиг. 7B, который является укрупненным видом графика. Когда получается эта степень разности максимального главного механического напряжения, можно устанавливать пороговое значение индекса оценки трещин при отбортовке внутренних кромок высокопрочного материала на значительном уровне. Помимо этого, очевидно, что технология изобретения может применяться также в таком способе, как динамический явный способ или одноэтапный способ, в котором не гарантируется сбалансированное состояние значения механического напряжения.
[0065] Также в способе анализа методом конечных элементов, таком как статический явный способ, динамический явный способ или одноэтапный способ, который имеет низкую точность вычисления механического напряжения, как указано выше, различные размеры сетки конечных элементов отличаются по степени концентрации максимального главного механического напряжения, и в силу этого можно прогнозировать трещину при отбортовке внутренних кромок материала, который имеет высокую прочность и с трудом формуется.
[0066] Как описано выше, изобретение является, в частности, подходящим для прогнозирования разрыва металлического листа, который представляет собой материал, который имеет высокую прочность и с трудом формуется. Примеры материала, который имеет высокую прочность и с трудом формуется, включают в себя стальной лист с высокой прочностью на растяжение, например, стальной лист со сверхвысокой прочностью на растяжение, имеющий прочность на растяжение, равную или большую 980 МПа. Тем не менее, изобретение не обязательно применяется к стальному листу с высокой прочностью на растяжение. Изобретение также может применяться к другим высокопрочным материалам, например, к высокопрочному алюминиевому сплаву, чистому титану и титановому сплаву, а также может применяться к другим высокопрочным материалам, таким как композиционный материал (композиционный материал на основе металлов и смол, композиционный материал на основе разнородных металлов) и углеродное волокно.
[0067] Дополнительно, из вышеописанного соображения, авторы изобретения дополнительно задумали то, что может быть преимущественным комбинирование прогнозирования с использованием разности распределения максимального главного механического напряжения и прогнозирования с использованием разности распределения отношения уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации.
Таким образом, можно повышать надежность прогнозирования посредством комбинирования множества прогнозирований.
Как описано выше, в отличие от металлического листа, имеющего высокую прочность на растяжение и небольшое удлинение, в металлическом листе, имеющем низкую прочность на растяжение и большое удлинение, величина деформации является большой, и в силу этого желательно задавать геометрическую величину деформации, такую как отношение уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации, в качестве индекса. Помимо этого, в металлическом листе, имеющем среднюю прочность на растяжение и удлинение между металлическим листом, имеющим высокую прочность на растяжение и небольшое удлинение, и металлическим листом, имеющим низкую прочность на растяжение и большое удлинение, желательно использовать как прогнозирование с использованием максимального главного механического напряжения, так и прогнозирование с использованием, по меньшей мере, одного из максимальной главной деформации и отношения уменьшения толщины листа, без использования любого из прогнозирований. Таким образом, можно выделять участок разрыва с превосходной точностью прогнозирования относительно различных типов металлических листов, к примеру, не только металлического листа (например, стального листа со сверхвысокой прочностью на растяжение, имеющего прочность на растяжение, равную или большую 980 МПа), который имеет высокопрочное и небольшое удлинение, и металлического листа (например, мягкого стального листа или листа из алюминиевого сплава), либо который является, в частности, подходящий для прогнозирования с использованием максимальной главной деформации или отношения уменьшения толщины листа, но также и металлического листа (например, стального листа с высокой прочностью на растяжение, имеющего прочность на растяжение приблизительно в 490-780 МПа), который имеет среднюю прочность между означенным, посредством комбинирования множества прогнозирований между собой.
[0068] В частности, относительно вышеописанного варианта осуществления, показанного на фиг. 1A и 1B, значение индекса формы, которое является, по меньшей мере, одним из максимальной главной деформации и отношения уменьшения толщины листа, дополнительно получается для каждой сетки относительно случая разделения на основе первого размера ячеек сетки и случая разделения на основе второго размера ячеек сетки  на этапе S12 вычисления (модуле 12 вычисления), разностное значение между значением индекса формы в случае первого размера ячеек сетки и значением индекса формы в случае второго размера ячеек сетки  дополнительно получается в каждом участке компонента на этапе S14 выделения (модуле выделения S14), и участок в случае первого размера ячеек сетки, который соответствует участку, удовлетворяющему разностному значению в значении индекса формы, превышающему предварительно определенное значение, или разностному значению максимального главного механического напряжения, превышающему предварительно определенное значение, или комбинации вышеозначенного, выделяется в качестве участка разрыва.
