図面 (/)

技術 強度解析方法、強度解析装置及び強度解析プログラム

出願人 三菱電機株式会社
発明者 坂本博夫大石智子越前谷大介青木普道
出願日 2008年9月17日 (12年3ヶ月経過) 出願番号 2008-237568
公開日 2010年4月2日 (10年8ヶ月経過) 公開番号 2010-069653
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の成形用の型 CAD プラスチック等の射出成形
主要キーワード 強度予測 法線応力 熱特性値 内部発熱量 流動成分 分割要素 節点温度 衝撃解析
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年4月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

射出成形によりウエルドが発生する部材の構造解析について、より短い時間で計算することができる構造解析方法を提供する。

解決手段

射出形成される部材を複数の強度を評価する強度解析方法であって、部材の形状を示す形状情報を取得するステップ(S1)と、形状情報に基づいて部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成するステップ(S2)と、要素情報が示す各要素を用いて、材料を金型流し込むゲートから熱が伝わる場合の熱解析を行うことによって部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成するステップ(S3)と、各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するステップ(S4)と、ウエルド位置を参照して、部材の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換するステップ(S5)とを含む。

概要

背景

樹脂部材は、例えば、テレビエアコン携帯電話筐体自動車バンパ等といった日常の様々な製品に使用されており、樹脂部材の用途はさらに広がっている。樹脂部材が射出成形によって作られる場合、部材の形状によっては、溶融した樹脂合流するウエルドウエルドラインともいう。)と言われる融合部分が生じる。PPなど結晶系の樹脂を用いた部材では、ウエルド部分の強度が低下することがある。

樹脂部材の用途が広がり、複雑な形状の部材が増えると、ウエルドの発生位置(ウエルド位置)を経験だけで正確に予測することは困難になる。他方で、製品の信頼性を向上させるために、樹脂部材の強度予測には、より精度のよいものが求められている。そのため、樹脂の強度に大きな影響を与えることがあるウエルドの発生位置を正確に予測することが重要になる。そこで、衝撃解析をするために、流動解析を用いてウエルド位置を予測する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−169909号公報

概要

射出成形によりウエルドが発生する部材の構造解析について、より短い時間で計算することができる構造解析方法を提供する。射出形成される部材を複数の強度を評価する強度解析方法であって、部材の形状を示す形状情報を取得するステップ(S1)と、形状情報に基づいて部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成するステップ(S2)と、要素情報が示す各要素を用いて、材料を金型流し込むゲートから熱が伝わる場合の熱解析を行うことによって部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成するステップ(S3)と、各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するステップ(S4)と、ウエルド位置を参照して、部材の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換するステップ(S5)とを含む。

目的

本発明は、上述の課題を解決するものであり、ウエルド位置をより短い時間で予測することが可能な強度解析方法を提供する。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

射出形成される部材の強度を評価する強度解析方法であって、上記部材の形状を示す形状情報を取得する形状取得テップと、上記形状情報に基づいて上記部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成する要素分割ステップと、上記要素情報が示す上記各要素を用いて、成形に用いる金型ゲートが位置するゲート部分から熱が伝わる場合の熱解析を上記部材について行うことによって上記部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成する熱解析ステップと、上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとを含むことを特徴とする強度解析方法。

請求項2

上記熱解析ステップにおいて、上記各要素の熱特性値として各要素の温度勾配を算出し、上記ウエルド位置特定ステップにおいて、上記各要素の温度勾配が0であるか又は閾値以下であるか否かを判断し、温度勾配が0であるか又は閾値以下である要素をウエルド位置として特定することを特徴とする請求項1に記載の強度解析方法。

請求項3

上記熱解析ステップにおいて、上記各要素の熱特性値として各要素の温度を算出し、上記ウエルド位置特定ステップにおいて、上記各要素の温度がすべての要素の温度の中で最も低い最低温度と等しいか又は閾値以下であるか否かを判断し、上記最低温度と等しい又は閾値以下である要素をウエルド位置として特定することを特徴とする請求項1に記載の強度解析方法。

請求項4

上記部材が作られる材料のウエルドが発生しない場合の強度である材料強度及び、上記材料強度とウエルドが発生した場合のウエルドが発生した部分の強度であるウエルド強度との関係を示す値を含む変換条件情報を取得する変換条件取得ステップを更に含み、上記変換ステップにおいて、上記ウエルド位置に対応する要素について、上記ウエルド強度と上記材料強度との関係を示す値を用いて上記材料強度を変換することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の強度解析方法。

