(57)【要約】【課題】本発明の目的は、、解析精度の高い、管状物同士の接合部を有する格子データを生成することのできる格子データ作成方法を提供すること。【解決手段】本発明は、主材１ａと枝材１ｂとの接合部を有するＣＡＥ用の格子データを生成するもので、主材１ａの断面の基本となる主材断面格子１０ａを始端位置に生成させ、該主材断面格子１０ａ上に基準方向ベクトルｘを設定するステップと、枝材１ｂの枝材断面格子１０ｂを接合部に生成させ、該枝材断面格子１０ｂ上に基準方向ベクトルｙを設定するステップと、主材断面格子１０ａを移動させる基準となる中心線２０を設定するステップと、主材断面格子１０ａの基準ベクトルｘと枝材断面格子１０ｂの基準ベクトルｙとが一致するように徐々に主材断面格子１０ａを回転させながら、該主材断面格子１０ａを基準線２０に沿って移動させるステップとを有していることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状又は柱状の主材と管状又は柱状の枝材との接合部を有するＣＡＥ用の格子データ生成方法であって、
前記主材の断面の基本となる断面格子を始端位置に生成させ、該断面格子上に基準方向ベクトルを設定するステップと、
前記枝材の断面の基本となる断面格子を前記接合部に対応する終端位置に生成させ、該断面格子上に基準方向ベクトルを設定するステップと、
前記主材断面格子を移動させる基準となる中心線を設定するステップと、
前記主材断面格子の前記基準ベクトルが前記枝材断面格子の前記基準ベクトルとが一致するように徐々に該主材断面格子を回転させながら、該主材断面格子を前記基準線に沿って移動させるステップとを有していることを特徴とする格子データ生成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＡＥ用のメッシュデータの基本となる格子データを生成する格子データ作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＡＥにおいては、解析する対象物をメッシュ状にモデル化し、このモデルを用いて解析を行う。対象物が同じでもメッシュ化したモデル構造に違いがあれば解析結果に違いが生じ得る。ＣＡＥによる解析結果と実際の現象との間にズレが少ない程、解析精度が高いと言える。このため、解析精度が高くなるようなメッシュモデルの作成方法が要望されている。［特許文献１］には、ＣＡＤシステムで生成された三次元立体モデルデータから、ＣＡＥシステムによる解析に必要な直交差分メッシュ三次元モデルデータを生成する手法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１８５７２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した［特許文献１］の技術は、既に形成されているＣＡＤデータに基づいて、このＣＡＤデータからメッシュモデルを生成するものであるが、対象物が管状や柱状の物の場合は、管／柱状物の断面を示す格子（断面格子）を平行移動させ（押し出し）て格子データを作成し、この格子データからメッシュデータを生成する手法もある。このような手法では、管／柱状物同士の接合部をどのようにメッシュモデル化するかで最終的な解析精度が異なる。このような管・柱状物同士の接合部を有するメッシュモデルの生成に際して、解析精度の高い格子データ（断面格子を移動させて生成される格子状のデータ）を生成することが要望されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の格子データ作成方法は、管状又は柱状の主材と管状又は柱状の枝材との接合部を有するＣＡＥ用の格子データを生成するもので、主材の断面の基本となる主材断面格子を始端位置に生成させ、該主材断面格子上に基準方向ベクトルを設定するステップと、枝材の断面の基本となる枝材断面格子を接合部に対応する終端位置に生成させ、該枝材断面格子上に基準方向ベクトルを設定するステップと、主材断面格子を移動させる基準となる中心線を設定するステップと、主材断面格子の基準ベクトルと枝材断面格子の基準ベクトルとが一致するように徐々に主材断面格子を回転させながら、該主材断面格子を基準線に沿って移動させるステップとを有していることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の格子データ生成方法の実施形態について、以下に説明する。図１に格子データを作成しようとしてる管状物の概要を示す斜視図を示す。図２にその生成方法の流れを示すチャートを示す。
【０００７】
生成するデータはＣＡＥ用のデータであり、コンピュータ上で生成される。コンピュータは、演算を行うＣＰＵなどを備えた演算処理部、演算中のデータやその他のデータを記憶させておくメモリやハードディスク・記録媒体などの記憶部、操作を行うキーボードなどの操作部、演算過程や結果を表示するＣＲＴモニタなどの表示部などを備えている。以下の方法は、記憶部に保存されたプログラムを介して行われ、各種設定（初期設定及び操作中の設定など）はオペレータが表示部に表示されるデータを参照しつつ操作部を介して操作する。
