(57)【要約】  【課題】合成樹脂製プレート状成型部品の有限要素法による解析結果の変形形状モデルについて、組付け関係にある関連部との位置関係も画面上で評価可能にする成型品の仮想試作装置を提供する。  【解決手段】組付け関係にある成型部品のシェルモデル及び関連部モデルのＣＡＤデータを格納するＣＡＤデータ格納手段１２と、メッシュ要素構成データに応答して、変形メッシュモデルデータの頂点位置の節点で規定される各メッシュ要素について、このメッシュ要素単位で平坦状に面貼りを行うことにより、変形シェルモデルを作成する変形シェルモデル作成手段１１と、変形シェルモデル及び関連部モデルを画面上にＣＡＤ座標系を基に仮想三次元画像として表示する表示制御手段１５と、入力操作部１９ａによる指令操作に応答して組付け前後の位置に対応して変形シェルモデルのＣＡＤ座標系における表示位置を選択的に設定する表示位置設定手段１３とを備える。  【選択図】図１
2006221319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂製プレート状の成型部品の変形形状を仮想するために、成型部品のＣＡＤデータによるシェルモデルに対してメッシュモデルを作成し、有限要素法により成型部品の物性データ、形状データ及び拘束状態を解析条件として変形を解析し、解析結果による変形メッシュモデルデータに対応する変形シェルモデルをディスプレイ部の画面に画像表示する成型部品の仮想試作装置において、
組付け関係にある成型部品のシェルモデル及び関連部モデルのＣＡＤデータを格納するＣＡＤデータ格納手段と、メッシュ要素構成データに応答して、変形メッシュモデルデータの頂点位置の節点で規定される各メッシュ要素について、このメッシュ要素単位で平坦状に面貼りを行うことにより、変形シェルモデルを作成する変形シェルモデル作成手段と、前記変形シェルモデル及び前記関連部モデルを画面上にＣＡＤ座標系を基に仮想三次元画像として表示する表示制御手段と、入力操作部による指令操作に応答して組付け前後の位置に対応して前記変形シェルモデルの前記ＣＡＤ座標系における表示位置を選択的に設定する表示位置設定手段と、を備えたことを特徴とする成型部品の仮想試作装置。
【請求項２】
表示制御手段が、解析条件を入力させる入力画面を表示すると共に、この入力画面上にメッシュモデルの仮想三次元画像を表示し、
入力画面に対する入力操作部の入力操作に応答して前記解析条件を設定し、かつこの解析条件中の拘束位置をメッシュモデルに対して入力操作部により指示された節点により設定する解析条件設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の成型部品の仮想試作装置。
【請求項３】
表示位置設定手段が、組付け作業に対応して組付け前から組付け後に至る移動経路を設定すると共に、表示制御手段が、成型部品を前記組付け作業に際して移動させる途中で干渉する可能性があり、かつＣＡＤデータ格納手段に格納された前記途中の関連部モデルを表示することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の成型部品の仮想試作装置。
【請求項４】
成型部品が、関連部としての自動車ボデー前部に取付けられるバンパであり、このバンパの中間部分を手で握った部位を拘束位置として前記バンパの両端部分の自重による変形形状が解析されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の成型部品の仮想試作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂製プレート状の成型部品の変形形状を仮想するために、成型部品のＣＡＤデータによるシェルモデルに対してメッシュモデルを作成し、有限要素法により成型部品の物性データ、形状データ及び拘束状態を解析条件として変形を解析し、解析結果による変形メッシュモデルに対応する変形シェルモデルをディスプレイ部の画面に画像表示する成型部品の仮想試作装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有限要素法による成型品等に対する種々の解析条件についての変形解析は一般的に広く行われており、特許文献１によればＣＡＤデータであるソリッド要素モデルを有限要素法（ＦＥＭ）により解析する際に、解析結果を画面上にスムーズに表示するように、解析されたモデルの表面に対してソリッドモデルを基に二次元面要素であるシェル要素を作成してシェル要素モデルを表示する方法が周知であり、また特許文献２によれば、解析された形状をメッシュに対して平坦面を貼るよりも見栄えよく表示するために、形状モデルに近似したポリゴンモデルを解析モデルの変形に合わせて変形し、その変形結果を曲面化することにより、なめらかな変形シェルモデルを作成する方法が周知になっている。
