特開 2024-925 パラメータ取得方法及びパラメータ取得プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024000925

(43)【公開日】2024-01-09

(54)【発明の名称】パラメータ取得方法及びパラメータ取得プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/08 20060101AFI20231226BHJP

   G01N 3/20 20060101ALI20231226BHJP

   B21D 22/00 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

G01N3/08

G01N3/20

B21D22/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022099923

(22)【出願日】2022-06-21

(71)【出願人】

【識別番号】591032703

【氏名又は名称】群馬県

(71)【出願人】

【識別番号】522249291

【氏名又は名称】有限会社石川鉄工所

(71)【出願人】

【識別番号】522247725

【氏名又は名称】株式会社鈴木工業

(71)【出願人】

【識別番号】522247736

【氏名又は名称】有限会社永井製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118315

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 博道

(72)【発明者】

【氏名】荻野 直彦

(72)【発明者】

【氏名】青▲柳▼ 大志

(72)【発明者】

【氏名】小谷 雄二

(72)【発明者】

【氏名】林 和

(72)【発明者】

【氏名】鏑木 哲志

(72)【発明者】

【氏名】新井 宏章

(72)【発明者】

【氏名】石川 一仁

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 修一

(72)【発明者】

【氏名】永井 慎也

【テーマコード（参考）】

2G061

4E137

【Ｆターム（参考）】

2G061AA01

2G061AA02

2G061AA07

2G061AB01

2G061BA07

2G061BA18

2G061CB01

2G061DA11

2G061DA12

4E137AA21

4E137BB01

4E137CB01

4E137CB03

(57)【要約】

【課題】弾試験片である弾塑性材料に対する引張圧縮試験を行うことなく、試験片の引張試験と曲げ試験とによる試験結果を利用することにより、ＹＵパラメータを簡易に取得する。
【解決手段】シミュレーションシステム１０は、物性値データ及び試験結果データと吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータとに基づいて、曲げ試験及び与ひずみ引張試験に応じた加工履歴を、コンピュータ上の試験片データへ付加してシミュレーションすることにより、試験片データの変形度合いを表す解析結果データを生成する。シミュレーションシステム１０は、試験結果データと解析結果データとの間の差分を計算し、当該差分が小さくなるように、吉田上森モデルにおけるＹＵパラメータを繰り返し調整する。シミュレーションシステム１０は、差分が閾値以下になるまで、ＹＵパラメータの繰り返し調整を実行することにより、最終的なＹＵパラメータを得る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験片に対する単純引張試験により得られる前記試験片の物性値データと、前記試験片に対する曲げ試験及び与ひずみ引張試験の結果を表す試験結果データとを受け付け、
前記物性値データ及び前記試験結果データと、吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータとに基づいて、前記曲げ試験及び前記与ひずみ引張試験に応じた加工履歴を、コンピュータ上の試験片データへ付加するシミュレーションであるプレス成形シミュレーションを実行することにより、前記試験片データの変形度合いを表す解析結果データを生成し、
前記試験結果データと前記解析結果データとの間の差分を計算し、
前記差分が小さくなるように、前記ＹＵパラメータを繰り返し調整し、
前記差分が閾値以下になるまで、前記ＹＵパラメータの繰り返し調整を実行することにより、最終的な前記ＹＵパラメータを得る、
処理をコンピュータが実行するパラメータ取得方法。

【請求項2】

前記試験結果データと前記解析結果データとの間の差分は、スプリングバック量の差分及びスプリングバックした後の曲げ角度の差分の少なくとも一方である、
請求項１に記載のパラメータ取得方法。

【請求項3】

前記試験結果データを取得する際の前記曲げ試験は、前記試験片が曲げられた際の曲げ終点が円の接線上に位置するように実施され、
前記解析結果データを取得する際の前記曲げ試験に応じた加工履歴は、前記試験片データが曲げられた際の曲げ終点が円の接線上に位置するように実施されたものである、
請求項１又は請求項２に記載のパラメータ取得方法。

