(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隅肉溶接された複数の部材と前記複数の部材間に形成された隅肉溶接部とを含む物体をモデル化してＣＡＥ解析を行う処理をコンピュータに行わせるＣＡＥ解析方法であって、
前記コンピュータに、
与えられた前記複数の部材の解析対象領域を表すデータに基づき、前記複数の部材にソリッド要素からなるモデルを適用し、
与えられた前記隅肉溶接部の解析対象領域を表すデータに基づき、前記隅肉溶接部に、前記複数の部材のうちの２つの部材間ごとにシェル要素からなるモデルを適用し、
前記隅肉溶接部のモデルに適用する前記シェル要素について、当該シェル要素を挟む前記２つの部材のそれぞれの溶接範囲面に存在する前記ソリッド要素が有する節点を、前記２つの部材の一方が当該シェル要素と剛体要素または梁要素で節点結合されるとともに、前記２つの部材の他方が当該シェル要素と剛体要素または梁要素で節点結合されるように、前記２つの部材に適用したモデルに結合させる、前記モデル化を行う処理を行わせることを特徴とするＣＡＥ解析方法。
【請求項２】
前記隅肉溶接部のモデルに適用するシェル要素を、当該シェル要素を挟む前記２つの部材のそれぞれの溶接範囲面間を結ぶように定めた面上に配置することを特徴とする請求項１に記載のＣＡＥ解析方法。
【請求項３】
互いに隅肉溶接された複数の部材と前記複数の部材間に形成された隅肉溶接部とを含む物体をモデル化してＣＡＥ解析を行う処理をコンピュータによって行うＣＡＥ解析装置であって、
前記コンピュータが、
与えられた前記複数の部材の解析対象領域を表すデータに基づき、前記複数の部材にソリッド要素からなるモデルを適用し、
与えられた前記隅肉溶接部の解析対象領域を表すデータに基づき、前記隅肉溶接部に、前記複数の部材のうちの２つの部材間ごとにシェル要素からなるモデルを適用し、
前記隅肉溶接部のモデルに適用する前記シェル要素について、当該シェル要素を挟む前記２つの部材のそれぞれの溶接範囲面に存在する前記ソリッド要素が有する節点を、前記２つの部材の一方が当該シェル要素と剛体要素または梁要素で節点結合されるとともに、前記２つの部材の他方が当該シェル要素と剛体要素または梁要素で節点結合されるように、前記２つの部材に適用したモデルに結合させる、前記モデル化を行う処理を行うことを特徴とするＣＡＥ解析装置。
【請求項４】
前記隅肉溶接部のモデルに適用するシェル要素を、当該シェル要素を挟む前記２つの部材のそれぞれの溶接範囲面間を結ぶように定めた面上に配置することを特徴とする請求項３に記載のＣＡＥ解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ上で解析対象をモデル化してモデルの挙動を解析するＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ上でＣＡＤ（Computer Aided Design）データ化された対象物体についてモデル化を行い、構造の強度や応力分布、材料変形特性等を、有限要素法等を用いて解析するＣＡＥ解析が広く行われている。車両についてもＣＡＥ解析が進み、エンジン構造やボディ構造等について各種の計算が行われている。
【０００３】
特許文献１には、板金どうしが溶接された構造において、溶接部分をＣＡＥ解析用の有限要素であるシェル要素でモデル化することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
板金どうしのアーク溶接による溶接体において、アーク溶接部をＣＡＥ解析用にモデル化する場合に、従来は各板金を有限要素であるソリッド要素でモデル化していた。そして、一方の板金についてはアーク溶接部に隣接するソリッド要素の表面にシェル要素を配置し、他方の板金のアーク溶接部に隣接するソリッド要素の節点から、当該シェル要素に対して接触定義による結合を行っていた。
【０００６】
しかしながら、このようなシェル要素の配置を行うことでモデル作成工程が多くなる。また、ソリッド要素の節点が変位しか伝達できないように設定される（ｘｙｚ軸上の各並進自由度からなる３自由度のみが与えられる）ことから、上述のモデル化では板金間でモーメントの伝達を表現することができない。モーメントの伝達が表現できないと、解析結果において要素どうしの結合部で局所変形が発生してしまい、実際の現象と異なってしまう。
