(57)【要約】【課題】情報処理装置を利用した構造物の構造設計において、構造設計の手間を軽減させると共に、精度の高い構造設計を実現させる。【解決手段】構造物の構造設計を支援する処理を情報処理装置に実行させるプログラムであって、構造物の設計情報、物性値情報、拘束条件、および荷重条件を含む入力データを用いた構造物に対する有限要素法による構造解析を実施して、構造物の弱体部位を選定するステップ（Ｓ１０〜Ｓ３５）と、選定した弱体部位に対して、有限要素法によるトポロジ最適化処理を行い、剛性強化必要部位を求めるステップ（Ｓ４０）と、設計者に対して、剛性強化対策の対策条件の入力を促すと共に、設計者からの対策条件の入力を受け付けるステップ（Ｓ４５）と、受け付けた対策条件に対応する剛性強化対策を選定し、検証するステップ（Ｓ５０〜Ｓ５５）とを情報処理装置に実行させる。【選択図】図５
2010092256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の設計情報、物性値情報、拘束条件、および荷重条件を含む入力データを用いた有限要素法による構造解析を行い、該構造物の構造設計を支援する処理を情報処理装置に実行させる部品剛性の最適構造作製プログラムであって、
前記情報処理装置には、所定の評価範囲毎に、複数の剛性強化対策、および該剛性強化対策毎の対策効果が関連付けられた対策情報を格納したデータベースが記憶されていて、
前記部品剛性の最適構造作製プログラムは、
前記入力データを用いた前記構造物に対する有限要素法による構造解析を実施して、該構造物の弱体部位を選定するステップと、
前記入力データを用いて、前記選定した弱体部位に対して、有限要素法によるトポロジ最適化処理を行い、前記構造物の剛性強化が必要な剛性強化必要部位を求めるステップと、
前記求めた剛性強化必要部位を出力し、設計者に対して、剛性強化対策を行う対策範囲と、該剛性強化対策により得られる対策効果とを含む対策条件の入力を促すと共に、設計者からの前記対策条件の入力を受け付けるステップと、
前記データベースに格納された対策情報の中から、前記受け付けた対策条件に含まれる対策範囲と差異が小さい評価範囲に関連付けられ、且つ、前記受け付けた対策条件に含まれる対策効果を満たす剛性強化対策を選定するステップと、
前記入力データを用いて、前記設計情報に前記選定した剛性強化対策を施すと共に、該剛性強化対策を施した部分に集中荷重を加えた有限要素法による構造解析を行い、該剛性強化対策を検証するステップとを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする部品剛性の最適構造作製プログラム。
【請求項２】
前記弱体部位を選定するステップは、
前記入力データを用いて、前記構造物に等分布荷重を加えた有限要素法による構造解析を行い、該構造物の変位を求め、当該変位のうち、その変位量が一番大きい領域を特定し、その特定した領域を弱体部位候補として推定する推定処理と、
前記推定した弱体部位候補に集中荷重を加えた有限要素法による構造解析を行い、前記構造物の変位を求め、該求めた変位が所定基準より大きければ、該弱体部位候補が弱体部位であると判定し、該求めた変位が所定基準より小さければ該弱体部位候補が弱体部位ではないと判定する判定処理とを有し、
さらに、前記弱体部位候補が弱体部位であると判定された場合、該判定した弱体部位の剛性を疑似的に上げた上で、再度、前記推定処理および前記判定処理を行い、次の弱体部位候補の推定および検証を行うことを特徴とする請求項１に記載の部品剛性の最適構造作製プログラム。
【請求項３】
構造物の設計情報、物性値情報、拘束条件、および荷重条件を含む入力データを用いた有限要素法による構造解析を行い、構造物の構造設計を支援する情報処理装置であって、
設計者からの各種データの入力を受け付ける入力手段と、
所定の評価範囲毎に、複数の剛性強化対策、および該剛性強化対策毎の対策効果が関連付けられた対策情報が格納されたデータベースと、
前記入力データおよび前記データベースに格納された対策情報を用いて、前記構造物に対する剛性強化対策を選定すると共に、該選定した剛性強化対策を検証する解析手段とを備え、
前記解析手段は、
前記入力データを用いた前記構造物に対する有限要素法による構造解析を実施して、該構造物の弱体部位を選定し
前記入力データを用いて、前記選定した弱体部位に対して、有限要素法によるトポロジ最適化処理を行い、前記構造物の剛性強化が必要な剛性強化必要部位を求めて、
前記求めた剛性強化必要部位を出力し、設計者に対して、剛性強化対策を行う対策範囲と、該剛性強化対策により得られる対策効果とを含む対策条件の入力を促すと共に、設計者からの前記対策条件の入力を受け付け、
前記データベースに格納された対策情報の中から、前記受け付けた対策条件に含まれる対策範囲と差異が小さい評価範囲に関連付けられ、且つ、前記受け付けた対策条件に含まれる対策効果を満たす剛性強化対策を選定し、