【請求項4】

試験片に対する単純引張試験により得られる前記試験片の物性値データと、前記試験片に対する曲げ試験及び与ひずみ引張試験の結果を表す試験結果データとを受け付け、
前記物性値データ及び前記試験結果データと、吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータとに基づいて、前記曲げ試験及び前記与ひずみ引張試験に応じた加工履歴を、コンピュータ上の試験片データへ付加するシミュレーションであるプレス成形シミュレーションを実行することにより、前記試験片データの変形度合いを表す解析結果データを生成し、
前記試験結果データと前記解析結果データとの間の差分を計算し、
前記差分が小さくなるように、前記ＹＵパラメータを繰り返し調整し、
前記差分が閾値以下になるまで、前記ＹＵパラメータの繰り返し調整を実行することにより、最終的な前記ＹＵパラメータを得る、
処理をコンピュータに実行させるためのパラメータ取得プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パラメータ取得方法及びパラメータ取得プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プレス成形時の弾塑性材料のスプリングバック量を予測する技術が知られている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１、２の技術は、引張圧縮試験を行った際の除荷時の応力―歪み関係の近似方法及び応力ひずみ曲線を非線形で数式化するものである。特に、特許文献２では、背応力の項を考慮することにより応力ひずみ関係の推定精度を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第5866892号公報

【特許文献2】特許第5582211号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記特許文献１，２に開示されている吉田‐上森モデルにおいて計算されるＹＵパラメータを取得するためには、弾塑性材料に対して引張圧縮試験を行う必要がある。しかし、弾塑性材料に対して引張圧縮試験を実施する場合、圧縮過程において弾塑性材料に座屈等が発生することが多く、その成功率は低い。

【0005】

このため、従来技術では、弾塑性材料に対して引張圧縮試験を実施する必要があるため、吉田‐上森モデルにおいて計算されるＹＵパラメータを簡易に取得することができない、という課題があった。

【0006】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、試験片である弾塑性材料に対する引張圧縮試験を行うことなく、試験片の引張試験と曲げ試験とによる試験結果を利用することにより、ＹＵパラメータを簡易に取得することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１態様は、試験片に対する単純引張試験により得られる前記試験片の物性値データと、前記試験片に対する曲げ試験及び与ひずみ引張試験の結果を表す試験結果データとを受け付け、前記物性値データ及び前記試験結果データと、吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータとに基づいて、前記曲げ試験及び前記与ひずみ引張試験に応じた加工履歴を、コンピュータ上の試験片データへ付加するシミュレーションであるプレス成形シミュレーションを実行することにより、前記試験片データの変形度合いを表す解析結果データを生成し、前記試験結果データと前記解析結果データとの間の差分を計算し、前記差分が小さくなるように、前記ＹＵパラメータを繰り返し調整し、前記差分が閾値以下になるまで、前記ＹＵパラメータの繰り返し調整を実行することにより、最終的な前記ＹＵパラメータを得る、処理をコンピュータが実行するパラメータ取得方法である。

【0008】

本発明の第２態様は、試験片に対する単純引張試験により得られる前記試験片の物性値データと、前記試験片に対する曲げ試験及び与ひずみ引張試験の結果を表す試験結果データとを受け付け、前記物性値データ及び前記試験結果データと、吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータとに基づいて、前記曲げ試験及び前記与ひずみ引張試験に応じた加工履歴を、コンピュータ上の試験片データへ付加するシミュレーションであるプレス成形シミュレーションを実行することにより、前記試験片データの変形度合いを表す解析結果データを生成し、前記試験結果データと前記解析結果データとの間の差分を計算し、前記差分が小さくなるように、前記ＹＵパラメータを繰り返し調整し、前記差分が閾値以下になるまで、前記ＹＵパラメータの繰り返し調整を実行することにより、最終的な前記ＹＵパラメータを得る、処理をコンピュータに実行させるためのパラメータ取得プログラムである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、試験片である弾塑性材料に対する引張圧縮試験を行うことなく、試験片の引張試験と曲げ試験とによる試験結果を利用することにより、ＹＵパラメータを簡易に取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】引張圧縮実験の引張と圧縮とを説明するための図である。

【図2】実施形態に係るシミュレーションシステムの構成の一例を示すブロック図である。

【図3】本実施形態における曲げ試験を説明するための図である。

【図4】実施形態のパラメータ取得装置のコンピュータの構成例を示す図である。

【図5】パラメータ取得装置が実行する処理ルーチンの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。

【0012】

従来、吉田‐上森モデルにおいて計算されるＹＵパラメータを取得するためには、試験片に対して引張圧縮実験を行い、バウジンガー効果を再現する必要があった。

【0013】

試験片である弾塑性材料に対して引張圧縮実験を行うことにより、その試験片の応力歪み線図が得られる。応力歪み線図では、試験片の早期再降伏点を経た後、バウジンガー効果による試験片の遷移的軟化及び試験片の永久軟化が現れる。なお、引張圧縮実験の引張と圧縮は、応力歪み線図において図１に示されるような関係となっている。

