(57)【要約】【課題】平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適位置を求めることができる接合位置の最適化技術を提供する。【解決手段】本発明に係る構造体の接合位置の最適化解析方法は、構造体モデル２５おける解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、解析対象部に接合候補２９を設定する接合候補設定ステップと、接合候補２９を用いて剛性解析を行って固定接合点３１を設定する第１固定接合設定ステップと、最適化解析条件を設定する最適化解析条件設定ステップと、最適化解析を行って接合点を求める最適化解析ステップと、固定接合点３１と最適化解析ステップで求めた接合点とを用いて剛性解析を行って固定接合点３１を設定する第２固定接合設定ステップと、最適化解析ステップと第２固定接合設定ステップと所定の剛性または所定数まで繰り返す繰り返しステップとを備えたことを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品を部品組として接合するのに用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
前記構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、前記接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定ステップと、前記接合候補に対して最適化解析条件を設定する最適化解析条件設定ステップと、前記接合候補のうち前記固定接合の周囲所定範囲を除く前記接合候補を対象として、前記最適化解析条件設定ステップで設定された最適化解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を求める最適化解析ステップと、前記固定接合と前記最適化解析ステップで求めた接合点又は接合部とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定ステップと、前記最適化解析ステップと前記第２固定接合設定ステップとを所定の剛性、または、前記固定接合の数が所定数になるまで繰り返す繰り返しステップとを備えたことを特徴とする構造体の接合位置の最適化解析方法。
【請求項２】
前記最適化解析ステップは、離散化係数を４以上に設定して離散化を行うことを特徴とする請求項１に記載の構造体の接合位置の最適化解析方法。
【請求項３】
平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品を部品組として接合するのに用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
前記構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、前記接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定ステップと、前記固定接合と前記接合候補のうち前記固定接合の周囲所定範囲を除く前記接合候補とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定ステップと、前記第２固定接合設定ステップを所定の剛性、または、前記固定接合の数が所定数になるまで繰り返す繰り返しステップとを備えたことを特徴とする構造体の接合位置の最適化解析方法。
【請求項４】
前記接合候補設定ステップは、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成ステップを有し、該接合生成ステップは、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定するステップと、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置するステップとを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の構造体の接合位置の最適化解析方法。
【請求項５】
平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
前記構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定部と、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部と、前記接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定部と、前記接合候補に対して最適化解析条件を設定する最適化解析条件設定部と、前記接合候補のうち前記固定接合の周囲所定範囲を除く前記接合候補を対象として、前記最適化解析条件設定部で設定された最適化解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を求める最適化解析部と、前記固定接合と前記最適化解析部で求めた接合点又は接合部とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定部とを備えたことを特徴とする構造体の接合位置の最適化解析装置。
【請求項６】
前記最適化解析部は、離散化係数を４以上に設定して離散化を行うことを特徴とする請求項５に記載の構造体の接合位置の最適化解析装置。
【請求項７】
平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
前記構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定部と、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部と、前記接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定部と、前記固定接合と前記接合候補のうち前記固定接合の周囲所定範囲を除く前記接合候補とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定部とを備えたことを特徴とする構造体の接合位置の最適化解析装置。
