(57)【要約】【課題】機械の解析作業の作業性、能率の向上を図る。【解決手段】設計用のデータを基に応力解析を行うプログラム１２，１３，１４，１５，１８，２０，２２と、解析で得られた解析データの適否判断をする解析適否判断プログラム２７と、該解析適否判断プログラムの判断に基づき、再解析用の修正値を演算する解析データ修正プログラム２８とを具備する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計用のデータを基に応力解析を行うプログラムと、解析で得られた解析データの適否判断をする解析適否判断プログラムと、該解析適否判断プログラムの判断に基づき、再解析用の修正値を演算する解析データ修正プログラムとを具備することを特徴とする機械の解析システム。
【請求項２】
前記解析適否判断プログラムは、少なくとも解析応力値が許容応力値以下であるかどうかを判断し、解析応力値が許容応力値を超える場合は、前記解析データ修正プログラムは修正値を演算して応力解析を行うプログラムに送出する請求項１の機械の解析システム。
【請求項３】
解析で得られた解析データを蓄積するデータ蓄積プログラムを更に具備し、前記解析データ修正プログラムは蓄積された解析データを参照して再解析用の修正値を演算する請求項１の機械の解析システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械の解析システム、特に解析結果の最適化を可能にする機械の解析システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の機械を製作する上で、撓み解析、応力解析等について種々の解析が必要である。
【０００３】
従来、機械を製作する場合、先ず設計者が経験、或は過去の実績等に基づき２次元での設計を行い、２次元図面が作成される。次に、２次元図面により物作りが行われ、２次元図面が完成後２次元図面に基づき、解析者により解析用の３次元モデルが作成され、この３次元モデルに基づき解析作業が行われていた。解析の結果得られた、撓み、最大応力、応力分布等が適正であれば、更に２次元図面に基づき機械の製造が行われる。得られた解析結果が、適正なものでない場合は、更に修正が加えられ、この様な解析作業が繰返し行われる。
【０００４】
例えば、製造する機械が過給機、遠心圧縮機等の流体機械の場合、流体機械は自由曲面を多く含む複雑な３次元形状を持っており、又多くの機械要素を含み、高温下での高速回転という過酷な環境に曝されるものである。この為、流体機械等の研究開発では機械自体の構造解析のみならず、内部を流れる流体に関する解析が不可欠である。
【０００５】
この為、２次元図面で表現しきれない部分のモデリングについては、設計者と解析者間での頻繁な情報交換が必要であり、多くの時間と労力を要していた。
【０００６】
又、解析作業には対象物に関するメッシュの作成が必要であり、流体解析では対象物が動的である等複雑であるので、正確な解析結果を得る為には細かなメッシュとする必要がある。一方、流体機械についての構造解析では、対象物が静的である等から、粗いメッシュで充分な解析精度が得られる。例えば、過給機に於いて、流体解析用のメッシュでは約６９万であるのに対し、構造解析用メッシュでは約８万となっている。
【０００７】
最終的には、流体解析結果と構造解析結果とを相互に反映させる必要がある為、流体解析用のメッシュと構造解析用メッシュ間の整合性を取る必要があり、更に流体解析結果と構造解析結果とを相互に反映させるマッピング作業が必要である。
【０００８】
上記した様に、流体解析用のメッシュと構造解析用メッシュとでは数、粗さに大きな差があるので、流体解析用のメッシュと構造解析用メッシュ間の整合をとる作業、マッピング作業は人の判断を要する手作業となっていた。
【０００９】
この為、作業量が膨大となり、多大な時間を要するばかりか、解析精度にも影響を及していた。
【００１０】
本出願人は、先の出願（特許文献１）により、流体解析用メッシュと構造解析用メッシュの作成作業、整合性を取る作業、更に流体解析用メッシュと構造解析用メッシュ間のマッピング作業を自動化して、解析作業の大幅な時間短縮、精度の向上を図った。
【００１１】
図４に於いて、先の出願に係る解析方法について概略を説明する。
【００１２】
図中、ＳＴＥＰ：０１では３Ｄ設計モデル作成プログラム１（例えば、市販プログラムであるＣＡＴＩＡ（登録商標））により、３次元設計モデルを作成し、ＳＴＥＰ：０２では該３次元設計モデルに基づき３Ｄ解析モデル作成プログラム２（例えば、市販プログラムであるＩ−ＤＥＡＳ（登録商標））により３次元解析モデルを作成する。
【００１３】
該３次元解析モデルに基づきＳＴＥＰ：０３、ＳＴＥＰ：０４で流体解析、更に流体解析とは独立してＳＴＥＰ：０５で構造解析が行われる。
【００１４】
