(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の解析対象物に対して軸方向に荷重が入力された場合の荷重特性を有限要素法により解析する荷重特性の解析方法であって、
解析モデルのメッシュの配列方向を、前記軸方向に対して傾斜させた解析モデルを生成するステップと、
前記解析モデルの軸方向に荷重を負荷したときに発現する荷重を解析するステップと、を含む、
コンピュータにより行われる荷重特性の解析方法。
【請求項２】
前記コンピュータは、前記メッシュの配列方向を、前記軸方向に対して４５度傾斜させた前記解析モデルを生成する、請求項１に記載の荷重特性の解析方法。
【請求項３】
前記コンピュータは、前記メッシュが四角形のメッシュである前記解析モデルを生成する、請求項１又は２に記載の荷重特性の解析方法。
【請求項４】
前記コンピュータは、複数層からなる前記解析対象物を、一つの解析モデルで再現する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷重特性の解析方法。
【請求項５】
前記解析モデルは、前記荷重が入力される側の軸方向端部に、当該軸方向端部に向かって外径が小さくなるテーパ部を有する前記解析対象物の解析モデルである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷重特性の解析方法。
【請求項６】
前記解析対象物が、炭素繊維強化樹脂製のエネルギ吸収部材である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷重特性の解析方法。
【請求項７】
筒状の解析対象物の荷重特性を有限要素法により解析するために前記解析対象物の解析モデルを生成する解析モデル生成装置であって、
前記筒状の解析対象物の軸方向に対して傾斜する方向にメッシュが配列するメッシュパターンにより解析モデルを生成する、解析モデル生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状の解析対象物の荷重特性を解析するための、荷重特性の解析方法及び解析モデル生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、衝突発生時に圧壊し、衝突エネルギを吸収するエネルギ吸収部材が備えられている。エネルギ吸収部材の代表的な例として、フロントバンパビームとフロントフレームとの間に配置されるクラッシュボックスが挙げられる。従来、鉄鋼板等の金属材料により構成されたエネルギ吸収部材が用いられていたが、近年、車体の軽量化のために、炭素繊維が混合された繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製のエネルギ吸収部材が実用化されている。
【０００３】
かかるＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材は筒状をなし、軸方向に衝突荷重が入力されると、外巻きにあるいは内巻きに連続的に潰れながら圧壊する。鉄鋼板製のクラッシュボックスが比較的大きい間隔で座屈しながら潰れるのに対して、ＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材は連続的に潰れるため、荷重特性の面においても、圧壊荷重が安定するという利点がある。
【０００４】
このようなＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材の軸方向圧壊時における荷重特性を解析するＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）技術として、メッシュパターンによりエネルギ吸収部材の解析モデルを構築して、有限要素法により解析を行う手法がある。有限要素法は、コンピュータによるシミュレーション手法であって、無限の自由度を持つ解析対象の構造体を有限個のメッシュに仮想的に分割し、当該各メッシュの衝突による変形をシミュレーションにより解析するものである。一般に、有限要素法による衝突解析に用いるメッシュは、荷重が入力される方向である軸方向及び当該軸方向に直交する方向に配列されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４９６４３号公報
