(57)【要約】【課題】複数の部品で構成されているモジュールにおいて、モジュール内の拘束条件を不要にし、精度の高い強度解析モデル、及び強度解析方法を提供すること。【解決手段】１以上の部材からなるモジュールの強度解析モデル作成方法であって、モジュールに荷重を加えて変位を実測する工程と、前記モジュールを均一な材料で構成した３次元形状の単一部品であると仮定した強度解析により変位を求める工程と、前記変位の実測値と前記強度解析による変位の計算値を比較してその差を求める工程と、前記比較工程において求めた差が基準値以内になるように前記均一な材料のパラメータを変更して実際の材料のパラメータを求めて強度解析モデルを作成する工程を備える強度解析モデル作成方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の部材からなるモジュールの強度解析モデル作成方法であって、
モジュールに荷重を加えて変位を実測する工程と、
前記モジュールを均一な材料で構成した３次元形状の単一部品であると仮定した強度解析により変位を求める工程と、
前記変位の実測値と前記強度解析による変位の計算値を比較してその差を求める工程と、
前記比較工程において求めた差が基準値以内になるように前記均一な材料のパラメータを変更して実際の材料のパラメータを求めて強度解析モデルを作成する工程を備える強度解析モデル作成方法。
【請求項２】
複数の部材からなるモジュールの強度解析手法であって、
請求項１に記載の強度解析モデル作成方法により第１の部材に関する強度解析モデルを求め、
３次元形状とその３次元形状に依存する材料パラメータとが既知である第２の部材とを組み合わせて、
複合体としての強度解析を行なうことを特徴とする強度解析方法。
【請求項３】
請求項１に記載の強度解析モデル作成方法のコンピュータプログラムを記録した記録媒体。
【請求項４】
請求項２に記載の強度解析方法のコンピュータプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）における強度解析モデル作成方法、及びそれを用いた強度解析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造体の変形などの挙動を解析する強度解析方法においては、通常、有限要素法や、境界要素法や、差分法などの解析方法と、これらの解析方法の組合わせとにより、構造体の挙動を解析する。
【０００３】
強度解析方法は、例えばノートパソコンのキャビネットを設計する場合、予め有限要素法によりキャビネットの構造を解析し、稼働時の挙動、剛性等を評価する。有限要素法においては、まず、キャビネットの外観を設定し、キャビネット全体を三角形或いは四角形等の板状の平面要素に分割し、これら平面要素の連続体とする。次いで、各々の平面要素毎に、厚さ，寸法，構造体に作用する荷重等の境界条件を設定し、ヤング率やポアソン比等により材料の特性を設定して解析を行う。
【０００４】
構造体は、例えば、ノートパソコンの表示部後ろキャビネットについて、これらの解析に伴った変形形状と変形量を得ることができる。この強度解析方法では、線形強度解析方法で設定に必要となるヤング率、ポアソン比等の他に、弾性挙動の限界値を示す降伏応力、各ひずみ領域における加工硬化係数等の材料パラメータが必要となる。
【０００５】
従来の技術によると、まず、解析対象である構造体の一部を取り出して試験片を作成して材料試験を行う。次に、材料試験を有限要素法等による解析でモデル化して数値解析する。そして、材料試験で得られた計測値と、数値解析で得られた解析値とを比較し、解析値が計測値に近づくように入力データとしての材料パラメータを同定することで、材料パラメータを求めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１５２３９２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ノートパソコンの表示部は、表示部を構成している主要部品として、後ろキャビネット、前キャビネット、液晶モジュールがある。さらに液晶モジュールは、ガラス部、導光板、シャーシ、ベゼル、プリント基板などの部品で構成されている。
【０００８】
ノートパソコンの表示部全体の強度解析は、上記構成部品全て、あるいは強度面での主要構成部品を抽出し、構成部品を三角形或いは四角形等の板状のメッシュに分割して、部品間の接続状態に応じて、接続要素間の拘束条件を指定する。
一般に、液晶モジュールのベゼルとシャーシの接続は、ねじ止め、あるいは嵌合爪により接続されており、それぞれの拘束条件は異なる。また、同じ嵌合爪であっても、荷重方向により拘束条件は異なってくるため、実機での接続状態に近い拘束条件を解析モデルに指定することは困難となる。さらに、拘束条件の指定個所が増えるにつれ、強度解析結果と実測結果の誤差が大きくなるという問題がある。
【０００９】