【請求項８】
前記接合候補設定部は、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成部を有し、該接合生成部は、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定し、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の構造体の接合位置の最適化解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体の接合位置の最適化解析方法及び装置に関するものであり、主としてスポット溶接などの点接合や、レーザー溶接、アーク溶接、またはウェルドボンド接合などの連続接合の接合位置の最適化解析方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に自動車産業においては環境問題に起因した車体の軽量化が進められており、車体の設計にコンピュータ支援工学による解析（以下、「ＣＡＥ解析」という）は欠かせない技術となっている。
このＣＡＥ解析では数理最適化、板厚最適化、形状最適化、トポロジー最適化などの最適化技術を用いることによって剛性の向上や軽量化が図られることが知られており、例えばエンジンブロックなどの鋳物の構造最適化によく用いられている。
【０００３】
最適化技術の中で、特にトポロジー最適化が着目されつつある。
トポロジー最適化はある程度の大きさの設計空間を設け、当該設計空間に立体要素を組み込み、与えられた条件を満たしかつ必要最小限の立体要素の部分を残すことで当該条件を満たす最適形状とするという方法である。そのため、トポロジー最適化は、設計空間をなす立体要素に直接拘束を行い、直接荷重を加えるという方法が用いられる。
このようなトポロジー最適化に関する技術として、複雑な構造体のコンポーネントのトポロジー最適化のための方法が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５０８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車体のような構造体は複数の部品を溶接などにより接合することにより一つの構造体を形成しており、接合量を増やせば剛性が向上することが知られている。しかし、コストの観点から接合量をできるだけ少なくすることが望まれている。
部品どうしの接合位置を決定する方法としては、均等間隔に設定する方法、経験や勘により設定する方法、応力解析により応力が高い部分に追加する方法などがある。
【０００６】
しかしながら、接合位置を均等間隔に設定する方法や経験や勘により溶接位置を設定する方法では、剛性を向上させるために必要な位置を探して溶接位置を設定するのではないため、不要な位置に溶接位置を設定することになりコストの面からは効率が悪いと言わざるを得ない。
また、応力解析により応力が大きい部位に溶接位置を追加する方法では、追加前に対して変化はあるものの、溶接位置として追加した部位の近傍のみの特性が向上するものの、別の部位の特性が相対的に低下することになり、全体とし評価したときには溶接位置を最適化しているとはいえない。
このように従来技術は、いずれも特性向上のための最適な位置に設定できるものではない。
【０００７】
また、設定した溶接位置同士が近すぎると、溶接する際に、先に溶接した箇所に電流が流れて（分流）、溶接したい箇所に十分に電流が流れず、溶接が不完全となってしまうことがある。
【０００８】
そこで、特許文献１に開示されたような最適化技術を適用することが考えられるが、溶接位置の最適化についてどのようにして最適化技術を適用するかについて開示した文献はなく、このような技術の開発が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適位置を求めることができる接合位置の最適化技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る構造体の接合位置の最適化解析方法は、平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品を部品組として接合するのに用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
前記構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、前記接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定ステップと、前記接合候補に対して最適化解析条件を設定する最適化解析条件設定ステップと、前記接合候補のうち前記固定接合の周囲所定範囲を除く前記接合候補を対象として、前記最適化解析条件設定ステップで設定された最適化解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を求める最適化解析ステップと、前記固定接合と前記最適化解析ステップで求めた接合点又は接合部とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定ステップと、前記最適化解析ステップと前記第２固定接合設定ステップとを所定の剛性、または、前記固定接合の数が所定数になるまで繰り返す繰り返しステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記最適化解析ステップは、離散化係数を４以上に設定して離散化を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
（３）また、本発明に係る構造体の接合位置の最適化解析方法は、平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品を部品組として接合するのに用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
