(57)【要約】【課題】  簡易な計算処理で３次元メッシュを生成する方法を提案する。【解決手段】  本発明の３次元メッシュ生成方法は、３次元メッシュを生成する基準となる基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュデータを読み取り（Ｓ１）、次いで、基準平面の法線方向における３次元有限要素の配列を規定する法線方向データ（スイープ量、分割数、オフセット、グループ名、及び界面名）を読み取り（Ｓ２）、これらのデータに基づいて３次元メッシュを生成し（Ｓ３）、３次元メッシュデータを出力する（Ｓ３）。【選択図】    図２
2005259043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象を３次元有限要素にモデル化した３次元メッシュを生成するための３次元メッシュ生成方法であって、前記３次元メッシュを生成する基準となる基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、前記基準平面の法線方向における前記３次元有限要素の配列を規定する情報とに基づいて前記３次元メッシュを生成する、３次元メッシュ生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元メッシュ生成方法であって、前記３次元メッシュは前記基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、前記基準平面に平行な任意の断面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュとが同一となるメッシュモデルである、３次元メッシュ生成方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の３次元メッシュ生成方法であって、前記基準平面の法線方向における前記３次元有限要素の配列を規定する情報は、前記基準平面の法線方向における３次元有限要素のスイープ量、分割数、オフセット、グループ名、及び界面名を含む、３次元メッシュ生成方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の３次元メッシュ生成方法であって、前記解析対象は燃料電池である、３次元メッシュ生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は数値解析用の３次元メッシュ生成技術に関し、特に、計算処理の簡易化とデータ量の削減を図るための改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＡＤ，ＣＡＥ等の分野において、解析対象の内部応力や熱応力その他の静的又は動的な構造解析を行うにあたり有限要素法が用いられている。この有限要素法は解析対象を有限要素の集合体にモデル化し、各有限要素に境界条件を与えて演算によりシミュレーション解析を行い、各有限要素の近似解を求めて全体の数値解析を行うものである。有限要素法による数値解析において、解析対象を有限要素の集合体にモデル化するための３次元メッシュ生成作業は多大な時間を費やすとともに、解析結果の精度に直接関わる重要な作業である。３次元メッシュの生成手法として各種の手法が研究されており、例えば、特開平５−１０１１５２号公報には、２次元メッシュに３本又は４本のガイド曲線を設定し、このガイド曲線に沿って２次元メッシュを変形移動させて立体軌跡を生成し、この立体軌跡により３次元メッシュを生成する手法が提案されている。
【特許文献１】特開平５−１０１１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の計算手法では複雑なベクトル計算等を要する上に、扱うデータ量も膨大になるため、３次元メッシュを作成するには多大な労力と、高処理能力・大記憶容量のコンピュータシステムが要求される。
【０００４】
そこで、本発明は計算処理の簡易化とデータ量の削減を図るための３次元メッシュ生成方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明の３次元メッシュ生成方法は解析対象を３次元有限要素にモデル化した３次元メッシュを生成するための３次元メッシュ生成方法であって、３次元メッシュを生成する基準となる基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、この基準平面の法線方向における３次元有限要素の配列を規定する情報とに基づいて３次元メッシュを生成する。この方法によれば、３次元メッシュを生成する基準となる基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、この基準平面の法線方向における３次元有限要素の配列を規定する情報とを保持していればよいので、３次元メッシュの格子座標データを保持する従来例と比較して、取り扱うデータ量を大幅に削減でき、計算負荷も大幅に低減できる。
【０００６】
本発明の方法を適用できる３次元メッシュとしては、基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、基準平面に平行な任意の断面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュとが同一となるメッシュモデルに適用できる。３次元メッシュがこのようなメッシュ構造を備えている場合には、３次元メッシュの格子座標データを全て保持しなくても、解析対象の基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、この基準平面の法線方向における３次元有限要素の配列を規定する情報とに基づいて解析対象の３次元メッシュを生成することが可能となる。
【０００７】