先ず、ＳＴＥＰ：０３では流体解析メッシュ作成プログラム３（例えば、市販プログラムであるＩＣＥＭ（商品名））により、流体解析メッシュ（例えばテトラメッシュ）が作成される。ＳＴＥＰ：０４では流体解析プログラム４（例えば、市販プログラムであるＳＴＡＲ−ＣＤ（商品名））により、作成された前記流体解析メッシュについて境界条件の設定、計算の実行、ポスト処理等流体解析が行われる。
【００１５】
次に、ＳＴＥＰ：０５では構造解析メッシュ作成プログラム５（例えば、市販プログラムであるＩ−ＤＥＡＳ（登録商標））により、構造解析メッシュが作成される。
【００１６】
ＳＴＥＰ：０６では、ＳＴＥＰ：０５で得られた前記構造解析メッシュ及びＳＴＥＰ：０４で得られた前記流体解析メッシュ間のデータマッピングが行われる。該データマッピングはデータマッピングプログラム６（例えば、市販プログラムであるＰＡＴＲＡＮ（商品名））を用いて自動的に行われる。更に、ＳＴＥＰ：０６では構造解析メッシュに関して、境界条件等が設定される。
【００１７】
ＳＴＥＰ：０７ではデータマッピングされたデータ、構造解析メッシュに関する境界条件等のデータに基づき、応力計算プログラム７（例えば、市販プログラムであるＮＡＳＴＲＡＮ（商品名））により、応力の計算が実行される。
【００１８】
ＳＴＥＰ：０８では、ＳＴＥＰ：０７で得られたデータに基づき、ポスト処理、例えば過給機の３次元画像に応力分布を色分けして表示する等の処理がポスト処理プログラム８によって行われる。
【００１９】
上記解析方法では２次元図面から３次元モデルを作成するプロセスが省略でき、更に流体解析と構造解析間のデータマッピングを自動で行うので作業時間の大幅な短縮、精度の向上が図れる等の優れた利点を有している。
【００２０】
【特許文献１】
特開２００１−８２３９１号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
先の出願に係る解析方法では、上記した優れた利点を有する一方で、以下の問題点を有していた。
【００２２】
前記３Ｄ設計モデル作成プログラム１、前記３Ｄ解析モデル作成プログラム２、前記流体解析メッシュ作成プログラム３、前記流体解析プログラム４、前記構造解析メッシュ作成プログラム５、前記データマッピングプログラム６、前記応力計算プログラム７、前記ポスト処理プログラム８はそれぞれ独立したプログラムであり、又前記各々のプログラムが格納されている装置もそれぞれ個別の装置である。
【００２３】
従って、ＳＴＥＰ：０１のデータを基にＳＴＥＰ：０２の処理を行う場合は、ＳＴＥＰ：０１で得られたデータを、ＳＴＥＰ：０２で処理可能な様にデータを変換してＳＴＥＰ：０２を実行する装置に入力する必要があり、ＳＴＥＰ：０２を実行する操作もＳＴＥＰ：０２を実行する装置により行っていた。尚、データを変換するには多大な時間が必要である。
【００２４】
同様に、ＳＴＥＰ：０２からＳＴＥＰ：０３へ、ＳＴＥＰ：０３からＳＴＥＰ：０４へ、ＳＴＥＰ：０２からＳＴＥＰ：０５へ、ＳＴＥＰ：０４及びＳＴＥＰ：０５からＳＴＥＰ：０６へ、ＳＴＥＰ：０６からＳＴＥＰ：０７へ、ＳＴＥＰ：０７からＳＴＥＰ：０８へと処理を進める場合、次のステップで処理可能な様にデータを変換する必要があると共に各ステップを処理する装置毎にデータを入力し、各ステップ毎の装置で作業を処理しなければならなかった。
【００２５】
尚、各ステップ間のデータの伝送については、ＬＡＮ等により迅速に行われるが、処理、作業については各ステップ毎に各ステップそれぞれの装置で独立して行われており、やはり作業性が悪いという問題を有している。又、所定のステップで処理中、前ステップでの処理に不具合が見つかった場合、前ステップに戻り修正作業を行い、修正したデータで改めて次ステップの作業を進めることが必要であり、作業性が悪いという問題を有していた。
【００２６】
更に、得られた解析結果が適正であるか、或は修正すべきものであるかは、設計者の判断に委ねられており、修正すべき点がある場合は、３次元設計モデル作成用のデータを修正し、ＳＴＥＰ０１からＳＴＥＰ０８迄の解析作業を繰返し行っていた。而して、適正な解析結果が得られる様に前記データの修正と解析とを繰返し行っていた。
【００２７】
従って、最終的な解析結果が得られる迄、解析結果が得られる度に、解析結果の適否についての設計者の判断が必要となり、煩雑さが残ると共に解析結果が得られる迄が待時間となり、無駄時間を含んでいることを解消するには至っていなかった。
【００２８】
本発明は斯かる実情に鑑み、解析作業の作業性、能率の向上を図るものである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、設計用のデータを基に応力解析を行うプログラムと、解析で得られた解析データの適否判断をする解析適否判断プログラムと、該解析適否判断プログラムの判断に基づき、再解析用の修正値を演算する解析データ修正プログラムとを具備する機械の解析システムに係るものである。
【００３０】