【０００７】
前記シェル要素を用いずに、アークビード全体を非常に細かいソリッド要素でモデル化することにより実際のアーク溶接部に近い挙動を模擬しようとする試みもある。しかしこの場合には、アークビードのソリッド要素の形状が板金部のソリッド要素のメッシュ形状に依存して作成されるため、必要なモデル作成工数が多大となる上、アークビードをメッシュピッチの小さい極めて微細なソリッド要素でモデル化しなければならなくなる。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、複数の部材間の溶接部について、モーメントの伝達を表現することを可能としながら簡易に適切なモデル化を行うことのできるＣＡＥ解析方法およびＣＡＥ解析装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、第１の発明は、互いに溶接された複数の部材と前記複数の部材間に形成された溶接部とを含む物体をモデル化してＣＡＥ解析を行う処理をコンピュータに行わせるＣＡＥ解析方法であって、前記コンピュータに、与えられた前記複数の部材の解析対象領域を表すデータに基づき、前記複数の部材にソリッド要素からなるモデル
を適用し、与えられた前記溶接部の解析対象領域を表すデータに基づき、前記溶接部に、前記複数の部材のうちの２つの部材間ごとにシェル要素からなるモデルを適用し、前記溶接部のモデルに適用する前記シェル要素について、当該シェル要素を挟む前記２つの部材のそれぞれの溶接範囲面に存在する前記ソリッド要素が有する節点を、前記２つの部材の一方が当該シェル要素と剛体要素または梁要素で節点結合されるとともに、前記２つの部材の他方が当該シェル要素と剛体要素または梁要素で節点結合されるように、前記２つの部材に適用したモデルに結合させる、前記モデル化を行う処理を行わせることを特徴とする。当該第１の発明および下記の第２〜第４の発明において、溶接が隅肉溶接によるものであり、溶接部が隅肉溶接部であってもよい。
【００１０】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記溶接部のモデルに適用するシェル要素を、当該シェル要素を挟む前記２つの部材のそれぞれの溶接範囲面間を結ぶように定めた面上に配置することを特徴とする。
【００１１】
また、前記課題を解決するために、第３の発明は、互いに溶接された複数の部材と前記複数の部材間に形成された溶接部とを含む物体をモデル化してＣＡＥ解析を行う処理をコンピュータによって行うＣＡＥ解析装置であって、前記コンピュータが、与えられた前記複数の部材の解析対象領域を表すデータに基づき、前記複数の部材にソリッド要素からなるモデルを適用し、与えられた前記溶接部の解析対象領域を表すデータに基づき、前記溶接部に、前記複数の部材のうちの２つの部材間ごとにシェル要素からなるモデルを適用し、前記溶接部のモデルに適用する前記シェル要素について、当該シェル要素を挟む前記２つの部材のそれぞれの溶接範囲面に存在する前記ソリッド要素が有する節点を、前記２つの部材の一方が当該シェル要素と剛体要素または梁要素で節点結合されるとともに、前記２つの部材の他方が当該シェル要素と剛体要素または梁要素で節点結合されるように、前記２つの部材に適用したモデルに結合させる、前記モデル化を行う処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、前記第３の発明において、前記溶接部のモデルに適用するシェル要素を、当該シェル要素を挟む前記２つの部材のそれぞれの溶接範囲面間を結ぶように定めた面上に配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、溶接部に適用したシェル要素の節点には回転の自由度を与えることができるので、溶接部によるモーメントの伝達を適切に表現することが可能となる。また、溶接部のモデルに適用したシェル要素の形状を、部材に適用するソリッド要素のメッシュ形状に依存することなく設定することができるので、簡単な構成でモーメント伝達を表現できる。以上により、複数の部材間の溶接部について、モーメントの伝達を表現することを可能としながら簡易に適切なモデル化を行うことのできるＣＡＥ解析方法を提供することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、溶接部への入力およびその伝達を、実際の挙動に近い状態で模擬することが容易になる。