【特許文献１】特開２００１−３５０８０１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３２０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、自動車の製造に際して特定の部位に組付けられるプレート状の合成樹脂製成形部品に対して、このような有限要素法により変形解析を行って干渉或はその後の変形による不具合等を確認する仮想試作も行われているが、解析結果に対応した形状モデルを画面上に表示させるだけであり、特に組付け相手となる関連部との干渉或は整合性を画面上で確認し得る仮想試作装置は提案されていない。また、前述の特許文献には、ＣＡＤデータによるシェルモデルに対して有限要素法による変形解析結果の変形メッシュモデルについてメッシュ要素単位で自動的に面貼りする点は言及されていない。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて、合成樹脂製プレート状成型部品の有限要素法による解析結果の変形形状モデルについて、組付け関係にある関連部との位置関係も画面上で評価可能にする成型品の仮想試作装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、合成樹脂製プレート状の成型部品の変形形状を仮想するために、成型部品のＣＡＤデータによるシェルモデルに対してメッシュモデルを作成し、有限要素法により成型部品の物性データ、形状データ及び拘束状態を解析条件として変形を解析し、解析結果による変形メッシュモデルデータに対応する変形シェルモデルをディスプレイ部の画面に画像表示する成型部品の仮想試作装置において、組付け関係にある成型部品のシェルモデル及び関連部モデルのＣＡＤデータを格納するＣＡＤデータ格納手段と、メッシュ要素構成データに応答して、変形メッシュモデルデータの頂点位置の節点で規定される各メッシュ要素について、このメッシュ要素単位で平坦状に面貼りを行うことにより、変形シェルモデルを作成する変形シェルモデル作成手段と、変形シェルモデル及び関連部モデルを画面上にＣＡＤ座標系を基に仮想三次元画像として表示する表示制御手段と、入力操作部による指令操作に応答して組付け前後の位置に対応して変形シェルモデルのＣＡＤ座標系における表示位置を選択的に設定する表示位置設定手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
ディスプレイ部の画面に、変形解析されたメッシュモデルに対してメッシュ要素単位で面貼りされた変形シェルモデルが組付け前後の位置に関連部モデルと共に仮想三次元画像として表示される。
【０００７】
解析条件の設定を任意、かつ容易に行わせるには、請求項２により、表示制御手段が、解析条件を入力させる入力画面を表示すると共に、この入力画面上にメッシュモデルの仮想三次元画像を表示し、入力画面に対する入力操作部の入力操作に応答して解析条件を設定し、かつ解析条件中の拘束位置をメッシュモデルに対して入力操作部により指示された節点により設定する解析条件設定手段を備える。組付け相手に限らず、組付け途中の関連部との位置関係を確認するには、請求項３により、表示位置設定手段が、組付け作業に対応して組付け前から組付け後に至る移動経路を設定すると共に、表示制御手段が、成型部品を組付け作業に際して移動させる途中で干渉する可能性があり、かつＣＡＤデータ格納手段に格納された途中の関連部モデルを画像表示する。好適な解析対象物として、請求項４により、成型部品が、関連部としての自動車ボデー前部に取付けられるバンパであり、このバンパの中間部分を手で握った部位を拘束位置としてバンパの両端部分の自重による変形状態が解析される。