【0014】

試験片に対する圧縮実験は論理的には可能である。しかし、現実的には圧縮実験によって試験片が座屈してしまい、その成功率が低いため、実際の製造現場で使用できるものではない。

【0015】

そこで、本実施形態のパラメータ取得方法は、試験片である弾塑性材料の応力‐ひずみ関係を再現するコンピュータシミュレーションを利用することにより、ＹＵパラメータを取得する。対象となるＹＵパラメータとしては、例えば、遷移軟化領域を表す降伏曲面の移動硬化収束速度Ｃ_１、遷移軟化領域を表す降伏曲面の移動硬化収束速度Ｃ_２、及び平均ヤング率漸近値Ｅ_ａｖ等である。

【0016】

具体的には、本実施形態のパラメータ取得方法は、試験片である弾塑性材料に対して曲げ試験及び与ひずみ引張試験を行うことにより、その試験結果データを得る。次に、本実施形態のパラメータ取得方法は、曲げ試験及び与ひずみ引張試験に応じた加工履歴をコンピュータ上の試験片データへ付加するシミュレーションであるプレス成形シミュレーションを実行する。そして、本実施形態のパラメータ取得方法は、実際の試験により得られた試験結果データと、プレス成形シミュレーションにより得られた解析結果データとの差分が小さくなるように、ＹＵパラメータを逐次調整する。そして、その差分が所定閾値以下となった際のＹＵパラメータを最終的なＹＵパラメータとして取得する。これにより、弾塑性材料に対する引張圧縮試験を行うことなく、弾塑性材料に対する引張試験と曲げ試験とによる試験結果を利用することにより、ＹＵパラメータを簡易に取得することができる。以下、具体的に説明する。

【0017】

＜シミュレーションシステムの構成＞
図２は、実施形態に係るシミュレーションシステム１０の構成の一例を示すブロック図である。シミュレーションシステム１０は、機能的には、図３に示されるように、操作部１２と、パラメータ取得装置１４と、表示部１６と、を含んだ構成で表すことができる。

【0018】

操作部１２は、ユーザから入力された操作情報を受け付ける。操作部１２は、例えばキーボードやマウス等である。具体的には、ユーザは、シミュレーションを実行するための各種情報を操作部１２により入力する。

【0019】

表示部１６には、パラメータ取得装置１４から出力された情報が表示される。表示部１６は、例えばディスプレイ等によって実現される。

【0020】

パラメータ取得装置１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶手段としてのメモリ、ネットワークインタフェース等を含んで構成されている。パラメータ取得装置１４は、機能的には、図１に示されるように、データ記憶部２０と、結果記憶部２２と、受付部２４と、シミュレーション部２６と、計算部２８とを備えている。

【0021】

データ記憶部２０には、後述するシミュレーションを実行するための各種データが記憶される。

【0022】

結果記憶部２２には、本実施形態のパラメータ取得方法により取得されたＹＵパラメータが格納される。

【0023】

受付部２４は、ユーザから入力された情報を受け付ける。

【0024】

具体的には、ユーザは、単純引張試験用の機器を用いて弾塑性材料の試験片に対して単純引張試験を行い、その試験結果である試験片の物性値データをパラメータ取得装置１４へ入力する。また、ユーザは、試験片に対して与ひずみ引張試験を実施した後に、曲げ試験用の治具を用いて試験片に対して曲げ試験を行い、その試験結果である試験結果データをパラメータ取得装置１４へ入力する。なお、引張圧縮試験における圧縮過程は、本実施形態の曲げ試験によってある程度再現される。

【0025】

受付部２４は、物性値データと、試験片に対する曲げ試験及び与ひずみ引張試験の結果を表す試験結果データとを受け付ける。物性値データは、試験片の一般的な物性値であり、試験片の弾性率、ポアソン比、及び降伏応力等である。また、試験結果データは、試験片のスプリングバック量及び試験片がスプリングバックした後の曲げ角度等である。

【0026】

なお、本実施形態における曲げ試験は、試験片が曲げられた際の曲げ終点が円の接線上に位置するように実施される。図３に、本実施形態における曲げ試験を説明するための図を示す。図３のＶ１に示されるように、板厚ｔの試験片Ｔに対して曲げ試験が実施された場合には、曲げ角度θ、曲率半径ρとなる。一方で、Ｖ１の後のＶ２の場面では、試験片Ｔにスプリングバックが発生し、曲げ角度θ’、スプリングバック後の曲率半径ρ’となる。