【特許文献２】特開２００８−３３６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のメッシュパターンを用いて解析を行った場合、本来安定的に推移するはずの圧壊荷重の変動幅が大きく現れ、実際の解析対象物に対する解析結果の再現精度が低くなる場合がある。特に、メッシュサイズによっては、当該メッシュの一辺の長さに相当する間隔を空けて荷重特性にスパイクピークが現れ、圧壊荷重のばらつきがさらに大きくなる場合が見られた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、筒状の解析対象物の荷重特性の再現精度を向上可能な、新規かつ改良された荷重特性の解析方法及び解析モデル生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、筒状の解析対象物に対して軸方向に荷重が入力された場合の荷重特性を有限要素法により解析する荷重特性の解析方法であって、解析モデルのメッシュの配列方向を、前記軸方向に対して傾斜させた解析モデルを生成するステップと、前記解析モデルの軸方向に荷重を負荷したときに発現する荷重を解析するステップと、を含む、コンピュータにより行われる荷重特性の解析方法が提供される。
【０００９】
前記コンピュータは、前記メッシュの配列方向を、前記軸方向に対して４５度傾斜させた前記解析モデルを生成してもよい。
【００１０】
前記コンピュータは、前記メッシュが四角形のメッシュである前記解析モデルを生成してもよい。
【００１１】
前記コンピュータは、複数層からなる前記解析対象物を、一つの解析モデルで再現してもよい。
【００１２】
前記解析モデルは、前記荷重が入力される側の軸方向端部に、当該軸方向端部に向かって外径が小さくなるテーパ部を有する前記解析対象物の解析モデルであってもよい。
【００１３】
解析対象物が、炭素繊維強化樹脂製のエネルギ吸収部材であってもよい。
【００１４】
また、本発明の別の観点によれば、筒状の解析対象物の荷重特性を有限要素法により解析するために解析対象物の解析モデルを生成する解析モデル生成装置であって、筒状の解析対象物の軸方向に対して傾斜する方向にメッシュが配列するメッシュパターンにより解析モデルを生成する、解析モデル生成装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、筒状の解析対象物に対して軸方向に荷重が入力された場合の荷重特性の再現精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】解析対象物の一態様であるエネルギ吸収部材を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる圧壊特性の解析方法を説明するための図である。
【図３】従来のメッシュパターンを示す説明図である。
【図４】従来のメッシュパターンを用いた解析モデルによる解析結果を示す図である。
【図５】メッシュの分割数によるメッシュの変形の差を示す説明図である。
【図６】同実施形態にかかるエネルギ吸収構造体の解析モデルを示す図である。
【図７】同実施形態にかかるメッシュパターンを示す説明図である。
【図８】同実施形態にかかるメッシュパターンを用いた解析モデルによる解析結果を示す図である。
【図９】試験片を用いた引張試験の解析結果を示す図である。
【図１０】試験片を用いたＶ曲げ試験の解析結果を示す図である。
【図１１】Ｖ曲げ試験について説明するための図である。
【図１２】同実施形態にかかる荷重特性の解析方法による解析結果を説明するための図である。
【図１３】同実施形態にかかる解析モデル生成装置の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
＜１．解析対象物の例＞
まず、荷重特性を解析する筒状の解析対象物の一例として、車両に備えられるエネルギ吸収部材について説明する。図１は、エネルギ吸収部材１の斜視図である。エネルギ吸収部材１は、例えば、車両のフロントバンパビームとフロントフレームとの間に設けられ、車両が、先行車両や障害物その他の対象物に衝突したときに衝突荷重を受けて圧壊し、衝突エネルギを吸収する。また、エネルギ吸収部材１は、衝突荷重が大きい場合には、衝突荷重をフロントフレームに効率的に伝達する役割も担う。
【００１９】