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、メッシュ要素単位で自動的に面貼する簡単な方法で見栄えの良い変形シェルモデルが、組付け前後の位置に関連部モデルと共に仮想三次元画像として表示される。したがって、合成樹脂製のプレート状成形部品の試作状態からの変形が、画面上で関連部との位置関係を含めて評価でき、その材質、形状或は拘束位置、環境温度を種々に設定して試作した成形部品の変形状態が仮想される。例えばバンパを手で持って自動車ボデー前部に組付ける際のその両端部の自重による変形状態について、自動車ボデー前部に実際に干渉するか否かを画面上で直接確認可能になり、一層信頼度の高い仮想試作を行えるようになる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、画面上で拘束位置を含む解析条件が容易に種々設定して変形形状の詳細な評価が可能になる。請求項３の発明によれば、組付け途中にある関連部との干渉の可能性も画面上で直接確認可能になる。請求項４の発明によれば、自動車ボデー前部に取付けられる特に長尺のバンパについて変形形状を確認しつつ好適に仮想試作を行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１乃至図５を基に本発明の実施の形態による合成樹脂製プレート状の成型品の仮想試作装置を説明する。この仮想試作装置は、その本体コンピュータ１０に、種々の有限要素法による解析用のソフトがロードされ、複数のコンピュータに解析結果を転送し得る解析部としての共用の解析専用コンピュータ９を付属させることにより構成される。また、この解析専用コンピュータには、例えば自動車製造関連のＣＡＥ用の種々の設計用のＣＡＤデータが格納されたＣＡＤ装置８から選択的に成型部品のシェルモデルが転送される。尚、仮想試作装置は、その外に、ＦＥＭ解析用のソフトがロードされることにより、ＦＥＭ解析部を内蔵する１台のコンピュータで構成されるか、或は逆にＦＥＭ解析用のメッシュモデルを作成するコンピュータを別に用意して３台のコンピュータで構成することも考えられる。
【００１１】
本体コンピュータ１０はパソコンを用いて構成され、メモリ、ＣＰＵ等を所定のプログラムに従い作動させることにより、解析結果の変形メッシュモデルに対してメッシュモデルデータ中のメッシュ要素構成データに応答して、頂点位置の節点で規定される各メッシュ要素について、メッシュ要素単位で平坦状に自動的に面貼りを行うことにより、変形シェルモデルを作成する変形シェルモデル作成手段１１と、仮想試作した成形部品、その組付け関係にある関連部及びこれらの標準の組付け状態のシェルモデルのＣＡＤデータを格納するＣＡＤデータ格納手段１２と、解析専用コンピュータ９に解析条件を送出するための解析条件設定手段１４と、ＣＡＤデータによるシェルモデル、メッシュモデル、成型部品の関連部に対する組付け前及び組付け後の変形シェルモデル及び関連部モデルをＣＡＤ座標系を基に仮想三次元画像として表示する表示制御手段１５と、ＣＡＤデータ格納手段１２に格納のＣＡＤデータを基に変形シェルモデル及び関連部モデル、のＣＡＤ座標系における位置関係を選択的に調整して、前述の仮想三次元画像の組付け前及び組付け後の表示位置を設定すると共に、組付け作業に対応して組付け前から組付け後に至る移動経路及びその途中の表示位置、或は視角を変更した表示位置を設定する表示位置設定手段１３とを備えると共に、ディスプレイ部１７並びに入力操作部１９ａとしてのキーボード１８及びマウス１９等が付属している。これらの各部は、入力操作部１９ａの入力操作に応答して指令制御される。
【００１２】
ＣＡＤ装置８では、プレート状の合成樹脂製成型品の設計対象物、例えば図５に画像で示すように、スタッドボルト、クリップ等の組付け部材を備えたバンパ及び関連部である自動車ボデー前部について、シェルモデルが作成されている。解析専用コンピュータ９は、ＣＡＤ装置８から転送されたこのような解析対象のシェルモデルに対して、ＣＡＤデータの三次元座標系におけるメッシュとして離散化した各節点の座標値及びこれらの節点によるメッシュ要素の構成を規定するメッシュ要素構成データを含むメッシュモデルを作成すると共に、これらの節点群について本体コンピュータ１０から転送される解析条件を基に変形解析を行う。シェルモデルの各要素は、バンパの曲面の曲率に対応した大きさ、或はある程度大きな曲率又は平坦領或については所定の大きさの三角もしくは四角等に分割して形成され、各シェル要素に対して高密度に節点が割当てられてメッシュモデルが作成される。