前記構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、前記接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定ステップと、前記固定接合と前記接合候補のうち前記固定接合の周囲所定範囲を除く前記接合候補とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定ステップと、前記第２固定接合設定ステップを所定の剛性、または、前記固定接合の数が所定数になるまで繰り返す繰り返しステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記接合候補設定ステップは、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成ステップを有し、該接合生成ステップは、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定するステップと、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置するステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
（５）本発明に係る構造体の接合位置の最適化解析装置は、平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
前記構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定部と、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部と、前記接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定部と、前記接合候補に対して最適化解析条件を設定する最適化解析条件設定部と、前記接合候補のうち前記固定接合の周囲所定範囲を除く前記接合候補を対象として、前記最適化解析条件設定部で設定された最適化解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を求める最適化解析部と、前記固定接合と前記最適化解析部で求めた接合点又は接合部とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記最適化解析部は、離散化係数を４以上に設定して離散化を行うことを特徴とするものである。
【００１６】
（７）また、本発明に係る構造体の接合位置の最適化解析装置は、平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
前記構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定部と、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部と、前記接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定部と、前記固定接合と前記接合候補のうち前記固定接合の周囲所定範囲を除く前記接合候補とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を前記部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
（８）また、上記（５）乃至（７）のいずれかに記載のものにおいて、前記接合候補設定部は、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成部を有し、該接合生成部は、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定し、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、接合候補を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第１固定接合設定ステップと、接合候補に対して最適化解析条件を設定する最適化解析条件設定ステップと、接合候補のうち固定接合の周囲所定範囲を除く接合候補を対象として、最適化解析条件設定ステップで設定された最適化解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を求める最適化解析ステップと、固定接合と最適化解析ステップで求めた接合点又は接合部とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーまたは応力またはひずみまたは荷重のいずれかの高い接合点又は接合部を部品組毎に１箇所選定して固定接合として設定する第２固定接合設定ステップと、最適化解析ステップと第２固定接合設定ステップとを固定接合の数が所定数になるまで繰り返す繰り返しステップとを備えたことにより、スポット溶接時に分流を発生することなく構造体の特性を向上する最適な接合位置を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る構造体の接合位置の最適化解析装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る構造体の接合位置の最適化解析装置で扱う構造体モデルの一例を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る接合候補設定部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る接合候補設定部において接合候補を設定した状態を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る第１固定接合設定部における剛性解析の解析条件の一例について説明する説