基準平面の法線方向における３次元有限要素の配列を規定する情報としては、例えば、３次元有限要素のスイープ量、分割数、オフセット、グループ名、及び界面名を含む情報を用いることができる。また、数値解析対象の対象として、各種の物理現象に応用可能であるが、例えば、燃料電池に適用することにより、燃料電池の３次元温度分布や熱応力を数値シミュレーションすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば３次元メッシュを生成する基準となる基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、この基準平面の法線方向における３次元有限要素の配列を規定する情報とに基づいて３次元メッシュを生成するため、３次元メッシュの計算処理を簡易化できる。また、取り扱うデータ量も小容量化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態は解析対象を３次元有限要素にモデル化した３次元メッシュを生成するための手法を提案するものであり、３次元メッシュを生成する基準となる基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、この基準平面に平行な任意の断面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュとが同一となるメッシュ構造を備えた３次元メッシュを対象としている。このようなメッシュ構造を備えた３次元メッシュにおいては、基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュの格子座標データ（以下、２次元メッシュデータと称する。）と、基準平面の法線方向における３次元有限要素の配列を規定する情報（以下、法線方向データと称する。）に基づいて、解析対象の３次元メッシュを生成することができる。但し、３次元メッシュ内の全ての領域において３次元有限要素が形成されている必要はなく、一部の領域において３次元有限要素が形成されていない領域が存在していてもよい。
【００１０】
ここで、図３を参照しつつ、基準平面の２次元メッシュデータと、法線方向データとに基づいて解析対象の３次元メッシュを生成する手法について説明する。同図（ｄ）は解析対象を３次元有限要素にモデル化した３次元メッシュ４０を示しており、その底面は３次元メッシュ４０を生成する基準となる基準平面４１を構成している。基準平面４１の法線方向にはＨ１〜Ｈ４から成る４種類の３次元メッシュが積層されており、基準平面４１に平行な任意の断面の２次元メッシュは全て同一である。図中、格子が記されてない箇所は３次元メッシュが形成されていない箇所を示している。同図（ａ）は法線方向から視た基準平面４１を示している。基準平面４１は領域Ａ、領域Ｂ、及び領域Ｃの３つの領域に分割される（説明の便宜上、２次元メッシュの図示は省略している）。同図（ｂ）は３次元メッシュＨ１〜Ｈ４の法線方向の配列を示している。図中、ハッチングを付した箇所は３次元メッシュが形成されている領域を示している。
【００１１】
同図（ｃ）は３次元メッシュＨ１〜Ｈ４の法線方向データを示しており、スイープ量、分割数、オフセット、グループ名、及び界面名が例示されている。スイープ量は３次元メッシュの法線方向の高さ（押し出し量）を示す。分割数は３次元有限要素を法線方向に積層した数を示す。オフセットは各領域における３次元メッシュの有無を示す（○は該当する領域に３次元メッシュが存在することを示し、×は該当する領域に３次元メッシュが存在しないことを示している。）。グループ名は同一のグループ（又は属性）を構成する３次元有限要素の集合名称を示す。例えば、格子数をｎ、押し出し領域数をｍ、２次元格子座標を（Ｘ，Ｙ）、押し出し方向座標をＺ（ｎ）、ｉ番目の領域をＡ（ｉ）、押し出し方向界面座標をｃ（ｍ）とし、Ａ（ｉ）に属する任意の（Ｘ，Ｙ）について、あるＺ（ｎ）がｃ（ｍ−１）〜ｃ（ｍ）に含まれるとき、座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ（ｎ））はＡ（ｍ）に含まれる。界面名は隣接するグループ同士の界面の名称を示す（説明の便宜上、界面名の図示は省略している。）。同図に示す例について、３次元メッシュＨ４を例に挙げて詳述すると、３次元メッシュＨ４のスイープ量は４ｍｍ、分割数は５である。また、３次元メッシュＨ４の領域Ａ，Ｂにはメッシュが存在し、領域Ｃにはメッシュが存在しない。この領域Ａ，Ｂの３次元メッシュは共にＮｏ．３のグループに属している。このように、３次元メッシュ４０は基準平面４１の２次元メッシュと、法線方向データに基づいて、基準平面４１上に３次元有限要素を法線方向に積層していくことにより得られるため、簡易な計算処理により３次元メッシュ４０を生成できる。
【００１２】
図１は本実施形態の３次元メッシュ生成装置の機能ブロック図、図２は３次元メッシュ生成ルーチンを示している。３次元メッシュ生成装置１０は３次元メッシュ生成処理を行うプロセッサ２０と、３次元メッシュ生成に必要な各種のプログラム及びデータ類を格納するメモリ３０を備えている。メモリ３０には、３次元メッシュ生成方法を実行する３次元メッシュ生成プログラム３１と、基準平面の２次元メッシュデータ３２と、法線方向データ３３が格納され、更に、所定メモリ領域は３次元メッシュデータの出力領域３４が割り当てられている。プロセッサ２０は３次元メッシュ生成プログラムを解釈、実行することにより３次元メッシュ生成手段２１として機能する。３次元メッシュ生成手段２１は２次元メッシュデータ３２を読み取り（Ｓ１）、次いで、法線方向データを読み取って（Ｓ２）、これらのデータに基づいて３次元メッシュを生成し（Ｓ３）、３次元メッシュデータ出力領域３４に３次元メッシュデータを出力する（Ｓ４）。具体的には、２次元格子座標を（Ｘ，Ｙ）、押し出し方向座標をＺ（ｎ）、ｉ番目の領域をＡ（ｉ）、押し出し界面座標をｃとし、Ａ（ｉ）に属する任意の（Ｘ，Ｙ）について、あるＺ（ｎ）でｆｌａｇ（Ａ（ｉ），ｃ）＝１である場合は、座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ（ｎ））を出力する。ここで、領域Ａ（ｉ）の押し出し界面座標ｃに格子がある場合をｆｌａｇ（Ａ（ｉ），ｃ）＝１とし、格子がない場合をｆｌａｇ（Ａ（ｉ），ｃ）＝０とする。
【００１３】
本実施形態によれば簡易な計算処理で３次元メッシュを生成できる。また、３次元メッシュを生成する基準となる基準平面を２次元有限要素にモデル化した２次元メッシュと、この基準平面の法線方向における３次元有限要素の配列を規定する情報とを保持していればよいので、３次元メッシュの格子座標データを保持する従来例と比較して、取り扱うデータ量を大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の３次元メッシュ生成装置の機能ブロック図である。
【図２】本実施形態の３次元メッシュ生成処理ルーチンである。
【図３】本実施形態の３次元メッシュの説明図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０…３次元メッシュ生成装置  ２０…プロセッサ  ２１…３次元メッシュ生成手段  ３０…メモリ  ３１…３次元メッシュ生成プログラム  ３２…３次元メッシュデータ  ３３…法線方向データ  ３４…３次元メッシュデータ出力領域  ４０…３次元メッシュ  ４１…基準平面
【図１】
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【図２】
2005259043.tif 000004
【図３】
2005259043.tif 000005