(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象の形状モデルに複数の領域を定義し、該複数の領域のメッシュ粗密分布をそれぞれ指定する手段と、前記複数の領域の重なり部分について前記各領域のメッシュ粗密分布を足し合わせたメッシュ粗密分布を採用して、前記複数の領域及び重なり部分についてそれぞれのメッシュ粗密分布に基づいて複数の節点を発生させ、発生された複数の節点に基づいて前記形状モデルの有限要素メッシュモデルを自動生成する手段とを計算機を用いて構成してなる有限要素メッシュの生成装置。
【請求項２】
解析対象の形状モデルに複数の領域を定義し、該複数の領域のメッシュ粗密分布をそれぞれ指定する手段と、前記複数の領域の重なり部分について前記各領域について定義された優先順位の高い領域のメッシュ粗密分布を採用して、前記複数の領域及び重なり部分についてそれぞれのメッシュ粗密分布に基づいて複数の節点を発生させ、発生された複数の節点に基づいて前記形状モデルの有限要素メッシュモデルを自動生成する手段とを計算機を用いて構成してなる有限要素メッシュの生成装置。
【請求項３】
前記複数の領域は、複数の形状ブロックで定義されることを特徴とする請求項１または２に記載の有限要素メッシュの生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有限要素法による解析シミュレーションを実行するための解析入力データ作成方法に係わり、特に、解析精度を向上させるための有限要素メッシュ粗密分布の指定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の有限要素メッシュモデルの粗密分布指定方法には、次の２つの方法がある。一つの方法は、解析対象の形状を予め六面体などのブロックに分割して計算機に入力し、該ブロックの稜線の分割数と分割比を指定して有限要素メッシュモデルの粗密を制御する方法である。例えば、部分的に細かいメッシュを発生させる場合には、その領域を予めブロックとして定義し、稜線の分割数を大きく指定することにより細かいメッシュを生成する。立方体を対象にする場合、縦，横，高さの三つの稜線に対してそれぞれ分割数を指定することにより、３方向の分割面の交点で定義される節点が該立方体内にちりばめられ、このちりばめられた節点をもとにメッシュ分割が行われる。
【０００３】
もう一つの方法は、解析対象の形状を形状モデルとして計算機に入力し、自動メッシングにより有限要素メッシュモデルを発生させるシステムにおいて、基準となる要素寸法（節点の間隔）と稜線の分割数（あるいは、稜線上の要素寸法）を指定し、有限要素メッシュモデルの粗密を制御する方法である。
【０００４】
以上、従来の有限要素メッシュモデルの粗密分布の指定方法に関しては、例えば機械系統合プリ／ポストプロセッサＨＩＣＡＤ／ＣＡＤＡＳ／Ｗコマンドマニュアル（日立製作所，１９９０年２月）に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のメッシュ粗密分布の指定方法では、メッシュの粗密を指定する領域を予め六面体などのブロックに分割する必要があり、ユーザは解析対象形状のブロック分割やブロックの入力作業に多大な労力を費やしているのみならず、意図するとおりのメッシュ分割を行うのは困難であった。また、メッシュの粗密を変更する場合には、再度ブロック分割を行なわなければならない。
一方、自動メッシング機能を用いて有限要素メッシュモデルを作成する場合においては、メッシュの粗密を指定できる対象が形状モデルの稜線や頂点に限られており、ユーザの意図する有限要素メッシュモデルが自由に作成できないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、ユーザの意図する有限要素メッシュモデルが的確に生成できる有限要素メッシュの生成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の有限要素メッシュの生成装置は、解析対象の形状モデルに複数の領域を定義し、該複数の領域のメッシュ粗密分布をそれぞれ指定する手段と、前記複数の領域の重なり部分については前記各領域のメッシュ粗密分布を足し合わせたメッシュ粗密分布を採用して、前記複数の領域及び重なり部分についてそれぞれのメッシュ粗密分布に基づいて複数の節点を発生させ、発生された複数の節点に基づいて前記形状モデルの有限要素メッシュモデルを自動生成する手段とを計算機を用いて構成してなることを特徴とする。また、前記複数の領域の重なり部分について前記各領域のメッシュ粗密分布を足し合わせたメッシュ粗密分布を採用することに代えて、前記複数の領域の重なり部分について前記各領域について定義された優先順位の高い領域のメッシュ粗密分布を採用することができる。
【０００８】