前記入力データを用いて、前記設計情報に前記選定した剛性強化対策を施すと共に、該剛性強化対策を施した部分に集中荷重を加えた有限要素法による構造解析を行い、該剛性強化対策を検証することを特徴とする情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の構造設計を支援する処理を情報処理装置に実行させる部品剛性の最適構造作製プログラムおよび構造物の構造設計の支援を行う情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工業製品等の構造物の設計に、コンピュータが利用されており、コンピュータに構造物の剛性評価等の解析を行わせるプログラムや、そのプログラムを実装したシステムが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、製品の剛性設計に利用されるＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システムの構成が開示されている。このＣＡＥシステムは、ＣＡＤ装置から３次元製品の形状データ等を取得し、その取得した形状データ等をもとに製品を有限要素（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）と呼ばれる有限の領域に離散化する有限要素分割を行う。そして、前記ＣＡＥシステムは、リブ設計、肉厚設計等の構造設計を行うための有限要素法による構造解析を行い、その解析結果（製品の変位や形状変形）を出力する。設計者は、前記解析結果より、初期段階の製品形状に修正を加えていき、製品スペックを満たす最適な製品形状を設計する。
以下、従来から行われているコンピュータによるシミュレーションを利用した構造設計の手順について説明する。なお、コンピュータによるシミュレーションは、コンピュータに、公知のＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムを実行させることにより行われている。
【０００４】
具体的には、先ず、設計者は、構造物の設計図面等を用いて図面ＤＲ（デザインレビュー）を行い、構造物の中から弱体部位（所定の剛性基準を満たさない部分）と考えられる弱体部位候補を選定する。
【０００５】
つぎに、設計者は、前記コンピュータによるシミュレーションを利用して、前記選定した弱体部位候補が剛性基準を満たすか否かを検証する。
具体的には、設計者が、前記コンピュータに、構造物の「設計情報、物性値情報、拘束条件、荷重条件、推定した弱体部位を指定する座標情報」等の入力データを与える。前記コンピュータは、与えられた入力データを用いて、推定した弱体部位候補に対して集中荷重を加えた有限要素法による構造解析（集中荷重による剛性ＣＡＥ）を行い、構造物の変位を求め、その求めた変位を示す情報を出力する。
そして、設計者は、前記コンピュータが出力した構造物の変位を示す情報を見て、推定した弱体部位候補が弱体部位であるか否かを判定する。
【０００６】
つぎに、設計者は、前記弱体部位と判定した部分について、前記コンピュータに、有限要素法によるトポロジ最適化処理を実行させ、構造物の剛性強化が必要な部位を示した解析結果を出力させる。
そして、設計者は、前記の解析結果を見て、必要な剛性強化対策（リブの追加や板厚の増加等）を考え、剛性強化が必要な部位に対して、剛性強化対策を行っていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２９３５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来技術による構造設計は、作業工数が多くかかり、その手間が膨大になるという技術的課題を有している。そのため、従来技術の構造設計は、設計者にとり大きな負担となっていた。
具体的には、上述した従来技術では、設計者自身が選定した弱体部位候補毎に、コンピュータによるシミュレーションを行い、弱体部位候補の検証を行い、構造物の弱体部位を特定している。
そして、構造物には、一般的に、複数の弱体部位があるため、設計者は、複数の弱体部位候補を選定すると共に、その選定した弱体部位毎に、シミュレーションを行わなければならず、作業負担が膨大なものとなっていた。
また、従来技術では、複数の弱体部位が特定された場合、その弱体部位毎に、トポロジ最適化処理（シミュレーション）が行われていたため、設計者にとりその手間が面倒であった。
また、従来技術では、設計者自身が弱体部位と思われる弱体部位候補を選定する必要があるため、剛性強化対策が必要な弱体部位を見落とす可能性があった。
【０００９】
また、上述したトポロジ最適化処理により得られる解析結果（剛性強化が必要な部位を示した情報）は、剛性強化対策が必要な部位を提示しているが、剛性強化対策の具体的な内容まで提示したものではないため、設計者自身が剛性強化対策を考えていた。
しかし、上記の剛性強化対策は、複数通り考えられ（板厚増加、リブの追加、板厚増加およびリブの追加の組合せ等）、その複数通りある剛性強化対策の中から、所望する対策効果が得られる剛性強化対策を選定することは困難であった。
また、設計者にとり、その複数通りある剛性強化対策の中から最適な剛性強化対策を選定する処理は、負担となっていた。
【００１０】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、情報処理装置を利用した構造物の構造設計において、構造設計の手間を軽減させると共に、精度の高い構造設計を実現させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、構造物の設計情報、物性値情報、拘束条件、および荷重条件を含む入力データを用いた有限要素法による構造解析を行い、該構造物の剛性評価を行う処理を情報処理装置に実行させる部品剛性の最適構造作製プログラムに適用される。
ここで、前記情報処理装置には、所定の評価範囲毎に、複数の剛性強化対策、および該剛性強化対策毎の対策効果が関連付けられた対策情報を格納したデータベースが記憶されている。