又、本発明は、前記解析適否判断プログラムは、少なくとも解析応力値が許容応力値以下であるかどうかを判断し、解析応力値が許容応力値を超える場合は、前記解析データ修正プログラムは修正値を演算して応力解析を行うプログラムに送出する機械の解析システムに係るものである。
【００３１】
又、本発明は、解析で得られた解析データを蓄積するデータ蓄積プログラムを更に具備し、前記解析データ修正プログラムは蓄積された解析データを参照して再解析用の修正値を演算する機械の解析システムに係るものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
図１は本実施の形態を示す概略ブロック図であり、図中、１０は主演算装置であり、該主演算装置１０にはＣＡＤシステムプログラム１１が格納されており、該ＣＡＤシステムプログラム１１は３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２、流体解析メッシュ作成プログラム１３、構造解析メッシュ作成プログラム１４、構造解析プログラム１５、ポスト処理プログラム１６、解析適否判断プログラム２７、解析データ修正プログラム２８、判断条件設定プログラム２９を有している。前記主演算装置１０には最終的な解析結果を表示等するディスプレイ、プリンタ等の出力装置３１が接続されている。
【００３４】
又、１７は流体解析プログラム１８が格納された流体解析演算装置であり、１９はデータマッピングプログラム２０が格納されたデータマッピング処理装置である。２１は応力解析プログラム２２が具備された応力演算装置、３２は作業者が３Ｄ設計用のデータ、或は解析条件等を入力する為のキーボード等の入力装置である。
【００３５】
作業者により前記主演算装置１０が操作され、機械、例えば流体機械の解析が行われる。
【００３６】
前記ＣＡＤシステムプログラム１１は、作業者が前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２を操作することで、前記流体解析メッシュ作成プログラム１３、前記構造解析メッシュ作成プログラム１４、前記構造解析プログラム１５、前記ポスト処理プログラム１６が操作可能である様なプログラム構成となっている。
【００３７】
作業者が、前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２に前記入力装置３２を介して３Ｄ設計用のデータを入力すると、３Ｄ設計モデルが作成されるのと同時に３Ｄ解析モデルが作成される。３Ｄ設計モデルと３Ｄ解析モデルとは同一のプログラムで作成されるので、データ変換等の処理は必要なくなる。
【００３８】
前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２で作成された３Ｄ解析モデルデータは前記流体解析メッシュ作成プログラム１３、前記構造解析メッシュ作成プログラム１４に送出される。又、前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２から送出されるデータは、前記流体解析メッシュ作成プログラム１３、前記構造解析メッシュ作成プログラム１４で直接処理可能となっている。
【００３９】
作業者が前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２を介して前記流体解析メッシュ作成プログラム１３を起動操作し、該流体解析メッシュ作成プログラム１３では、前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２からの前記３Ｄ解析モデルデータを基に流体解析メッシュが作成される。
【００４０】
作成された該流体解析メッシュのデータは前記流体解析プログラム１８が処理可能なデータとなっており、ＬＡＮ、インターネット経由で前記流体解析演算装置１７に伝送される。
【００４１】
作業者により該流体解析演算装置１７で前記流体解析プログラム１８が起動され、該流体解析プログラム１８は前記流体解析メッシュデータに基づき、境界条件の設定、計算等を実行し、流体解析データを作成する。該流体解析データは、ＬＡＮ、インターネットを経由して前記データマッピング処理装置１９に伝送される。
【００４２】
作業者が前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２を介して前記構造解析メッシュ作成プログラム１４を起動操作する。
【００４３】
前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２から前記構造解析メッシュ作成プログラム１４に送られた前記３Ｄ解析モデルデータを基に、前記構造解析メッシュ作成プログラム１４により構造解析メッシュが作成され、前記構造解析プログラム１５に送出される。前記構造解析メッシュ作成プログラム１４、前記構造解析プログラム１５は同一の前記ＣＡＤシステムプログラム１１に格納されているので、前記構造解析メッシュ作成プログラム１４から送出されるデータは直接前記構造解析プログラム１５が処理可能なデータ様式とすることができる。