エネルギ吸収部材１は、熱硬化性樹脂と炭素繊維とを用いた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）により形成される。エネルギ吸収部材１は、円筒形状をなし、径方向に複数層が積層されて構成されている。かかるＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材１は、例えば、繊維材料及び熱可塑性樹脂を用いた組紐及び縦紐によって構成される組物とし得る。ＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材１は、衝突荷重が軸方向に入力されたときに先端側から逐次破壊しながら潰れることによって圧壊荷重が発現する。ＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材１は、鉄鋼板製のクラッシュボックスに比べて小さい間隔で座屈し、あるいは、逐次破壊するために、荷重変動の少ない安定した衝撃エネルギ吸収を実現することができる。また、ＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材１は、潰れ残り量が比較的少なく、単位重量当たりの衝撃エネルギ吸収量が大きいという特性を有する。
【００２０】
エネルギ吸収部材１を構成する繊維強化樹脂に使用される強化繊維は、炭素繊維に限定されない。例えば、炭素繊維のほかにも、ガラス繊維等のセラミックス繊維や、アラミド繊維等の有機繊維、さらにはこれらを組み合わせた強化繊維を使用することができる。
【００２１】
また、エネルギ吸収部材１を構成する繊維強化樹脂のマトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよく、熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂の場合、その主材としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などが例示される。熱硬化性樹脂は、このうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物であってもよい。これらの熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に採用する場合、熱硬化性樹脂に対して適切な硬化剤や反応促進剤が添加されてもよい。
【００２２】
熱可塑性樹脂の場合、その主材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性ポリエステル系樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などが例示される。
【００２３】
熱可塑性樹脂は、このうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物であってもよい。熱可塑性樹脂が混合物である場合には、さらに相溶化剤が併用されてもよい。さらに、熱可塑性樹脂には、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などが加えられてもよい。比較的大量生産することが求められる自動車用の部材には、成形のしやすさ、量産性の観点から、熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。
【００２４】
円筒形状を有するエネルギ吸収部材１は、軸方向が、車両の前後方向に沿うように配置される。かかるエネルギ吸収部材１の寸法は、車両の大きさや、得ようとする荷重特性、エネルギ吸収部材１の重量等によって適宜設計することができる。例えば、エネルギ吸収部材１の軸方向長さは１００〜２００ｍｍであり、内側空間の直径は４０〜７０ｍｍであり、厚さは３ｍｍである。
【００２５】
エネルギ吸収部材１は、衝突荷重が入力され得る端部側に、当該端部に向かって縮径するテーパ部３を有する（以下、テーパ部３を有する端部を「先端」ともいう。）。かかるテーパ部３が設けられることにより、エネルギ吸収部材１の先端面に圧力がかけられたときに、エネルギ吸収部材１を構成する各層間で剥離が生じやすくなる。これにより、エネルギ吸収部材１の先端側の破壊のきっかけが与えられ、エネルギ吸収部材１を容易に逐次破壊させることができる。
【００２６】
＜２．荷重特性の解析方法＞
（２−１．概要）