そして、前記部品剛性の最適構造作製プログラムは、前記入力データを用いた前記構造物に対する有限要素法による構造解析を実施して、該構造物の弱体部位を選定するステップと、前記入力データを用いて、前記選定した弱体部位に対して、有限要素法によるトポロジ最適化処理を行い、前記構造物の剛性強化が必要な剛性強化必要部位を求めるステップと、前記求めた剛性強化必要部位を出力し、設計者に対して、剛性強化対策を行う対策範囲と、該剛性強化対策により得られる対策効果とを含む対策条件の入力を促すと共に、設計者からの前記対策条件の入力を受け付けるステップと、前記データベースに格納された対策情報の中から、前記受け付けた対策条件に含まれる対策範囲と差異が小さい評価範囲に関連付けられ、且つ、前記受け付けた対策条件に含まれる対策効果を満たす剛性強化対策を選定するステップと、前記入力データを用いて、前記設計情報に前記選定した剛性強化対策を施すと共に、該剛性強化対策を施した部分に集中荷重を加えた有限要素法による構造解析を行い、該剛性強化対策を検証するステップとを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする。
【００１２】
このように、本発明の部品剛性の最適構造作製プログラムによれば、情報処理装置は、自動的に、構造物の剛性強化が必要な剛性強化必要部位を求め、その求めた剛性強化必要部位を出力し、設計者に対して、剛性強化対策を行う対策範囲と、該剛性強化対策により得られる対策効果とを含む対策条件の入力を促す処理を行うようになる。そして、本発明によれば、設計者が対策条件を入力すると、情報処理装置が、自動的に構造物の剛性強化対策の選定する共に、その選定した剛性強化対策の検証を行う。
すなわち、本発明によれば、設計者が簡単な入力操作を行うだけで、情報処理装置が自動的に構造物の剛性強化対策の選定と、その選定した剛性強化対策の検証を行うため、上述した従来技術と比べて、構造設計の手間が大幅に軽減される。
また、本発明の部品剛性の最適構造作製プログラムによれば、情報処理装置に設計者が入力した対策条件に対応する剛性強化対策を選定する処理を実行させることができる。すなわち、本発明によれば、設計者自身が剛性強化対策を考える必要がなくなるため、構造設計を行う設計者の負担が軽減される。
【００１３】
また、前記弱体部位を選定するステップは、前記入力データを用いて、前記構造物に等分布荷重を加えた有限要素法による構造解析を行い、該構造物の変位を求め、当該変位のうち、その変位量が一番大きい領域を特定し、その特定した領域を弱体部位候補として推定する推定処理と、前記推定した弱体部位候補に集中荷重を加えた有限要素法による構造解析を行い、前記構造物の変位を求め、該求めた変位が所定基準より大きければ、該弱体部位候補が弱体部位であると判定し、該求めた変位が所定基準より小さければ該弱体部位候補が弱体部位ではないと判定する判定処理とを有し、さらに、前記弱体部位候補が弱体部位であると判定された場合、該判定した弱体部位の剛性を疑似的に上げた上で、再度、前記推定処理および前記判定処理を行い、次の弱体部位候補の推定および検証を行うことが望ましい。
【００１４】
このように、本発明によれば、設計者自身の経験や知識に頼ることなく、情報処理装置が、構造物の弱体部位を選定するため、構造物の弱体部位を正確に求めることができると共に、設計者の作業負担が軽減される。
また、本発明によれば、選定した弱体部位の剛性を疑似的に上げた上で、再度、有限要素法による構造解析を行っているため、疑似的に上げた弱体部位以外の領域に弱体部位があるか否かを検証できるようになる。
すなわち、本発明によれば、構造物に弱体部位が複数ある場合であっても、弱体部位が見落とされる可能性が軽減されるため、精度の高い構造設計が行えるようになる。
【００１５】
また、上記課題を解決するために本発明は、構造物の設計情報、物性値情報、拘束条件、および荷重条件を含む入力データを用いた有限要素法による構造解析を行い、構造物の構造設計を支援する情報処理装置に適用される。
そして、前記情報処理装置は、設計者からの各種データの入力を受け付ける入力手段と、所定の評価範囲毎に、複数の剛性強化対策、および該剛性強化対策毎の対策効果が関連付けられた対策情報が格納されたデータベースと、前記入力データおよび前記データベースに格納された対策情報を用いて、前記構造物に対する剛性強化対策を選定すると共に、該選定した剛性強化対策を検証する解析手段とを備え、前記解析手段は、前記入力データを用いた前記構造物に対する有限要素法による構造解析を実施して、該構造物の弱体部位を選定し前記入力データを用いて前記選定した弱体部位に対して、有限要素法によるトポロジ最適化処理を行い、前記構造物の剛性強化が必要な剛性強化必要部位を求めて、前記求めた剛性強化必要部位を出力し、設計者に対して、剛性強化対策を行う対策範囲と、該剛性強化対策により得られる対策効果とを含む対策条件の入力を促すと共に、設計者からの前記対策条件の入力を受け付け、前記データベースに格納された対策情報の中から、前記受け付けた対策条件に含まれる対策範囲と差異が小さい評価範囲に関連付けられ、且つ、前記受け付けた対策条件に含まれる対策効果を満たす剛性強化対策を選定し、前記入力データを用いて、前記設計情報に前記選定した剛性強化対策を施すと共に、該剛性強化対策を施した部分に集中荷重を加えた有限要素法による構造解析を行い、該剛性強化対策を検証することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、情報処理装置を利用した構造物の構造設計において、構造設計の手間を軽減させると共に、精度の高い構造設計を実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