また、複数の領域は、複数の形状ブロックとして定義することができる。この場合、各形状ブロックを形状モデルに合わせて３次元空間内で重ね合わせる。本発明によれば、ユーザは解析対象の形状モデルをメッシュ粗密制御のために、有限要素ブロック自体を分割する必要がなくなる。また、メッシュの粗密を変更する場合においても、重ね合わせる形状ブロックのメッシュ粗密分布を変更したり、形状ブロックを移動して重複する領域を変更したりするだけでメッシュの粗密分布が制御できる。
【０００９】
本発明の有限要素メッシュの生成装置では、ユーザはマウスなどの入力装置を用いてディスプレイに表示された解析対象の形状モデルから形状ブロックを定義し、定義された形状ブロックに対してメッシュ粗密分布を入力する。次に、ユーザがメッシュ分割コマンドを入力すると、各形状ブロックに対して指定されたメッシュ粗密分布に基づいて、形状モデル内及びまたは表面に節点を発生させる。そして、有限要素を構成する節点に基づいて有限要素メッシュモデルを自動的に生成する。
【００１０】
また、メッシュ粗密分布が定義された複数の形状ブロックを重ねる場合には、ユーザは形状ブロックの位置情報と、メッシュ粗密分布を重ね合わせるか、あるいはどちらの形状ブロックのメッシュ粗密分布を優先させるかの情報と、を入力する。そして、メッシュ分割時には前述と同様に節点の発生、有限要素を構成する節点の抽出を自動的に行ない有限要素メッシュモデルを生成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面をもとに説明する。図１は解析対象形状が単一の形状ブロックで表現される場合の形状定義からメッシュ生成までの概略操作手順、図２は解析対象形状が複数の形状ブロックの重ね合わせで表現される場合の形状定義からメッシュ生成までの概略操作手順を示す。
【００１２】
はじめに、図１を用いて前者の場合について説明する。ユーザはキーボードやマウス等のデータ入力装置を用いて解析対象の形状モデル（この場合、単一の形状ブロック）を計算機に入力すると、ディスプレイ上には入力された形状モデルが表示される（１０１）。次に、ディスプレイ上に表示された形状モデルの形状要素を指示（１０２）して、メッシュ粗密分布関数を入力する（１０３）。具体的には図３に示すように形状モデルの形状要素（この場合稜線）をマウスを使って指示すると（３０１）、縦軸に節点の分布密度ρ，横軸に指定された形状要素からの距離をとって該形状要素に関するメッシュ粗密分布関数を表示するグラフがディスプレイ上に表示され（３０２）、指定された形状要素からの距離と節点の分布密度との組み合わせを入力すると（３０２）、入力された組合せで表される点を連ねるメッシュ粗密分布関数が表示される（３０３）。図３の３０３では、入力された組合せの点が黒丸印で表示されている。その際、既に他の形状要素に対して指定（入力）されているメッシュ粗密分布関数がある場合、そのメッシュ粗密分布関数に対して今回入力されるメッシュ粗密分布関数の優先順序を指定する。この優先順序により、メッシュ粗密分布関数が重なり合った領域のメッシュ粗密分布関数が決定される。ブロック内のメッシュ粗密分布の指定が完了したかどうかを判断（１０４）し、未完了であれば、手順１０２〜１０４を繰り返す。ブロック内のメッシュ粗密分布の指定が完了したら、ユーザのメッシュ生成の指示により、指定されたメッシュ粗密分布関数に基づいて形状ブロックに節点が発生され（１０５）、発生された節点に基づいて形状モデルから有限要素メッシュモデルが自動的に生成される（１０６）。
【００１３】
一方、後者の本発明の実施例の場合には図２に示すように形状ブロック定義からメッシュ粗密分布指定までの操作を、重ね合わせるブロックの数分だけ（すなわち、定義される各形状ブロックに対して）繰り返す（２０１、２０２、２０３、２０４）。そして、形状ブロックの定義と定義された形状ブロックへのメッシュ粗密分布指定が終わったら（２０５）、形状ブロックの位置を重ね合わせる（２０６）ことにより、複数の形状モデルの組合せで形成される形状モデルとしてのメッシュ粗密の指定を行なう。その際、重複した形状ブロックのメッシュ粗密分布関数を足し合わせるか、あるいは、どちらかの形状ブロックのメッシュ粗密分布関数を優先させるか、を指定する。最後に、メッシュ生成の指示（２０７）により、形状モデル内に節点を発生（２０８）させ、有限要素メッシュモデルを自動生成させる（２０９）。
【００１４】
次に、メッシュ粗密分布の指定と有限要素メッシュの自動生成について詳細に説明する。
【００１５】