請求項5

上記変換条件取得ステップにおいて、ウエルドが発生した場合のウエルド強度と上記材料強度との関係を示す値として、上記材料強度に対する上記ウエルド強度の大きさの程度を示すウエルド強度倍率を含む上記変換条件情報を取得し、上記変換ステップにおいて、上記ウエルド位置の要素について、上記材料強度に上記ウエルド強度倍率を掛けることによって上記材料強度を変換することを特徴とする請求項4に記載の強度解析方法。

請求項6

上記要素情報が示す上記各要素を用いて、上記部材の構造解析を行うことによりユーザ指定の条件の下で上記部材に生じる応力を算出し、上記応力を含む構造解析結果情報を生成する構造解析ステップと、上記強度情報と上記構造解析結果情報とを取得し、上記強度情報に含まれる各要素の強度を上記構造解析結果情報に含まれる各要素の応力で割ることによって、各要素の安全率を算出する安全率算出ステップとを含むことを特徴とする請求項4又は5に記載の強度解析方法。

請求項7

射出形成される部材の強度を評価する強度解析方法であって、上記部材を分割した複数の要素を用いた熱解析によって算出される上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとを含むことを特徴とする強度解析方法。

請求項8

射出形成される部材の強度を評価する強度解析装置であって、上記部材の形状を示す形状情報を取得する形状取得手段と、上記形状情報に基づいて上記部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成する要素分割手段と、上記要素情報が示す上記各要素を用いて、成形に用いる金型のゲートが位置するゲート部分から熱が伝わる場合の熱解析を上記部材について行うことによって上記部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成する熱解析手段と、上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定手段と、上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換手段とを含むことを特徴とする強度解析装置。

請求項9

射出形成される部材の強度を評価する強度解析装置であって、上記部材を分割した複数の要素を用いた熱解析によって算出される上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定手段と、上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換手段とを含むことを特徴とする強度解析装置。

請求項10

射出形成される部材の強度を評価する強度解析プログラムであって、上記部材の形状を示す形状情報を取得する形状取得ステップと、上記形状情報に基づいて上記部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成する要素分割ステップと、上記要素情報が示す上記各要素を用いて、成形に用いる金型のゲートが位置するゲート部分から熱が伝わる場合の熱解析を上記部材について行うことによって上記部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成する熱解析ステップと、上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする強度解析プログラム。

請求項11

射出形成される部材の強度を評価する強度解析プログラムであって、上記部材を分割した複数の要素を用いた熱解析によって算出される上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする強度解析プログラム。

技術分野

0001

本発明は、部材の強度を評価するための強度解析方法強度解析装置及び強度解析プログラムに関し、特にウエルドが生じる射出成形品の強度解析方法、強度解析装置及び強度解析プログラムに関する。

背景技術

0002

樹脂部材は、例えば、テレビエアコン携帯電話筐体自動車バンパ等といった日常の様々な製品に使用されており、樹脂部材の用途はさらに広がっている。樹脂部材が射出成形によって作られる場合、部材の形状によっては、溶融した樹脂合流するウエルド(ウエルドラインともいう。)と言われる融合部分が生じる。PPなど結晶系の樹脂を用いた部材では、ウエルド部分の強度が低下することがある。

0003

樹脂部材の用途が広がり、複雑な形状の部材が増えると、ウエルドの発生位置(ウエルド位置)を経験だけで正確に予測することは困難になる。他方で、製品の信頼性を向上させるために、樹脂部材の強度予測には、より精度のよいものが求められている。そのため、樹脂の強度に大きな影響を与えることがあるウエルドの発生位置を正確に予測することが重要になる。そこで、衝撃解析をするために、流動解析を用いてウエルド位置を予測する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−169909号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、従来の解析処理には、多くの時間を要するという問題がある。例えば、流動解析と衝撃解析とでは、解析に用いる分割要素が異なる。そのため、従来、予測されたウエルドの発生位置を衝撃解析等の他の解析に用いる要素にマッピングする。このマッピング処理には、多くの時間を要する。

