(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限要素法を用いて応力を解析する装置であって、
解析対象領域を有限個の要素に分割して各要素毎に応力を算出する算出手段、
解析対象領域を複数の要素の集合でなる複数の区域に区分する区分手段、
この区分手段で区分された区域と、該区域に含まれる要素とを対応付けて記録する記録手段、
この記録手段で記録された区域毎に前記算出手段で算出された応力が最大の要素を選択する選択手段、及び、
この選択手段で選択された要素の応力を該要素が含まれる区域の値として出力する出力手段を有し、
前記出力手段は、選択手段で選択された要素の位置も併せて出力することを特徴とする応力解析装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の応力解析装置において、
前記出力手段は、選択手段で選択された要素の応力と位置とを画面に表示することにより、前記応力と前記位置とを出力することを特徴とする応力解析装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載の応力解析装置において、
前記出力手段は、算出手段で算出された応力に基き各要素が色分けされた応力分布を画面に表示しながら、前記応力と前記位置とを画面に表示することを特徴とする応力解析装置。
【請求項４】
前記請求項２又は３に記載の応力解析装置において、
前記算出手段は、複数の相異なる解析対象領域について、それぞれ、有限個の要素に分割して各要素毎に応力を算出し、
前記区分手段は、各解析対象領域について、それぞれ、複数の要素の集合でなる複数の区域に区分し、
前記記録手段は、各解析対象領域について、それぞれ、前記区分手段で区分された区域と、該区域に含まれる要素とを対応付けて記録し、
前記選択手段は、各解析対象領域について、それぞれ、前記記録手段で記録された区域毎に前記算出手段で算出された応力が最大の要素を選択し、
前記出力手段は、各解析対象領域間で類似する区域について、前記選択手段で選択された要素の応力と位置とを並べて画面に表示することを特徴とする応力解析装置。
【請求項５】
前記請求項１から４のいずれか１項に記載の応力解析装置において、
前記選択手段は、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板に属する要素を除外して、応力が最大の要素を選択することを特徴とする応力解析装置。
【請求項６】
コンピュータシステムにおいて有限要素法を用いて応力を解析する方法であって、
前記コンピュータシステムが、
解析対象領域を有限個の要素に分割して各要素毎に応力を算出する算出ステップ、
解析対象領域を複数の要素の集合でなる複数の区域に区分する区分ステップ、
この区分ステップで区分した区域と、該区域に含まれる要素とを対応付けて記録する記録ステップ、
この記録ステップで記録した区域毎に前記算出ステップで算出した応力が最大の要素を選択する選択ステップ、及び、
この選択ステップで選択した要素の応力を該要素が含まれる区域の値として出力する出力ステップを実行し、
前記出力ステップでは、選択ステップで選択された要素の位置も併せて出力することを特徴とする応力解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力解析装置及び方法、より詳しくは有限要素法を用いる応力解析装置及び方法に関し、データ処理の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば自動車産業において新車を開発するに際しては、開発車両の車体について、走行時の環境の下で車体に入力される様々な外力に起因して発生する応力を解析し、その解析結果に基いて開発車両の設計の変更や改善が行われる。その場合に、応力解析の手法の１つとして、有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）が周知であり汎用される。この有限要素法を用いる応力解析は、解析対象領域を節点を結んで画成される有限個の要素に分割し、分割した各要素について荷重条件や材料特性等を設定して応力をそれぞれ算出するものである。
【０００３】
例えば、特許文献１には、有限要素法を用いる応力解析の精度向上を図る技術として、まず全体モデル及び全体モデルから切り出した局所モデルを粗く分割して１回目の応力解析を行い、次に局所モデルを細かく分割して２回目の応力解析を行うに当たり、１回目の全体の解析結果から得られた切り出し線上の節点の変位量を入力して２回目の局所モデルの応力解析を行うことが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−５５６５６（段落０００９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、開発担当者は、例えば解析対象領域の中から応力集中が起こって破断等の可能性のある箇所を見出すために、解析対象領域を複数の区域（解析対象領域が存在する空間を規則的に複数に区画したものや、解析対象領域を構成する複数の部品がそれぞれ占有する領域等）に区分し、各区域内で発生する最大の応力はどれだけか、さらにはその最大応力が発生する部位はどこか、について考察することがある。この場合、１つの区域に含まれる要素の数が比較的少ないときは、解析結果（各要素毎に算出された応力が示された応力分布）が画面に表示されて出力されるにせよ、あるいは紙に印刷されて出力されるにせよ、まだ問題は小さくて済む。