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る第１固定接合設定部における剛性解析の解析結果の一例について説明する説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る第１固定接合設定部において固定接合点を設定した状態について説明する説明図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る構造体の接合位置の最適化解析方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態に係る構造体の接合位置の最適化解析方法における固定接合点の設定方法を説明する説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る構造体の接合位置の最適化解析方法の一例における構造体モデルを説明する説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る接合候補設定ステップを実施した結果の一例について説明する説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る第１固定接合設定ステップで行う剛性解析の解析条件の一例について説明する説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る第１固定接合設定ステップを実施した結果の一例について説明する説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る最適化解析ステップ中の処理の一例を説明する説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る最適化解析ステップを実施した結果の一例について説明する説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る第２固定接合設定ステップを実施した結果の一例について説明する説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る繰返しステップを実施した結果の一例について説明する説明図である（その１）。
【図１８】本発明の実施の形態に係る繰返しステップを実施した結果の一例について説明する説明図である（その２）。
【図１９】本発明の実施の形態に係る構造体の接合位置の最適化解析方法の一例における、最終的な接合位置の最適化結果について説明する説明図である。
【図２０】本発明の実施例に係る比較例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、主に図１に示すブロック図に基づいて、接合最適化解析装置１（以下、単に「接合最適化解析装置１」という）の構成について説明する。
【００２１】
本実施の形態に係る接合最適化解析装置１は、複数の部品の接合の最適化を行う装置であり、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）によって構成され、表示装置３と入力装置５と記憶装置７と作業用データメモリ９および演算処理部１１を有している。
また、演算処理部１１には、表示装置３と入力装置５と記憶装置７および作業用データメモリ９が接続され、演算処理部１１の指令によって各機能を行う。
【００２２】
＜表示装置＞
表示装置３は計算結果の表示等に用いられ、液晶モニター等で構成される。
【００２３】
＜入力装置＞
入力装置５は構造体モデルファイル１３の表示指示、操作者の条件入力等に用いられ、キーボードやマウス等で構成される。
【００２４】
＜記憶装置＞
記憶装置７は、ファイルの記憶等に用いられ、ハードディスク等で構成される。記憶装置７内には、少なくとも、構造体モデルファイル１３等の各種の情報が格納される。構造体モデルファイル１３を表示装置に表示した一例が図５に示されている。構造体モデルは、平面要素のみによって構成されたものでもよいし、あるいは平面要素と立体要素の組合せによって構成されたものでもよい。例えば、構造体モデルの例として図１０に示すような車体（ボディ）を例に挙げると、車体は主に薄鋼板によって形成されることから平面要素によって構成される。ただ、例えばエンジンのような鋳物で形成されるブロック体のようなものは立体要素で構成される。また、アーク溶接やボルト溶接のような比較的厚さのある場合も立体要素で現わすことがある。また、点接合はばね、はりなどの一次要素、連続接合は平面要素、立体要素、ばね、はりなどの一次要素で現わすこともある。
【００２５】
＜作業用データメモリ＞
作業用データメモリ９は、演算処理部１１で使用するデータの一時保存や演算等に用いられ、ＲＡＭ等で構成される。
【００２６】
＜演算処理部＞
演算処理部１１はＰＣのＣＰＵによって構成され、以下に説明する各部はＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。
なお、接合点とはスポット溶接の場合であり、接合部とは連続溶接の場合であるが、以下の説明では主として接合点を例に挙げて説明する。もっとも本発明は連続接合の場合にも適用できるものである。
演算処理部１１は、構造体モデルおける解析対象部を設定する解析対象部設定部１５と、解析対象部に対して接合点の候補となる接合候補２９を設定する接合候補設定部としての接合生成部１６と、接合候補２９を用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーの高い接合点を部品組毎に１箇所選定して固定接合点３１として設定する第１固定接合設定部１７と、接合候補２９に対して最適化解析条件を設定する最適化解析条件設定部１８と、接合候補２９のうち固定接合点３１の周囲所定範囲を除く接合候補２９を対象として、最適化解析条件設定部１８で設定された最適化解析条件を満たす最適な接合点を求める最適化解析部１９と、固定接合点３１と最適化解析部１９で求めた接合点とを用いて剛性解析を行って、最もひずみエネルギーの高い接合点を部品組毎に１箇所選定して固定接合点３１として設定する第２固定接合設定部２０とを備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