【００１５】
第３の発明によれば、複数の部材間の溶接部について、モーメントの伝達を表現することを可能としながら簡易に適切なモデル化を行うことのできるＣＡＥ解析装置を提供することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、溶接部への入力およびその伝達を、実際の挙動に近い状態で模擬することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る物体に適用する各モデルを説明する図
【図２】本発明の実施形態に係るＣＡＥ解析装置に用いられるハードウェア構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施形態に係るＣＡＥ解析装置の機能を説明するブロック図
【図４】本発明の実施形態に係るＣＡＥ解析方法を説明するフローチャート
【図５】本発明の実施形態に係るＣＡＥ解析方法の一段階の処理を説明する図
【図６】本発明の実施形態に係るＣＡＥ解析方法の他の一段階の処理を説明する図
【図７】本発明の実施形態に係るＣＡＥ解析方法におけるシェル要素の配置処理の一例を説明する図
【図８】本発明の実施形態に係るＣＡＥ解析方法におけるシェル要素の配置処理の他の一例を説明する図
【図９】本発明の実施形態に係るＣＡＥ解析方法におけるシェル要素の配置処理のさらに他の一例を説明する図
【図１０】本発明の実施形態に係る比較例として適用されるモデルを説明する図
【図１１】本発明の実施形態に係る比較例として適用される他のモデルを説明する図
【図１２】本発明の実施形態に係る比較例として適用されるさらに他のモデルを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について図面を用いて説明すれば以下の通りである。
【００１９】
＜ＣＡＥ解析に用いるモデルの説明＞
まず、図１０ないし図１２を用い、板金間の溶接部についてのＣＡＥ解析において、ソリッド要素およびシェル要素を用いるモデル化手法と、ソリッド要素のみを用いるモデル化手法とについて説明する。
【００２０】
図１０は、板金部を板厚中心にてシェル要素を用いてモデル化した場合の、接触定義による結合を説明する図である。ある物体（一方の板金）を表すシェル要素１０１の一部分のシェル要素１０３と、他の物体（他方の板金）を表すシェル要素１０２が有する節点１０２ａとを接触定義により結合させている。図１０に表れているシェル要素１０１および１０２が、上記断面に垂直な方向の所定範囲に亘って繰り返し配置されているとする。シェル要素１０３は面状（シェル要素１０１で形成される面）の要素であり、図１０に示されるシェル要素１０３の断面構成が、当該断面に垂直な方向の所定範囲に亘って連続している。
【００２１】
図１１は、上記接触定義による結合を、板金部をシェル要素ではなくソリッド要素を用いてモデル化した場合に、２枚の板金間の溶接部（例えばアーク溶接部であるがこれに限らない）を表現するのに適用した例を示す図である。図１１に表れている部分は、２枚の板金が溶接されてなる物体をビード長方向に垂直に切断して見た場合の断面である。一方の板金２０１と他方の板金２０２とは、長破線の内側領域に形成された溶接部２０３で隅肉溶接されているとする。板金２０１と板金２０２とのそれぞれのモデルには、ソリッド要素が適用されている。板金２０１の表面に配置されたシェル要素１１３に、板金２０２の溶接部２０３に接する表面にあるソリッド要素が有する複数の節点Ｐ２０が、接触定義で結合されている（以後、任意の板金の表面について、溶接部２０３に接している範囲を「溶接範囲」と称する）。シェル要素１１３は、図１１で示される断面に垂直な方向に溶接部のビード長に亘って配置されている。
【００２２】