【００１３】
変形シェルモデル作成手段１１は、内臓の変形メッシュデータ格納部１１ａに、転送されてきた各節点番号の節点についての解析結果により変位した座標値データ及びメッシュ要素構成データ等を格納すると共に、変形メッシュモデルデータに対してメッシュ要素構成データに応答してメッシュ要素単位で平坦状に面貼りして作成された変形シェルモデルデータを内臓の変形シェルモデルデータ格納部１１ｂに格納する。
【００１４】
即ち、メッシュ要素構成データに応答してメッシュ要素番号に従ってメッシュ要素の隣合う頂点位置の節点間にメッシュラインを設定して、その内側を平坦面として規定することにより面貼りを順に行って、変形メッシュモデル全体に自動面貼りを行う。つまり、図２に示すように、メッシュ要素番号１のメッシュ要素について、頂点位置に在る解析結果の節点ａ，ｂ，ｅ，ｆの隣合う節点間にメッシュラインを設定し、その内側を平坦面に設定する。番号２のメッシュ要素は節点ｂ，ｃ，ｆ，ｇ、番号３のメッシュ要素は節点ｃ，ｄ，ｇ，ｈ、番号４のメッシュ要素は節点ｅ，ｆ，ｉ，ｊ、番号５のメッシュ要素は節点ｆ，ｇ，ｊ，ｋ、番号６のメッシュ要素は節点ｇ，ｈ，ｋ，ｌでそれぞれ規定され、番号順に面貼り処理を行う。
【００１５】
表示制御手段１５は、図４に示すように、入力操作部１９ａの入力操作に応答する表示位置設定手段１３による表示位置の設定に従い、ディスプレイ部１７の画面１７ａの所定の表示位置に、メッシュラインを含み、かつ各メッシュ要素内を平坦とみなした変形シェルモデル１及びその組付け関係にある自動車ボデー前部の関連部モデル５のシェル形式のＣＡＤモデルを仮想三次元画像として表示する。或は変形シェルモデル１を関連部モデル５に向けて移動状態が確認できる程度の速度で直進させ、最終的にバンパと自動車ボデー前部との標準の組付け状態に対応する表示位置に移動させて重ねて表示させる。また、各表示位置でこれらの形状モデルを視角を変えて表示させる。
【００１６】
さらに、表示制御手段１５は、解析条件設定手段１４が解析条件の入力画面データを格納する入力画面データ格納部１４ａ及び解析専用コンピュータ９で作成されたメッシュモデルデータを格納するメッシュモデル格納部１４ｂを内蔵することにより、これらの格納データを基に、入力操作部１９ａの操作に応答して、バンパのシェルモデル又はこれに代えてメッシュモデルの仮想三次元画像が重ねられた入力画面（図４）を表示する。
【００１７】
これにより、入力画面（図３）におけるスクロール式に窓に表示される解析条件の項目名或はその単位付き数値をマウス１９による▲▼ボタンのクリックにより選択入力させ、その選択操作に応答して物性の解析条件を内蔵のファイル部１４ｃに順に取込むと共に、バンパのシェルモデルを所定位置を確認した上で、メッシュモデルに切換えて、マウス１９による指定点に至近の節点を拘束位置としてファイル部１４ｃに取込む。設定すべき解析条件は、バンパの樹脂のヤング率、ポアソン比、密度の物性、環境温度及び板厚である。形状条件はシェルモデルにより規定されている。
【００１８】
このように構成された成型品の仮想試作装置の動作は次の通りである。バンパの中央部の２個所を手で持って自動車ボデー前部に組付ける際に、その両端部の自重による変形及びこれに起因して組付け部位に対する干渉の可能性を画面上で評価する場合について説明する。解析専用コンピュータ９には想定した形状のバンパのシェルモデルを転送する。本体コンピュータ１０では、ＦＥＭ解析用プログラムを選択して入力画面（図３）を表示さると共に、「ＣＡＤデータ転送」ボタンをマウス１９でクリックして、バンパのシェルモデル、その組付け関係にある自動車ボデー前部及びこれらの標準の組付け状態のシェルモデルのＣＡＤデータをＣＡＤ装置８から直接転送させて取込んで、併せてシェルモデルも表示させる。代わりに、記録媒体により取込むこともできる。
【００１９】