【０００６】
しかし、例えば自動車産業における新車開発のように、解析対象領域が比較的大きな物体である車体全体の場合には、それに伴い、解析対象領域を複数に区分した１つの区域の範囲自体がいきおい大きくなる。また、一般に、解析精度の向上のために、解析対象領域を細かく分割した場合には、要素の総数自体が多くなる。したがって、これらの要因によって、１つの区域に含まれる要素の数がどうしても多くなる傾向にある。すると、開発担当者が、画面の上で、あるいは印刷物の上で、解析結果（各要素毎に算出された応力が示された応力分布）を見て、多数のデータの中から、各区域内の最大応力を見出し、さらには各区域内の最大応力発生部位を見出すことは、非常に時間のかかる煩雑な作業となってしまう。
【０００７】
本発明は、有限要素法を用いる応力解析における前記問題に対処するもので、たとえ解析対象領域が比較的大きくても、また、解析精度の向上のために要素の数が比較的多くても、開発担当者が解析対象領域を複数に区分した各区域内の最大応力を容易に把握できるようにすること、換言すれば、解析結果から最大応力の値を容易に見出すことができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、有限要素法を用いて応力を解析する装置であって、解析対象領域を有限個の要素に分割して各要素毎に応力を算出する算出手段、解析対象領域を複数の要素の集合でなる複数の区域に区分する区分手段、この区分手段で区分された区域と、該区域に含まれる要素とを対応付けて記録する記録手段、この記録手段で記録された区域毎に前記算出手段で算出された応力が最大の要素を選択する選択手段、及び、この選択手段で選択された要素の応力を該要素が含まれる区域の値として出力する出力手段を有し、前記出力手段は、選択手段で選択された要素の位置も併せて出力することを特徴とする。
【００１０】
ここで、請求項１における「区域」の具体例としては、解析対象領域が存在する空間を規則的に複数に区画したものや、解析対象領域を構成する複数の部品がそれぞれ占有する領域等が挙げられる。
【００１２】
次に、本願の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の応力解析装置において、前記出力手段は、選択手段で選択された要素の応力と位置とを画面に表示することにより、前記応力と前記位置とを出力することを特徴とする。
【００１３】
次に、本願の請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の応力解析装置において、前記出力手段は、算出手段で算出された応力に基き各要素が色分けされた応力分布を画面に表示しながら、前記応力と前記位置とを画面に表示することを特徴とする。
【００１４】
次に、本願の請求項４に記載の発明は、前記請求項２又は３に記載の応力解析装置において、前記算出手段は、複数の相異なる解析対象領域について、それぞれ、有限個の要素に分割して各要素毎に応力を算出し、前記区分手段は、各解析対象領域について、それぞれ、複数の要素の集合でなる複数の区域に区分し、前記記録手段は、各解析対象領域について、それぞれ、前記区分手段で区分された区域と、該区域に含まれる要素とを対応付けて記録し、前記選択手段は、各解析対象領域について、それぞれ、前記記録手段で記録された区域毎に前記算出手段で算出された応力が最大の要素を選択し、前記出力手段は、各解析対象領域間で類似する区域について、前記選択手段で選択された要素の応力と位置とを並べて画面に表示することを特徴とする。
【００１５】
次に、本願の請求項５に記載の発明は、前記請求項１から４のいずれか１項に記載の応力解析装置において、前記選択手段は、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板に属する要素を除外して、応力が最大の要素を選択することを特徴とする。
【００１６】
次に、本願の請求項６に記載の発明は、コンピュータシステムにおいて有限要素法を用いて応力を解析する方法であって、前記コンピュータシステムが、解析対象領域を有限個の要素に分割して各要素毎に応力を算出する算出ステップ、解析対象領域を複数の要素の集合でなる複数の区域に区分する区分ステップ、この区分ステップで区分した区域と、該区域に含まれる要素とを対応付けて記録する記録ステップ、この記録ステップで記録した区域毎に前記算出ステップで算出した応力が最大の要素を選択する選択ステップ、及び、この選択ステップで選択した要素の応力を該要素が含まれる区域の値として出力する出力ステップを実行し、前記出力ステップでは、選択ステップで選択された要素の位置も併せて出力することを特徴とする。
【００１７】