図１１のモデル化では、板金２０１と板金２０２とが接触定義で結合されているだけであるので、例えば板金２０２にかけられた荷重が領域２０３の溶接部を介して板金２０１にどのように及ぶのかを解析するに際して、板金２０２の前記複数の節点から溶接部２０３に伝達されるモーメントを表現することができない。これは、板金という固体のモデル化において、当該節点に直交空間軸のｘｙｚ軸方向についての並進の３自由度しか与えられていないためである。従って、当該モーメントに基づき溶接部２０３から板金２０１に及ぶ作用についても表現できない。この場合には、板金２０１および２０２と溶接部２０３とを有する物体の挙動の解析結果が、実際の挙動から乖離してしまう。
【００２３】
図１２は、板金２０１上にシェル要素を配置せずに、溶接部２０３をソリッド要素でモデル化した例を示す図であり、図１１と同様の方向に見た場合の断面である。図１２に示された溶接部２０３の断面構成は当該断面に垂直な方向にも連続して存在しており、全体がビードを構成している。この場合に、ビード全体が非常に数の多いソリッド要素でモデル化され、また、このソリッド要素は板金２０１および２０２のソリッド要素のメッシュ形状に依存して形状および大きさが決められることとなる。図１２において、溶接部２０３のソリッド要素は、板金２０１および２０２のソリッド要素と、白抜き丸印で示した板金２０１との境界にある複数の節点Ｐ３０および板金２０２との境界にある複数の節点Ｐ４０を共有するように設定されている。従って、溶接部２０３のソリッド要素の形状は、板金２０１および２０２のソリッド要素のメッシュ形状に依存する。このモデル化を用いて、板金２０１および２０２と溶接部２０３とを有する物体の挙動の解析結果を、実際の挙動に近づけようとすれば、ソリッド要素を微細なメッシュに作成する必要があり、膨大なモデル作成時間が費やされてしまう。
【００２４】
そこで本実施形態では、図１に示すように、溶接部２０３のモデルにシェル要素２０を適用する。ここでは、シェル要素２０を例えば平面状とするが、曲面状であっても構わない。また、シェル要素２０が複数の要素に分割されるように構成されていてもよい。そして、シェル要素２０を、ソリッド要素を適用した板金２０１とは複数の剛体要素または梁要素からなる結合要素２１を介して結合し、ソリッド要素を適用した板金２０２とは複数の剛体要素または梁要素からなる結合要素２２を介して結合する。図１は、ＣＡＥ解析対象の物体を図１１および図１２と同様の方向に見た場合の断面図である。剛体要素は要素自体の変形が許容されないが、梁要素は要素自体の変形が許容される。結合要素２１と結合要素２２とは、互いに同じ要素であってもよいし異なる要素であってもよい。
【００２５】
シェル要素２０はビード長に亘って延びるように配置されている。シェル要素２０は、板金２０１と対向する端辺２０ａと板金２０２と対向する端辺２０ｂとを有している。端辺２０ａと端辺２０ｂとは対向している。
【００２６】
図１に表れている断面では、端辺２０ａが板金２０１の溶接範囲にあるソリッド要素が有する複数の節点と結合されており、端辺２０ｂが板金２０２の溶接範囲にあるソリッド要素が有する複数の節点と結合されている例が示されている。端辺２０ａ、２０ｂと結合される各溶接範囲の節点数は一般には１つ以上でよく、溶接範囲の節点の全てと結合させてもよいし溶接範囲の節点の一部と結合させてもよい。
【００２７】
また、端辺２０ａ上および端辺２０ｂ上には、ビード長方向に並ぶ複数の節点が配置されている。端辺２０ａ上の各節点に対して、板金２０１のビード長方向に並ぶ複数の節点が、１対１、多対１、１対多等の任意に選択された組合せで結合される。端辺２０ｂ上の各節点に対して、板金２０２のビード長方向に並ぶ複数の節点が１対１、多対１、１対多等の任意に選択された組合せで結合される。各結合要素２１は、上記断面に平行に配置されていてもよいし、個々に固有のビード長方向の成分を有するよう配置されていてもよい。また、シェル要素２０の面上には互いに直交する２つの軸が定義されており、端辺２０ｂ上の節点には各軸の周りについて回転の自由度が与えられている。ここでは、例えば第１の軸として端辺２０ａおよび２０ｂに平行な軸（すなわちビード長方向に延びる軸）を設定し、第２の軸として当該第１の軸に直交する軸とを配置する。