0005

本発明は、上述の課題を解決するものであり、ウエルド位置をより短い時間で予測することが可能な強度解析方法を提供する。

課題を解決するための手段

0006

上述の課題を解決するために、本発明の強度解析方法は、
射出形成される部材の強度を評価する強度解析方法であって、
上記部材の形状を示す形状情報を取得する形状取得テップと、
上記形状情報に基づいて上記部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成する要素分割ステップと、
上記要素情報が示す上記各要素を用いて、成形に用いる金型ゲートが位置するゲート部分から熱が伝わる場合の熱解析を上記部材について行うことによって上記部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成する熱解析ステップと、
上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、
上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとを含む。

0007

なお、本発明は、強度解析方法として実現されるだけではなく、強度解析方法に含まれるステップを実行する機能を有する処理部を備える強度解析装置として実現することも、強度解析方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。

発明の効果

0008

本発明によると、ウエルド位置は、熱解析の結果に基づいて特定される。一般に、熱解析に用いる要素数は、流動解析に用いる要素数よりも少ない。そのため、ウエルド位置を予測するための計算時間を短縮することができる。従って、ウエルド位置を考慮した強度解析に要する処理時間を短縮することが可能になる。

発明を実施するための最良の形態

0009

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る強度解析装置の外観を示す。強度解析装置20aは、射出成形され、ウエルドが生じる部材の強度解析をする装置であって、例えばソフトウェアプログラムを実行可能なコンピュータである。強度解析装置20aには、外部に、液晶ディスプレー等の表示部22、キーボードマウス等の入力部24、CAD(Computer−aided design,図2参照)装置等が接続されている。

0010

図1に示す表示部22には、後述するように解析のために要素分割された部材としての平板90が示されている。図1の表示部22に示す平板90は、2つの穴92a,92bを有しており、また成形に用いる金型のゲートが位置する2つのゲート部分94a,94bを有する。ウエルド(ウエルドライン)は、部材が窓又は穴を有する場合や金型に設けられる複数のゲートから材料が流し込まれる場合等に、金型の中を流れる材料が合流することによって生じる。上述のように、平板90は穴92a,92bを有し、またゲート94a,94bが複数設けられている。そのため、このような平板90では、一般に、ゲート94a,94bの中央付近及び穴92a,92bの近傍にウエルドが発生することが多い。ウエルドが発生する位置を、以下、「ウエルド位置」という。

0011

図2は、実施の形態1に係る強度解析装置20aのブロック図である。本図に示すように、強度解析装置20aは、ユーザにより入力された情報を入力部24から取得する入力情報取得部52と、ハードディスク等の記憶媒体により実現される複数の記憶部を備える。各記憶部には、詳細は後述するように、各処理部によって生成された情報、ユーザの入力に基づき入力情報取得部52が取得した情報等が所定の形式で保持されている。

0012

要素記憶部32は、解析に用いるために分割された各要素の位置関係を特定するための情報である要素情報32aを記憶している。

0013

図3は、実施の形態1に係る要素情報32aの具体例を示す。要素情報32aは、各要素を特定するための情報と、各要素の位置関係を特定可能な情報とを含む。本実施の形態での各要素を特定するための情報は「要素番号」である。また、各要素の位置関係を特定するための情報は、例えば、部材に対して固定された座標系を用いた値を示す。この座標系は、本実施の形態において位置を特定する場合に共通して用いられる。

0014

本実施の形態の各要素は同一の立方体としているため、各要素の位置関係を特定するための情報は、各要素に共通のx方向、y方向及びz方向の大きさを示す情報と、各要素の基準位置座標を示す情報とを含み、これによって各要素の位置関係を特定する。具体的には、本実施の形態では、x方向の大きさ(Δx)、y方向の大きさ(Δy)及びz方向の大きさ(Δz)を全て「2」とし、また、例えば要素番号が「1」である要素の基準位置を「(0,0,0)」としており、これによって、要素番号が「1」で示される要素の部材における位置が特定される。

0015

なお、解析には異なる大きさを有する要素を用いることも多いが、このような場合には、各要素の位置関係を特定するための情報は、例えば、要素毎の基準となる頂点の座標を示す情報と要素毎の各方向への大きさを示す情報とを関連付けたものとすればよい。また、各要素の形状は立方体に限らず、例えば四面体等、適宜適切な形状がユーザにより選択されてよい。要素の形状が四面体である場合、各要素の位置関係を特定するための情報として、例えば、各要素が有する4つの頂点それぞれの座標を示す情報等が用いられてよい。