ここで、請求項６における「区域」の具体例としては、解析対象領域が存在する空間を規則的に複数に区画したものや、解析対象領域を構成する複数の部品がそれぞれ占有する領域等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１８】
まず、請求項１、請求項６に記載の発明によれば、解析対象領域を有限個の要素に分割し、分割した各要素毎に応力を算出する応力解析、すなわち有限要素法を用いる応力解析において、解析対象領域が複数の要素の集合でなる複数の区域に区分され、区分された区域と該区域に含まれる要素とが対応付けて記録され、記録された区域毎に応力が最大の要素が選択され、そして、選択された要素の応力が該要素が含まれる区域の値（代表値）として出力されるようにしたので、開発担当者は、自らが、例えば画面の上や印刷物の上で、解析結果（各要素毎に算出された応力が示された応力分布）を見て、多数のデータの中から、解析対象領域を複数に区分した各区域内の最大応力を見出すというような、非常に時間のかかる煩雑な作業をせずに済むこととなる。代わりに、開発担当者は、たとえ解析対象領域が比較的大きくても、あるいは、解析精度の向上のために要素の数が比較的多くても、例えば画面の上や印刷物の上で、出力された値（代表値）を見て、各区域内の最大応力を容易に把握すること、換言すれば、解析結果から最大応力の値を容易に見出すことが可能となる。
【００１９】
その場合に、この発明によれば、選択された要素の位置も併せて出力されるようにしたので、最大応力だけでなく、該最大応力が算出された要素がどれであるかの位置情報も出力されることとなり、開発担当者は、例えば画面の上や印刷物の上で、出力された代表値と要素の位置とを見て、各区域内の最大応力と、その最大応力が発生する部位とを同時に容易に把握すること、換言すれば、解析結果から最大応力の値とその発生場所とを同時に容易に見出すことが可能となる。
【００２０】
次に、請求項２に記載の発明によれば、選択された要素の応力及び要素の位置が画面に表示されることにより、前記応力及び位置が出力されるようにしたので、開発担当者は、例えば印刷物の上でなく、画面の上で、表示された最大応力と位置情報とを見て、各区域内の最大応力と位置情報とを認識することが可能となる。
【００２１】
次に、請求項３に記載の発明によれば、算出された応力に基き各要素が色分けされた応力分布が画面に表示されながら、選択された要素の応力及び要素の位置が画面に表示されるようにしたので、開発担当者は、画面の上で、応力分布の色分けを見て、各区域内の応力分布の全体を色の違いで一見して把握することが可能となる。
【００２２】
次に、請求項４に記載の発明によれば、複数の相異なる解析対象領域間で類似する区域について、選択された要素の応力及び要素の位置が並んで画面に表示されるようにしたので、開発担当者は、１つの画面の上で、表示された複数の最大応力と位置情報とを見て、例えば評価基準品と開発品という相異なる物品の類似する区域の解析結果を突き合わせて比較することが容易にでき、解析結果に基づく設計変更や改善に大いに資することとなる。
【００２３】
次に、請求項５に記載の発明によれば、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板に属する要素が除外されて応力が最大の要素が選択されるようにしたので、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板に属する要素については、たとえ区域内で最大応力が発生しても、解析結果に基づく設計変更や改善の考慮に加えられないこととなる。
【００２４】
このようにした理由は、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板は、たとえ応力集中が起こって溶接部位で破断等しても、上下の板で挟まれており飛散しないので、相対的に問題が少ないという観点からである。それよりも、破断等したときには飛散して外観や物性の点で問題が大きい上下の板に最大応力が発生しているかどうかを把握することのほうが重要であり、最大応力が発生する要素を選択する際に、中板に属する要素を除外することにより、上下の板に最大応力が発生したときに確実にその情報が開発担当者に伝えられることとなる。
【００２５】
また、このように不必要な要素を除外することで、最大応力が発生する要素を選択する際のデータ数が少なくなり、選択が易化するという利点も得られる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本実施形態に係る応力解析装置１の全体構成図である。この応力解析装置１はコンピュータシステムで構成され、ＣＰＵ等の制御部１０と、メモリ等の記録部２０と、キーボードやマウス等の入力部３０と、ディスプレイやプリンタ等の出力部４０とが相互にバスで接続されている。この応力解析装置１が行う動作は、本発明の応力解析方法を構成する。
【００２７】
図２に示すように、記録部２０には、有限要素法を用いる応力解析を実行するための応力解析プログラム２１と、応力解析の結果を表す画像を作成するための描画プログラム２２と、ＣＡＤデータベース２３と、区域データベース２４と、要素データベース２５と、応力データベース２６と、区域要素対応テーブル２７と、最大応力選択テーブル２８とが格納されている。
