(57)【要約】【課題】  周期構造メッシュを基本領域メッシュから人手を介さずに自動複写して生成する。【解決手段】  周期構造を持った回転子と固定子を有する回転機の解析領域を対象とした周期構造メッシュ自動生成方法であって、前記解析領域に含まれる回転子基本領域および固定子基本領域をメッシュ分割し、それぞれのスライド面上の開口度の整数倍の角度が一致する領域の範囲で、メッシュ分割後の前記回転子基本領域と前記固定子基本領域を複写して重ならないように順次回転接続することで前記回転機の解析領域メッシュを生成することを特徴とする周期構造メッシュ自動生成方法。【選択図】図７
2019049792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期構造を持った回転子と固定子を有する回転機の解析領域を対象とした周期構造メッシュ自動生成方法であって、
前記解析領域に含まれる回転子基本領域および固定子基本領域をメッシュ分割し、
それぞれのスライド面上の開口度の整数倍の角度が一致する領域の範囲で、メッシュ分割後の前記回転子基本領域と前記固定子基本領域を複写して重ならないように順次回転接続することで前記回転機の解析領域メッシュを生成することを特徴とする周期構造メッシュ自動生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の周期構造メッシュ自動生成方法において、
回転子基本領域の開口度θＲと固定子基本領域の開口度θＳに関して、
ＮＲθＲ＝ＮＳθＳ
を満たす、整数の組（ＮＲ，ＮＳ）を算出し、
前記回転子基本領域を（ＮＲ−１）個を複写して重ならないように順次回転接続させて前記回転子の解析領域メッシュを生成するとともに、
前記固定子基本領域を（ＮＳ−１）個を複写して重ならないように順次回転接続させて前記固定子の解析領域メッシュを生成することで、
前記回転機の解析領域メッシュを生成することを特徴とする周期構造メッシュ自動生成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の周期構造メッシュ自動生成方法において、
スライド面上の回転子基本領域および固定子基本領域を周方向に等間隔でメッシュ分割し、
スライド面上の前記回転子基本領域のメッシュ分割数ＫＲと前記固定子基本領域のメッシュ分割数ＫＳに関して、
ＮＲＫＲ＝ＮＳＫＳ
を満たす、整数の組（ＮＲ，ＮＳ）を算出し、
前記回転子基本領域を（ＮＲ−１）個を複写して重ならないように順次回転接続させて前記回転子の解析領域メッシュを生成するとともに、
前記固定子基本領域を（ＮＳ−１）個を複写して重ならないように順次回転接続させて前記固定子の解析領域メッシュを生成することで、
前記回転機の解析領域メッシュを生成することを特徴とする周期構造メッシュ自動生成方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の周期構造メッシュ自動生成方法において、
前記回転機の一部である解析領域メッシュを複写して重ならないように順次回転接続することで前記回転機の一部あるいは全体に相当する解析領域メッシュを生成することを特徴とする周期構造メッシュ自動生成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の周期構造メッシュ自動生成方法において、
前記回転機の一部である解析領域メッシュの複写数は、操作画面に表示される整数値を選択して決定できることを特徴とする周期構造メッシュ自動生成方法。
【請求項６】
周期構造を持った構造物の解析領域を対象とする周期構造メッシュ自動生成方法であって、
前記解析領域に含まれる基本領域をメッシュ分割し、
該基本領域の整数倍と一致する領域の範囲で、メッシュ分割後の前記基本領域を複写して重ならないように順次回転接続または直線接続することで前記構造物の解析領域メッシュを生成することを特徴とする周期構造メッシュ自動生成方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の周期構造メッシュ自動生成方法において、
解析領域メッシュを生成後、周期境界条件を自動設定することを特徴とする周期構造メッシュ自動生成方法。
【請求項８】
計算機と、表示装置と、記憶媒体と、入力装置と、を備えた解析システムに、周期構造を持った回転子と固定子を有する回転機の解析領域に対する周期構造メッシュを自動生成させるプログラムであって、