演算処理部１１内の各部の構成を、図１〜図７に基づいて詳細に説明する。
説明に当たっては、図２に示す板材２１とハット断面部材２３で構成される構造体モデル２５において、板材２１とフランジ部２３ａを有するハット断面部材２３とを部品組として接合する場合を例に挙げる。ハット断面部材２３は、長さが800mmで、断面の高さおよび幅（フランジ部２３ａを含まない）がそれぞれ80mmである。板材２１は、長さがハット断面部材２３と同様に800mmで、板幅がハット断面部材２３の両フランジ部２３ａに亘ってハット断面部材２３の開口部を覆う幅に設定されており、板厚1.2mmの鋼板である。スポット溶接は、図２に示すように、板材２１とハット断面部材２３のフランジ部２３ａを当接させてこの当接部分に対して行う。なお、接合要素はφ6mmの一次要素を用いる。従って本例では、前記当接部分における最適な接合位置を求める解析を行う。
【００２８】
〔解析対象部設定部〕
解析対象部設定部１５は、構造体モデル２５の一部に最適化の対象となる部分を解析対象部２７として設定する。本例においては、図２に示した構造体モデル２５全体を解析対象部２７として設定する。
【００２９】
〔接合生成部〕
接合生成部１６は、本発明の接合候補設定部の一態様に相当する。
接合生成部１６は、ある２つの部品（以下、それぞれ「部品Ａ」および「部品Ｂ」という）の間に接合候補２９を設定する。接合候補２９の設定の手順を図３に示したフローチャートに基づいて説明する。
まず、各部品上の各平面要素の節点座標から中心点、または重心点を算出し、要素の代表点を決める。ＦＥＭ解析での積分点座標を用いてもよい（ステップＳ１）。
次に、部品Ａ上のあるひとつの平面要素ａの代表点と、部品Ｂ上の全平面要素の代表点の間のそれぞれの点距離を座標値から計算する（ステップＳ２）。
次に、点間距離がそれぞれの部品の板厚の１／２の和＋Ｘｍｍのものについて、代表点を結ぶものを連結線として作成する（ステップＳ３）。点間距離を規定したのは、実際の溶接において接合が可能なもののみを選別するためである。なお、スポット接合の場合Ｘ＜３ｍｍ、レーザー接合の場合Ｘ＜３ｍｍ、アーク接合の場合Ｘ＜６ｍｍ、ウェルドボンド接合の場合Ｘ＜６ｍｍが好ましい。
【００３０】
次に、連結線と平面要素の角度を算出し、角度が５０〜９０°の間の連結線を選出する（ステップＳ４）。
角度を規定した理由も上記の点間距離を規定したのと同様に、実際の溶接において接合が可能なもののみを選別するためである。
次に、選出した連結線の中心にポイントを設定し、メッシングソフトにより接合要素を配置し、接合候補２９を設定する（ステップＳ５）。
次に、一度計算をした平面要素ａ以外の部品Ａ上の全平面要素について、ステップＳ１〜ステップＳ５を順次おこなう（ステップＳ６）。
【００３１】
なお、接合生成部１６を用いて接合候補２９を設定する場合は、解析対象部２７の体積などに応じて、接合候補２９の数を設定してもよいし、設定可能な範囲でできる限り多く設定してもよい。
なお、図４は接合候補２９を10mmピッチで設定した例を示している。
【００３２】
〔第１固定接合設定部〕
第１固定接合設定部１７は、接合生成部１６で設定された接合候補２９を用いて構造体モデル２５について剛性解析を行って、応力、ひずみ、ひずみエネルギー、荷重等を算出する。次に、この算出した結果を順位づけし、部品組毎に最もひずみエネルギーの高い接合候補２９を１点選定する。ある接合候補２９のひずみエネルギーが最も高いということは、その接合候補２９が構造体モデル２５の剛性を高める上で最も重要であることを意味している。そして、この選出された１点を固定接合点３１（図７）として設定する。
【００３３】
上述した構造体モデル２５について接合候補２９を用いて剛性解析を行うとは、構造体モデル２５の解析対象部２７における接合候補２９の箇所がスポット溶接されているものとして構造体モデル２５を設定して、この構造体モデル２５について剛性解析を行うことである。
剛性解析を行う際の荷重拘束条件の一例を図５に示す。図５は、構造体モデル２５の一端を拘束して、他端においては、片側のフランジ部２３ａにおける端から長さ100mm、幅10mmの範囲に、図５中下向き（図５中の太い矢印を参照）に1N/mm2の力を付加する条件を示したものである。
【００３４】
上記荷重拘束条件で構造体モデル２５の剛性解析を行った結果を図６に示す。図６は各接合候補２９のひずみエネルギーのコンター図であり、色が濃いほどひずみエネルギーが高いことを示す。図６から分かる通り、端部から100mm付近の接合候補２９のひずみエネルギーが最も高くなった。そこで、この接合候補２９を固定接合点３１として設定した（図７参照）。なお、図７では、他の接合候補２９の図示を省略している。
【００３５】
〔最適化解析条件設定部〕
最適化解析条件設定部１８は接合候補２９に対して最適化解析条件を設定する。最適化解析条件には、目的条件と制約条件の２種類がある。
目的条件は、構造体モデル２５の目的に応じて設定される条件であり、例えば、ひずみエネルギーを最小にする、吸収エネルギーを最大にし発生応力を最小にする等がある。目的条件は１つだけ設定する。
制約条件は、最適化解析を行う上で課す制約であり、例えば、スポット溶接後の構造体モデル２５が所定の剛性を有するようにする等がある。制約条件は複数設定可能である。
【００３６】
〔最適化解析部〕
最適化解析部１９は、接合候補２９のうち固定接合点３１の周囲所定範囲を除く接合候補２９を対象として最適化解析を行い、解析対象とした接合候補２９のうち、最適化解析条件設定部１８で設定された最適化解析条件（目的条件、制約条件）を満たす有意な接合候補２９に限定する。
最適化解析部１９は、第２固定接合設定部２０で、接合候補２９の中から固定接合点３１を１つ選定する前の粗選定に相当する。