【００２８】
まず、図３に示すように、ＣＡＤデータベース２３は、ＣＡＤ番号をキーとして、解析対象領域と、３Ｄ画像とが記録される構造になっている。図例に従えば、いま、ＣＡＤ番号「ｃａｄ０００１」には、「評価基準車１号」の３Ｄ画像が記録されており、ＣＡＤ番号「ｃａｄ０１０１」には、「開発車１号」の３Ｄ画像が記録されている。
【００２９】
ここで、「評価基準車」とは、応力解析の評価の基準となる車両（例えば既存車両）のことであり、「開発車」とは、評価基準車と解析結果を突き合わせて比較する開発段階の車両のことである。
【００３０】
次に、図４に示すように、区域データベース２４は、区域番号をキーとして、Ｘ軸範囲（ｍｍ）と、Ｙ軸範囲（ｍｍ）と、Ｚ軸範囲（ｍｍ）とが記録される構造になっている。図例に従えば、いま、区域番号「Ｋ０００１」には、Ｘ軸範囲として「００００ｍｍ」から「０２２５ｍｍ」までが記録され、Ｙ軸範囲として「００００ｍｍ」から「０２００ｍｍ」までが記録され、Ｚ軸範囲として「００００ｍｍ」から「０１００ｍｍ」までが記録されており、区域番号「Ｋ１７６８」には、Ｘ軸範囲として「１５７５ｍｍ」から「１８００ｍｍ」までが記録され、Ｙ軸範囲として「３２００ｍｍ」から「３４００ｍｍ」までが記録され、Ｚ軸範囲として「１２００ｍｍ」から「１３００ｍｍ」までが記録されている。
【００３１】
ここで、図５を参照して、解析対象領域である車体αの３次元ＣＡＤ画像と区域との関係を説明する。図５において、符号αは、本実施形態の解析対象領域である自動車の車体を示している。図３のＣＡＤデータベース２３の３Ｄ画像には、この車体αの３次元ＣＡＤ画像が記録されているのである。図例の場合、この車体αは、Ｘ軸に沿う車幅が１８００ｍｍより僅かに小さく、Ｙ軸に沿う車長が３４００ｍｍより僅かに小さく、Ｚ軸に沿う車高が１３００ｍｍより僅かに小さいものである。そして、解析対象領域であるこの車体αが存在する空間を規則的に複数に区画したものが、図４でいう区域（以下、符号Ｋを付す）である。
【００３２】
より詳しくは、本実施形態においては、車体αが存在する空間を、Ｘ軸においては８等分し、Ｙ軸においては１７等分し、Ｚ軸においては１３等分している。その結果、１つの区域Ｋの大きさは、Ｘ軸寸法が２２５ｍｍ（＝１８００ｍｍ／８）、Ｙ軸寸法が２００ｍｍ（＝３４００ｍｍ／１７）、Ｚ軸寸法が１００ｍｍ（＝１３００ｍｍ／１３）である。また、区域Ｋの総数は、１７６８個である（＝８×１７×１３）。そして、車体αの右前下の角を原点とし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の順番で、図４でいう区域番号を昇順に連番で割り振っている。したがって、車体αの右前下の角の区域Ｋが最初の１番目の区域「Ｋ０００１」であり、車体αの左後上の角の区域Ｋが最後の１７６８番目の区域「Ｋ１７６８」である。
【００３３】
要するに、図４に示した区域データベース２４は、解析対象領域である車体αを複数の区域Ｋ…Ｋに区分した各区域Ｋ毎に該区域Ｋの範囲を記録するものである。
【００３４】
次に、図６に示すように、要素データベース２５は、要素番号をキーとして、Ｘ軸座標（ｍｍ）と、Ｙ軸座標（ｍｍ）と、Ｚ軸座標（ｍｍ）と、所属部品番号とが記録される構造になっている。図例に従えば、いま、要素番号「Ｅ０００００１」には、Ｘ軸座標として「０００３ｍｍ」が記録され、Ｙ軸座標として「０００３ｍｍ」が記録され、Ｚ軸座標として「０００３ｍｍ」が記録され、所属部品番号として「ＰＩＤ＊＊＊＊＊＊」が記録されており、要素番号「Ｅ０００００２」には、Ｘ軸座標として「０００６ｍｍ」が記録され、Ｙ軸座標として「０００３ｍｍ」が記録され、Ｚ軸座標として「０００３ｍｍ」が記録され、所属部品番号として「ＰＩＤ＊＊＊＊＊＊」が記録されている。
【００３５】
ここで、要素（以下、符号Ｅを付す）とは、有限要素法を用いる応力解析において、解析対象領域である車体αを有限個に分割したものであり、例えば３個の節点や４個の節点を結んで３角形や４角形に画成されるものである。そして、図６でいうＸ軸座標は、その要素を画成する全節点のＸ軸座標の相加平均値、Ｙ軸座標は、その要素を画成する全節点のＹ軸座標の相加平均値、Ｚ軸座標は、その要素を画成する全節点のＺ軸座標の相加平均値である。その場合に、Ｘ軸座標、Ｙ軸座標、Ｚ軸座標は、図４の区域データベース２４におけるＸ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上の座標、つまり図５に示したＸ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上の座標である。
【００３６】
要するに、図６に示した要素データベース２５は、解析対象領域である車体αを有限個の要素Ｅ…Ｅに分割した各要素Ｅ毎に該要素Ｅの位置を記録するものである。
【００３７】
その場合に、要素Ｅは区域Ｋに比べて微細であり、１つの区域Ｋは複数の要素Ｅ…Ｅの集合でなっている。
【００３８】