【００４４】
前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２を介して、前記構造解析プログラム１５が起動され、該構造解析プログラム１５で前記構造解析メッシュの境界条件等の設定、計算が実行され、構造解析データが作成され、該構造解析データは、ＬＡＮ、インターネットを経由して前記データマッピング処理装置１９に伝送される。
【００４５】
該データマッピング処理装置１９は前記流体解析データ、前記構造解析データ間のマッピングを行い、マッピングデータを、前記応力演算装置２１によりＬＡＮ、インターネットを経由して前記ポスト処理プログラム１６に伝送する。前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２を介して前記ポスト処理プログラム１６が起動され、該ポスト処理プログラム１６は前記応力解析プログラム２２に基づきポスト処理を行い、ポスト処理の結果は前記出力装置３１、例えば表示部に送出され、応力計算結果、温度分布等が色分け等され表示される。
【００４６】
作業者は、画面に表示された解析結果により、入力した設計用のデータが適正なものであったかどうかを判断できる。
【００４７】
又、前記ポスト処理プログラム１６はポスト処理の結果を前記解析適否判断プログラム２７に送出する。該解析適否判断プログラム２７では、解析結果が適正なものであるかどうかを判断し、判断結果は前記出力装置３１に表示される。
【００４８】
該解析適否判断プログラム２７は、前記入力装置３２により記憶部（図示せず）に入力された判断データに基づき、解析結果の適否が判断される。
【００４９】
図２はその一例を示している。
【００５０】
ＳＴＥＰ：０１に於いて、先ず前記ポスト処理プログラム１６から送出されたデータ（応力）が、許容範囲内であるかどうかが判断される。判断の為のデータとしては、使用する材質、材質により決定される許容応力、ヤング率等が前記記憶部に設定されている。
【００５１】
解析して得られた応力が許容値より超えるものである場合は、解析結果が不適であるという結果を前記解析データ修正プログラム２８に送出する。該解析データ修正プログラム２８では、解析の基になった３Ｄ設計用のデータを修正する。例えば、許容応力値を越えた部材がパイプであった場合、肉厚を増すか或は直径を大きくするか等である。修正値は、許容値に対する偏差等に基づき前記解析データ修正プログラム２８が演算する。尚、該解析データ修正プログラム２８で得られた修正値が複数ある場合には、前記判断条件設定プログラム２９に設定された選択基準に基づき修正値の選択が行われる。例えば、判断基準が形状優先であり、外径等が設定されている場合は、前記解析データ修正プログラム２８は、肉厚の変更と共に解析応力が許容値以下となる様な材質を選択する。
【００５２】
演算された修正値に基づき、更に解析が実行される。解析された応力値が許容値以内の場合は、ＳＴＥＰ：０２でコストについての判断がなされる。前記記憶部にコストの上限値等のデータが格納されており、コストの判断についても、格納されたデータに基づきなされる。
【００５３】
パイプについてコストが上限値を超えていた場合、応力の条件を変えることなく、材質或は形状データを修正する。例えば、材質を安価なものに変更し、或は外径の設定値を増大させ、肉厚を減少させる等である。
【００５４】
ＳＴＥＰ：０２での条件を満足する様に前記解析データ修正プログラム２８で、修正値が演算される。この場合も、修正値が複数存在する場合、前記判断条件設定プログラム２９で設定した選択基準に基づき修正値が選択され、更に解析が実行される。
【００５５】
ＳＴＥＰ：０３では、ＳＴＥＰ：０２での条件を満足する解析結果が得られた場合に、更に解析結果の適否判断がなされる。例えば、固有振動数の判断がなされる。対象機械が流体機械である場合は、予想される流体の振動値が前記記憶部に入力されており、流体の振動値に対して共振しない様な固有振動数が選択される。
【００５６】
固有振動数が不適な場合、前記解析データ修正プログラム２８は、部材の剛性を変更する様に、パイプの直径、肉厚を修正する修正値を演算する。
【００５７】
次に、ＳＴＥＰ：０１、ＳＴＥＰ：０２、ＳＴＥＰ：０３の判断基準を全て満足する場合で、解析結果を修正する為の修正値が複数存在する場合は、前記判断条件設定プログラム２９に基づき、修正値の選択が行われる。上記した様に、解析を実行する前に予め、選択基準が設定されており、修正値の選択は、選択基準に基づき実行される。選択基準としては、例えばコスト優先、形状優先等である。
【００５８】
コスト優先が選択基準となっている場合、例えば部材がパイプの場合、修正値の内、肉厚の薄い修正値が選択され、形状を優先する場合は、寸法が最も希望値に近いものが選択される等である。
【００５９】