前記解析領域に含まれる回転子基本領域および固定子基本領域をメッシュ分割する工程と、
それぞれのスライド面上の開口度の整数倍の角度が一致する領域の範囲で、メッシュ分割後の前記回転子基本領域と前記固定子基本領域を複数複写する工程と、
複写された前記回転子基本領域を重ならないように順次回転接続するとともに、複写された前記固定子基本領域を重ならないように順次回転接続することで、前記回転機の解析領域メッシュを生成する工程と、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項９】
計算機と、表示装置と、記憶媒体と、入力装置と、を備えた解析システムに、周期構造を持った構造物の解析領域において周期構造メッシュを自動生成させるプログラムであって、
前記解析領域に含まれる基本領域をメッシュ分割する工程と、
該基本領域の整数倍と一致する領域の範囲で、メッシュ分割後の前記基本領域を複写して重ならないように順次回転接続または直線接続することで前記構造物の解析領域メッシュを生成する工程と、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載のプログラムにおいて、
前記解析領域メッシュを生成後、周期境界条件を自動設定する工程を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期構造物に対する周期構造メッシュ自動生成方法、および、それを実行するプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機のように周期構造をもつ解析領域を有限要素法等で数値解析する場合、メッシュ分割後のメッシュ構造も周期性をもった方が数値解析精度は向上する。
【０００３】
従来の代表的な回転機の周期構造メッシュ自動生成法として、全体モデルの周期構造性を調べ、周期構造の基本部分モデルを検出し、この部分をメッシュ分割し、この基本部分モデルメッシュを複写して解析領域メッシュを生成する方法がある。
【０００４】
例えば、特許文献１の要約書には、「対称性を有する解析モデルについてのメッシュ生成時間と工数を低減する」ものとして、「解析メッシュ生成装置は、回転軸に取り付けられる物体を模擬した解析モデルからメッシュモデルを生成する。このメッシュ生成装置では、入力部が解析モデルを入力する。指定部が回転軸を指定する。解析部５が解析モデルの軸対称性を解析する。解析部が解析した軸対称性に基づいてモデル分割部が解析モデルを分割し、対称性を有する部分モデルを生成する。生成された部分モデルをメッシュ生成部７がメッシュ分割してメッシュモデルを生成する。」と記載されている。
【０００５】
また、特許文献２の要約書には、「解析対象となる回転体の形状モデルの対称性を損なうことなく、計算精度を高く維持しつつ計算時間を短縮することができるメッシュ生成装置、メッシュ生成方法、及びコンピュータプログラムを提供する」ものとして、「互いに回転対称性及び／又は鏡面対称性を有する回転体の形状モデルに関する情報及び複数の対称領域に関する情報に基づいて、形状モデルを複数の対称領域に分割し、所定のメッシュを生成し、生成したメッシュに関する情報を記憶部に記憶する。生成した所定のメッシュに基づいて、所定の回転角度まで回転させて磁界解析し、磁界解析の結果に基づいたアダプティブ解析によりメッシュを細分化する。複数の対称領域のうち、メッシュが最も密に細分化された対称領域を抽出し、抽出した対称領域に生成してあるメッシュを、複数の対称領域間の回転対称性及び／又は鏡面対称性に基づいて他の対称領域のそれぞれに複写する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２５８８３９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９１８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回転体の全体モデルを用いず、周期構造の基本部分モデルに基づいて解析領域メッシュを作成する場合、従来は、まず、基本部分モデルをメッシュ分割した後、基本部分モデルメッシュの回転角度、および、複写数をユーザが細かく指定する必要があり、基本部分モデルメッシュから解析領域メッシュを生成するには、煩わしい手作業が必要だった。
【０００８】