0016

熱解析条件記憶部34は、材料の熱特性を示す情報、熱解析に用いる境界条件を示す情報、熱源の位置を示す情報等の熱解析を行うための条件を示す情報である熱解析条件情報34aを記憶している。熱解析条件情報34aは、入力情報取得部52を介してユーザが記憶させる。

0017

図4は、実施の形態1に係る熱解析条件情報34aの具体例を示す。熱解析条件情報34aは、熱解析に用いる熱伝導率比熱、ゲート温度、節点温度及びゲート位置を含む。本発明では、熱解析は部材の熱特性を得るために行われるため、熱伝導率及び比熱は材料の正確な値である必要はなく、任意の値、例えば1であってよい。ゲート温度は、ゲート部分の温度であり、節点温度は、各要素の境界が交わる節点の温度である。これらの温度も任意の値でよい。図4では、ゲート温度を1とし、節点温度を0とする例を示している。ゲート位置は、部材を射出成形するために設けられるすべてのゲートに対応したゲート部分の位置を示す。本実施の形態では、ゲート部分92a,92bは2つ設けられるため、熱解析条件情報34aは2つのゲート位置を含む。

0018

熱特性記憶部36は、強度解析装置20aが行う熱解析によって算出される各要素の熱特性値を示す熱特性情報36aを記憶している。図5は、実施の形態1に係る熱特性情報36aの具体例を示す。熱特性情報36aは、熱解析によって算出された各要素の温度勾配を示す情報である。

0019

変換条件記憶部38は、熱解析によって算出された各要素の熱特性値を部材の各要素の強度σに変換するための情報である変換条件情報38aを記憶している。変換条件情報38aは、入力情報取得部52を介してユーザが記憶させる情報である。

0020

図6は、実施の形態1に係る変換条件情報38aの具体例を示す。変換条件情報38aは、材料強度σを示す情報と、ウエルド強度倍率を示す情報とを含む。ウエルド強度倍率とは、ウエルドが発生した場合の当該部分の強度であるウエルド強度と上記材料強度との関係を示す値の一例であり、材料強度σに対するウエルド強度の大きさの程度を示す。ウエルドが生じない場合の材料強度σにウエルド強度倍率を掛けることによって、ウエルド強度は算出される。図に示す例では、ウエルド強度倍率は「1/3」である。

0021

強度記憶部40は、各要素の強度を示す情報である強度情報40aを記憶している。図7は、実施の形態1に係る強度情報40aの具体例を示す。本図に示すように、要素番号と強度とが関連付けられており、例えば、要素番号が「1」である要素について、強度が「1800(kg/cm2)」である強度情報40aが含まれる。

0022

再び図2を参照すると、強度解析装置20aは、形状取得部56と、要素分割部58と、熱解析部60と、変換部64と、表示制御部66とを更に備える。ユーザによる各処理部への指示は、入力情報取得部52を介して引き渡される。

0023

形状取得部56は、部材の形状を示す形状情報を取得する。本実施の形態の形状取得部56は、CAD装置26から接続回線を通じて形状情報を取得する。

0024

要素分割部58は、形状取得部56から形状情報を取得し、取得した形状情報に基づいて部材を重複のない複数の要素に分割する。これによって、要素分割部58は、要素情報32aを生成する。

0025

熱解析部60は、熱解析条件記憶部34から熱解析条件情報34aを取得し、要素分割部58から部材の各要素を示す情報を取得し、これらの取得した情報に基づいて熱解析を行う。また、熱解析部60は、熱解析により得られる解析結果を含む熱特性情報36aを熱特性記憶部36に記憶させる。

0026

変換部64は、熱解析部60による熱解析処理が終了すると、変換条件記憶部38から変換条件情報38aを取得し、熱特性記憶部36から熱特性情報36aを取得し、これらの取得した情報に基づいて、各要素について熱特性値を強度に変換する。

0027

図8は、実施の形態1に係る変換部64の詳細を示すブロック図である。図示するように、変換部64は、熱特性情報取得部72aと、変換条件情報取得部74と、ウエルド位置特定部76と、強度算出部78とを有する。