第１の軸と第２の軸との一方が、必ずしもビード長方向と平行でなくてもよい。シェル要素２０は平面状である場合も曲面状である場合もあり、シェル要素２０の全面に亘って共通の直交軸を必ずしも定義できない。ここでは少なくとも端辺２０ａ上の各節点と端辺２０ｂ上の各節点において、それぞれの直交軸を定義して上述の自由度を設定する。あるいは、上述の直交する２軸にシェル要素２０の面に垂直な軸を追加した３軸の周りの回転の自由度を与えてもよい。なお、上記例では端辺２０ａ上の節点と端辺２０ｂ上の節点とが板金２０１および２０２との結合対象となる節点であるが、これに限らず、シェル要素２０上のいずれに存在する節点でも結合対象として選択し得る。すなわち、板金２０１および２０２のソリッド要素は、結合要素２１および２２を介してシェル要素２０と節点結合されていればよい。
【００２８】
また、ここでは端辺２０ａ上の節点については回転の自由度を与えないこととするが、端辺２０ｂ上の節点と同様の回転の自由度を与えてもよい。また、端辺２０ａ上の節点に同様の回転の自由度を与える一方、端辺２０ｂ上の節点に同様の回転の自由度を与えてもよい。このような回転の自由度の設定の仕方や、前述したシェル要素２０の形状の設定の仕方についての相違は、物体のどの部位にどの向きから荷重が入力され、どの部位に当該入力の影響が表れるのを計算するのかといった目的等に応じて生じる。
【００２９】
図１のようにシェル要素２０を結合要素２１および２２を介して板金２０１および２０２のソリッド要素と結合すると、以下のようにモーメントの伝達を適切に表現することが可能となる。例えば、板金２０２に板金面を反らせるような荷重が加わり、板金２０２の溶接部側の端面が図１の鉛直面から歪むような場合に、結合要素２２は板金２０２のソリッド要素の節点では回転できないが、端辺２０ｂ上のシェル要素２０の節点では回転可能である。従って、板金２０２の上記端面の変形移動に伴って結合要素２２の全体が端辺２０ｂ上の節点の周りに回転しようとするモーメントがシェル要素２０に伝達される。端辺２１上の節点に回転の自由度が与えられていない場合、板金２０２からシェル要素２０への入力が、シェル要素２０と板金２０１とを一体とする領域全体に伝達される様子が計算できる。この過程において、結合要素２１や結合要素２２に剛体を用いた場合には、当該剛体の寸法および形状が固定されるとした挙動が計算され、結合要素２１や結合要素２２に梁要素を用いた場合には、当該梁要素に与える特性および加わる条件に応じた寸法および形状の変化を考慮した挙動が計算される。このように、シェル要素２０をモデルに用い、結合要素との結合節点において回転の自由度を適宜導入したモデル化を行えば、板金２０１および２０２の溶接範囲面の変形に拘束条件を与えつつ、溶接部内でのモーメントによる挙動を模擬することができる。
【００３０】
また、溶接部２０３に上記モデルを適用して結合要素２１および２２で結合を行うモデル化によれば、溶接部２０３を板金２０１および２０２のソリッド要素の形状に依存することなく、簡単な構成でモーメント伝達を表現できる。従って、モデル化やその後の解析処理に膨大な計算量や処理時間を伴わずに済む。
【００３１】
＜ＣＡＥ解析を行う装置の構成＞
次に、図２に、本実施形態に係るＣＡＥ解析を行う装置（以後、「ＣＡＥ解析装置」と称する。）が備えるハードウェア１の構成を示す。ハードウェア１は、プロセッサ２、内蔵メディア３、外部メディアドライブ４、ＲＯＭ５、ＲＡＭ６、および、インタフェース装置７と、これらを相互に接続するバス８とを備えたコンピュータ装置構成を含んでいる。当該コンピュータ構成として、例えばパーソナルコンピュータやワークステーションのアーキテクチャによるものが挙げられる。
【００３２】
プロセッサ２は、内蔵メディア３や外部メディアドライブ４、ＲＯＭ５からＲＡＭ６上に読み出したプログラムを実行する汎用プロセッサや専用プロセッサからなる。内蔵メディア３は磁気ディスク等からなる記録媒体であり、外部メディアは、光ディスクや磁気ディスク、不揮発性メモリ等からなる記録媒体である。インタフェース装置７は、外部接続機器との入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）や通信インタフェース等をまとめて指すものである。インタフェース装置７には、ユーザの入力処理や処理状態の視覚化を行うための表示装置９ａや入力装置９ｂ、印刷装置（図示せず）等が適宜接続される。通信インタフェースを介してはＬＡＮやインターネット等のネットワークと接続可能である。