第２固定接合設定部２０では、剛性解析を行う際に接合候補２９をすべて用いて解析を行うのであるが、その前段階として、上記のように最適化解析部１９において、剛性解析で用いる接合候補２９の数をある程度絞り込むことで、第２固定接合設定部２０でよりスポット溶接後の構造体モデル２５の実態に近い状態として剛性解析を行うことができる。
【００３７】
最適化解析部１９は、最適化解析を行うにあたって、各接合候補２９のうち固定接合点３１の周囲の所定範囲（例えば、固定接合点３１を中心とする半径30mmの範囲）にあるものを解析対象から除外する。
こうすることによって、第２固定接合設定部２０において、各接合候補２９の中から新たに固定接合点３１を選出する際に、既にある固定接合点３１の周囲所定範囲内から新たな固定接合点３１が選出されることを防止する。従って、前記所定範囲を適切に設定すれば、固定接合点３１同士を十分離して設定することができ、それ故、固定接合点３１の箇所をスポット溶接する際に、既に溶接済みの箇所に分流することがなく、確実に各固定接合点３１の箇所をスポット溶接することができる。
【００３８】
最適化解析方法としては、トポロジー最適化を適用することができ、その場合には要素のペナルティ係数を４以上に設定して離散化を行うようにするのが好ましい。
トポロジー最適化で密度法を用いる場合に、中間的な密度が多い場合には離散化が好ましく、式（1）であらわされる。
Ｋ（ρ）＝ρｐＫ・・・・・（１）
ただし、
Ｋ：要素の剛性マトリックスにペナルティを科したマトリックス
Ｋ：要素の剛性マトリックス
ρ：密度
ｐ：ペナルティ係数
離散化によく用いられるペナルティ係数は２以上であるが、本発明ではペナルティ係数として４以上の値が接合の最適化に必要であることが明らかになった。
なお、最適化解析部１９はトポロジー最適化処理を行うものでもよいし、他の計算方式による最適化処理であってもよい。したがって、最適化解析部１９としては、例えば市販されている有限要素を用いた解析ソフトを使用することができる。
【００３９】
〔第２固定接合設定部〕
第２固定接合設定部２０は、まず、構造体モデル２５の解析対象部２７において、すでに設定された固定接合点３１の箇所と、最適化解析部１９で上記の周囲の所定範囲を除外して求めた接合点の箇所とがスポット溶接されているものとして構造体モデル２５を設定する。そして、この構造体モデル２５について剛性解析を行い、最もひずみエネルギーの高い接合点又は接合部を部品組毎に１箇所選定して次の固定接合点３１として設定する。
【００４０】
上記のように構成された接合最適化解析装置１を用いた板材２１とハット断面部材２３のフランジ部２３ａの最適な接合位置を求める方法について、主に図８に基づいて、図１〜図７および図９を適宜参照しながら説明する。
まず、解析対象部設定部１５によって構造体モデル２５に対して最適化処理の対象となる解析対象部２７を設定する（解析対象部設定ステップ、Ｓ１１）。本例では、構造体モデル２５全体を解析対象部２７とした（図２参照）。
【００４１】
次に、接合生成部１６によって上記設定した解析対象部２７に接合候補２９を設定する（接合候補設定ステップ、Ｓ１３）。本例では、接合候補２９を10mmピッチとした（図４参照）。
次に、第１固定接合設定部１７によって剛性解析を行い（図５および図６参照）、もっともひずみエネルギーが高い接合候補２９を固定接合点３１として設定する（図７および図９（ａ）参照）（第１固定接合設定ステップ、Ｓ１５）。
【００４２】
次に、最適化解析条件設定部１８によって最適化解析条件を設定し（最適化解析条件設定ステップ、Ｓ１７）、最適化解析部１９を用いて最適化解析を行って、接合候補２９の数をある程度絞り込む（最適化解析ステップ、Ｓ１９）。そして、第２固定接合設定部２０によって、固定接合点３１と、上記絞り込んだ接合候補２９を用いて剛性解析を行い、もっともひずみエネルギーが高い接合候補２９を次の固定接合点３１として設定する（図９（ｂ）参照）（第２固定接合設定ステップ、Ｓ２１）。なお、図９においては、接合候補２９を実線白丸で示しており、固定接合点３１を黒丸で示している。
【００４３】
このとき、最適化解析ステップ（Ｓ１９）においては、固定接合点３１の周囲所定範囲内にある接合候補２９を除外（例えば、固定接合点３１を中心とする半径30mmの範囲を除外する。図９において、除外された接合候補２９を破線の白丸で示している）して最適化解析を行っているので、第２固定接合設定ステップ（Ｓ２１）において固定接合点３１の周囲所定範囲内にある接合候補２９が固定接合点３１として設定されることはない。つまり、固定接合点３１同士の間隔（スポット間隔）を一定以上離すことができ、それ故、スポット溶接時に分流が発生することを確実に防止できる。
【００４４】
次に、上記で設定した固定接合点３１のみで剛性解析を行って剛性を求める（Ｓ２２）。
その後、固定接合点３１の数が、スポット溶接後に構造体モデル２５が所定の剛性に至ったか、または、剛性を得るのに十分な数（所定数）であるかどうかを確認する（Ｓ２３）。所定の剛性または所定数であれば処理を終了する。所定の剛性または所定数に達していなければ、再度、最適化解析ステップ（Ｓ１９）および第２固定接合設定ステップ（Ｓ２１）を繰り返して、固定接合点３１の数を１つずつ増やしていく（繰返しステップ、図９（ｃ）参照）。
【００４５】
以上のように本実施の形態では、接合最適化の対象となる部位を構造体モデル２５の中に解析対象部２７として設定し、設定された解析対象部２７に固定接合点３１を設定し、さらに解析対象部２７に接合候補２９を生成して、固定接合点３１の周囲所定範囲にある接合候補２９を削除して、残った接合候補２９の中から解析条件を満たす最適な１点を固定接合点３１として選出する。そして、新たに選出された固定接合点の周囲所定範囲にある接合候補２９を削除して、残った接合候補２９の中から解析条件を満たす最適な１点を固定接合点３１として選出するという処理を繰り返すことで固定接合点３１の数を増やす。
上記のように固定接合点３１を設定しているので、固定接合点３１に基づいて接合すれば、構造体の特性を向上することができる。
また、固定接合点３１同士を任意の距離以上離れるように設定することができるので、各固定接合点３１を互いに十分に離れるように設定すれば、固定接合点３１の位置に従ってスポット溶接する際に、分流が発生することがなく、確実に各固定接合点３１の箇所をスポット溶接することができる。