これに対して、従来の技術では、まず、解析対象である構造体の一部を取り出して試験片を作成して材料試験を行い、材料試験を有限要素法等による解析でモデル化して数値解析するため、材料単体での特性を得ることはできる。しかし、個別の部品の特性は得られても、複数の部品が組み合わさった状態の解析を行なうためには、接続部の拘束条件の指定は必要となり、複数の部品を組み合せたモジュールの解析に必要な接続部の拘束条件による誤差の発生を解決できるものではない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、１以上の部材からなるモジュールの強度解析モデル作成方法であって、モジュールに荷重を加えて変位を実測する工程と、前記モジュールを均一な材料で構成した３次元形状の単一部品であると仮定した強度解析により変位を求める工程と、前記変位の実測値と前記強度解析による変位の計算値を比較してその差を求める工程と、前記比較工程において求めた差が基準値以内になるように前記均一な材料のパラメータを変更して実際の材料のパラメータを求めて強度解析モデルを作成する工程を備える強度解析モデル作成方法を提供するものである。
【００１１】
さらにこの発明は、複数の部材からなるモジュールの強度解析手法であって、前記強度解析モデル作成方法により第１の部材に関する強度解析モデルを求め、３次元形状とその３次元形状に依存する材料パラメータとが既知である第２の部材とを組み合わせて、複合体としての強度解析を行なうことを特徴とする強度解析方法を提供するものである。
【００１２】
この発明は、前記の強度解析モデル作成方法コンピュータプログラムを記録した媒体および前記の強度解析手法のコンピュータプログラムを記録した媒体を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して、詳細に説明する。
図１は、この発明の記録媒体からプログラムを読出して強度解析モデルを作成すると共に、そのモデルを用いて強度解析を行う解析装置のブロック図である。
解析装置１１は、演算部１２と、入力部１３と、出力部１４と、情報読取り部１５を備える。
【００１４】
演算部１２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなるコンピュータによって構成され、入力部１１から出力される情報を情報読取り部１５から出力されるプログラムに基づいて処理し、その結果を出力部１４へ出力する。
入力部１３は、キーボードやマウス又は、タブレットスイッチなどから構成され、出力部はＣＲＴ又はＬＣＤなどの表示装置や、レーザプリンタ又はインクジェットプリンタなどの印字装置から構成される。また、情報読取り部１５には、例えば、ＨＤやＦＤなどの記録媒体から情報を読取る読取り装置が用いられる。なお、この記録媒体には、この発明による強度解析モデルを作成するプログラムと、そのモデルを用いて強度解析を行うプログラムが記録されている。
【００１５】
図２は、図１に示す解析装置１１によって強度解析モデルを作成する方法を示すフローチャートである。図４に示すノートパソコンの表示部を用いて具体的に説明する。
【００１６】
図２のステップＳ１０１において、初期化処理を行なう。収束条件ｄ０、材料パラメータであるヤング率Ｅ、荷重の所定増加分△Ｗ、初期荷重Ｗ、最大荷重Ｗｍａｘを初期化する。
ステップＳ１０２において、モジュールの変位測定により、荷重―変位特性を求める。具体的な変位測定方法に関しては、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００１７】
図３は、荷重―変位測定の処理フローを示したものである。ここでは、図４に示す液晶モジュール２の荷重−変位測定方法を説明する。
図３のステップＳ２０１において、支持点の指定を行なう。具体的には、図４に示す液晶モジュール２は、図５に示すように表示部後ろキャビネット１のボス４により、固定されているため、液晶モジュール２の強度測定は、図６に示すように、４箇所のねじ止め位置を支持点４とする。
【００１８】
次に、ステップＳ２０２において、初期荷重Ｗを付加する。具体的には、図７に示すように液晶モジュール２での強度測定で荷重を付加する同じ位置に荷重を付加する。
ステップＳ２０３において、図８に示すように荷重Ｗでの変位Ｌ０（Ｗ）を求める。
【００１９】
ステップＳ２０４において、荷重Ｗを所定増加分△Ｗだけ増やす。
ステップＳ２０５において、荷重Ｗが指定荷重Ｗｍａｘを超過しているかを、否かを求め、超過している場合には、処理を終了し、超過していない場合には、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理をくり返し行なう。
ステップＳ２０６において、荷重―変位の特性がファイルとして記述される。具体的な記述内容としては、図９に示す特性のグラフである。
【００２０】
次に、図２のステップＳ１０３において、図４の液晶モジュール２を均一材質でできた１つの部品と仮定し、形状入力ならびメッシュ分割し、ステップＳ１０２で行なった部品の荷重―変位測定と同じ支持点とした拘束条件を付加し、モデル化を行なう。