[0069] Аналогично, относительно вышеописанного варианта осуществления, показанного на фиг. 2A и 2B, значение индекса формы, которое является, по меньшей мере, одним из максимальной главной деформации и отношения уменьшения толщины листа, дополнительно получается для каждой сетки на первом этапе S22 вычисления (в первом модуле 22 вычисления), значение индекса формы дополнительно получается для каждой связанной сетки на втором этапе S24 вычисления (во втором модуле 24 вычисления), разностное значение между значением индекса формы, полученным на первом этапе S22 вычисления (в первом модуле 22 вычисления), и значением индекса формы, полученным на втором этапе S24 вычисления (во втором модуле 24 вычисления), дополнительно получается для каждого участка компонента на этапе S25 выделения (модуле 25 выделения), и участок на первом этапе S22 вычисления (в первом модуле 22 вычисления), который соответствует участку, удовлетворяющему разностному значению в значении индекса формы, превышающему предварительно определенное значение, или разностному значению максимального главного механического напряжения, превышающему предварительно определенное значение, или комбинации вышеозначенного, выделяется в качестве участка разрыва.
[0070] В случае если деформация концентрируется на конкретном участке при анализе с использованием метода конечных элементов, точность деформации или механического напряжения внутри элемента, в котором чрезмерная деформация сетки возникает в конкретном участке либо в его окрестности этого, может снижаться, или вычисление может прекращаться. Технология адаптивной сетки может использоваться в качестве способа анализа числовых значений для недопущения такой проблемы.
Фиг. 8A-8D показывают структуру адаптивной сетки. Предполагается случай, в котором сильное механическое напряжение или деформация формируются в центральном участке сегмента AB в результате применения сильной деформации при растяжении к точке A и точке B на модели, имеющей размер ячеек сетки, как показано на фиг. 8A. В этом случае, когда моделирование продвигается в состоянии размера ячеек сетки на ранней стадии, может возникать случай, в котором модель конечных элементов не может в достаточной степени выражать концентрацию поля деформации. В качестве способа для недопущения такой проблемы, способ разделения размера ячеек сетки участка, имеющего сконцентрированную деформацию, с тем чтобы уменьшать размер ячеек сетки с середины анализа, как показано на фиг. 8B, называется адаптивной сеткой. Когда деформация и концентрация деформации на конкретном участке распространяются, область, к которой применяется адаптивная сетка, укрупняется, как показано на фиг. 8C и 8D. Даже когда поле деформации поддерживает двуосное растяжение или сжатие, может применяться идентичная адаптивная сетка.
Хотя необходимо выполнять анализ с использованием каждой из двух различных типов размеров ячеек сетки один раз в изобретении, большое количество времени и затраты на проведение анализа требуются для анализа с использованием размера ячеек сетки, имеющего небольшой размер в случае, если размер и сложность формы компонента, который должен оцениваться, являются высокими. В этом случае, адаптивная сетка применяется к анализу с использованием размера ячеек сетки, имеющего большую размерность, вместо анализа с использованием размера ячеек сетки, имеющего меньшую размерность, и в силу этого можно утончать только сетку участка концентрации деформации, который является целью оценки для разрыва. Поскольку сетка, имеющая небольшую размерность, может применяться только к участку концентрации деформации, можно выполнять прогнозирование разрывов в изобретении при исключении выполнения крупномасштабного анализа.
В частности, когда разделение на основе первого размера ячеек сетки выполняется в вышеописанном варианте осуществления, показанном на фиг. 1A и 1B, может использоваться адаптивная сетка.
Аналогично, также когда разделение на основе предварительно определенного размера ячеек сетки выполняется в вышеописанном варианте осуществления, показанном на фиг. 2A и 2B, может использоваться адаптивная сетка.
[0071] При анализе формования прессованием, может возникать проблема вычисления, такая как уменьшение точности анализа вследствие смятия сетки до нижней мертвой точки, ошибка при определении контакта между матрицей и металлическим листом и прекращения в середине вычисления в случае, если задание параметра модели материала является несоответствующим. В этих случаях, результат анализа вычисляется с низким уровнем точности, либо возникает такая ситуация, как прекращение в середине, и в силу этого невозможно получать соответствующий результат анализа перед сравнением между результатами анализа с размерами ячеек сетки, имеющими два типа размеров ячеек по  изобретению.
Поскольку необходимо получать результаты анализа, указывающие нормальное завершение, на основе размеров ячеек сетки, имеющих два типа размеров ячеек, изобретение не может применяться в случае, если нормальное завершение не выполняется в любой одной или обеих аналитических моделях.