先ず、本実施形態の構造物の設計支援装置の機能構成を図１に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態の設計支援装置の機能ブロック図である。
【００１８】
図示するように、設計支援装置Ａは、製品（或いは製品を構成する部品）等の構造物の設計情報等を使ってその製品の剛性などの特性を解析したり、トポロジ（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）の最適化処理を行ったりする情報処理装置１と、設計者からの各種要求を受け付ける入力装置２と、情報処理装置１が行った解析結果を出力する出力装置３とを備える。
また、情報処理装置１は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４に接続されている。
【００１９】
情報処理装置１は、構造物の設計情報、物性値情報、拘束条件、および荷重条件を含む入力データを用いた有限要素法による構造解析を行い、構造物の変位を求めて、その変位から当該構造物の弱体部位を抽出する。
また、情報処理装置１は、前記構造解析により、構造物に弱体部位があれば、さらに、有限要素法によるトポロジ最適化処理を実行し、出力装置３に、その解析結果を出力すると共に、設計者に構造物の剛性の強化対策を促す。
また、情報処理装置１は、構造物の剛性強化が必要な部位（領域）に対する剛性強化対策（板厚アップ、リブ追加等）を選定し、さらに、選定した剛性強化対策により構造物が剛性基準を満たすようになったか否かを検証する。
【００２０】
また、入力装置２は、キーボードやマウス等により構成され、設計者からの各種要求や解析条件（物性値情報、拘束条件、荷重条件）等を受け付けて情報処理装置１に出力する。
出力装置３は、液晶ディスプレイ等により構成され、情報処理装置１が出力する画像情報を表示する。
また、ＣＡＤ装置４には、構造解析を行う対象の構造物のＣＡＤ情報（例えば、自動車の構成部品の設計情報）が格納されている。そして、ＣＡＤ装置４は、情報処理装置１からの要求にしたがい、情報処理装置１にＣＡＤ情報を出力する。
以下、設計支援装置Ａの具体的な構成を説明する。なお、本実施形態のＣＡＤ装置４は、公知の技術により実現されるため、詳細な説明は省略する。
【００２１】
情報処理装置１は、制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０、出力部４０、および剛性強化対策データベース４５を有する。
制御部１０は、情報処理装置１の全体の動作を制御する。また、制御部１０は、入力装置２を介して、設計者が入力する各種要求を受け付ける。そして、制御部１０は、上記の受け付けた要求にしたがい、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０を制御して、設計者からの要求に応じた処理を行う。
【００２２】
データ取得部２０は、ネットワークＮＷに接続されている外部装置（例えば、ＣＡＤ装置４）と通信を行い、外部装置との間でデータの授受を行う。例えば、データ取得部２０は、ネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４にアクセスし、ＣＡＤ装置４に格納されている設計情報（ＣＡＤ情報）を取得する。
また、データ取得部２０は、入力装置２を介して、設計者が入力する、解析対象の構造物の「解析条件（物性値情報、拘束条件、荷重条件）」の入力を受け付ける。
【００２３】
構造解析部３０は、「構造物の設計情報」、「構造物の解析条件」等を用いて、後述する図５の処理ステップを実行し、構造物の剛性強化が必要な部位（剛性強化必要部位）を求め、その求めた剛性強化必要部位に対する剛性強化対策を選定すると共に、その剛性強化対策を検証する。
出力部４０は、構造解析部３０から解析結果を取得し、その解析結果を示す画像情報（例えば、図６に示す情報）を生成し、出力装置３に、その生成した画像情報を出力する。
【００２４】
剛性強化対策データベース４５は、構造物の剛性を強化するための強化対策を示す情報が登録されたデータベースである。この剛性強化対策データベース４５は、所定の評価範囲毎（評価対象面積毎）に、所定の剛性基準を満たすための各種の強化対策と、その強化対策による効果とが対応付けられている。
この剛性強化対策データベース４５に登録されるデータは、後述するが、例えば、仮想的に想定した解析モデルに対して行うコンピュータシミュレーションにより求められる。
【００２５】
つぎに、本実施形態の情報処理装置１のハードウェア構成を説明する。
図２は、本実施形態の情報処理装置のハードウェア構成図である。
図示するように、情報処理装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成された主記憶装置５１と、Ｉ／Ｏインタフェース５２と、ハードディスク等により構成された補助記憶装置５３と、ネットワークＮＷに接続されている装置との間で行うデータ授受の制御を行うネットワークインタフェース５４とを有する。
また、補助記憶装置５３には、上述した各部（制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０）の機能を実現するためのプログラム（部品剛性の最適構造作製プログラム５５）が格納されている。また、補助記憶装置５３には、上述した剛性強化対策データベース４５が格納されている。
【００２６】