【０００８】
本実施形態では、図１に示されるような管状物１を解析対象としている。図１に示されるように、一方の管状物１ａの側面に他方の管状物１ｂが接合されている。前者を主材１ａ、後者を枝材１ｂと言うこととする。主材１ａと枝材１ｂとは接合部（分岐部）で接合されているが、上述したように、この接合部のメッシュデータをどのように精度よく形成させるかで解析精度が異なってくる。メッシュデータは格子データから生成される。本実施形態は、解析精度を向上させることのできる接合部を有する格子データの形成方法である。
【０００９】
まず、図１に示されるように、解析対象となる管状物１の形状に基づいて、主材１ａの一端部に相当する部分として主材断面格子１０ａを設定する［ステップ１００］。また、枝材１ｂの接合部側の端部に相当する部分として枝材断面格子１０ｂを設定する［ステップ１００］。本実施形態では、主材断面格子１０ａと枝材断面格子１０ｂとは正方形であり、それらの大きさは等しい。また、各断面格子１０ａ，１０ｂは３×３のグリッドとして形成されている。なお、管状物１の断面は円形であるが、主材断面格子１０ａは正方形のグリッドである。この断面格子１０ａ，１０ｂに基づいて格子データが生成された後、この格子データに基づいて円形断面を持つ管状物１のメッシュデータが生成される。
【００１０】
次に、各断面格子１０ａ，１０ｂに対して、一対の頂点を結ぶベクトルを各断面格子１０ａ，１０ｂにおける基準方向ベクトルとして設定する［ステップ１１０］。ここでは、各断面格子１０ａ，１０ｂの基準方向ベクトルをそれぞれベクトルｘ及びベクトルｙと呼ぶこととし、特に各断面格子１０ａ，１０ｂの初期位置における基準方向ベクトルｘ，ｙをベクトルｘ０，ｙ０と呼ぶこととする。基準方向ベクトルによって、各断面格子１０ａ，１０ｂの向きを把握することができる。さらに、主材１ａの延在方向に沿って中心線２０を設定し、中心線２０上に複数の基準点を設定する［ステップ１２０］。
【００１１】
中心線２０は、管状物１（主材１ａ）の中心を通る線であり、端部に位置する主材断面格子１０ａの中心を通っている。なお、上述した枝材断面格子１０ｂと中心線２０との距離が、主材断面格子１０ａの中心と主材断面格子１０ａの基準方向ベクトルｘとの距離に等しくなるように、枝材断面格子１０ｂの初期位置が設定されている。すなわち、主材断面格子１０ａを中心線２０に沿って押し出して格子データを生成する際に、主材断面格子１０ａが接合部に達したときに主材断面格子１０ａ上の基準方向ベクトルｘと枝材断面格子１０ｂの基準方向ベクトルｙとが一致し得る条件で、各断面格子１０ａ，１０ｂ及び中心線２０の初期位置が設定されている。
【００１２】
なお、端部に位置する主材断面格子１０ａと中心線２０との交点における中心線２０の接線ベクトル（中心線２０の接線方向を向く単位ベクトル）は、端部に位置する主材断面格子１０ａに対して直角とされている。言い換えれば、端部に位置する主材断面格子１０ａの法線ベクトル（主材断面格子１０ａに対して直角な単位ベクトル）と上述した交点における接線ベクトルとは平行である。ここでは、各断面格子１０ａ，１０ｂを設定した後に中心線２０を設定しているが、その逆であっても構わない。要するに、解析対象となる管状物１を形成するように、各断面格子１０ａ，１０ｂ（の初期位置）と中心線２０とが設定されればよい。
【００１３】
なお、主材断面格子１０ａの初期位置を基準点Ａと言うこととし、図３に示されるように、基準点Ａでの主材断面格子１０ａの法線ベクトルを法線ベクトルａ’と表すこととする。また、基準点Ａにおける中心線２０の接線ベクトルを接線ベクトルａと表すこととする。上述したように、基準点Ａにおいては、主材断面格子１０ａと中心線２０とは直角であるので、法線ベクトルａ’と接線ベクトルａとは一致する。主材断面格子１０ａはこの基準点に沿って順に押し出される。基準点は押し出し時の基準位置を規定するものである。この後、端部に位置する主材断面格子１０ａを中心線２０に沿って押し出すことで主材１ａの格子データを形成させるが、主材断面格子１０ａが接合部に達したときに枝材断面格子１０ｂとうまく接合するように、各基準点ごとに主材断面格子１０ａを徐々に回転させつつ移動させることとなる。
【００１４】
次に、図４に示されるように、主材断面格子１０ａを一つ隣の基準点まで平行移動させる［ステップ１３０］。ここでは、説明のために一つ隣の基準点を基準点Ｃと言うこととする。中心線２０が直線（直線部分）でなければ、平行移動された基準点Ｃでの主材断面格子１０ａの法線ベクトルｃ’と基準点Ｃでの中心線２０の接線ベクトルｃとは一致しない。図５に示されるように、この二つのベクトルが一致するように主材断面格子１０ａを回転させ、主材断面格子１０ａを中心線２０に対して直角とする［ステップ１４０］。このときの回転軸は、法線ベクトルｃ’と接線ベクトルｃとの外積ベクトル（二つのベクトルに対して直角となるベクトル）である。
【００１５】