【００３３】
図３に上記構成のハードウェア１がＣＡＥ解析処理を行うためのプログラムと組み合わされて実現される、ＣＡＥ解析装置１０の機能ブロック図を示す。当該機能ブロックとして、例えば、ＣＡＤ部１１、プリプロセッサ部１２、ソルバー部１３、および、ポストプロセッサ部１４が存在する。ＣＡＤ部１１はＣＡＥ解析を行う対象の物体の図形データを生成する。プリプロセッサ部１２は、ＣＡＤ部１１によって生成されたデータに基づいて当該物体のモデル化を行う。プリプロセッサ部１２は、ＣＡＤデータ取得部１２ａ、モデル適用部１２ｂ、モデル結合部１２ｃ、および、解析用メッシュデータ生成部１２ｄを備えている。ＣＡＤデータ取得部１２ａは、ＣＡＤ部１１によって生成されたデータを受け取り、ＣＡＤデータをプリプロセッサ部１２で使用可能なデータに変換する。モデル適用部１２ｂは、ユーザにより物体上の指定された領域にソリッド要素、シェル要素、剛体要素、梁要素等の要素の種類、寸法、数等の適用や、各要素への並進および回転の自由度を含む属性の付与等を行う。モデル結合部１２ｃは、モデル適用部１２ｂによって割り当てられた要素どうしを結合する処理を行う。特に、本実施形態では、溶接部に割り当てたシェル要素を結合要素２１および２２を用いて板金２０１および２０２のソリッド要素に結合するために、要素間の相互位置を決定するとともに、ユーザ設定による上記属性に従って互いの結合処理を行う。解析用メッシュデータ生成部１２ｄは、モデル結合部１２ｃの処理を経て決定された物体のモデルに基づき、ソルバー部１３が解析できるようなメッシュデータを生成して出力する。ソルバー部１３は、プリプロセッサ部１２から出力されたメッシュデータを用い、ユーザ設定による初期条件や境界条件を適用して、解析対象物体の挙動について有限要素法による数値解析を行う。なお、ソルバー部１３は、他の手法、例えば、有限差分法、有限体積法、境界要素法等による数値解析を行う能力を備えていてもよい。ポストプロセッサ部１４は、ソルバー部１３による解析結果の出力をユーザに向けての出力情報にまとめる処理を行い、データの視覚化や統計処理等を行う。
【００３４】
このようなＣＡＥ解析装置１０の機能構成を実現するために、図２のプロセッサ２は各処理に共通のプロセッサである必要はなく、ＣＡＤ部１１、プリプロセッサ部１２、ソルバー部１３、および、ポストプロセッサ部１４のそれぞれに専用のプロセッサを用いることができる。そして、これらの機能ブロックごとに個別の装置が実現されるとみなすこともできるし、任意の数の機能を組み合わせた状態のものを１つの装置とみなすこともできる。例えば、プリプロセッサ部１２のみで１つの装置とみなすことができる。また、ＣＡＤ部１１とプリプロセッサ部１２とを合わせた機能構成を、ＣＡＥ解析における１つのプリプロセッサ装置とみなすこともできる。
【００３５】
＜モデル化処理の手順＞
次に、図４ないし図９を用いて、上記構成のＣＡＥ解析装置１０のプリプロセッサ部１２による処理の流れを説明する。
【００３６】
図４は、プリプロセッサ部１２による処理を説明するフローチャートである。まず、ステップＳ１において、プリプロセッサ部１２のＣＡＤデータ取得部１２ａが、ＣＡＤ部１１からＣＡＤデータを受け取ってモデル化処理用のデータに変換する。次いで、ステップＳ２において、モデル適用部１２ｂが、図５に示すように前記板金２０１および２０２のような板金部としての解析領域を示すデータに基づき、当該解析領域に存在する当該板金部のモデルとして、ソリッド要素を適用する。このとき、ソリッド要素の寸法および節点数をユーザ設定に従って設定する。
【００３７】