そして、情報処理装置１の各部（制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０）の機能は、ＣＰＵ５０が補助記憶装置５３に格納されている部品剛性の最適構造作製プログラム５５を主記憶装置５１にロードして実行することにより実現される。
【００２７】
続いて、本実施形態の剛性強化対策データベース４５のデータ構成について図３基づいて説明する。
図３は、本実施形態の剛性強化対策データベースのデータ構成を模擬的に例示した図である。
【００２８】
図示するように、剛性強化対策データベース４５は、構造物の種類毎（部品ＩＤ４５１毎）、且つ構造物の評価範囲４５２毎に、剛性適用範囲４５３と、強化対策４５４とが関連付けられている。なお、図示する剛性強化対策データベース４５は、構造物の板厚毎に作成される。
ここで、部品ＩＤ４５１とは、構造物の種類（インパネ、フロントバンパ、リアバンパ等）を識別する情報のことをいう。また、評価範囲４５２とは、構造物の剛性強化対策を行う対象範囲をいう。
また、剛性適用範囲４５３とは、剛性適用範囲４５３に対応付けられた剛性強化対策４５４が適用される構造物（剛性強化対策前の構造物）の剛性強度の範囲をいう。
【００２９】
また、強化対策４５４には、評価範囲４５２に適用できる強化対策の具体的内容（項目）を示す情報と、その強化対策を施した場合の効果（対策効果）を示す情報とが含まれている。
そして、図示する例では、強化対策の内容（項目）を示す情報として、「板厚アップ」、「リブ追加」、「板厚アップおよびリブ追加の組合せ」が登録されている。また、「板厚アップ」、「リブ追加」、「板厚アップおよびリブ追加の組合せ」は、それぞれ、複数種類登録されている。
例えば、「板厚アップ」の項目として複数の「板厚寸法の増加対策」が登録されており、それぞれの「板厚寸法の増加対策」毎に、その「板厚アップ」による効果（対策効果）を示す情報が対応付けられている。
【００３０】
また、例えば、「リブ追加」の項目として、追加するリブの本数毎に、そのリブの「高さ」と、リブの「板厚」とが対応付けられており、それぞれの組合せ毎に、「リブ追加」による効果（対策効果）を示す情報が対応付けられている。
また、剛性強化対策を施した場合の「対策効果」として、剛性強化対策を施した後に、その評価範囲に所定の集中荷重を加えた場合における構造物（インパネ）の変位が登録されている。
なお、本実施形態では、剛性強化対策データベース４５に格納されるデータの作成方法について特に限定されるものではないが、例えば、図４に例示する「仮想的に想定した解析モデルＢ」に対して行う有限要素法による構造解析（剛性解析）により求めるようにしてもよい。
【００３１】
具体的には、略板状の解析モデルＢ（図示する拘束数は例示である）を作成し、解析モデルＢの面積（評価範囲（Ｌ（ｍｍ）×Ｗ（ｍｍ））毎に、解析モデルＺに集中荷重Ｆを加えた有限要素法による構造解析（剛性解析）を実施し、解析モデルＢの変位（ｚ１（ｍｍ））を求める。なお、ここでは、構造解析の目標変位（剛性基準）を「ａ（ｍｍ）」とする。
【００３２】
そして、前記求めた変位（ｚ１（ｍｍ））が前記目標変位を満たさなければ（ｚ１＞ａ（ｍｍ）ならば）、その解析モデルＢ（その評価範囲（Ｌ（ｍｍ）×Ｗ（ｍｍ）の解析モデルＷ）に対し、想定される各種の強化対策を施した上で有限要素法による構造解析を行い、強化対策毎にその対策効果を検証する。
すなわち、解析モデルＢ（評価範囲（Ｌ（ｍｍ）×Ｗ（ｍｍ）毎に行う）に対して想定可能な強化対策を順番に行い、強化対策を行った解析モデルＷに集中荷重Ｆを加えた有限要素法による構造解析（剛性解析）を実施し、解析モデルＷの変位（ｚ２（ｍｍ））を求める。
前記求めた変位（ｚ２（ｍｍ））が目標変位（剛性基準）を満たした場合（ｚ２≦ａ（ｍｍ））、その「解析モデルＢ」および「強化対策、変位（ｚ２（ｍｍ））」は、剛性強化対策データベース４５に登録する（変位（ｚ２（ｍｍ））は対策効果として登録される）。なお、この場合、解析モデルＢの評価範囲（Ｌ（ｍｍ）×Ｗ（ｍｍ））に、「強化対策、変位（ｚ２（ｍｍ））」が強化対策４５４として、関連付けられる。
【００３３】
続いて、本実施形態の設計支援装置Ａが行う構造物の設計支援処理について図５に基づいて説明する。
図５は、本発明の実施形態の設計支援装置が行う構造物設計支援処理の手順を示したフローチャートである。
なお、図示する処理ステップに先立って、設計支援装置Ａを構成する情報処理装置１には、設計対象の構造物の設計情報と、当該構造物の解析条件（物性値情報、拘束条件、荷重条件）とが入力されているものとする。すなわち、情報処理装置１のメモリ（主記憶装置５１又は補助記憶装置５３）には、前記構造物の設計情報および解析条件が記憶されている。
また、以下の処理ステップの中で用いられる有限要素法は、周知のものと同様である。
【００３４】
先ず、情報処理装置１のデータ取得部２０は、入力装置２を介して、設計者が入力する構造設計の対象の構造物（部品）の指定を受け付ける（Ｓ１０）。
例えば、データ取得部２０は、出力部４０を介して、出力装置３に「構造設計の対象の構造物（部品）の選択を受け付ける選択画面」を表示させて、設計者が選択画面を参照しながら、入力する部品の指定を受け付ける。
なお、ここでは、構造設計対象の部品として「インパネ」の指定を受け付けたものとする。
【００３５】
次に、情報処理装置１の構造解析部３０は、前記メモリに記憶されている「構造物（インパネ）の設計情報」および「構造物（インパネ）の解析条件」を用いて、インパネに所定の等分布荷重を加えた有限要素法による構造解析（等分布荷重による剛性ＣＡＥ）を実施し、インパネの変位を求め、その変位から「インパネの弱体部位（所定の剛性基準を満たさない部位）の候補（弱体部位候補）」を推定する（Ｓ１５）。