本発明は、この問題を解決することを目的としたものであり、メッシュ分割された基本分割モデルの複写方法をユーザが指定せずとも、解析領域全体のメッシュを簡便に生成することができる周期構造メッシュ自動生成方法、および、それを実現するプログラム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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の周期構造メッシュ自動生成方法は、周期構造を持った回転子と固定子を有する回転機の解析領域を対象とするものであって、回転子基本領域および固定子基本領域をメッシュ分割し、それぞれのスライド面上の開口度の整数倍の角度が一致する領域の範囲で、メッシュ分割後の前記回転子基本領域と前記固定子基本領域を複写して重ならないように順次回転接続することで前記回転機の解析領域メッシュを生成するものとした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、メッシュ分割された基本分割モデルの複写方法をユーザが指定せずとも、解析領域全体のメッシュを簡便に生成でき、周期構造メッシュ生成に関するユーザの負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の解析対象である解析領域全体を示す図。
【図２】実施例１の解析対象の基本領域を示す図。
【図３】実施例１のメッシュ分割された基本領域を示す図。
【図４】実施例１のメッシュ分割された解析領域を示す図。
【図５】実施例１の解析システムの構成例を示す図。
【図６Ａ】実施例１の処理中の操作画面の具体例を示す図。
【図６Ｂ】実施例１の処理中の操作画面の具体例を示す図。
【図６Ｃ】実施例１の処理中の操作画面の具体例を示す図。
【図７】実施例２を説明するためのメッシュ分割された基本領域を示す図。
【図８】実施例２を説明するためのメッシュ分割された基本領域の部分拡大図。
【図９】実施例３の処理中の操作画面の具体例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を詳述する。
【実施例１】
【００１３】
図１から図６を用いて、本発明の実施例１を説明する。
＜解析システムの構成＞
先ず、図５を用いて、本実施例の解析システムの一例を説明する。ここに示すように、本解析システムは、計算機２０１、表示装置２０２、記憶媒体２０３、入力装置２０４を備えている。なお、図５では、大容量ハードディスク等の記憶媒体２０３を計算機２０１の外部に設置しているが、内部に設置しても良い。
【００１４】
計算機２０１の内部には、半導体メモリ等の主記憶部と、ＣＰＵ等の演算装置が設けられており、主記憶部にロードされたプログラムを演算装置が処理することで、後述するアルゴリズムに従ったメッシュデータ関連の演算処理（周期構造メッシュ自動生成処理や、境界条件自動割り付け処理）が実現される。この処理結果は、液晶ディスプレイ等の表示装置２０２に表示されるとともに、データファイルとして記憶媒体２０３に記憶される。入力装置２０４は、キーボードやマウス等であり、後述する入力操作に使用される。
＜周期構造メッシュ自動生成方法＞
続いて、図１〜図４を用いて、内周側の回転子１１と外周側の固定子２１からなる回転機の解析領域１０１を、本実施例の周期構造メッシュ自動生成方法の詳細処理を説明する。
【００１５】
図１には回転機の解析に必要な１／２にカットした二次元回転機モデルの解析領域１０１を示す。解析領域１０１は、回転子１１を含む回転子領域１と、固定子２１を含む固定子領域２で構成されており、両者は円弧状のスライド面３で接している。また、図１から明らかなように、この例では、回転子領域１は２周期構造を、また固定子領域２は３周期構造をなしている。
【００１６】
周期構造メッシュを生成する基となる基本領域１０２を図２に示す。基本領域１０２は、ユーザ等によって予め形状や素材などが指定されるものであり、回転子１１を含む回転子基本領域１２と固定子２１を含む固定子基本領域２２で構成されている。図１と同様に、回転子基本領域１２と固定子基本領域２２はスライド面３で接している。
【００１７】
ここで、回転子基本領域１２の周方向開口角をθＲ、固定子基本領域２２の周方向開口角をθＳとし、解析領域１０１を完成させるために必要な、回転子基本領域１２の周方向への複写枚数をＮＲ、回転子基本領域１２の周方向への複写枚数をＮＳとする。図１に示したように、解析領域１０１における回転子領域１、固定子領域２はともに開口角１８０°をなすので、上記θＲとθＳの間には、整数の組（ＮＲ、ＮＳ）を用いて