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で作成した解析モデルと拘束条件により、荷重Ｗでの強度解析を行ない、その変位を求める。
【００２１】
ステップＳ１０７の条件判断では、荷重Ｗの実測で求めた変位Ｌ０と、荷重Ｗの解析により求めた変位Ｌ１が、１−ｄ０＞Ｌ１／Ｌ０という条件を満たす場合には、ステップＳ１０４を実行し、それ以外の場合には、ステップＳ１０８の条件判断を実行する。
ステップＳ１０８の条件判断では、荷重Ｗの実測で求めた変位Ｌ０と、荷重Ｗの解析により求めた変位Ｌ１が、１＋ｄ０＞Ｌ１／Ｌ０という条件を満たす場合には、ステップＳ１０６を実行し、それ以外の場合には、ステップＳ１０９を実行する。
【００２２】
ステップＳ１０４では、ヤング率Ｅを所定増加分ΔＥだけ増加させる。
ステップＳ１０６では、ヤング率ＥをΔＥだけ減少させる。
ステップＳ１０９では、荷重Ｗを所定増加分ΔＷだけ増加させる。
ステップＳ１１０では、荷重Ｗが指定荷重Ｗｍａｘを超過しているか否かを求め、超過している場合には、処理を終了し、超過していない場合には、ステップＳ１０５以下の処理をくり返し行なう。
ステップＳ１１１では、荷重量に対応したヤング率が定義され部品特性と形状モデルが定義される。このように、ステップＳ１０１〜Ｓ１１１の工程を実行することにより、この発明による強度解析モデルが作成される。
【００２３】
ステップＳ１１２では、キャビネットの形状データとその材料パラメータを入力する。具体的には、図４の表示部後ろキャビネット１、表示部前キャビネットの形状及び、その材料パラメータを定義する。
【００２４】
ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２のキャビネット解析モデルとステップＳ１１１の液晶モジュールの解析モデルを組み合わせて、拘束条件を付加する。具体的には、図１０に示すように表示部後ろキャビネット、液晶モジュール、表示部前キャビネットを組み合わせて、１つのモデル５を作成し、支持点６で支持した場合について、荷重及び支持の拘束条件を付加する。
ステップＳ１１４では、上記モデルを用いて強度解析を行い、荷重―変位の特性を求める。具体的には図１１及び図１２に示すように、荷重に対する変位を求める。
ステップＳ１１５では、ステップＳ１１４で実施した荷重―変位の特性が、解析結果として、ファイルに記載される。このように、ステップＳ１０１〜Ｓ１１１の工程で作成された強度解析モデルを用いて、ステップＳ１１２〜Ｓ１１４の工程を実行することにより、複合体の強度解析が行われる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、複数の部品が組み合わさったモジュールにおいても、モジュールを１つの均一部品として、測定結果と解析結果を比較し、材料パラメータを同定化し、部品特性定数をモデル化することができるので、複雑なモジュール内の拘束条件の指定が不要になる。
さらに、このモデル化手法を用いた強度解析方法は、モジュール内の拘束条件の指定が減るため、解析精度が向上する。
また、このモデル化方法を用いることにより、メッシュ数を削減することが可能となり、解析時間を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施する解析装置のブロック図である。
【図２】この発明の実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図３】図２の要部詳細を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施形態における解析対象であるノートパソコン表示部を示す分解斜視図である。
【図５】図４の表示部の後ろキャビネットを示す斜視図である。
【図６】図４の液晶モジュールを示す斜視図である。
【図７】図６の液晶モジュールに対する荷重条件を示す説明図である。
【図８】図７における液晶モジュールの荷重条件を示す説明図である。
【図９】この発明の実施形態における液晶モジュールの荷重―変位特性を示す特性図である。
【図１０】この発明の実施形態におけるノートパソコン表示部全体の平面図である。
【図１１】図１０に示すノートパソコン表示部全体の拘束条件を示す説明図である。
【図１２】図１０に示すノートパソコン表示部全体の変位を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ノートパソコン表示部の後ろキャビネット
２  液晶モジュール
３  ノートパソコン表示部の前キャビネット
４  支持点
５  ノートパソコン表示部全体のモデル
６  支持点
【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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