次に、エネルギ吸収部材１が軸方向に圧壊する際の荷重特性（ＦＳ特性）を有限要素法により解析する手法について説明する。図２は、エネルギ吸収部材１の衝突をシミュレーションして荷重特性をコンピュータ解析する手法を示す説明図である。解析モデル１０の先端は自由端とされ、後端は固定端とされる。エネルギ吸収部材１の荷重特性は、エネルギ吸収部材１を四角形のメッシュで分割した解析モデル１０の先端をインパクタ３０に突き当てた状態で、インパクタ３０を所定の圧力でエネルギ吸収部材１の軸方向に移動させたときの解析モデル１０の変形量（Ｓ：ｍｍ）と負荷される荷重（Ｆ：ｋＮ）との関係を示すものである。
【００２７】
有限要素法による解析は、解析モデルや解析条件を設定して行われる。具体的には、衝突解析に用いられる解析コード、メッシュ、解析対象物の形状、インパクタの質量、荷重入力速度（衝突速度）、解析対象物の弾性率、引張降伏強度、比重、ポアソン比等の値が設定される。エネルギ吸収部材１の物性値は、試験片を作成して測定し得る。
【００２８】
（２−２．課題の詳述）
荷重特性を有限要素法により解析する際に、一般的なメッシュパターンによれば、エネルギ吸収部材１の軸方向及び軸方向に直交する方向に沿ってメッシュが配列された解析モデルが得られる。図３は、一般的なメッシュパターンにおけるメッシュの配列を示す模式図であり、軸方向Ａ及び軸方向Ａに直交する方向に沿ってメッシュが配列されている。
【００２９】
このようなメッシュパターンでは、メッシュの一辺の長さ（以下、「メッシュサイズ」ともいう。）に対応する間隔ごとにスパイクピークが発現する。これは、かかるメッシュパターンでは、一段目のメッシュＭ１から軸方向荷重（応力）が伝達され得る二段目のメッシュＭ２は一つのみであり、メッシュの一辺の長さに対応する間隔で、荷重の増大及び破壊による荷重の減少が繰り返され、荷重の変動幅が大きくなることによる。
【００３０】
これに対して、メッシュサイズを小さくすることにより、荷重の変動幅やノイズを低減することができるとも考えられるが、メッシュサイズがある一定のサイズを下回ると、再び過度なスパイクピークが発現するため、有効な手段にはなり得ない。
【００３１】
図４は、一般的なメッシュパターンにより解析モデルを構築し、有限要素法による解析を行って得られた結果を示す。図４の上段は、メッシュサイズを５ｍｍに設定した場合の解析結果であり、図４の中段は、メッシュサイズを２．５ｍｍに設定した場合の解析結果であり、図４の下段は、メッシュサイズを１．２５ｍｍに設定した場合の解析結果である。
【００３２】
メッシュサイズを５ｍｍに設定した場合、メッシュサイズに相当する５ｍｍ間隔でスパイクピークが発現していることが分かる。メッシュサイズをより小さい２．５ｍｍに設定した場合、荷重の変動幅が小さくなっている一方で、メッシュサイズをさらに小さい１．２５ｍｍに設定した場合には、再びスパイクピークが発現していることが分かる。この理由は以下のとおりと考えられる。
【００３３】
すなわち、メッシュサイズはメッシュの変形に影響を及ぼし、メッシュサイズを小さくしすぎると、荷重の入力が一部のメッシュに集中する。集中した荷重は、材料の応力−歪領域（ＳＳ領域）をダメージ領域に移行させ、さらなる変形を引き起こす。その結果、荷重が集中したメッシュが十分に変形した後に、これらのメッシュが同時に削除されることになって、過度なスパイクが発生する。
【００３４】
図５は、同一の領域を４つのメッシュに分割した場合（左側）と分割しない場合（右側）とでのメッシュの変形の挙動の違いを説明するための図である。メッシュサイズが大きい場合（右側：分割しない場合）には、メッシュが確実に変形して、次のメッシュにも応力を伝達し得る。一方、メッシュサイズが小さい場合（左側：分割した場合）には、歪みが上の二つのメッシュに集中して、同領域内でメッシュの逐次破壊を生じる。このように、メッシュが破壊されるごとにスパイクピークが発現する。
【００３５】
したがって、解析対象物の構成や構成材料の物性に応じた適切なメッシュサイズを選択することにより、荷重特性のスパイクピークを抑制することができる。ただし、図４の中段の解析結果からも分かるように、依然として、スパイクピークを抑制しきれていない。
【００３６】
さらに、本実施形態における解析対象物であるエネルギ吸収部材１は、径方向に複数層が積層されて構成されているため、荷重特性の解析結果の精度を向上させるには、各層ごとの荷重特性だけでなく、各層間の靱性についても考慮しなければならない。そのため、解析に多大な工数を要することとなる。特に、図１に示したエネルギ吸収部材１は先端にテーパ部３を有しているため、当該テーパ形状を再現した解析モデルでは、各層ごとの荷重特性の波形の位相がずれやすい。その結果、解析結果の精度がさらに低下しやすい。
