[發明專利]針對成型品的分析模型的材料各向異性信息及板厚信息的設定方法和剛性分析方法

有效

• 申請號: 201380035384.4
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN104428772B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 齊藤孝信
• 申請（專利權）人: 杰富意鋼鐵株式會社
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 李輝,黃綸偉

技術領域

本發明涉及使用具有各向異性(anisotropy)的材料的成型品的CAE(Computer Aided Engineering：計算機輔助工程)分析方法，特別是涉及針對成型品的分析模型的各向異性信息及板厚信息的設定方法和以所述設定方法為前提的剛性分析方法。

背景技術

近年來，特別是在機動車產業中，由于環境問題而正在推進車體的輕量化，對于車體的設計來說，CAE分析成為不可或缺的技術(例如專利文獻1)。并且，已知輸入的材料(金屬板，例如鋼板)的機械特性值會對該CAE分析結果造成大的影響，在成型分析(press-forming analysis)中，主要是YS(屈服強度)、TS(拉伸強度)、r值(蘭克福特值)發揮作用，在剛性分析(stiffness analysis)中，楊氏模量等彈性值與在分析中得到的位移成比例地發揮作用，在碰撞分析(crashworthiness analysis)中，YS、TS等材料強度值較大地發揮作用。

另一方面，在材料中，存在其機械特性具有大的面內各向異性(in-plane anisotropy)的材料(將這種材料稱為各向異性材料)，特別是已知：對于通過軋制制造出的材料來說，從根據(最大－最小)/最大×100計算出的特性變化幅度來看，所述材料在軋制方向(L方向)、其直角方向(C方向)、45°方向(D方向)上存在2～50％的特性變化。

在CAE分析時，在分析對象是其機械特性恒定而與面內方向無關的材料(各向同性材料，isotropic material)時，不會產生方向性的問題，但在分析對象是各向異性材料時，當輸入該材料的與主變形方向不同的方向上的機械特性值時，則會取得與沒有各向異性的情況下的計算結果不同的計算結果。

因此，在各向異性材料中，需要對將分析對象分割成多個元素而成的分析模型的各元素設定與機械特性的面內各向異性相關的信息(將該信息稱為各向異性信息)。

各向異性信息是用于提供與任意的方向相對應的機械特性值的信息，以某個方向(例如所述L方向或所述C方向或者它們之間的方向)作為基準方向，該各向異性信息被作為相對于該基準方向的方位角度與機械特性的對應關系信息來提供。各向異性信息可以預先以表或函數的形式提供，可以存儲該各向異性信息并通過分析程序來利用。

關于基準方向和方位角度的關系，以上述的軋制材料為例具體說明。假設以所述C方向為基準方向(方位角度0°)，則方位角度90°的機械特性是所述L方向的機械特性，方位角度45°的機械特性是所述D方向的機械特性。并且，若以所述L方向為基準方向，則作為相對于該基準方向來說方位角度為90°的機械特性，參照表，是處于與所述L方向垂直的關系的所述C方向的機械特性。

基準方向在分析畫面上以各元素內的1個箭頭表示(例如參照圖4)，該基準方向被固定于分析模型的各元素，如果各元素移動旋轉，則該基準方向也同樣移動旋轉。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本國特開2004-171144號公報

發明內容

發明所要解決的課題

如上所述，在對機動車產業中的車體使用上述那樣的各向異性材料的情況下，在CAE分析中，需要對分析模型設定各向異性信息。

但是，在車體的設計中，一般是首先決定車體的形狀，再針對該形狀制作分析模型并進行剛性分析。

如果不對基于形狀的分析模型提供各向異性信息，在這樣的狀態下，即便進行剛性分析，也無法進行正確的分析。因此，在以往，作為分析的前序階段，進行下述操作：為了對分析模型設定各向異性信息，根據人的直覺來對分析模型的每個元素輸入各向異性信息。

但是，在現在的車體的分析模型中使用的元素數量是30萬至50萬的程度，全部通過人工輸入是極其困難的。

并且，實際的成型品形成為由曲面構成的復雜的形狀，無法憑借人的直覺正確地把握由成型決定的各元素的移動旋轉，難以輸入適當的各向異性信息。

因此，即便依靠人的直覺輸入各向異性信息，之后的剛性分析結果與對應的實際成型品的剛性試驗或碰撞試驗的結果不符的情況也沒有變少。

并且，在上述的僅使形狀模型化的分析模型中，也沒有設定與壓力成型相伴隨的板厚的變化信息即板厚信息。

但是，板厚信息在進行更正確的CAE分析上是非常重要的。例如，由于以機動車的車體為代表的使用薄板的結構體被進行了壓力成型，因此，根據部件的位置，板厚與原板厚不同。例如，R部分或伸出的部分變薄，起皺的部分變厚。