次に、図７に示すように、応力データベース２６は、要素番号をキーとして、応力（ＭＰａ）が記録される構造になっている。図例に従えば、いま、要素番号「Ｅ０００００１」には、応力として「１２３ＭＰａ」が記録されており、要素番号「Ｅ０００００２」には、応力として「１２８ＭＰａ」が記録されている。
【００３９】
ここで、応力とは、有限要素法を用いる応力解析において、荷重条件や材料特性等を設定して各要素Ｅ毎にそれぞれ算出されるものである。
【００４０】
要するに、図７に示した応力データベース２６は、解析対象領域である車体αを有限個の要素Ｅ…Ｅに分割した各要素Ｅ毎に算出された応力（の値）を記録するものである。
【００４１】
次に、図８に示すように、区域要素対応テーブル２７は、区域番号をキーとして、要素番号と、応力（ＭＰａ）とが記録される構造になっている。図例に従えば、いま、区域番号「Ｋ０００１」には、要素番号として「Ｅ０００００１」及び応力として「１２３ＭＰａ」、要素番号として「Ｅ０００００２」及び応力として「１２８ＭＰａ」等が記録されており、区域番号「Ｋ０００２」には、要素番号として「Ｅ０００１０１」及び応力として「１１９ＭＰａ」、要素番号として「Ｅ０００１０２」及び応力として「１０６ＭＰａ」等が記録されている。
【００４２】
ここで、図８に示した区域要素対応テーブル２７では、要素Ｅ…Ｅは、各区域Ｋにおいて、要素番号の昇順に並んでおり、その結果、各区域Ｋ内で最も番号の小さい要素Ｅが最先に示されている。一方、応力は、その値の大小にかかわりなくランダムに並んでいる。
【００４３】
要するに、図８に示した区域要素対応テーブル２７は、図４に示した区域データベース２４に記録された区域Ｋに関するデータと、図６に示した要素データベース２５に記録された要素Ｅに関するデータとに基いて、区域Ｋと、該区域Ｋに含まれる要素Ｅ…Ｅとを対応付けて記録するものである。
【００４４】
次に、図９に示すように、最大応力選択テーブル２８は、区域番号をキーとして、応力（ＭＰａ）と、要素番号とが記録される構造になっている。図例に従えば、いま、区域番号「Ｋ０００１」には、応力として「１５７ＭＰａ」及び要素番号として「Ｅ００００５６」が記録されており、区域番号「Ｋ０００２」には、応力として「１２４ＭＰａ」及び要素番号として「Ｅ０００１２７」が記録されている。
【００４５】
ここで、図９に示した最大応力選択テーブル２８では、各区域Ｋ内で最も値の大きい応力とその要素番号とだけが示されている。この最大応力選択テーブル２８は、例えば図８に示した区域要素対応テーブル２７において、各区域Ｋ毎に、応力の値をソートして、最先に示されたレコードを読み出して書き込む（転記する）ことにより得られる。
【００４６】
要するに、図９に示した最大応力選択テーブル２８は、図８に示した区域要素対応テーブル２７に記録された区域Ｋ毎に、図７に示した応力データベース２６に記録された応力の最大値と、その応力が算出された要素Ｅとを記録するものである。
【００４７】
次に、図１０に示すフローチャートを参照して、図１に示した応力解析装置１が行う具体的動作の１例を説明する。
【００４８】
まず、ステップＳ１では、評価基準車及び開発車について、それぞれ、ＣＡＤデータを作成する。
【００４９】
次いで、ステップＳ２では、作成したＣＡＤデータをＣＡＤデータベース２３に記録する。すなわち、図３のＣＡＤデータベース２３に、各評価基準車及び各開発車毎に、図５に例示したような解析対象領域である自動車の車体αの３次元ＣＡＤ画像を記録しておくのである。
【００５０】
次いで、ステップＳ３では、評価基準車及び開発車について、それぞれ、解析対象領域αを複数の区域Ｋ…Ｋに区分する。
【００５１】
次いで、ステップＳ４では、区分した区域Ｋに関するデータを区域データベース２４に記録する。すなわち、図４の区域データベース２４に、前記ステップＳ３で区分した各区域Ｋ…Ｋ毎に、図５に例示したような区域Ｋの範囲（Ｘ軸範囲、Ｙ軸範囲、Ｚ軸範囲）を記録しておくのである。
【００５２】
次いで、ステップＳ５では、評価基準車及び開発車について、それぞれ、解析対象領域αを有限個の要素Ｅ…Ｅに分割する。すなわち、有限要素法を用いる応力解析においては、解析対象領域である車体αに多数の節点（以下、符号ｎを付す：図１１参照）を設定し、これらの節点ｎ…ｎを結んで画成される有限個の要素Ｅ…Ｅに車体αを分割するが、この要素Ｅの分割処理を行うのである。
【００５３】
次いで、ステップＳ６では、分割した要素Ｅに関するデータを要素データベース２５に記録する。すなわち、図６の要素データベース２５に、前記ステップＳ５で分割した各要素Ｅ…Ｅ毎に、要素Ｅの位置（Ｘ軸座標、Ｙ軸座標、Ｚ軸座標）及び要素Ｅが所属する部品の番号を記録しておくのである。
【００５４】
次いで、ステップＳ７では、評価基準車及び開発車について、それぞれ、各要素Ｅ毎に応力を算出する。すなわち、有限要素法を用いる応力解析においては、荷重条件や材料特性等を設定して各要素Ｅ毎にそれぞれ応力を算出するが、この応力の算出処理を行うのである。
【００５５】
次いで、ステップＳ８では、算出した応力（の値）を応力データベース２６に記録する。すなわち、図７の応力データベース２６に、各要素Ｅ…Ｅ毎に、前記ステップＳ７で算出した応力（の値）を記録しておくのである。