【００３７】
これらの課題に対して、本実施形態にかかる解析方法では、メッシュの配列方向を、軸方向に対して傾斜させた解析モデルを用いる。これにより、ＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材１の荷重特性に対して、解析結果のずれやばらつきが低減され、解析結果の精度を向上させることができる。
【００３８】
（２−３．解析モデル）
図６は、本実施形態にかかる解析方法で用いる解析モデル１０を示す。かかる解析モデル１０は、図１に示したエネルギ吸収部材１の解析モデルの例である。かかる解析モデル１０では、四角形のメッシュが、荷重入力方向である軸方向Ａに対して傾斜して配列されている。図６に示した例では、メッシュは、軸方向Ａに対して４５°傾斜して配列されている。図７は、解析モデル１０のメッシュパターンを示す模式図である。
【００３９】
本実施形態にかかる解析モデル１０のメッシュパターンでは、一段目のメッシュＭ１から、軸方向荷重（応力）が伝達され得る二段目のメッシュＭ２は三つになる。さらに、二段目のメッシュＭ２からも、それぞれ三つの三段目のメッシュＭ３に対して軸方向荷重が伝達される。したがって、一つのメッシュから軸方向荷重が分散して他のメッシュに伝達されるようになる。また、メッシュの配列を軸方向に対して傾斜させることにより、同じメッシュサイズであっても、軸方向及び軸方向に直交する方向に沿ってメッシュを配列した場合に比べて、軸方向変位に応じてメッシュの節点が現れる間隔が短くなる。したがって、荷重の増大及び破壊による荷重の減少の変動幅が低減する。
【００４０】
このように、メッシュの配列方向が荷重入力方向に対して傾斜したメッシュパターンを採用することによって、荷重特性のずれやばらつきが小さくなるため、複数の層からなる解析対象物であっても、一つの（一層の）メッシュパターンによって再現することができる。さらに、荷重特性のずれやばらつきが小さくなることから、解析対象物がテーパ形状を有する場合であっても、一つのメッシュパターンによって再現することができる。したがって、解析結果の精度を担保しつつ、荷重特性の解析に要する工数を大幅に低減することができる。
【００４１】
このとき、メッシュサイズは、解析対象物の形状や構成材料の物性等に応じて、あらかじめ適切な値に設定し得る。なお、周方向に沿って並ぶメッシュの数が同じになるようにメッシュを分割することにより、テーパ部３におけるメッシュサイズが、その直径に応じて、テーパ部３以外の部分のメッシュサイズよりも徐々に小さくなる。これにより、一つのメッシュパターンでテーパ部３の荷重特性も再現することができる。
【００４２】
なお、メッシュの配列方向の傾斜角度は４５°に限られない。メッシュの配列方向を、荷重入力方向に対して適宜の角度で傾斜させることによって、一つのメッシュから軸方向荷重が伝達され得るメッシュの数が複数になり得るため、荷重の変動幅を低減し得る。ただし、メッシュの配列方向が過度に小さく（大きく）なると、軸方向荷重が一つのメッシュに対して集中して伝達されやすくなり、荷重の変動幅を低減する効果が得られにくくなる。したがって、メッシュの配列方向を、荷重入力方向に対して３０〜６０°の範囲内で傾斜させることが好ましく、４０〜５０°の範囲内で傾斜させることがより好ましい。
【００４３】
（２−４．荷重特性の挙動）
図８は、メッシュサイズを２．５ｍｍとして、軸方向に対して４５°傾斜させてメッシュを配列した解析モデル１０を用いた荷重特性の解析結果を示している。なお、かかる解析においては、図４に示した解析のときと同じ解析モデルを使用した。
【００４４】
図８に示すように、本実施形態にかかる荷重特性の解析方法では、同じメッシュサイズの解析モデルである図４の中段の解析結果に比べて、荷重の変動幅が著しく小さくなっている。すなわち、本実施形態にかかる荷重特性の解析方法によれば、荷重特性のずれやばらつきが小さくなって、解析結果の精度が向上することが分かる。
【００４５】
（２−５．剛性領域の信頼性）
上記解析結果において、各メッシュにおいて破断が生じるまでの剛性領域において、一般的なメッシュパターンと本実施形態によるメッシュパターンとの間で差異が生じないことについて説明する。