解析対象の形状モデルは立体、面、線、点などの形状要素の集合で構成される。そして、メッシュ粗密分布関数は形状要素毎に指定が可能である。図４〜図７には形状要素とメッシュ粗密分布関数との関係を示す。例えば、図４のように形状要素が点ｐの場合には点ｐからの距離ｒと点ｐを中心とする半径ｒの球面上の節点の分布密度（あるいは要素寸法つまり節点の間隔）とを指定する。形状要素が線、面、立体の場合にも同様に、形状要素からの距離と形状要素からの距離が等しい閉曲面上の節点の分布密度（あるいは要素寸法）とを指定する。メッシュ粗密分布関数を表すデータ構造の例を図８に示す。図８のデータテーブルの一行分が一つの形状要素に対するメッシュ粗密分布関数を表す。また、各メッシュ粗密分布関数には優先順序が付いており、重複する領域に対しては優先順序の高いメッシュ粗密分布関数が採用される。優先順序が同じ場合には、両方のメッシュ粗密分布関数を足し合わせてメッシュ粗密分布関数を決定するか、いずれか一方を選択する。
【００１６】
メッシュ粗密分布関数が指定された形状モデルから有限要素メッシュモデルを生成する処理のアルゴリズムを図９に示す。まず、形状ブロックごとに各々のメッシュ粗密分布関数にしたがって節点を発生させ（９０１）、要素分割となる形状モデルの外部に位置する節点を除去する（９０２）。例えば、図１０に示すようにメッシュ粗密分布関数（１００１）が線（１００２）に対して定義されている場合には、線上にはｈ０の間隔、線からｒ１離れた位置にはｈ１の間隔、線からｒ２離れた位置にはｈ２の間隔で節点を発生させる。次に、メッシュ粗密分布関数が重複する領域が存在する場合には、メッシュ粗密分布関数の優先順序にしたがって節点を除去する（９０３）。
【００１７】
その際、優先順序が同じ場合には、両方のメッシュ粗密分布関数から発生した節点をそのまま残すか、一方のメッシュ粗密分布関数から発生した節点だけを残すかの選択を行う。図１１は形状ブロック２の方が形状ブロック１よりメッシュ粗密分布関数の優先順序が高い場合の節点の発生を表している。一方、図１２は形状ブロック１と形状ブロック２との分布関数の優先順序が同じ場合、両方の形状ブロックのメッシュ粗密分布関数から発生した節点をそのまま残す選択をしたときの節点の発生を表す。最後に、デラウニー法などを用いて節点を結合し有限要素メッシュを生成する（９０４）。
【００１８】
以上のような、メッシュ粗密分布指定方法と有限要素メッシュ生成処理により、解析上特にメッシュ粗密制御が必要となる形状要素の近傍付近に対しても、メッシュ粗密分布の指定が容易に行なえるようになる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ユーザは解析対象の形状モデルに対して形状ブロックを定義し、形状ブロックにメッシュ粗密分布を入力するだけで、有限要素メッシュモデルのメッシュ粗密の制御が自由に行なえる。これにより、従来はメッシュの粗密を制御するために、有限要素ブロック自体を分割する必要があったが、これらの手間と時間を大幅に削減できる。また、形状ブロックの重ね合わせによりメッシュ粗密分布の指定が行なえるため、メッシュ粗密の変更も容易に行なえる。さらに、メッシュ粗密分布関数で形状要素からの距離に応じて節点の分布が指定されるので、形状要素の近傍に対しても正確なメッシュ粗密の制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す手順図である。
【図２】本発明の実施例を示す手順図である。
【図３】本発明に係る形状要素へのメッシュ粗密分布指定方法の説明図である。
【図４】本発明に係る形状要素へのメッシュ粗密分布指定方法の点におけるメッシュ粗密分布制御領域を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る形状要素へのメッシュ粗密分布指定方法の線におけるメッシュ粗密分布制御領域を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る形状要素へのメッシュ粗密分布指定方法の面におけるメッシュ粗密分布制御領域を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る形状要素へのメッシュ粗密分布指定方法の立体におけるメッシュ粗密分布制御領域を示す斜視図である。
【図８】本発明に係るメッシュ粗密分布関数を表すデータ構造の例を示す図である。
【図９】本発明に係る有限要素メッシュ生成のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係るメッシュ粗密分布関数を用いた節点発生方法の説明図である。
【図１１】二つのメッシュ粗密分布関数の優先順序が異なる場合の節点発生例を示す平面図である。
【図１２】二つのメッシュ粗密分布関数の優先順序が同じ場合の節点発生例を示す平面図である。
【符号の説明】
１００１  メッシュ粗密分布関数
１００２  形状要素（線）
ｒ  形状要素からの距離
ρ  節点の分布密度
ｈ  要素寸法
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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