次に、基準点Ｃ上の主材断面格子１０ａを、中心線２０の基準点Ｃにおける接線ベクトルｃ’を回転軸として回転させる。このとき、図６に示されるように、上述したベクトルｘ０，ｙ０の間を基準点の数に分割して、各基準点での基準方向ベクトルｘが向くべき方向をベクトルｘｔｃ（基準点Ｃにおける基準方向ベクトルｘの目標となる），・・・として決定する［ステップ１５０］。本実施形態では、各基準点に対応する目標ベクトルが各基準点毎に順次決定されることとしているが、すべての目標ベクトルを一度に設定してしまってもよい。図６において、ベクトルｘ０，ｙ０，ｘｔｃ・・・は同一平面上にある。
【００１６】
そして、図７に示されるように、基準点Ｃ上の主材断面格子１０ａの基準方向ベクトルｘｃと基準点Ｃの接線ベクトルｃとの外積ベクトル（図７中のベクトルｚ１）が目標ベクトルｘｔｃと基準点Ｃの接線ベクトルｃとの外積ベクトル（図７中のベクトルｚ２）に一致するように（平行となるように）、主材断面格子１０ａを接線ベクトルｃ（この時点では法線ベクトルｃ’と一致している）を回転軸として回転させる［ステップ１６０］。二つの外積ベクトルは、主材断面格子状１０ａを含む平面上にあるので、接線ベクトルｃ（法線ベクトルｃ’）を回転軸として主材断面格子１０ａを回転させることで、外積ベクトルＺ１と外積ベクトルＺ２とを一致（平行に）させることができる。これで基準点Ｃでの主材断面格子１０ａの回転は終了する。
【００１７】
次いで、基準点Ｃ上の主材断面格子１０ａを一つ隣の基準点に移して、ステップ１３０〜１６０が繰り返し行われる。このようにすると、接合部で主材断面格子１０ａの基準方向ベクトルｘと枝材断面格子１０ｂの基準方向ベクトルｙとがほぼ一致（あるいは完全に一致）し、主材１ａ側の格子と枝材１ｂ側の格子とをひずみなくきれいに連結させることができる。ひずみが生じると、一つ一つ格子の節を繋ぐ作業などが発生して非効率的であるばかりでなく、最終的な解析精度が低下してしまう。ひずみが生じると、格子によって囲まれる一つの面の大きさが局所的に過大となったり過小となるので、解析精度が低下する。
【００１８】
接合部を経過した後は、通常の押し出し方法によって主材断面格子１０ａを他端側まで押し出して主材１ａの格子データを作成する。また、枝材断面格子１０ｂも他端に向けて押し出して枝材１ｂの格子データも作成する。このようにして格子データが完成する。その後、格子データに基づいてメッシュデータが作成され、ＣＡＥによって解析が行われる。格子データからメッシュデータを作成する手順については種々の手法があるのでここでは詳しく述べないが、例えば、格子データを内側から円形断面となるように拡張させるなどの手法がある。格子デーの外側に、円形断面となるようにさらなるメッシュを形成させてもよい。
【００１９】
いずれにしても格子データに基づいてメッシュデータを作成することから、格子データの時点で解析精度を向上させ得るように作成されていなければ、高精度なメッシュデータは得られない。上述したひずみが格子データの時点で大きければ、メッシュデータに形成されるひずみも大きくなってしまう。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の格子データ生成方法は、管状又は柱状の主材と管状又は柱状の枝材との接合部を有するＣＡＥ用の格子データを生成するもので、（１）主材の断面の基本となる断面格子を始端位置に生成させ、該断面格子上に基準方向ベクトルを設定するステップと、（２）枝材の断面の基本となる断面格子を接合部に対応する終端位置に生成させ、該断面格子上に基準方向ベクトルを設定するステップと、（３）主材断面格子を移動させる基準となる中心線を設定するステップと、（４）主材断面格子の基準ベクトルが枝材断面格子の基準ベクトルとが一致するように徐々に回転させながら、主材断面格子を基準線に沿って移動させるステップとを備えている。このため、本発明によれば、格子データの接合部をきれいにつなげることができ、最終的な解析精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の格子データ作成方法で格子データを作成する対象としている管状物の斜視図である。
【図２】本発明の格子データ作成方法で格子データを作成する行程を示す説明図である。
【図３】図２におけるステップ１２０の様子を示す説明図である。
【図４】図２におけるステップ１３０の様子を示す説明図である。
【図５】図２におけるステップ１４０の様子を示す説明図である。
【図６】図２におけるステップ１５０の様子を示す説明図である。
【図７】図２におけるステップ１６０の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１…管状物、１ａ…主材、１ｂ…枝材、１０ａ…主材断面格子、１０ｂ…枝材断面格子、２０…中心線。
【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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