ＮＲθＲ＝ＮＳθＳ  …（式１）
の関係が成立する。この関係から、計算機２０１は、式１を満たす最小の整数の組（ＮＲ，ＮＳ）を算出できる。なお、回転機では、一般に開口角θＲと開口角θＳが異なるため、ＮＲとＮＳは異なる数値となる。図２の例のように開口角θＲ＝９０°、開口角θＳ＝６０°のときは、（ＮＲ，ＮＳ）＝（２，３）である。
【００１８】
また、計算機２０１は、図２の基本領域１０２にメッシュ分割処理を施すことで、図３に示す基本領域メッシュ１１２を得る。
【００１９】
次に、計算機２０１は、図３に示したメッシュ分割された回転子基本領域１２を（ＮＲ−１）個複写して重ならないように順次回転接続する。具体的には、（ＮＲ−１）個の回転子基本領域１２を、それぞれ、θＲ，２θＲ，…，（ＮＲ−１）θＲ回転させて、順次接続していく。同様にして、メッシュ分割された固定子基本領域２２を（ＮＳ−１）個複写して重ならないように順次回転接続する。図３の例を用いれば、メッシュ分割された回転子基本領域１２を１個複写し９０°回転させて接続するとともに、メッシュ分割された固定子基本領域２２を２個複写し６０°、１２０°回転させて接続することで、図４に示す解析領域メッシュ１１１が完成する。
【００２０】
基本領域メッシュ１１２を複写後は、メッシュを構成する節点が重複するので、重複した節点については必要に応じて片方の節点を削除し、二重節点を単一節点とする。さらに、図１に示した２個の周期境界面５１、５２には所定の周期境界条件を自動設定する。なお、ここで実行される周期境界条件を自動設定は周知の技術を利用できるので、詳細説明は省略する。
＜ユーザ操作例＞
上記処理を実際に実施する場合の、表示装置２０２の表示例、および、入力装置２０４の操作例を図６Ａ〜図６Ｃ、図７を用いて説明する。
【００２１】
図６Ａに示すように、表示装置２０２の操作画面７０の右側には、表示窓８０が用意され、そこにはメッシュ生成ボタン７１およびメッシュ複写ボタン７２が設けられている。そして、メッシュ生成ボタン７１を押すと（図中の●はボタンを押した状態、○はボタンを押していない状態を示している）、基本領域１０２に対しメッシュ生成処理が施され、図６Ｂに示したように、基本領域メッシュ１１２が生成される。
【００２２】
その後、メッシュ複写ボタン７２を押すと、基本領域メッシュ１１２を基に複写処理が施され、図６Ｃに示したように、解析領域メッシュ１１１が生成される。
【００２３】
本発明によれば、メッシュ分割した基本領域の複写数ならびにそれぞれの回転角を計算機で算出して自動複写し、周期境界条件も複写後、自動設定されるので、解析領域メッシュ作成時の、煩わしいユーザ操作を大幅に省略することができる。
【実施例２】
【００２４】
次に、図７、図８を用いて、基本領域の複写数の決定方法が実施例１とは異なる実施例２を説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。
【００２５】
図７は、基本領域１０２にメッシュ分割処理を施した基本領域メッシュ１１２を示しており、実施例１の図３に相当するものである。なお、実施例１では、回転子基本領域１２と固定子基本領域２２の開口角は必須の情報であったが、本実施例ではこれらが未知であっても良い。
【００２６】
図７の枠６０の拡大図を図８に示す。ここに示すように、スライド面３は、周方向に等間隔で分割されたメッシュ構造になっており、回転子基本領域１２のメッシュと固定子基本領域２２のメッシュは同ピッチである。スライド面３に沿った、回転子基本領域１２のメッシュ分割数をＫＲ、固定子基本領域２２のメッシュ分割数をＫＳとすると、ＫＲ，ＫＳは夫々、図２のθＲ、θＳに比例する数であり、ＫＲとＫＳの間には、整数の組（ＮＲ，ＮＳ）を用いて
ＮＲＫＲ＝ＮＳＫＳ＝Ｎ  …（式２）
の関係が成立する。この関係式を利用して、計算機２０１は、式２を満たす最小の整数の組（ＮＲ、ＮＳ）を算出する。なお、図７の例では、（ＮＲ，ＮＳ）＝（２，３）である。なお、式２に示したNは２個の整数（ＫＲ，ＫＳ）の最小公倍数になる。
【００２７】