【００４６】
上記では解析対象として板材２１とハット断面部材２３の２部品で構成される構造体モデル２５について、１つの部品組の接合位置の最適化方法について説明した。次に、本実施の形態に係る構造体の接合位置の最適化解析方法を、より多くの部品（例えば、フロントピラー４３、センターピラー４５、ルーフサイドレール４７、ルーフパネル４９等）で構成される車体に適用した例について、図８および図１０〜図１９に基づいて以下に説明する。
【００４７】
まず、解析処理の対象となる車体の構造体モデル４１に最適化処理の対象となる解析対象部５１を設定する（解析対象部設定ステップ、Ｓ１１）。本例では、構造体モデル４１全体を解析対象部５１として設定した（図１０参照）。この場合、例えば、フロントピラー４３とルーフパネル４９（２部品からなる部品組）、ルーフパネル４９とルーフサイドレール４７（２部品からなる部品組）、フロントピラー４３とルーフパネル４９とルーフサイドレール４７（３部品からなる部品組）等の複数の部品組がある。
【００４８】
次に、解析対象部５１に接合候補２９を設定する（接合候補設定ステップ、Ｓ１３）。構造体モデル４１には、図１１に示す通り、各部品組の当接部分に密に接合候補２９が設定されている。
次に、剛性解析を行って固定接合点３１を１点設定する（第１固定接合設定ステップ、Ｓ１５）。剛性解析条件は、図１２に示すように、構造体モデル４１を支持する４箇所（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）のうち３箇所を拘束し、残りの１箇所に荷重を付加するものとした。
図１３は剛性解析の結果に基づいて、部品組毎にひずみエネルギーが最大の接合候補２９を１点選出し、それぞれを固定接合点３１として設定した状態を示す図である。図１３（ａ）は、構造体モデル４１の全体を示し、図１３（ｂ）は構造体モデル４１における一つの部品組の当接部分の一部を拡大して示している。なお、図の複雑化を避けるため、図１３（ａ）においては、接合候補２９の図示を省略し、他方、図１３（ｂ）においては、図９と同様に、接合候補２９を白丸で、固定接合点３１を黒丸でそれぞれ示している。
【００４９】
次に、最適化解析条件を設定し（最適化条件設定ステップ、Ｓ１７）、最適化解析を行って接合候補２９の絞り込みを行う（最適化解析ステップ、Ｓ１９）。図１４は、最適化解析を行う前処理として、固定接合点３１の周囲30mm以内にある接合候補２９を解析対象から除外するために削除した状態を図示したものである。図１４中の構造体モデル４１中の四角で囲んだ部分を拡大したものを矢印の先に示している。図１４の拡大図に示すように、固定接合点３１を中心として円形に接合候補２９が削除されている。この状態から最適化解析を行って絞り込まれた接合候補２９のみを表示したものが図１５である。
【００５０】
次に、固定接合点３１と絞り込まれた接合候補２９とを用いて剛性解析を行って、部品組毎にひずみエネルギーが最大の接合候補２９を１点選出し、それぞれを固定接合点３１として設定する（第２固定接合設定ステップ、Ｓ２１）。剛性解析条件は図１２で説明した条件と同様である。
図１６は、剛性解析の結果に基づいて、各部品組について固定接合点３１を一つ追加した状態を示す図であり、図１３と同様に、図１６（ａ）は全体を示し、図１６（ｂ）は一部を拡大して示している。なお、図１６（ａ）においては、図１３と同様に、接合候補２９の表示を省略している。また、図１６（ｂ）においては、最適化解析ステップ（Ｓ１９）で削除された接合候補２９を破線の丸で示している。
【００５１】
次に、固定接合点３１のみで剛性解析を行い（Ｓ２２）、所定の剛性に至ったか、または、固定接合点３１の数が所定数に達しているかどうかを判定する（Ｓ２３）。判定の結果、所定数に達していなかったので、再度、最適化解析ステップ（Ｓ１９）と第２固定接合設定ステップ（Ｓ２１）を繰り返した。図１７は、固定接合点３１の周囲30mm以内にある接合候補２９を解析対象から除外するために削除した状態を図示したものである。図１７は、図１４の場合と比較して、固定接合点３１の数が増加しているので、削除された接合候補２９が多くなっている。図１８は、２回目の最適化解析ステップ（Ｓ１９）の結果である。
上記のように、最適化解析ステップ（Ｓ１９）と第２固定接合設定ステップ（Ｓ２１）を繰り返して固定接合点３１を１点ずつ増やしていき、固定接合点３１の数が所定数に達した状態（所定の剛性を得た状態）を図１９に示す。図１９においては、図１３と同様に、図１９（ａ）は全体を示し、図１９（ｂ）は一部を拡大して示している。
【００５２】
以上のように、部品組を複数有する車体の構造体モデル４１であっても、部品組毎に問題なく固定接合点３１を、最適位置にかつ各固定接合点３１同士を十分に離して設定できる。従って、固定接合点３１の位置に従ってスポット溶接する際に、分流が発生することがなく、確実に各固定接合点３１の箇所をスポット溶接でき、かつ例えば車体構造における溶接個所の最適化が可能になり、溶接コストの低減が実現できる。
【００５３】
なお、上記では、最適化解析ステップ（Ｓ１９）において、接合候補２９をある程度絞り込むことで、第２固定接合設定ステップ（Ｓ２１）において、よりスポット溶接後の実態に近い剛性解析を行うことができるものを例に説明したが、最適化解析ステップ（Ｓ１９）を行わずに、第２固定接合設定ステップ（Ｓ２１）だけを行うようにしてもよい。この場合、第２固定接合設定ステップ（Ｓ２１）では、固定接合点３１と接合候補２９のうち固定接合点３１の周囲所定範囲を除く接合候補２９とを用いて剛性解析を行う。また、繰返しステップでは、第２固定接合設定ステップ（Ｓ２１）のみを繰り返すようにする。なお、この場合、最適化条件設定ステップ（Ｓ１７）は不要である。さらに、接合候補２９をある程度絞り込むまで、最適化解析ステップ（Ｓ１９）を行い、絞り込んだ後、最適化解析ステップ（Ｓ１９）を行わずに上記を繰り返してもよい。
【００５４】