【００５６】
次いで、ステップＳ９では、評価基準車及び開発車について、それぞれ、各区域Ｋ毎に、該区域Ｋに含まれる要素Ｅ…Ｅを抽出する。すなわち、前記ステップＳ４で図４の区域データベース２４に記録した区域Ｋの範囲と、前記ステップＳ６で図６の要素データベース２５に記録した要素Ｅの位置とに基いて、各区域Ｋ毎に、該区域Ｋに含まれる要素Ｅ…Ｅを抽出するのである。
【００５７】
次いで、ステップＳ１０では、区域Ｋと要素Ｅとの対応関係を区域要素対応テーブル２７に記録する。すなわち、図８の区域要素対応テーブル２７に、各区域Ｋ毎に、前記ステップＳ９で抽出した要素Ｅ…Ｅ（要素番号）及びその応力を記録しておくのである。
【００５８】
次いで、ステップＳ１１では、３枚板スポット溶接部の中板要素除外処理が行われる。この処理は、次のステップＳ１２で応力が最大の要素Ｅを選択する際に、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板に属する要素Ｅを除外するもので、その結果、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板に属する要素Ｅについては、たとえ区域Ｋ内で最大応力が発生しても、解析結果に基づく設計変更や改善の考慮に加えられないこととなる。この除外処理は、およそ次のような意義をもつ。
【００５９】
すなわち、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板は、たとえ応力集中が起こって溶接部位で破断等しても、上下の板で挟まれており飛散しないので、相対的に問題が少ない。それよりも、破断等したときには飛散して外観や物性の点で問題が大きい上下の板に最大応力が発生しているかどうかを把握することのほうが重要である。それゆえ、次のステップＳ１２で最大応力が発生する要素Ｅを選択する際に、中板に属する要素Ｅを除外することにより、上下の板に最大応力が発生したときに確実にその情報が開発担当者に伝えられることとなる。
【００６０】
また、このように不必要な要素Ｅを除外することで、次のステップＳ１２で最大応力が発生する要素Ｅを選択する際のデータ数が少なくなり、選択が易化するという利点もある。
【００６１】
ここで、図１１を参照して、３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板に属する要素Ｅを除外するに際し、そのような要素Ｅを識別する具体的動作の１例を説明する。
【００６２】
図１１において、鎖線で示すＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、重ねた３枚の板を示し、符号Ａは、スポット溶接部を示す。このような場合、一般に、スポット溶接部Ａは、上板Ｐ１、中板Ｐ２、下板Ｐ３にそれぞれ要素Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３を設定するときの１つの節点ｎに選ばれる（図中白丸で示す）。一方、他の節点ｎ（黒丸で示す）は、上板Ｐ１、中板Ｐ２、下板Ｐ３にそれぞれ要素Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３を設定するときに任意に選ばれる。
【００６３】
したがって、図例の場合、上板Ｐ１の要素Ｅｐ１を画成する１つの節点ｎ（白丸）と、中板Ｐ２の要素Ｅｐ２を画成する１つの節点ｎ（白丸）と、下板Ｐ３の要素Ｅｐ３を画成する１つの節点ｎ（白丸）とは、Ｘ座標及びＹ座標が同じであり、Ｚ座標だけが異なる。一方、上板Ｐ１の要素Ｅｐ１を画成する他の節点ｎ（黒丸）と、中板Ｐ２の要素Ｅｐ２を画成する他の節点ｎ（黒丸）と、下板Ｐ３の要素Ｅｐ３を画成する他の節点ｎ（黒丸）とは、Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標が全て異なる。
【００６４】
このような条件から、要素Ｅｐ１、要素Ｅｐ２及び要素Ｅｐ３が、それぞれスポット溶接部の３枚の板Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に属する要素Ｅであることが判定できる。そして、図例の場合、要素Ｅを画成する節点ｎ…ｎのＺ座標から、中板Ｐ２に属する要素Ｅｐ２を識別することができる。
【００６５】
図１０に戻り、次いで、ステップＳ１２では、評価基準車及び開発車について、それぞれ、各区域Ｋ毎に、応力が最大の要素Ｅ…Ｅを選択する。すなわち、前記ステップＳ１０で図８の区域要素対応テーブル２７に記録した各区域Ｋ毎に、応力の値をソートして、最先に示されたレコードを読み出すのである。
【００６６】
次いで、ステップＳ１３では、選択した結果を最大応力選択テーブル２８に記録する。すなわち、図９の最大応力選択テーブル２８に、各区域Ｋ毎に、前記ステップＳ１２で読み出したレコードを書き込み、これにより、図９の最大応力選択テーブル２８に、各区域Ｋ毎に、前記ステップＳ１２で選択した応力及びその要素Ｅ（要素番号）を記録しておくのである。
【００６７】