0028

熱特性情報取得部72aは、熱特性記憶部36から熱特性情報36aを取得する。変換条件情報取得部74は、変換条件記憶部38から変換条件情報38aを取得する。ウエルド位置特定部76は、熱特性情報取得部72aから熱特性情報36aを取得し、取得した熱特性情報36aに基づいて部材のウエルド位置を特定し、ウエルド位置を示す情報であるウエルド位置情報を生成する。強度算出部78は、変換条件情報取得部74から変換条件情報38aを取得し、ウエルド位置特定部78からウエルド位置情報を取得し、取得したこれらの情報に基づいて、ウエルドの位置を考慮した製品の各要素の強度を算出する。強度算出部80は、算出した強度情報を表示制御部66に引き渡すとともに、強度記憶部40に格納する。

0029

再び図2を参照すると、表示制御部66は、取得した強度情報を表示部22に表示させる。

0030

次に、実施の形態1に係る強度解析装置20aが実行する処理の詳細について、フローチャートを参照して説明する。

0031

図9は、実施の形態1に係る強度解析装置20aが実行する処理のフローチャートである。形状取得部56は、CAD装置26から通信回線を通じて形状情報を取得する(S1)。要素分割部58は、形状情報に基づいて、部材全体を重複のない複数の要素に分割し、それによって、要素情報32aを生成し、生成した要素情報32aを要素記憶部32に記憶させる(S2)。

0032

熱解析部60は熱解析処理を実行する(S3)。図10は、実施の形態1に係る熱解析処理(S3)の詳細を示すフローチャートである。熱解析部60は、要素分割部58から要素情報32bを取得する(S11)。熱解析部60は、熱解析条件記憶部34から熱解析条件情報34aを取得する(S12)。熱解析部60は、各取得処理(S11及びS12)において取得した情報を用いて、例えば有限要素法による熱解析を行い、それによって、各要素の温度勾配を含む熱特性値を算出する(S13)。

0033

ここで、有限要素法は、熱解析等に利用される数値解析手法の1つであって、物体を複数の小さい要素に分割し、各要素に単純化した方程式を組み合わせて適用し、適用した方程式を満足する解を数値的に得る手法である。有限要素法は、よく知られた手法であるため、これに関する詳細な説明は省略する。

0034

熱特性値算出処理(S13)によって、図5に示すような各要素の温度勾配を含む熱特性情報36aが生成される。図11に、熱特性情報36aの具体例を分かり易く示す。図11は、熱特性値算出処理(S13)において算出された、平板90の温度勾配分布の一例を示す図であり、特に、板90が有する2つの穴92a,92bの間の温度勾配分布を示す。同図では、全体の温度を「0」、ゲート92a,94bの温度を例えば「1」として熱解析を行い、それによって算出された温度の等温線を板90の平面図に描いた図である。

0035

ここで、熱解析部60が熱解析に用いる熱伝導支配方程式を式(1)に示す。



・・・式(1)

0036

式(1)において、Κは熱伝導率、Tは温度,(上に点を3つ付した)qは単位体積あたりの内部発熱量、ρは密度、cは比熱、tは時間、Vx,Vy,Vzは伝導媒体中の熱の速度をそれぞれ表す。

0037

これに対して、流動解析に用いられる支配方程式を式(2)に示す。





・・・式(2)

0038

式(2)において、Vx,Vy,Vzは樹脂の流速、Pは圧力、τ表面力をそれぞれ表す。

0039

式(2)の右辺第1項〜第5項は、それぞれ、熱伝導、圧縮による内部エネルギー法線応力による仕事せん断応力による仕事、内部発熱を表す。また、射出成形CAE(Computer Aided Engineering)において、式(2)は、以下に示す(a)〜(g)の仮定により、式(3)のように簡略化できる。
(a)流動塲は薄肉である。すなわち、肉厚に比べて流動長が十分に長く、そのため、肉厚方向流動成分Vzは無視できる。
(b)樹脂は高粘性流体であり、そのため、慣性項及び体積力項は表面力に比べて小さく無視できる。
(c)平面方向の速度勾配が肉厚方向の速度勾配に比べて十分に小さく、そのため、面内の表面力は無視できる。
(d)モデル形状が薄肉であるため、面方向の熱伝導率は肉厚方向の熱伝導に比べて十分に小さく、そのため、面方向の熱伝導率は無視できる。
(e)圧縮による内部エネルギーは、速度勾配が小さいので無視できる。
(f)法線応力による仕事は、断面急変部のみで内部発熱として考慮する。
(g)剪断応力による仕事は、肉厚方向の速度勾配成分のみを対象とする。