【００３６】
具体的には、構造解析部３０は、略板状の形成されたインパネ一方面（例えば、車室側に配置される意匠面）に対し、インパネの意匠面に略直交する方向の等分布荷重（ｘ１（Ｎ））を加えた有限要素法による構造解析を実施し、インパネ１００の意匠面の変位（Ｚ１（ｍｍ））を求める。
そして、構造解析部３０は、前記求めたインパネの変位のうち、その変位量が一番大きい領域（部位）を特定し、その特定した領域（部位）をインパネの弱体部位候補として推定する。すなわち、本ステップ（Ｓ１５）において、１カ所の弱体部位候補が推定される。
なお、Ｓ１５において、構造解析部３０は、出力部４０に、上記の解析結果（インパネの変位を示す情報、および弱体部位候補を示す情報）を送り、出力部４０に解析結果を表示させるようにしてもよい。
【００３７】
つぎに、構造解析部３０は、前記メモリに記憶されている「構造物（インパネ）の設計情報」および「構造物（インパネ）の解析条件」を用いて、Ｓ１５で推定した弱体部位候補に対して、所定の集中荷重（ｘ２（Ｎ））を加えた有限要素法による構造解析（集中荷重による剛性ＣＡＥ）を実施し、インパネの変位（Ｚ２（ｍｍ））を求める（Ｓ２０）。
【００３８】
次に、構造解析部３０は、前記求めた変位（Ｚ２（ｍｍ））が所定の目標値を達成しているか否かを判定する（Ｓ２５）。
例えば、目標値が「ａ（ｍｍ）以内」と定められている場合、構造解析部３０は、本ステップで求めた変位（Ｚ２（ｍｍ））が目標値（ａ（ｍｍ））以内であるか否かを判定する。
【００３９】
そして、Ｓ２５において、構造解析部３０は、前記変位（Ｚ２）が目標値（ａ（ｍｍ））より大きければ（Ｚ２＞ａ）、Ｓ３０に進む。すなわち、構造解析部３０は、前記求めた変位（Ｚ２（ｍｍ））が所定の目標値に達成していなければ（変位量が目標値より大きければ）、Ｓ１５で推定した弱体部位候補が弱体部位であると判断して、Ｓ３０に進む。
【００４０】
一方、Ｓ２５において、構造解析部３０は、前記求めたインパネの変位（Ｚ２）が目標値（ａ（ｍｍ））以内であれば（Ｚ２≦ａ）、Ｓ４０に進む。
すなわち、構造解析部３０は、前記求めた変位（Ｚ（ｍｍ））が所定の目標値に達成していれば（変位量が目標値より小さければ）、Ｓ１０で推定した弱体部位候補が弱体部位ではないと判断し、Ｓ４０に進む。
なお、Ｓ２５において、構造解析部３０は、出力部４０に、本ステップでの解析結果（インパネ１００の変位を示す情報）を送り、出力部４０に解析結果の表示処理を実行させるようにしてもよい。
例えば、構造解析部３０は、出力装置３に図６に示すような解析結果画面１１０を表示させるようにする。これにより、設計者に、インパネの弱体部位の位置を認識させることができる。
なお、図６では、符号１００がインパネを指し、符号１０１が認定された弱体部位を指している。
【００４１】
図５に戻り、Ｓ２５において求めたインパネの変位（Ｚ２（ｍｍ））が所定の目標値より大きかった場合に進むＳ３０降の処理について説明する。
Ｓ３０では、構造解析部３０は、Ｓ１５で推定した弱体部位候補を弱体部位と認定すると共に、前記メモリの所定領域に、当該認定した弱体部位を示す情報を格納（登録）し、Ｓ３５に進む。
なお、弱体部位を示す情報は、少なくとも、Ｓ１５で推定した弱体部位候補の位置情報と、Ｓ２０で求めた変位（弱体部位候補に集中荷重を加えた剛性ＣＡＥを行い求めた変位）とが含まれる。
【００４２】
Ｓ３５では、構造解析部３０は、Ｓ３０で認定した弱体部位の剛性を疑似的にアップさせ（例えば、弱体部位に対する拘束を増やしたり、弱体部位の板厚を増加させたりする）、再び、Ｓ１５の処理に戻り、インパネの弱体部位候補の推定を行う。
すなわち、Ｓ３５に続いて行われるＳ１５では、Ｓ３０で認定した弱体部位の剛性を強くした上で、再び、等分布荷重による剛性ＣＡＥが行われる。
このように、Ｓ３５において、疑似的に弱体部位の剛性アップをさせてから、再び、Ｓ１５に戻り、インパネの弱体部位候補を推定することにより、剛性アップさせた弱体部位以外の領域が、新たな弱体部位候補として推定されるようになる。
【００４３】
そして、本実施形態では、Ｓ１５で推定した弱体部位候補に集中荷重を加えた剛性ＣＡＥにより求めたインパネの変位（Ｚ２（ｍｍ））が所定の目標値を満たすまで、Ｓ１５〜Ｓ３５の処理が繰り返される。
そのため、本実施形態によれば、構造物に弱体部位が複数ある場合であっても、その複数の弱体部位を正確に漏れなく抽出することができる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、設計支援装置Ａが自動的に複数の弱体部位を抽出してくれるため、構造物の弱体部位の選定処理の手間が軽減される。
すなわち、本実施形態によれば、従来技術のように、設計者が予測した弱体部位毎に、コンピュータによるシミュレーションを行い、その弱体部位の検証を行う必要がない。
【００４５】
次に、Ｓ２０において求めたインパネの変位が前記目標値以内であった場合に進むＳ４０以降の処理を説明する。
Ｓ４０では、構造解析部４０は、Ｓ３０において認定した弱体部位に対して、所定の重み付けをした有限要素法によるトポロジ最適化処理を行い、インパネの中から剛性強化が必要な部位（剛性強化必要部位）を求める。
【００４６】
具体的には、構造解析部４０は、前記メモリの所定領域に格納しておいた弱体部位を示す情報と、前記入力データ（インパネの設計情報、インパネの解析条件）とを用いて、Ｓ３０で認定した全ての弱体部位を対象にした有限要素法によるトポロジ最適化処理を行う。