【0027】

本実施形態の曲げ試験は、図３の右側に示されるように、試験片Ｔが曲げられた際の曲げ終点Ｐ１，Ｐ２が円Ｃの接線上に位置するように実施される。このような曲げ試験は、以下の実験式を再現することが可能であるため、後述するシミュレーションによって得られる解析結果が反映されやすいという特徴を有する。なお、引張圧縮試験における圧縮過程が、本実施形態の曲げ試験によってある程度再現される。

【0028】

【数1】

【0029】

なお、上記式におけるＭは曲げモーメントを表し、Ｉは断面二次モーメントを表し、Ｅはヤング率を表し、Ｙは降伏応力を表す。

【0030】

シミュレーション部２６は、受付部２４により受け付けられた物性値データ及び試験結果データと、設定された吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータとに基づいて、曲げ試験及び与ひずみ引張試験に応じた加工履歴を、コンピュータ上の試験片データへ付加してプレス成形シミュレーションを実行することにより、試験片データの変形度合いを表す解析結果データを生成する。なお、プレス成形シミュレーションは、既知の手法を用いて実行することが可能である。これにより、解析結果データとして、コンピュータ上の試験片データに対して仮想的な曲げ試験及び与ひずみ試験を実施した際のスプリングバック量、スプリングバックした後の曲げ角度、及び試験片の形状に関するデータが得られる。

【0031】

なお、解析結果データを取得する際の曲げ試験及び与ひずみ引張試験に応じた加工履歴のプレス成形シミュレーションは、コンピュータ上の試験片データが曲げられた際の曲げ終点が円の接線上に位置するように実施される。

【0032】

計算部２８は、受付部２４により受け付けた試験結果データと、シミュレーション部２６により生成された解析結果データとの間の差分を計算する。そして、計算部２８は、差分が所定閾値以下であるか否かを判定する。差分が所定閾値以下である場合には、その際に利用したＹＵパラメータを最終的なＹＵパラメータとして結果記憶部２２へ格納する。一方、差分が所定閾値より大きい場合には、ＹＵパラメータを変更し、上記シミュレーション部２６によるプレス成形シミュレーションが繰り返される。このように、試験結果データと解析結果データとの間の差分が小さくなるように、吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータを繰り返し調整し、当該差分が閾値以下になるまで、ＹＵパラメータの繰り返し調整が実行されることにより最終的なＹＵパラメータが取得される。

【0033】

パラメータ取得装置１４は、例えば、図４に示すようなコンピュータ５０によって実現することができる。パラメータ取得装置１４を実現するコンピュータ５０は、ＣＰＵ５１、一時記憶領域としてのメモリ５２、及び不揮発性の記憶部５３を備える。また、コンピュータ５０は、入出力装置等（図示省略）が接続される入出力interface（Ｉ／Ｆ）５４、及び記録媒体５９に対するデータの読み込み及び書き込みを制御するread/write（Ｒ／Ｗ）部５５を備える。また、コンピュータは、インターネット等のネットワークに接続されるネットワークＩ／Ｆ５６を備える。ＣＰＵ５１、メモリ５２、記憶部５３、入出力Ｉ／Ｆ５４、Ｒ／Ｗ部５５、及びネットワークＩ／Ｆ５６は、バス５７を介して互いに接続される。

【0034】

記憶部５３は、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）、Solid State Drive（ＳＳＤ）、フラッシュメモリ等によって実現できる。記憶媒体としての記憶部５３には、コンピュータを機能させるためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵ５１は、プログラムを記憶部５３から読み出してメモリ５２に展開し、プログラムが有するプロセスを順次実行する。

【0035】

＜シミュレーションシステムの作用＞

【0036】

次に、シミュレーションシステム１０の作用を説明する。

【0037】

ユーザが、単純引張試験用の機器を用いて弾塑性材料の試験片に対して単純引張試験を行い、その試験結果である物性値データをパラメータ取得装置１４へ入力する。また、ユーザは、与ひずみ引張試験を試験片に対して実施した後に、曲げ試験用の治具を用いて試験片に対して曲げ試験を行い、その試験結果である試験結果データをパラメータ取得装置１４へ入力する。そして、パラメータ取得装置１４は所定の指示信号を受け付けると、図５に示される処理ルーチンを実行する。