修正値が選択された後、再度解析が実行され、解析結果は前記ポスト処理プログラム１６を介してポスト処理の結果が前記出力装置３１に表示され、更に前記解析適否判断プログラム２７からは解析で得られた最適値、例えばパイプの直径、肉厚等の具体的数値が前記出力装置３１に送出され、該出力装置３１で表示される。
【００６０】
更に、設計上の条件に応じて適宜判断条件を追加することが可能である。例えば、部材の形状の変更、例えば丸パイプから角パイプとする、或は部材の数を指定する、或は部品取付けの最適位置を求める、或は塗装費用を低減する為に表面積を所定値以下とする、等である。
【００６１】
而して、本発明では解析の途中で設計者の判断を要することなく、設計、製作に必要な最適なデータが得られる。
【００６２】
次に、図３は第２の実施の形態を示している。
【００６３】
該第２の実施の形態では、前記ＣＡＤシステムプログラム１１に、更にデータ蓄積プログラム３０を具備させたものである。
【００６４】
機械の解析を行う度に種々の条件下での解析データが得られるが、前記データ蓄積プログラム３０は、得られた解析データを図示しない記憶部に解析データベースとして蓄積し、又該データ蓄積プログラム３０により蓄積されたデータが解析条件等を設定することで直ちに取出せる様になっている。
【００６５】
例えば、前記解析データ修正プログラム２８で修正値を演算する場合、前記データ蓄積プログラム３０を介して、蓄積された解析データベースを検索し、条件の合致したデータ、或は条件に近いデータを取出し、取出したデータを基に修正値を演算する。蓄積された解析データベースを利用することで、より迅速で、より精度の高い最適解析値が得られる。
【００６６】
尚、上記実施の形態で説明した、前記主演算装置１０と前記流体解析演算装置１７、前記データマッピング処理装置１９、前記応力演算装置２１は個別の装置である。然し、ＬＡＮ、インターネットで接続されているので、前記主演算装置１０から前記流体解析プログラム１８、前記データマッピングプログラム２０、前記応力解析プログラム２２を起動し、前記主演算装置１０の表示装置（図示せず）に表示させ、該主演算装置１０で操作することが可能である。
【００６７】
上記流体機械の解析システムに於いて、解析モデル作成、流体解析メッシュ作成、構造解析メッシュ作成を同一のＣＡＤシステムプログラム１１で行っているので、モデルの修正、メッシュの修正が迅速に行える。又前記流体解析メッシュ作成プログラム１３、構造解析メッシュ作成プログラム１４、構造解析プログラム１５、ポスト処理プログラム１６の作業をプログラムを切替えることなく、前記３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム１２から直接行えるので、作業効率が大幅に向上する。
【００６８】
又、上記実施の形態は、解析対象を流体機械としたが、流体機械以外の機械の解析にも実施可能であることは言う迄もなく、この場合流体解析関係のプログラムは省略できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、設計用のデータを基に応力解析を行うプログラムと、解析で得られた解析データの適否判断をする解析適否判断プログラムと、該解析適否判断プログラムの判断に基づき、再解析用の修正値を演算する解析データ修正プログラムとを具備するので、設計者の判断を要することなく、設計、製作に必要な最適なデータが得られ、解析作業の作業性、能率の向上が図れるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略ブロック図である。
【図２】該実施の形態の作用を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す概略ブロック図である。
【図４】従来例を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
１０        主演算装置
１１        ＣＡＤシステムプログラム
１２        ３Ｄ設計モデル／３Ｄ解析モデル作成プログラム
１３        流体解析メッシュ作成プログラム
１４        構造解析メッシュ作成プログラム
１５        構造解析プログラム
１６        ポスト処理プログラム
１７        流体解析演算装置
１８        流体解析プログラム
１９        データマッピング処理装置
２０        データマッピングプログラム
２１        応力演算装置
２２        応力解析プログラム
２７        解析適否判断プログラム
２８        解析データ修正プログラム
２９        判断条件設定プログラム
３０        データ蓄積プログラム
３１        出力装置
３２        入力装置
【図１】
2004308529.tif 000003
【図２】
2004308529.tif 000004
【図３】
2004308529.tif 000005
【図４】
2004308529.tif 000006