【００４６】
各メッシュが破断した後の挙動については、解析モデルが異なることによる解析結果の違いが現れ得る一方、剛性領域での荷重の挙動については、基本的に変化しないものと考えられる。そこで、試験片をそれぞれのメッシュパターンの解析モデルで再現し、引張試験及びＶ曲げ試験を行って、剛性領域での荷重の挙動の信頼性を確認した。
【００４７】
図９は、試験片を用いた引張試験の解析結果を示す。引張試験では、長さが３００ｍｍ、幅が５０ｍｍの試験片を、それぞれ、長さ方向及び長さ方向に直交する方向に沿ってメッシュを配列したメッシュパターン、及び、長さ方向に対して４５°傾斜させてメッシュを配列したメッシュパターンにより再現したモデルを用いた。図９の横軸は変位（ｍｍ）を示し、縦軸は引張応力（ｋＮ）を示す。図９に示すように、二つのモデルともに破断が生じるまでの領域において、引張応力の挙動に差異は生じていない。
【００４８】
図１０は、試験片を用いたＶ曲げ試験の解析結果を示す。Ｖ曲げ試験では、長さが３００ｍｍ、幅が５０ｍｍの試験片を、それぞれ、長さ方向及び長さ方向に直交する方向に沿ってメッシュを配列したメッシュパターン、及び、長さ方向に対して４５°傾斜させてメッシュを配列したメッシュパターンにより再現したモデルを用いた。Ｖ曲げ試験は、図１１に示すように、試験片ＴＰの中央部分を、幅６０ｍｍの溝２０の延在方向と試験片ＴＰの長さ方向とが交差するように溝２０上に配置し、試験片ＴＰを上方から押圧した場合の表面歪みをシミュレーションすることにより行った。図１０の横軸は時間（秒）を示し、縦軸は歪みを示す。図１０に示すように、二つのモデルともに破断が生じるまでの領域において、歪みの挙動に差異は生じていない。
【００４９】
試験片を用いたこれらの試験の解析結果から、荷重の入力方向に対して傾斜する方向にメッシュを配列させたメッシュパターンを用いた場合であっても、剛性領域における荷重の挙動に差異は生じないことが分かる。一方、それぞれのメッシュパターンにより生成した解析モデルでは、破断が生じた後、すなわち、強度が最大となった後の引張応力あるいは歪みに差異が現れている。これは、メッシュの配列方向を、荷重の入力方向に対して傾斜させた結果、軸方向荷重（応力）が伝達されるメッシュの数が増加したことによって、より広い範囲に荷重が伝達されることによるものである。
【００５０】
（２−６．解析結果）
図１２は、本実施形態にかかる解析方法により得られたエネルギ吸収部材１の荷重特性の解析結果を示している。かかる解析結果は、メッシュサイズを２．５ｍｍとし、エネルギ吸収部材１の軸方向に対して４５°傾斜させてメッシュを配列したメッシュパターンにより図６に示すような解析モデル１０を生成して衝突解析を行って得られた結果である。図１２中、実線が本実施形態にかかる解析方法により得られた解析結果を示し、破線、二点鎖線、点線が、すべて実際のエネルギ吸収部材１を用いて荷重を測定した結果を示す。
【００５１】
解析対象物であるエネルギ吸収部材１は、図１に示した、複数層（ここでは６層）からなり、先端にテーパ部３を有するエネルギ吸収部材１である。また、解析は、静的条件下の軸圧潰解析とし、解析には、汎用ソフトであるＬＳ−ＤＹＮＡを使用した。
【００５２】
図１２に示すように、本実施形態にかかる解析方法により得られた解析結果は、実際のエネルギ吸収部材１の荷重特性に対して、高い再現性を示していることが分かる。すなわち、複数層からなり、先端にテーパ部３を有するＣＦＲＰ製のエネルギ吸収部材１であっても、一つのメッシュパターンにより生成した解析モデル１０により、高い精度で荷重特性を再現することができる。したがって、荷重特性の解析に要する工数を大幅に低減することができる。
【００５３】
＜３．解析モデル生成装置＞
次に、本実施形態にかかる筒状のエネルギ吸収部材１の解析モデル１０を生成するための装置の構成例について説明する。図１３は、解析モデル生成装置１００のハードウェア構成を機能ブロックで示した図である。解析モデル生成装置１００は、演算処理装置（ＣＰＵ）１１０、一時記憶メモリ１１２、記憶部１１４、入力部１１６、表示部１１８を備える。
【００５４】