次いで、ステップＳ１４では、以上のステップＳ１３までで得られた応力解析結果を表す画像を作成する処理が実行され、ステップＳ１５では、前記ステップＳ１４で作成した画像を出力部４０のディスプレイの画面に表示する処理が実行される。
【００６８】
次いで、ステップＳ１６では、この応力解析装置１を操作している開発担当者が、前記ステップＳ１５で画面に表示された画像を見て、開発車につき設計変更が必要と判定し、それに伴う所定の操作を入力部３０を介して応力解析装置１に対してしたときは、ステップＳ１に戻る。一方、設計変更が不必要と判定し、それに伴う所定の操作を入力部３０を介して応力解析装置１に対してしたときは、終了となる。
【００６９】
ここで、以上において、ステップＳ１〜Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６は、図２に示した応力解析プログラム２１により達成され、ステップＳ１４は、図２に示した描画プログラム２２により達成される。
【００７０】
次に、図１２〜図１５を参照して、前記ステップＳ１５で画面に表示される画像の具体例を説明する。
【００７１】
まず、図１２は、１つの画面Ｗ１に、複数の区域Ｋ…Ｋが表され、各区域Ｋ毎に、該区域Ｋ内における最大応力の値がそれぞれ代表値として表示された画像の例である。図中、符号５１，５２は、複数の部位Ａ…Ａでスポット溶接された下板及び上板である。また、図例は、「評価基準車１号」についてのものである。
【００７２】
この画面Ｗ１上で、１つの区域Ｋを選択し、拡大ボタンを押せば、図１３に示すように、その区域Ｋだけが拡大表示された画面Ｗ２に切り替わる。図例は、区域番号「Ｋ０３４５」についてのものである。
【００７３】
この拡大画面Ｗ２では、選択された区域Ｋ内の応力分布図が表示されると共に、その区域Ｋ内の最大応力の値（図例では「２０７ＭＰａ」）と、その最大応力が発生する要素Ｅの番号（図例では「Ｅ１２３４５６」）とが文字で同時に表示されている。また、図中符号ａで示したように、応力分布図において、最大応力が発生する要素Ｅの表示色が濃くされて、該要素Ｅが他の要素Ｅ…Ｅよりも強調表示されている。これにより、この区域Ｋ内での最大応力と該最大応力が発生する要素Ｅの位置とが同時に併せて把握できることとなる。
【００７４】
また、この拡大画面Ｗ２の応力分布図においては、各要素Ｅ…Ｅが応力に基き色分けされて表示されている。これにより、この区域Ｋ内の応力分布の全体を色の違いで一見して把握できることとなる。
【００７５】
この画面Ｗ２上で、戻るボタンを押して、所定の操作をすれば、図１４に示すように、別の解析対象領域α（図例では「開発車１号」）について、類似する区域Ｋ（図例では同じ区域「Ｋ０３４５」）が拡大表示された画面Ｗ３に切り替わる。
【００７６】
この画面Ｗ３では、「評価基準車１号」に比べて、符号アで示すように、上板５２の形状が変更され、かつ、符号イで示すように、スポット溶接部位Ａが追加されている。その結果、最大応力の値が変化し（図例では「２８７ＭＰａ」）、その最大応力が発生する要素Ｅの番号も変化している（図例では「Ｅ１２３４７８」）。また、それに伴い、図中符号ｂで示したように、表示色が濃くされ、強調表示される要素Ｅの位置も変化している。
【００７７】
この画面Ｗ３上で、比較ボタンを押して、所定の操作をすれば、図１５に示すように、２つの相異なる解析対象領域α（図例では「評価基準車１号」と「開発車１号」）間で、類似する区域Ｋ（図例では同じ区域「Ｋ０３４５」）について、それぞれの最大応力の値とその最大応力が発生する要素Ｅの番号とが並んで表示された画面Ｗ４に切り替わる。
【００７８】
以上のように、本実施形態においては、解析対象領域αを有限個の要素Ｅに分割し（ステップＳ５）、分割した各要素Ｅ毎に応力を算出する（ステップＳ７）応力解析、すなわち有限要素法を用いる応力解析において、解析対象領域αが複数の要素Ｅの集合でなる複数の区域Ｋに区分され（ステップＳ３）、区分された区域Ｋと該区域Ｋに含まれる要素Ｅとが対応付けて記録され（ステップＳ１０）、記録された区域Ｋ毎に応力が最大の要素Ｅが選択され（ステップＳ１２）、そして、選択された要素Ｅの応力が該要素Ｅが含まれる区域Ｋの値（代表値）として出力される（ステップＳ１５）。
【００７９】
この結果、応力解析装置１を操作している開発担当者は、自らが、画面の上で、解析結果（各要素Ｅ毎に算出された応力が示された応力分布）を見て、多数のデータの中から、解析対象領域αを複数に区分した各区域Ｋ内の最大応力を見出すというような、非常に時間のかかる煩雑な作業をせずに済む。代わりに、開発担当者は、たとえ解析対象領域αが比較的大きくても、あるいは、解析精度の向上のために要素Ｅの数が比較的多くても、画面Ｗ１〜Ｗ４の上で、出力された値（代表値）を見て、各区域Ｋ内の最大応力を容易に把握すること、換言すれば、解析結果から最大応力の値を容易に見出すことが可能となる。
【００８０】
また、画面Ｗ２〜Ｗ４では、選択された要素Ｅの位置も併せて出力されるので、最大応力だけでなく、該最大応力が算出された要素Ｅがどれであるかの位置情報も出力されることとなり、開発担当者は、画面Ｗ２〜Ｗ４の上で、出力された代表値と要素Ｅの位置とを見て、各区域Ｋ内の最大応力と、その最大応力が発生する部位とを同時に容易に把握すること、換言すれば、解析結果から最大応力の値とその発生場所とを同時に容易に見出すことが可能となる。