・・・式(3)

0040

式(3)の右辺は、熱伝導と、肉厚方向の速度勾配成分のせん断応力による仕事と、内部発熱の項とに簡略化される。これを式(1)と比較すると、熱伝導の支配方程式は、簡略化した流動解析の支配方程式において、肉厚方向の速度勾配成分のせん断応力の影響を無視したものである。従って、せん断応力を無視できる場合、すなわち、せん断応力を決定する粘度およびせん断速度を無視できる場合に、流動解析を伝熱解析簡易的に近似できる。ここで、粘度は、せん断速度、温度及び圧力の関数で表されるため、これらが大きく変化しない単純な形状を部材が有している場合には、金型に流し込まれた樹脂が合流する部分を解析するために熱伝導の支配方程式を利用することは有用である。

0041

せん断速度、温度及び圧力が大きく変化しない形状の具体例としては、ゲート数が少ない形状、板厚増減が少ない形状等を挙げることができる。また、流動過渡部(流動先端、金型から遠い成形品内部等)も、せん断速度、温度及び圧力が大きく変化しない部位であり、当該部分についても後述するように、熱解析によって十分な精度でウエルド位置を予測できる。

0042

このように、上述の支配方程式の複雑さから分かるように、流動解析の計算は複雑であり、計算時間が多く掛かる。これに対して、熱解析の計算負荷は、流動解析の場合に比べて軽く、そのため、ウエルド位置を予測するために要する時間を短縮することが可能になる。

0043

図10戻り、熱解析部60は、算出した熱特性値を含む熱特性情報36aを熱特性記憶部36に格納する(S14)。

0044

再び図9を参照する。変換部64は、熱解析で得られた熱特性値を強度に変換する(S4)。図12は、実施の形態1の変換処理(S4)の詳細を示すフローチャートである。

0045

熱特性情報取得部72aは、熱特性記憶部36から熱特性情報36aを取得する(S21)。ウエルド位置特定部76は、熱特性情報36aを参照して、各要素について各要素の温度勾配が0であるか否かを判断し、それによって、温度勾配が0である要素を抽出し、抽出された要素をウエルド位置として特定する(S22)。

0046

ウエルドは、異なるゲートから流入した材料が合流する部分や穴の周囲で材料が合流する部分に生じる。ウエルド位置は、上述のように温度勾配が0になる部分96の要素として特定され、図11では2つのゲートのほぼ中央に位置する要素である。また、円92a,92bの周囲において、温度が低い部分又は温度勾配が0になる部分は狭く、ウエルドは目立たない。

0047

なお、ウエルド位置は、温度勾配が0である部分として特定される代わりに、温度勾配が閾値以下である部分として特定されてもよい。

0048

なお、ウエルド位置は、温度分布から特定されてもよい。この場合、熱解析部60は、各要素の温度を含む熱特性情報36b(図13参照)を算出して、熱特性記憶部36に格納する。図14は、熱特性値算出処理S13において算出された、平板90の温度分布の一例を示す図である。同図は、平板90の平面図に熱解析の結果得られた温度が等しい要素を結んだ等温線を示す。ゲート94a及び94bから次第に温度は低くなる。同図から分かるように、ウエルドは、温度が低い位置にも対応している。そのため、ウエルド位置は、閾値よりも温度の低い位置として特定されてもよい。

0049

この場合の変換処理において、ウエルド位置特定部76は、温度勾配からウエルド位置を特定する処理(S22)に代えて、温度分布(各要素の温度)からウエルド位置を特定する。すなわち、ウエルド位置特定部76は、各要素の温度を含む熱特性情報36bを参照して、平板90の中の最低温度を特定するとともに、各要素の温度が最低温度と等しいか又は閾値以下であるか否かを判断し、最低温度と等しい又は閾値以下である要素をウェルド位置として特定する。ここで、平板90の中の最低温度とは、平板90に含まれる各要素の温度の中で最も低い温度をいう。