なお、上記第１固定接合設定部１７および第２固定接合設定部２０では、ひずみエネルギーを用いて順位づけを行う例について説明したが、応力、ひずみ、荷重等を用いて順位づけをしてもよい。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の効果を確認する実験を行ったので、これについて説明する。
実験は様々な条件で構造体モデル４１（車体、図１０参照）における接合位置の最適化を行い、その結果に基づいてスポット溶接の設定をした構造体モデル４１について剛性解析を行い、剛性向上率を比較するというものである。
解析に用いた構造体モデル４１（車体）の寸法は、幅1200mm、長さ3350mm、高さ1060mmで、板厚0.65mmから2.0mmの鋼板および鋼材を用いた。基準の重量は110kgであり、元の形状でのねじり剛性の平均値は30.7(kN*m/deg)である。
なお、本実施例では鋼ベースの材料を用いたが、アルミニウム、チタニウム、マグネシウム、ガラス、樹脂、ゴム等、種種の材料を用いても何ら問題はない。
【００５６】
接合位置の最適化は条件を変えて４種類（発明例１〜発明例４）行った。それぞれの実験内容について、より具体的に以下に説明する。
発明例１〜発明例４では、接合候補設定ステップにおいて10mmピッチで接合候補２９を24124個設定した。第１固定接合設定ステップで設定された固定接合点３１の数は142個であり、所定の剛性を得るのに十分な固定接合点３１が1003個になるまで処理を繰り返した。
【００５７】
発明例１〜発明例３では、最適化解析ステップを実施して有意な接合候補２９の絞り込みを行ったのに対して、発明例４は、最適化解析ステップを実施しなかった。
スポット間隔（固定接合点３１同士の間隔）は短い方が剛性は向上するが、短すぎると溶接時に分流が発生してしまうため、スポット間隔は溶接機の性能に応じて所定値以上に設定する必要がある。そこで、本実施例では、スポット間隔が前記所定値以上になるように設定した。
具体的には、発明例１〜発明例３では、スポット間隔がそれぞれ30mm超、40mm超、50mm超になるように、最適化解析ステップにおいて固定接合点３１の周囲30mm、40mm、50mm以内の接合候補２９を候補から除外した。発明例で４は、スポット間隔が30mm超になるように、第２固定接合設定ステップにおいて固定接合点３１の周囲30mm以内の接合候補２９を候補から除外した。
【００５８】
また、比較例として構造体モデル４１に、スポット間隔が30mm以上になるように接合点６１を30mmピッチで24124個設定し、予め固定点を設定せずに最適化解析（トポロジー解析）を実施して、設定した接合点６１の中から有意なものを1003個選定した（図２０参照）。
【００５９】
次に、発明例１〜発明例４と比較例のそれぞれで算出した固定接合点３１または接合点６１に基づいて接合した構造体モデル４１に対して剛性解析を行った。剛性解析条件は、図１２に示すａ、ｂ、ｃ、ｄの４か所のうち１か所に0.5kNの荷重を与え、他方３か所を拘束し、ねじりを与える４通りのものとした。
発明例１〜発明例４および比較例についての条件および剛性解析の結果をまとめたものを表１に示す。
【００６０】
【表１】
2014149734.tif 000003
【００６１】
表１における剛性向上率とは、３か所拘束、１か所ねじりの４通りの場合の平均値とし、接合点を40〜90mmピッチ（車体の主要部材であるクロスメンバ、サイドメンバ、シル等は80mmピッチ、ピラー等は90mmピッチ）で1003個設定した場合を基準として、その場合の剛性に対する剛性の向上率をいう。
表１に示すように、比較例では剛性向上率が1.4%低下している。他方、発明例１〜発明例４では、すべてにおいて剛性向上率が大幅に向上している。
以上のことから、本発明による接合位置の最適化が適切であることが実証された。
なお、発明例１と発明例４は同一スポット間隔でも、最適化解析ステップを実施した発明例１の方が、剛性向上率が向上しており、より好適である。これは、上述したとおり、接合候補２９の数をある程度絞り込んだ方が、第２固定接合設定ステップにおいてより実態に近い状態で剛性解析を行うことができるため解析の精度がより高いからである。
【符号の説明】
【００６２】
１  接合最適化解析装置
３  表示装置
５  入力装置
７  記憶装置
９  作業用データメモリ
１１  演算処理部
１３  構造体モデルファイル
１５  解析対象部設定部
１６  接合生成部
１７  第１固定接合設定部
１８  最適化解析条件設定部
１９  最適化解析部
２０  第２固定接合設定部
２１  板材
２３  ハット断面部材
２３ａ  フランジ部
２５  構造体モデル
２７  解析対象部
２９  接合候補
３１  固定接合点
４１  構造体モデル
４３  フロントピラー
４５  センターピラー
４７  ルーフサイドレール
４９  ルーフパネル
５１  解析対象部
６１  接合点
【図１】
2014149734.tif 000004
【図３】
2014149734.tif 000005
【図８】
2014149734.tif 000006
【図９】
2014149734.tif 000007
【図２】
2014149734.tif 000008
【図４】
2014149734.tif 000009
【図５】
2014149734.tif 000010
【図６】
2014149734.tif 000011
【図７】
2014149734.tif 000012
【図１０】
2014149734.tif 000013
【図１１】
2014149734.tif 000014
【図１２】
2014149734.tif 000015
【図１３】
2014149734.tif 000016
【図１４】
2014149734.tif 000017
【図１５】
2014149734.tif 000018
【図１６】
2014149734.tif 000019
【図１７】
2014149734.tif 000020
【図１８】
2014149734.tif 000021
【図１９】
2014149734.tif 000022
【図２０】
2014149734.tif 000023