続くステップＳ３では、溶接部２０３としての解析領域を示すデータと、ＣＡＤデータに含まれていた溶接情報とに基づき、モデル適用部１２ｂが、図５に示すように当該解析領域に存在する溶接部２０３のモデルとしてシェル要素Ｅ１を生成して適用する。このシェル要素Ｅ１は、図１で説明したように溶接部を模擬したシェル要素２０となるものである。また、モデル適用部１２ｂは、結合に用いる節点に対して、ユーザの設定したルールに従って並進および回転の自由度の情報を属性として付与する。図１の例では、端辺２０ａ上の節点には、並進の３自由度のみを与える情報を付与し、端辺２０ｂ上の節点には、当該並進の３自由度と、シェル要素面上に定義した直交２軸の周りの回転、または、前記直交２軸にシェル要素面に垂直方向の軸周りの１軸を追加した３軸の周りの回転の自由度とを与える情報を付与する。
【００３８】
続くステップＳ４では、モデル結合部１２ｃが、図６に示すように、各板金部の解析領域のうち、板金２０１の溶接範囲に含まれる表面領域に配置された複数の節点Ｐ１と、板金２０２の溶接範囲に含まれる表面領域に配置された複数の節点Ｐ２とを検索する。例えば、節点Ｐ１のように板厚方向に脚長を有する溶接領域と接する板金面（ここでは板金２０２の面）が存在する場合に、当該脚長を有する板金面の溶接範囲内に存在する節点を全て検索する。また、例えば、節点Ｐ２のように板厚方向とは異なる方向に脚長を有する溶接領域と接する板金面（ここでは板金２０１の面）がある場合に、当該脚長を有する板金面の溶接範囲内に存在する節点を全て検索する。
【００３９】
そして、次のステップＳ５において、モデル結合部１２ｃは、図６に示すように、検索された板金部の溶接範囲の節点と溶接部のシェル要素の端部節点（端辺２０ａ上および２０ｂ上の節点）とを結合要素２１および２２で結合する。結合に用いる節点として、検索された節点を全て用いる他に、検索された節点から前述したような一部の節点をユーザの設定したルールに従って選択するようにしてもよい。
【００４０】
そしてステップＳ６において、解析用メッシュデータ生成部１２ｄが、以上のようにしてモデル化した物体の解析用メッシュデータを生成して出力する。以上により本フローが終了する。
【００４１】
上述したモデル化処理は、図２のプロセッサ２が、内蔵メディア３、外部メディアドライブ４に装着された外部メディア、ＲＯＭ５等に格納されたプログラムをＲＡＭ６に読み出して実行することにより行われる。また、プロセッサ２は当該プログラムをネットワークからインタフェース装置７を介してダウンロードして実行してもよい。当該プログラムは内蔵メディアや外部メディアからなる記録媒体に固定的に担持されるよう保存されたパッケージ製品として供給される形態をとることが可能である。
【００４２】
次に、図７ないし図９を用いて、溶接部２０３に適用するシェル要素Ｅ１の配置位置および配置角度の設定の仕方について説明する。図７ないし図９において、板金２０１および２０２については、便宜上、ソリッド要素による表示をしないで解析領域の表示のみを行っている。
【００４３】
図１、図５、および、図６のように、互いに直交する２つの板金表面に挟まれた部分を隅肉溶接により接合してできた物体を解析する場合に、溶接部に適用するシェル要素は、２つの板金表面に所定の傾きを有して挟まれた状態に配置される。
【００４４】
図７では、溶接部２０３のビード長方向に垂直な断面を略直角三角形状とみなし、当該三角形のビード表面を表す辺を直線に近似する接線Ｌ１を引いたときの、当該接線Ｌ１が溶接範囲の設けられた基準板金表面（ここでは板金２０２の表面）となす角度θ１を、上記所定の傾きの角度として設定する。そして、接線Ｌ１を、当該基準板金表面における板厚δの２分の１の位置を通るように平行移動させて２つの板金面で挟まれてできる線分Ｌ１’を、断面上のシェル要素Ｅ１を配置する位置とする。すなわち、線分Ｌ１’には、シェル要素Ｅ１の面をビード長方向に垂直に切断してできる線分が重なる。
【００４５】
図８では、上記所定の傾きの角度を、線分Ｌ２が基準板金表面となす角度θ２とする方法と、線分Ｌ３が基準板金表面となす角度θ３とする方法との２通りが示されている。線分Ｌ２は、基準板金表面における板厚δの２分の１の位置と、基準板金表面と直交するほうの溶接範囲の設けられた板金表面（ここでは板金２０１の表面）上でルートから上記板厚δの２分の１だけ離れた位置とを結んでできる線分である。すなわち、角度θ２は４５度に等しい。線分Ｌ３は、基準板金表面における板厚δの２分の１の位置と、基準板金表面と直交するほうの溶接範囲の設けられた板金表面（ここでは板金２０１の表面）上で、当該板金面上の溶接部２０３の脚長ｍを２等分した位置とを結んでできる線分である。線分Ｌ２、線分Ｌ３が、それぞれの方法において断面上のシェル要素Ｅ１を配置する位置となる。