すなわち、本実施形態は、複数の弱体部位がある場合に、弱体部位毎にトポロジ最適化処理を行うのではなく（例えば、４個の弱体部位があれば、１箇所ずつ計４回のトポロジ最適化処理を行うのではなく）、全ての弱体部位を一括したトポロジ最適化処理を行って、剛性強化必要部位を求める。
なお、このトポロジ最適化処理は、各弱体部位に、それぞれの変位量（Ｓ２０５で求めた変位量）、それを取り巻く組付けなどから発生する応力、ひずみなどに応じた重み付けを行った上で行われる。
【００４７】
このように、全ての弱体部位を対象にしたトポロジ最適化処理を行うようにしたのは、弱体部位毎にトポロジ最適化処理を行った場合に生じる弊害を解消させるためである。
具体的には、例えば、弱体部位毎にそれぞれトポロジ最適化処理を行い、その解析結果を参照し、リブの追加や板厚増加等の強化対策を行ったとすると、弱体部位毎に求めた剛性強化必要部位が重なることがある。そして、それぞれの弱体部位毎に強化対策を行うと、過剰品質となる剛性強化対策を行うことがあった。
【００４８】
そのため、本実施形態では、各弱体部位について、それぞれの変位量（Ｓ２０で求めた変位量）、それを取り巻く組付けなどから発生する応力、ひずみなどに応じた重み付けを行った上で、全ての弱体部位を対象にしたトポロジ最適化処理を行うことにより、過剰品質となる剛性強化が行われることを防止するようにした。
【００４９】
また、Ｓ４０のトポロジ最適化処理を終えると、構造解析部３０は、出力部４０を介して、出力装置３にトポロジ最適化処理により得られた解析結果を表示すると共に、剛性強化対策が必要な範囲を受け付け（Ｓ４５）、Ｓ５０の処理に進む。
【００５０】
具体的には、Ｓ４５では、構造解析部３０は、出力装置３に、「剛性強化対策の条件」を受け付けるための解析結果確認画面１２０（図７参照）を表示する。
ここで、図７に示す解析結果確認画面１２０について説明する。
図示する解析結果確認画面１２０には、インパネ１００の剛性強化必要部位１０２を示した情報と、「対策範囲（剛性強化対策を行う範囲）および対策効果（希望効果）」の入力を促す入力受付情報１１１とが含まれている。
なお、Ｓ４５において、設計者から受け付ける「対策効果（希望効果）」は特に限定されるものではないが、説明の便宜上、「最大（Ｍａｘ）」および「最小（Ｍｉｎ）」のいずれかを受け付ける場合を例にする。
このように、解析結果確認画面１２０を表示することにより、設計者に剛性強化必要部位を認識させると共に、剛性強化対策を行うことを促すことができる。
【００５１】
そして、設計者は、出力装置３に表示された解析結果確認画面１２０（図７）を見ながら、入力装置２を介して、情報処理装置１に「剛性強化の対策範囲」、および「剛性強化対策による対策効果（希望効果）」を入力する。
例えば、設計者は、入力装置２を操作して、解析結果確認画面１２０上のカーソル１１２により「剛性強化の対策範囲」を指定して、情報処理装置１に入力する。また、例えば、設計者は、入力装置２を操作し、入力受付情報１１１に提示された対策効果の中から、希望する対策効果を選択して、情報処理装置１に入力する。
【００５２】
具体的には、設計者は、所定剛性基準を満たす剛性強化対策のうち、剛性強化部位の剛性が最も高くなる剛性強化対策を希望する場合、「最大（Ｍａｘ）」を入力する。一方、設計者は、所定剛性基準を満たす剛性強化対策のうち、剛性強化部位の剛性が最も低くなる剛性強化対策を希望する場合には、「最小（Ｍｉｎ）」を入力する。
【００５３】
図５に戻り、説明を続ける。
Ｓ５０では、構造解析部３０は、Ｓ２０で求めた「変位」と、Ｓ４５において受け付けた「対策範囲」および「対策効果（希望効果）」と、剛性強化対策データベース４５（図３参照）とを用いて、剛性強化対策の形状を選定すると共に、構造物（ここでは「インパネ」）の設計情報に、選定した剛性強化対策を反映させる。
【００５４】
具体的には、Ｓ５０では、構造解析部３０は、剛性強化対策データベース４５の中から、Ｓ１０で受け付けた部品（ここでは「インパネ」）に関するデータ（受け付けた部品を示す部品ＩＤに関連付けられたデータ）を抽出する。
また、構造解析部５０は、前記抽出したデータの中から、Ｓ４５で受け付けた「対策範囲」に対応する「評価範囲４５２」と、Ｓ２０で求めた「変位」が入る「剛性適用範囲４５３」とに関連付けられている「強化対策４５３」を選択する（例えば、図３の破線４６０で囲む強化対策を選択する）。
なお、Ｓ４５で受け付けた「対策範囲」に対応する「評価範囲４５２」とは、Ｓ４５で受け付けた「対策範囲」に一番近い値の「評価範囲４５２」のことをいう（例えば、「対策範囲」との差異（「対策範囲」−「評価範囲」）の絶対値が最小の「評価範囲４５２」のことをいう）。
また、Ｓ２０で求めた「変位」が入る「剛性適用範囲４５３」とは、例えば、Ｓ２０で求めた「変位が「２ｂ（ｍｍ）：ｂは０以外の整数」」である場合、「剛性適用範囲４５３が、「ｂ（ｍｍ）〜３ｂ（ｍｍ）」のようなケースをいう。
【００５５】
そして、構造解析部３０は、前記選択された強化対策の中から、Ｓ４５で受け付けた「対策効果（希望効果）」を満たす強化対策を抽出し、その抽出した強化対策を構造物（インパネ）に対する剛性強化対策に決定する。
【００５６】
例えば、Ｓ４５で受け付けた「対策効果（希望効果）」が「Ｍｉｎ」であれば、前記選択された強化対策の中から、対策効果が最も小さい強化対策が選択される（例えば、図３の破線４６０で囲む強化対策の中から破線４６１で囲む強化対策を抽出する）。また、例えば、Ｓ４５で受け付けた「対策効果（希望効果）」が「Ｍａｘ」であれば、前記選択された強化対策の中から、対策効果が最も大きい強化対策が選択される。