本発明によれば、メッシュ分割した基本領域の複写数を決定するのに、開口角θＲ、θＳを含む式１に代え、スライド面上のメッシュ分割数ＫＲ、ＫＳを含む式２を用いており、各基本領域の開口角が不明である場合でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００２８】
次に、図９を用いて、本発明の実施例３を説明する。なお、本実施例は、実施例１に対して、利便性を更に高める追加機能を付加したものであり、上述した実施例との共通点は重複説明を省略する。
【００２９】
図９の操作画面７０は、実施例１の図６Ｃに続いて表示される画面であり、解析領域メッシュ１１１と表示窓８０の様子を示す。表示窓８０の内部には、より小さな表示窓７３が用意され、表示窓７３には最小の解析領域メッシュ１１１に対するモデル倍数候補数が表示される。この例では、解析領域メッシュ１１１の開口角が１８０°であり、２倍複写しか許容できないため、表示窓７３には「２」のみの表示になっているが、解析領域メッシュ１１１の開口角が小さければ、複数のモデル倍数候補数が表示される。
【００３０】
ユーザが表示窓７３のモデル倍数候補数から希望の数値を選択して、メッシュ複写実行ボタン７４を押すと、計算機２０１は、指定された倍数の複写を実行する。例えば、モデル倍数候補数「２」を選択し、図９の上図のように、「２」が白抜き表示された後、メッシュ複写実行ボタン７４を押し、ボタンが●の状態になると、計算機２０１は、半円状の解析領域メッシュ１１１を２倍化し、図９の下図のように、円状の解析領域メッシュ１２０を得る。なお、解析領域メッシュ１１１から解析領域メッシュ１２０の複写実行要領は基本領域から最小解析領域メッシュ１１１を生成したときと同様である。
【００３１】
本発明によれば、デフォルトで作成された最小解析領域メッシュに対してその複数倍の解析領域を作成できるため、ユーザが回転機全体のメッシュを必要としている場合には、容易にその要望に応えることができるという効果がある。
【実施例４】
【００３２】
次に、実施例４の解析システムを説明する。なお、上述した実施例との共通点は重複説明を省略する。
【００３３】
上述した実施例の解析システムでは、解析対象が回転子と固定子からなる回転機であったが、本実施例では周期構造を有する任意の形状の構造物を解析対象としている。
【００３４】
例えば、図１の回転子領域１または固定子領域２の何れか一方のように、開口角θの基本領域１０２を複数組み合わせた、略円状または略管状周期構造物が解析対象である場合には、３６０°を開口角θで除算した値Ｘを求めておき、メッシュ分割処理後の基本領域を（Ｘ−１）個複写して重ならないように順次回転接続することで、略円状または略管状の解析領域全体にメッシュ分割処理を簡便に施すことができる。
【００３５】
また、例えば、長さｌの基本領域を複数組み合わせた、長さＬの略直線状周期構造物が解析対象である場合には、長さＬを長さｌで除算した値Ｙを求めておき、メッシュ分割処理後の基本領域を（Ｙ−１）個複写して重ならないように順次直線接続することで、略直線状の解析領域全体にメッシュ分割処理を簡便に施すことができる。
【００３６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  回転子領域、
２  固定子領域、
３  スライド面、
１１  回転子、
２１  固定子、
１２  回転子基本領域、
２２  固定子基本領域、
５１、５２  周期境界面、
６０  枠、
７０  操作画面、
７１  メッシュ生成ボタン、
７２  メッシュ複写ボタン、
７３  表示窓、
７４  メッシュ複写実行ボタン、
８０  表示窓、
１０１  解析領域、
１０２  基本領域、
１１１、１２０  解析領域メッシュ、
１１２  基本領域メッシュ、
２０１  計算機、
２０２  表示装置、
２０３  記憶媒体、
２０４  入力装置
【図１】
2019049792.tif 000003
【図２】
2019049792.tif 000004
【図３】
2019049792.tif 000005
【図４】
2019049792.tif 000006
【図５】
2019049792.tif 000007
【図６Ａ】
2019049792.tif 000008
【図６Ｂ】
2019049792.tif 000009
【図６Ｃ】
2019049792.tif 000010
【図７】
2019049792.tif 000011
【図８】
2019049792.tif 000012
【図９】
2019049792.tif 000013