Можно выполнять оценку прекращения в середине и прогнозирование разрывов из распределения механических напряжений на стадии в середине анализа формования, вместо обязательного использования результата анализа вплоть до нижней мертвой точки во избежание таких ситуаций. Помимо этого, в случае если ошибка в вычислении в нижней мертвой точке заблаговременно предполагается, изобретение применяется посредством завершения анализа на стадии в середине перед нижней мертвой точкой, и в силу этого также можно уменьшать затраты на вычисление. Предусмотрено множество случаев, в которых концентрация механических напряжений начинается перед нижней мертвой точкой в участке, имеющем высокий риск разрыва, и в силу этого можно выделять рисковый участок через оценку на основе такого прекращения в середине.
[0072] Пример 1
Ниже описывается изобретение с рассмотрением нижеприведенных примеров.
В этом примере, прогнозируется трещина при отбортовке внутренних кромок.
Формование для отбортовки отверстия посредством разделения на два листа выполнено в конфигурации матрицы, показанной на фиг. 9. Формование для отбортовки отверстия на квадратном цилиндре выполнено посредством пуансона, имеющего квадратное поперечное сечение, имеющее одну сторону в 40 мм. Радиус угла пуансона 13 составляет 5 мм, и радиус участка заплечика пуансона составляет также 5 мм. Матрица 12 и пресс 10 для пластин поддерживают необработанные плиты сверху и снизу с тем, чтобы закреплять необработанную плиту. Необработанные плиты 11A и 11B получаются посредством вырезания квадратной пластины 200×200 мм, перфорации прямоугольного отверстия в ее центральном участке посредством резки лазерным лучом и вырезки прямоугольной пластины из центра.
[0073] Получается необработанная плита, имеющая такую форму, как показано на фиг. 10A и 10B, и две необработанных плиты одновременно подвергаются формованию для отбортовки отверстия. Оба угла R в двух местоположениях подвергаются деформации отбортовкой с удлинением в эксперименте, что приводит к разрыву в любом краевом участке. В случае если трещина не возникает, получаются два формованных изделия, имеющие форму, как показано на фиг. 11.
[0074] Две выборки, имеющие идентичную форму, одновременно подвергнуты формованию для отбортовки отверстия, и в силу этого угловой участок прямоугольного отверстия подвергается деформации отбортовки с удлинением, за счет этого приводя к возможности краевой трещины. Между тем, поскольку прямой боковой участок прямоугольного отверстия представляет собой изогнутый фланец, и не возникает деформация при растяжении в крайнем участке, не возникает проблема касательно трещины.
[0075] Выполнен тест, в котором высота отбортовки отверстия изменена в силу задания случая, в котором радиус кривизны R=5 мм для угла необработанной плиты, показанной на фиг. 10A и 10B, в качестве базовой формы, и задания трех уровней R=3 мм, R=5 мм и R=7 мм. Формование для отбортовки отверстия на квадратном цилиндре выполнено для материала (материала), имеющего толщину листа в 1,6 мм и прочность на растяжение в 980 МПа.
[0076] Когда начальный размер прямоугольного отверстия составляет 24×12 мм (условие формования, эквивалентное высоте отбортовки отверстия приблизительно в 8 мм), трещина возникает в угловой части вследствие R=3 мм. Трещина не возникает для угла R=5 мм и R=7 мм идентичной выборки.
[0077] Анализ методом конечных элементов выполнен с использованием двух типов размеров ячеек сетки посредством вышеописанного пуансона и формы необработанной плиты. В качестве программного обеспечения, элемент оболочки использован посредством решающего модуля динамического явного способа в LS-DYNA. Применяют два типа размеров ячеек сетки 1,6 мм (см. фиг. 10A) и 2,5 мм (см. фиг. 10B), и состояния деформации на краевом участке сравниваются между собой. Результат показан в таблице 1.
[0078] Таблица 1
Угол R прямоугольного отверстия
Оценка на основе разности отношения уменьшения толщины листа
Оценка на основе разности максимальной главной деформации
Оценка на основе разности максимального главного механического напряжения
Без трещины
Без трещины
Возникновение трещины
Без трещины
Без трещины
Без трещины
Без трещины
Без трещины
Без трещины
[0079] Можно прогнозировать трещину для угла R=3 мм только по разности максимального главного механического напряжения, представленного в изобретении. Хотя концентрация деформации на участке отбортовки с удлинением воспринимается даже посредством индекса отношения уменьшения толщины листа или максимальной главной деформации, применяемых в патентном документе 4, оценивается то, возникает или нет трещина на стадии с высотой отбортовки кромок отверстия в 8 мм и с небольшой величиной деформации, и в силу этого показано, что индекс оценки в зависимости от геометрической величины деформации не подходит для прогнозирования участка с трещиной высокопрочного материала.