【0038】

ステップＳ１００において、受付部２４は、物性値データと試験結果データとを受け付ける。

【0039】

ステップＳ１０２において、シミュレーション部２６は、ＹＵパラメータの初期値を設定する。

【0040】

ステップＳ１０４において、シミュレーション部２６は、ステップＳ１００で受け付けられた物性値データ及び試験結果データと、ステップＳ１０２で設定されたＹＵパラメータの初期値とに基づいて、曲げ試験及び与ひずみ引張試験に応じた加工履歴を、コンピュータ上の試験片データへ付加する既知のプレス成形シミュレーションすることにより、試験片データの変形度合いを表す解析結果データを生成する。

【0041】

ステップＳ１０６において、計算部２８は、ステップＳ１００で受け付けた試験結果データと、ステップＳ１０４で生成された解析結果データとの間の差分を計算する。具体的には、計算部２８は、試験結果データに含まれる実際の試験片のスプリングバック量と、解析結果データに含まれる試験片データに含まれるスプリングバック量との差分を計算する。また、計算部２８は、試験結果データに含まれる実際の試験片のスプリングバックした後の曲げ角度と、解析結果データに含まれる試験片データのスプリングバックした後の曲げ角度との差分を計算する。また、計算部２８は、試験結果データに含まれる実際の試験片の形状を表すその他の値と、解析結果データに含まれる試験片データの形状を表すその他の値との差分を計算する。

【0042】

ステップＳ１０８において、計算部２８は、ステップＳ１０６で計算された差分が所定閾値以下であるか否かを判定する。ステップＳ１０６で計算された差分が所定閾値以下である場合には、ステップＳ１１０へ進む。一方、ステップＳ１０６で計算された差分が所定閾値より大きい場合には、ステップＳ１１２においてＹＵパラメータを調整する。

【0043】

なお、差分が閾値以下であるか否かの判定方法としては様々な方法が考えられる。例えば、スプリングバック量に関する差分、曲げ角度の差分、及び試験片の形状を表すその他の値の差分のそれぞれが、それぞれ毎に予め設定された閾値以下であるか否かを判定するような判定方法が考えられる。または、スプリングバック量に関する差分、曲げ角度の差分、及び試験片の形状を表すその他の値の差分のうちの少なくとも１つが、それぞれ毎に予め設定された閾値以下であるか否かを判定するような判定方法が考えられる。

【0044】

ステップＳ１１０において、計算部２８は、前回のステップＳ１１２で調整されたＹＵパラメータを最終的なＹＵパラメータとして結果記憶部２２へ格納する。

【0045】

結果記憶部２２に格納された最終的なＹＵパラメータは、ユーザによって利用される。

【0046】

以上説明したように、実施形態のシミュレーションシステム１０は、試験片に対する実際の単純引張試験の結果を表す物性値データと、試験片に対する曲げ試験及び与ひずみ引張試験の結果を表す試験結果データとを受け付ける。そして、シミュレーションシステム１０は、物性値データ及び試験結果データと吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータとに基づいて、曲げ試験及び与ひずみ引張試験に応じた加工履歴を、コンピュータ上の試験片データへ付加してシミュレーションすることにより、試験片データの変形度合いを表す解析結果データを生成する。シミュレーションシステム１０は、試験結果データと解析結果データとの間の差分を計算し、当該差分が小さくなるように、吉田‐上森モデルにおけるＹＵパラメータを繰り返し調整する。シミュレーションシステム１０は、差分が閾値以下になるまで、ＹＵパラメータの繰り返し調整を実行することにより、最終的なＹＵパラメータを得る。これにより、弾塑性材料に対する引張圧縮試験を行うことなく、弾塑性材料に対する引張試験と曲げ試験とによる試験結果を利用することにより、吉田‐上森モデルにおいて計算されるＹＵパラメータを簡易に取得することができる。

【0047】

また、ＹＵパラメータの取得に要していた期間を大幅に短縮することが可能となるため、設計時間を短縮させることが可能となると共に、型修正工数の削減が可能となり、製品納期の短縮も図られることとなる。

【0048】

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

【符号の説明】

【0049】

１０ シミュレーションシステム
１２ 操作部
１４ パラメータ取得装置
１６ 表示部
２０ データ記憶部
２２ 結果記憶部
２４ 受付部
２６ シミュレーション部
２８ 計算部
５０ コンピュータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】