解析条件を設定するために、入力画面（図３）において、マウス１９により、窓にスクロール式に表示される前述の必要な物性或は形状の項目を順に表示させて、その都度数値を選択入力させる。次いで、「拘束位置設定」ボタンを操作してシェルモデルに代えて、メッシュモデル（メッシュ要素の模様は拡大して部分的に示す）を表示させると共に、２個所を手で持った状態を想定して、対応する節点近辺をマウス１９により指示して拘束位置Ｐ１、Ｐ２を設定する。「ＯＫ」ボタンをクリックすると、ファイルされた解析条件が解析専用コンピュータ９へ転送される。
【００２０】
これにより、解析専用コンピュータ９では、拘束点Ｐ１、Ｐ２を完全拘束状態としたメッシュモデルに対して変形形状が解析される。「評価開始」ボタンをクリックすると、その解析結果の変形メッシュモデルデータが、メッシュ要素構成データと共に本体コンピュータ１０へ転送される。これにより、変位した節点群に応じて各メッシュ要素単位で面貼りされた変形シェルモデル１が作成されると共に、表示画面が切換り、図４に示すように、この変形シェルモデルが、評価画面上で自動車ボデー前部の関連部モデル５に対面する表示位置に斜視状態で仮想三次元画像として表示される。
【００２１】
これにより、バンパの両端部の仮想される変形形状を確認することができ、キーボード１８での指示操作により組付け位置への移動を指示すると、直進状に徐々に関連部モデル５に接近して組付け状態が表示され（図示せず）、バンパに設けられるスタッドボルト１ａとバンパフレーム６のボルト挿通孔６ａとの位置関係、コーナ部分の上縁部とランプハウジング７の下縁との位置関係、或はクリップ１ｂとその係止穴６ｂとの位置関係等が確認できる。必要により、キーボード１８の指示操作により、図５に示すように、画像を側面視に変換して組付け状態を評価することもでき、また適宜視角を変更する指示操作を行って詳細に検討することができる。
【００２２】
想定したバンパと確認した自動車ボデー前部との干渉状態等によっては、入力画面（図３）に切換えて、解析条件を変更することにより、繰り返し能率良く仮想試作を行って、その都度変形形状又は関連部との組付け関係を確認できる。場合によっては、ＣＡＤ装置８でバンパのシェルモデルを変更して再度同様な解析・確認を行う。
【００２３】
以上、常温での変形を確認したが、バンパフレームへの取付け位置を拘束位置として、温度上昇に対応した解析条件を設定して、変形形状或は組付け状態を評価することもできる。
【００２４】
また、バンパに限らず、他のプレート状成型品の変形解析も可能であり、直進又は非直進的に移動させる場合の途中での関連部との位置関係を確認することもできる。例えば、図６に示すように、合成樹脂製の小さな開口部付きのプレート状天井板２１を車両ボデーのルーフに組付ける際に、その中間部の両側を拘束点Ｐ３，Ｐ４として手で持った状態での前後が下方へ撓む変形形状を解析し、移動経路の途中に位置する関連部としてのドア開口部２０を含むボデーの形状モデルをＣＡＤ表示することにより、斜め側方へ車内に搬入する際の干渉或はスペース的な余裕を評価することができる。同様に、関連部として下方から見たルーフを画像表示することにより、天井板２１の最終的な組付け状態の不具合を確認することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態による成型品の仮想試作装置の構成を説明する図である。
【図２】同面貼り方法を説明する図である。
【図３】仮想試作装置の解析条件を設定する入力画面を示す図である。
【図４】仮想試作装置の変形解析結果を斜視図で画像表示する画面示す図である。
【図５】仮想試作装置の変形解析結果を側面図で画像表示した図である。
【図６】別の成形部品の変形解析結果を仮想三次元画像で表示した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ａ  スタッドボルト
１ｂ  クリップ
６ａ  ボルト挿通孔
６ｂ  係止穴
７  ランプハウジング
１７  ディスプレイ部
１７ａ  画面
１８  キーボードｆ
１９  マウス
１９ａ  入力操作部
【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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