【００４６】
図９では、上記所定の傾きの角度を、ルートからのど厚ｔに等しい距離におろす垂線と直交する線分Ｌ４が、基準板金表面となす角度θ４に設定する。すなわち、のど厚ｔを定義するときの基準板金表面からもう一方の板金表面まで引いてできる角度４５度の線分が線分Ｌ４に相当しており、角度θ４＝４５度である。線分Ｌ４が断面上のシェル要素Ｅ１を配置する位置となる。
【００４７】
図７ないし図９で説明したシェル要素Ｅ１の配置方法は、シェル要素Ｅ１を、シェル要素Ｅ１を挟む２つの板金２０１および２０２のそれぞれの溶接範囲面間を結ぶように定めた面上に配置することに相当する。これにより、溶接部２０３への入力およびその伝達を、実際の挙動に近い状態で模擬することが容易になる。
【００４８】
以上、本実施形態についての説明を行った。なお、以上では典型的な隅肉溶接を例にとって説明を行ったが、溶接継手の種類として、板金どうしの重なり状態におけるもの、Ｔ字状の板金交差状態におけるもの、突き合わせ状態におけるものなど、任意の形状のものに本実施形態が適用可能である。また、隅肉の一般的な定義に限ることなく、２つの板金面が任意状態で交差した状態あるいは突き合わされた状態で溶接が施された物体に本実施形態が適用可能である。さらには、溶接されるものは板金に限らず、任意の部材で構わない。また、３つ以上の部材を有する物体であって、２つの部材の間に形成された溶接部が複数箇所だけ、各々独立した状態に存在する場合には、それぞれの溶接部に個別のシェル要素を適用することができる。また、３つ以上の部材が１つの溶接部で溶接された物体について、２つの部材間ごとに溶接部分を区分定義し、それぞれをシェル要素でモデル化することも可能である。これらの一般化は、溶接部にシェル要素を配置してモーメント伝達を表現できるようにする原理から明らかに言えることである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、車両ＣＡＥ解析等のコンピュータ解析に適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１            ハードウェア
２            プロセッサ
３            内蔵メディア
４            外部メディアドライブ
５            ＲＯＭ
６            ＲＡＭ
７            インタフェース装置
８            バス
９ａ          表示装置
９ｂ          入力装置
１０          ＣＡＥ解析装置
１１          ＣＡＤ部
１２          プリプロセッサ部
１３          ソルバー部
１４          ポストプロセッサ部
１２ａ        ＣＡＤデータ取得部
１２ｂ        モデル適用部
１２ｃ        モデル結合部
１２ｄ        解析用メッシュデータ生成部
２０、Ｅ１、１０１、１０２、１０３            シェル要素
２０ａ、２０ｂ            
２１、２２    結合要素
２０１、２０２            板金
２０３        溶接部
Ｌ１、            接線
Ｌ１’、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４            線分
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２０、１０２ａ            節点
θ１、θ２、θ３、θ４            角度
δ            板厚
ｍ            脚長
ｔ            のど厚
【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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