0050

図12に戻り、変換条件情報取得部76は、変換条件記憶部38から変換条件情報38aを取得する(S23)。強度算出部80は、ウエルド位置情報と変換条件情報38aとを参照して、ウエルド強度を算出する(S24)。具体的には、強度算出部80は、ウエルド位置の要素について、変換条件情報38aに含まれる材料強度σに、変換条件情報38aに含まれるウエルド強度倍率を掛け、それによって、ウエルド強度を算出する。

0051

強度算出部80は、ウエルド位置に対応する要素の強度にはウエルド強度算出処理(S24)において算出されたウエルド強度を含み、その他の要素の強度には変換条件情報38aに含まれる材料強度σを含む強度情報40aを強度記憶部40に格納する(S25)。

0052

以上のように、本発明ではウエルド位置を特定するために熱解析を用いる。熱解析は流動解析に比べて、比較的計算負荷が軽く、従って解析に要する時間も短い。ウエルド位置を考慮して部材の強度を算出することができるため、強度を予測する精度は従来とほぼ変わらない。従って、高精度な強度の算出を比較的短時間で行うことが可能になる。

0053

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2では、実施の形態1と同様の方法によって算出した強度を用いて、各要素の安全率を算出する。このような本実施の形態について図を参照して説明する。

0054

図15は、本発明の実施の形態2に係る強度解析装置20bのブロック図である。本実施の形態に係る強度解析装置20bは、実施の形態1に係る強度解析装置20aが備える各処理部及び各記憶部に加えて、構造解析を行うための条件を示す構造解析条件情報42aを記憶している構造解析条件記憶部42と、要素情報32aを参照して部材の構造解析を行う構造解析部68と、構造解析部68による構造解析の結果を含む構造解析結果情報44aを記憶している構造解析結果記憶部44と、各要素の安全率を算出する安全率算出部82とを備える。

0055

構造解析条件記憶部42は、図16に例示するように弾性率E、密度ρ等のような構造解析を行うために必要な物性値等の条件を示す構造解析条件情報42aを記憶している。また、構造解析結果記憶部44は、図17に例示するように、構造解析によって算出される各要素の応力と、その応力を用いて算出される各要素の安全率とを含む構造解析結果情報44bを記憶している。

0056

構造解析部68は、要素記憶部32から要素情報32aと取得し、構造解析条件記憶部42から構造解析条件情報42aを取得し、これらの取得した情報、ユーザが設定する境界条件、負荷等に基づいて、例えば有限要素法による構造解析を行う。構造解析部68の構造解析では、熱解析部60の熱解析と同一の要素情報32aに含まれる要素を用いて解析を行う。

0057

安全率算出部82は、強度記憶部40から強度情報40aを取得し、構造解析結果記憶部44から構造解析結果情報44aを取得し、取得したこれらの情報を参照して、各要素の安全率を算出する。安全率は、強度を応力で割った値である。すなわち、各要素の安全率は、強度情報40aに含まれる各要素の強度を構造解析結果情報44aに含まれる各要素の応力で割ることによって、算出される。

0058

次に、実施の形態2に係る強度解析装置20bが実行する処理の詳細について、フローチャートを参照して説明する。

0059

図18は、実施の形態2に係る強度解析装置20bが実行する処理のフローチャートである。形状取得部56、要素分割部58、熱解析部60及び変換部64は、順に、形状取得処理(S31)、要素分割処理(S32)、熱解析処理(S33)及び変換処理(S34)を実行する。これらの処理は、それぞれ、実施の形態1の形状取得処理(S1)、要素分割処理(S2)、熱解析処理(S3)及び変換処理(S4)と同じであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

0060

構造解析部68は、部材の構造解析を行う(S35)。図19は、実施の形態2に係る構造解析処理(S35)の詳細を示すフローチャートである。

0061

構造解析部68は、要素記憶部32から要素情報32aを取得する(S41)。構造解析部68は、構造解析条件記憶部42から構造解析条件情報42aを取得する(S42)。

0062

構造解析部68は、要素情報取得処理(S41)において取得した要素情報32aが示す要素を用いて、構造解析条件情報取得処理(S42)において取得した構造解析条件情報42aに含まれる構造解析の条件及びユーザが適宜入力する入力情報取得部52から取得される情報が示す条件(この取得処理は図示せず。)の下で、有限要素法等を用いて構造解析を実行し、それによって、各要素の応力を示す構造解析結果を算出する(S43)。有限要素法等の構造解析の方法は、従来の方法であるため、詳細な説明は省略する。ここでは、熱解析と同じ要素を用いて構造解析を行うため、構造解析のためにあらたに要素分割処理を行う必要がなく、構造解析処理に要する時間を短縮できる。