そして、構造解析部３０は、構造物（ここでは「インパネ」）の設計情報に、選択した強化対策を施し、Ｓ５５の処理に進む。
【００５７】
Ｓ５５では、構造解析部３０は、Ｓ５５で施した剛性強化対策が行われた部位（強化部位）に対して、所定の集中荷重（ｘ２（Ｎ））を加えた有限要素法による構造解析（集中荷重による剛性ＣＡＥ）を実施し、構造物（インパネ）の変位（Ｚ２（ｍｍ））を求めて、剛性強化対策を検証し、出力装置３に、その検証結果を出力する。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、設計者が構造設計支援装置Ａに対象となる構造物を指定するだけで（Ｓ１０）、設計支援装置Ａが自動的にＳ１０〜Ｓ４０の処理を行い、構造物の剛性性強化対策が必要な部位を提示する。
【００５９】
また、本実施形態によれば、Ｓ４５において、設計者からの「剛性強化対策を施したい範囲（評価範囲）」および「剛性強化対策の対策効果」の入力を受け付けると、設計支援装置Ａが自動的に、剛性強化対策データベース４５の中から、剛性強化対策を選定し、構造物の設計情報にその剛性強化対策を施し、さらに剛性対策の検証（確認）を行う。
すなわち、本実施形態によれば、設計者が簡単な入力操作を行うだけで、設計支援装置Ａが自動的に構造物の剛性強化対策を実行するため、構造物の構造設計の手間が軽減される。
【００６０】
また、本実施形態によれば、構造物の指定を受け付けるだけで、設計支援装置Ａが自動的に、構造物の弱体部位を抽出している（Ｓ１０〜Ｓ３５）。
すなわち、本実施形態では、従来技術にように作業者自身が弱体部位を推定する必要がないため、弱体部位の見落としが防止され、精度の高い構造設計が実現される。
【００６１】
また、本実施形態によれば、設計支援装置Ａは、設計者からの「剛性強化対策を施したい範囲（評価範囲）」および「剛性強化対策の対策効果」の入力を受け付けると、剛性強化対策データベース４５の中から、入力された条件に対応する剛性強化対策を選定するように構成されている。
したがって、本実施形態によれば、設計者が、設計支援装置Ａに「評価範囲」および「剛性強化対策の対策効果」を入力するだけで剛性強化対策が求められる。すなわち、本実施形態によれば、設計者自身が剛性強化対策を考える必要がなくなるため、設計者の作業負担が軽減される。
【００６２】
このように、本実施形態の設計支援装置Ａを利用して構造物の構造設計を行うようにすれば、設計者にスキルや設計経験が少ない場合であっても、所定の剛性基準を満たすような構造物を設計することができる。
【００６３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなくその要旨の範囲内において、種々の変形が可能である。
【００６４】
例えば、上記実施形態の剛性強化対策データベース４５では、「対策効果」として、強化対策を施した後に、その評価範囲に所定の集中荷重を加えた場合における構造物の変位が登録されているが、特にこれに限定されるものではない。剛性強化対策データベース４５に登録される対策効果として、前記構造物の変位に加え、さらに、剛性強化対策のコストを登録しておくようにしてもよい。
このように構成することにより、図５のＳ４５において、設計者からコストに関する条件（例えば、一番低いコスト）を受け付けるようにすれば、Ｓ５０において、設計者が望むコストに関する条件を満たす強化対策が選定されるようになる。すなわち、設計者に大きな作業負担をかけることなく、コストを考慮した剛性強化対策が行えるようになる。
【００６５】
また、上記実施形態の設計支援装置Ａは、１台の情報処理装置１が構造設計支援のための各種処理を行うようにしているが、特にこれに限定されるものではない。複数のコンピュータにより構成されたシステムにより、上述した各部（制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０、出力部４０）の機能を実現させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態の設計支援装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の情報処理装置のハードウェア構成図である。
【図３】本発明の実施形態の剛性強化対策データベースのデータ構成を模擬的に例示した図である。
【図４】本発明の実施形態の剛性強化対策データベースを作成するための解析モデルを例示した図である。
【図５】本発明の実施形態の設計支援装置が行う構造物の設計支援処理の手順を示したフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の設計支援装置が表示する解析画像の一例を示した図である。
【図７】本発明の実施形態の設計支援装置が表示する解析画像の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ａ…設計支援装置
Ｂ…解析モデル
１…情報処理装置
２…入力装置
３…出力装置
４…ＣＡＤ装置
１０…制御部
２０…データ取得部
３０…構造解析部
４０…出力部
４５…剛性強化対策ＤＢ
５０…ＣＰＵ
５１…主記憶装置
５２…Ｉ／Ｏインタフェース
５３…補助記憶装置
５４…ＮＷインタフェース
５５…部品剛性の最適構造作製プログラム
【図１】
2010092256.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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