【００８１】
また、画面Ｗ２〜Ｗ４では、算出された応力に基き各要素Ｅが色分けされた応力分布が表示されながら、最大応力及びその要素Ｅの位置が表示されるので、開発担当者は、画面Ｗ２〜Ｗ４の上で、応力分布の色分けを見て、各区域Ｋ内の応力分布の全体を色の違いで一見して把握することが可能となる。
【００８２】
また、画面Ｗ４では、複数の相異なる解析対象領域α間で類似する区域Ｋについて、最大応力及びその要素Ｅの位置が並んで表示されるので、開発担当者は、１つの画面Ｗ４の上で、表示された複数の最大応力と位置情報とを見て、評価基準車と開発車という相異なる物品の類似する区域Ｋの解析結果を突き合わせて比較することが容易にでき、解析結果に基づく設計変更や改善に大いに資することとなる。
【００８３】
なお、前記実施形態は、本発明の最良の実施形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、なお種々の変更や改善が可能である。例えば、前記実施形態では、区域を、解析対象領域が存在する空間を規則的に複数に区画したものとしたが、解析対象領域を構成する複数の部品がそれぞれ占有する領域としてもよい。この場合、部品毎に該部品に含まれる要素が対応付けて記録され、部品毎に最大応力の要素が選択され、部品毎に選択された最大応力と要素とが出力されることとなる。
【００８４】
また、前記実施形態では、図１３〜図１５の画面Ｗ２〜Ｗ４において、最大応力と要素番号とを応力分布図と切り離して表示したが、最大応力と要素番号とを応力分布図の上に該要素の位置で重ねて表示するとさらに把握が容易となって好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、有限要素法を用いる応力解析において、解析結果から最大応力の値やその発生場所を容易に見出すことが可能な技術であるから、例えば自動車産業における新車開発の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る応力解析装置の全体構成図である。
【図２】前記応力解析装置の記録部の構成を示す概念図である。
【図３】前記記録部に格納されているＣＡＤデータベースの構造を示す概念図である。
【図４】同じく区域データベースの構造を示す概念図である。
【図５】解析対象領域である車体の３次元ＣＡＤ画像と区域との関係を示す概念図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】前記記録部に格納されている要素データベースの構造を示す概念図である。
【図７】同じく応力データベースの構造を示す概念図である。
【図８】同じく区域要素対応テーブルの構造を示す概念図である。
【図９】同じく最大応力選択テーブルの構造を示す概念図である。
【図１０】前記応力解析装置が行う具体的動作の１例を示すフローチャートである。
【図１１】３枚の板を重ねてスポット溶接した部位の中板に属する要素を識別する具体的動作の１例を説明する概念図である。
【図１２】前記応力解析装置が応力解析結果を画面に表示する画像の説明図である。
【図１３】同じく別の画像の説明図である。
【図１４】さらに別の画像の説明図である。
【図１５】さらに別の画像の説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
１      コンピュータシステム（応力解析装置）
１０    制御部
２０    記録部
３０    入力部
４０    出力部
２４    区域データベース
２５    要素データベース
２７    区域要素対応テーブル
２８    最大応力選択テーブル
α      車体（解析対象領域）
Ｅ      要素
Ｋ      区域
ｎ      節点
Ｓ３    第３ステップ（区分手段）
Ｓ７    第７ステップ（算出手段）
Ｓ１０  第１０ステップ（記録手段）
Ｓ１２  第１２ステップ（選択手段）
Ｓ１５  第１５ステップ（出力手段）
Ｗ１〜Ｗ４  画面
【図１】
0005151601.tif 000002
【図２】
0005151601.tif 000003
【図３】
0005151601.tif 000004
【図４】
0005151601.tif 000005
【図５】
0005151601.tif 000006
【図６】
0005151601.tif 000007
【図７】
0005151601.tif 000008
【図８】
0005151601.tif 000009
【図９】
0005151601.tif 000010
【図１０】
0005151601.tif 000011
【図１１】
0005151601.tif 000012
【図１２】
0005151601.tif 000013
【図１３】
0005151601.tif 000014
【図１４】
0005151601.tif 000015
【図１５】
0005151601.tif 000016