0063

構造解析部68は、算出した構造解析結果を含む構造解析結果情報44aを構造解析結果記憶部44に格納する(S44)。

0064

図18に戻り、安全率算出部66は各要素の安全率を算出する(S36)。図20は、実施の形態2に係る安全率算出処理(S36)の詳細を示すフローチャートである。

0065

安全率算出部66は、強度記憶部40から強度情報40aを取得する(S51)。これによって、安全率算出部66は熱解析の解析結果を変換して得られた、ウエルドの発生を考慮した強度情報40aを取得する。安全率算出部66は、構造解析結果記憶部44から構造解析結果情報44aを取得する(S52)。安全率算出部66は、強度情報40aに含まれる各要素の強度と、構造解析結果情報44aに含まれる各要素の応力とを参照して、各要素の安全率を算出する(S53)。

0066

このように、安全率算出部66は、同一の要素に対応付けられた強度と応力とを用いて、各要素の安全率を算出する。そのため、強度と応力とで異なる要素を用いる場合とは異なり、安全率を算出するために、要素のマッピングし、かつ/又は、要素分割を変更するとともに変更後の要素に応じて強度や応力を再計算する必要がない。従って、熱解析と構造解析とで同一の要素を用いることによって、安全率算出処理に要する時間を短縮することが可能になる。

0067

安全率算出部66は、各要素の安全率を示す情報を構造解析結果情報44aとして構造解析国分44に格納する(S54)。これにより、強度解析装置20bは、処理を終了する。

0068

以上のように、熱解析と構造解析とで同一の要素を用いる。ウエルド位置を考慮した強度は、熱解析の結果である温度勾配に基づいて算出されるため、部材の強度分布も熱解析と同じ要素を用いている。そのため、強度分布と応力分布とが同じ要素を用いることになり、安全率を算出するにあたって要素のマッピング等の変換をする必要がなく、容易に安全率の分布を求めることが可能になる。また、安全率にはウエルド位置における強度の特性が考慮されているため、精度のよい安全率の分布を得ることが可能になる。

0069

本発明は、射出成形によって形成される部材であって、ウエルドが発生する形状をしたものの構造解析に利用できる。

図面の簡単な説明

0070

本発明の実施の形態1に係る構造解析装置の外観を示す。
実施の形態1に係る構造解析装置のブロック図。
実施の形態1に係る要素情報の具体例を示す。
実施の形態1に係る熱解析条件情報の具体例を示す。
実施の形態1に係る熱特性情報の具体例を示す。
実施の形態1に係る変換条件情報の具体例を示す。
実施の形態1に係る強度情報の具体例を示す。
実施の形態1に係る変換部の詳細を示すブロック図。
実施の形態1に係る構造解析装置が実行する処理のフローチャート。
実施の形態1に係る熱解析処理S3の詳細を示すフローチャート。
熱特性値算出処理S13において算出された、平板の温度勾配分布の一例を示す図。
実施の形態1の変換処理S4の詳細を示すフローチャート。
実施の形態1に係る熱特性情報の他の具体例を示す。
熱特性値算出処理S13において算出された、平板の温度分布の一例を示す図。
本発明の実施の形態2に係る強度解析装置20bのブロック図。
実施の形態2に係る構造解析条件情報の具体例を示す。
実施の形態2に係る構造解析結果情報44bの具体例を示す。
実施の形態2に係る構造解析装置が実行する処理のフローチャート。
実施の形態2に係る構造解析処理S35の詳細を示すフローチャート。
実施の形態2に係る安全率算出処理S36の詳細を示すフローチャート。

符号の説明

0071

20a,20b構造解析装置、22 表示部、24 入力部、26CAD装置、32 要素記憶部、34熱解析条件記憶部、36熱特性記憶部、38変換条件記憶部、40 強度記憶部、42構造解析条件記憶部、44構造解析結果記憶部、52入力情報取得部、56形状取得部、58要素分割部、60 熱解析部、64 変換部、66表示制御部、68 構造解析部、72熱特性情報取得部、74 変換条件情報取得部、76ウエルド位置特定部、78 強度算出部、82安全率算出部。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