[0080] Другие варианты осуществления, к которым применяется изобретение
Как описано выше, способ прогнозирования разрывов (этап S11 разделения - этап S14 выделения на фиг. 1B и этап S21 разделения - этап S25 выделения на фиг. 2B и т.п.) изобретения может быть реализован посредством программы, сохраненной в RAM, ROM и т.п. арифметического обрабатывающего устройства (компьютера). Программа записывается на машиночитаемом носителе хранения данных. В дальнейшем в этом документе, подробнее описываются программа, машиночитаемый носитель записи и арифметическое обрабатывающее устройство (компьютер).
[0081] Программа записывается на носителе записи, таком как CD-ROM, или предоставляется в компьютер через различные среды передачи. В качестве носителя записи, записывающего программу, могут использоваться гибкий диск, жесткий диск, магнитная лента, магнитооптический диск, энергонезависимая карта памяти и т.п., в дополнение к CD-ROM. С другой стороны, в качестве среды передачи программы, может использоваться среда связи в компьютерной сетевой системе для распространения информации программы в качестве несущей и подачи информации программы. Здесь, компьютерная сеть означает LAN, WAN, к примеру, Интернет, сеть беспроводной связи и т.п., и среда связи означает проводную линию, к примеру, оптоволоконную, беспроводную линию и т.п.
[0082] Помимо этого, программа, включенная в изобретение, не представляет собой исключительно поставляемую программу, выполняемую посредством компьютера с тем, чтобы реализовывать функции вышеописанного варианта осуществления. Например, даже когда функции вышеописанного варианта осуществления реализованы совместно с операционной системой (ОС), управляемой посредством программы в компьютере, другого прикладного программного обеспечения и т.п., такая программа включена в изобретение. Помимо этого, даже когда некоторые или все процессы поставляемой программы выполняются посредством функциональной платы расширения или функционального модуля расширения компьютера таким образом, что реализуются функции вышеописанного варианта осуществления, такая программа включена в изобретение.
[0083] Например, фиг. 12 является принципиальной схемой, показывающей внутреннюю конфигурацию арифметического обрабатывающего устройства (персонального пользовательского терминального устройства). На фиг. 12, 1200 обозначает персональный компьютер (PC), включающий в себя CPU 1201. PC 1200 выполняет программное обеспечение управления устройством, которое сохраняется в ROM 1202 или на жестком диске 1211 (HD) либо которое подается из накопителя 1212 на гибких дисках (FD). PC 1200, в общем, управляет устройствами, соединенными с системной шиной 1204.
[0084] Процедуры этапа S11 разделения - этапа S14 выделения на фиг. 1B этого варианта осуществления, этапа S21 разделения - этапа S25 выделения на фиг. 2B и т.п. реализуются посредством программ, сохраненных в CPU 1201, ROM 1202 или на жестком диске 1211 (HD) PC 1200.
[0085] Ссылка с номером 1203 обозначает RAM, которое функционирует в качестве основного запоминающего устройства CPU 1201, рабочей области и т.п. Ссылка с номером 1205 обозначает контроллер клавиатуры (KBC), который управляет вводом инструкции, принимаемой из клавиатуры 1209 (KB), устройства, не показанного на чертеже, и т.п.
[0086] Ссылка с номером 1206 обозначает контроллер воспроизведения дисков (DC), который управляет операцией отображения дисплея 1210(D). Ссылка с номером 1207 обозначает дисковый контроллер (DKC). DKC 1207 управляет доступом жесткого диска 1211 (HD) и гибкого диска 1212 (FD), который сохраняет загрузочную программу, множество приложений, файл редактирования, пользовательский файл, программу управления сетью и т.п. Здесь, загрузочная программа означает программу запуска, которая представляет собой программу для начала выполнения (работы) аппаратных средств или программного обеспечения персонального компьютера.
[0087] Ссылка с номером 1208 означает сетевую интерфейсную плату (NIC) для двунаправленного обмена данными с сетевым принтером, другим сетевым устройством или другим PC через LAN 1220.
Краткое описание ссылок с номерами
[0088] 11, 21 - модуль разделения
12 - модуль вычисления
13, 23 - модуль ввода
14, 25 - модуль выделения
22 - первый модуль вычисления
24 - второй модуль вычисления