記憶部１１４は、例えば衝突解析プログラムをインストールしたハードディスクにより構成される。インストールされた衝突解析プログラムは、演算処理装置１１０により実行される。一時記憶メモリ１１２は、演算処理装置１１０による演算結果や各種の設定値を記憶する部分であり、例えばＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子により構成される。入力部１１６は、例えばキーボードであり、ユーザの指示や文字入力を解析モデル生成装置１００に入力するためのものである。表示部１１８は、演算処理装置１１０の指示により、表示画面に画面表示を行う。
【００５５】
演算処理装置１１０は、衝突解析プログラムを実行することにより、メッシュパターンを形成し、解析モデル１０を生成する。メッシュパターンの基準メッシュ数は、あらかじめ設計者によって適切な値に設定され、一時記憶メモリ１１２等に記憶されている。基準メッシュ数は、例えば、筒の半周での分割数、半周分のメッシュの総数、各メッシュが互いに接する節点の数、自由度のうちの少なくとも一つによって表し得る。
【００５６】
演算処理装置１１０は、解析対象物の形状データを読み込んだ後、設定された基準メッシュ数に基づいて、メッシュパターンを形成する。このとき、荷重入力方向である軸方向に対して４５度オフセットした複数の基準点を設定し、メッシュが当該複数の基準点に沿うようにメッシュパターンを形成する。これにより、荷重入力方向である軸方向に対して４５°傾斜させてメッシュを配列した解析モデル１０が生成される。
【００５７】
このように生成される解析モデル１０を用いて、有限要素法により荷重特性の解析を行うことにより、実際の解析対象物の荷重特性と比較して、解析結果のずれやばらつきが小さくなる。したがって、複数層からなり、かつ、先端にテーパ部３を有するエネルギ吸収部材１であっても、一つの解析モデル１０によって荷重特性を精度よく解析することができる。その結果、荷重特性の解析に要する工数を大幅に低減することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態にかかる荷重特性の解析方法によれば、筒状の解析対象物の軸方向荷重に対する荷重特性を有限要素法により解析する際に、荷重入力方向に対して傾斜してメッシュを配列した解析モデル１０が用いられる。これにより、軸方向荷重が伝達されるメッシュが増やされ、荷重の変動幅を小さく抑えることができる。したがって、実際の解析対象物の荷重特性に対する解析結果のずれやばらつきが小さくなり、解析結果の精度を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施形態にかかる解析モデル生成装置１００によれば、筒状の解析対象物の軸方向荷重に対する荷重特性を有限要素法により解析する際に用いる解析モデル１０として、荷重入力方向に対して傾斜させてメッシュを配列した解析モデルが生成される。かかる解析モデル１０を用いて荷重特性を解析することによって解析結果の精度を向上させることができる。
【００６０】
このため、解析対象物が複数層からなる場合や、テーパ形状を有する場合であっても、一つのメッシュパターンにより生成される解析モデルを用いて、高い精度で荷重特性の解析結果を得ることができる。したがって、荷重特性の解析に要する工数を大幅に低減することができる。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、上記の実施形態及び各変形例を互いに組み合わせた態様も、当然に本発明の技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００６２】
１    エネルギ吸収部材（解析対象物）
３    テーパ部
１０    解析モデル
１００    解析モデル生成装置
【要約】
【課題】筒状の解析対象物に対して軸方向に荷重が入力された場合の荷重特性の再現精度を向上可能な荷重特性の解析方法及び解析モデル生成装置を提供する。
【解決手段】筒状の解析対象物に対して軸方向に荷重が入力された場合の荷重特性を有限要素法により解析する際に、メッシュの配列方向を、軸方向に対して傾斜させた解析モデルを用いる。例えば、メッシュの配列方向を、軸方向に対して４５度傾斜させた、四角形のメッシュにより解析モデルを生成する。
【選択図】図６【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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【図１３】
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