(57)【要約】 【課題】  物体同士の接触について解析する場合に演算量を低減させることができる解析装置、解析方法、解析処理プログラムおよび解析処理プログラムを記録した記録媒体を提供する。【解決手段】  解析モデル定義部１１０によって解析モデルおよび解析条件を定義し、入力された解析モデルおよび解析条件を用いて解析部１２０が構造解析を行う。接触位置推定部１３０は、解析結果に基づいて物体の変形軌跡を立体化し、干渉部分を求めて接触位置を推定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析の対象となる物体について、解析モデルおよび解析条件を入力する入力手段と、
前記解析モデルおよび前記解析条件に基づいて、荷重が作用したときの物体の変形挙動を計算する解析手段と、
前記変形挙動に基づいて、物体の変形軌跡を立体として作成する立体作成手段と、
前記立体と他の物体とに干渉が生じたかどうかを判定し、干渉が生じていれば、前記立体と他の物体との接触領域を抽出する判定手段とを有することを特徴とする解析装置。
【請求項２】
抽出された接触領域に基づいて、前記解析手段にて作用させる荷重を変更する変更手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の解析装置。
【請求項３】
解析の対象となる物体について、解析モデルおよび解析条件を入力する入力ステップと、
前記解析モデルおよび前記解析条件に基づいて、荷重が作用したときの物体の変形挙動を計算する解析ステップと、
前記変形挙動に基づいて、物体の変形軌跡を立体として作成する立体作成ステップと、
前記立体と他の物体とに干渉が生じたかどうかを判定し、干渉が生じていれば、前記立体と他の物体との接触領域を抽出する判定ステップとを有することを特徴とする解析方法。
【請求項４】
抽出された接触領域に基づいて、前記解析ステップにて作用させる荷重を変更する変更ステップをさらに含み、変更された荷重を用いて構造解析ステップで再度計算を行うことを特徴とする請求項３記載の解析方法。
【請求項５】
コンピュータに請求項３または４記載の解析方法を実行させるための解析処理プログラム。
【請求項６】
コンピュータに請求項３または４記載の解析方法を実行させるための解析処理プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体同士の接触について解析する解析装置、解析方法、解析処理プログラムおよび解析処理プログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の変形や運動などを解析するに当たって、物体が変形することにより物体同士が接触するような場合は、あらかじめ解析担当者が物体間の接触面を専門的な知識や経験にもとづいて予想し、接触条件を設定しておく必要がある。
【０００３】
特許文献１記載の接触解析装置では、物体間の接触面を検出するため、判断手段が、ブーリアン演算により変形後の物体の干渉部分を抽出する。干渉部分が抽出された場合は、干渉前の演算ステップへ戻り、演算ステップ数を増加させて再計算を行う。このような演算を繰り返すことにより、２つの物体の接触面を検出して接触条件を定義する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−５６０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように特許文献１では、判断手段において、物体同士の干渉部分が抽出された場合、ひとつ前の演算ステップに戻り、演算ステップの増分を細かくして再計算を繰り返して物体同士の接触箇所を求めている。このため、接触面の検出するまでに演算回数を多く必要とする。
【０００６】
また、微小物体との接触を解析する場合、初期ステップ数によっては、一方の物体が他方の物体を完全に貫通してしまう場合が考えられるため、貫通しないように初期ステップ数を細かく設定する必要があり、さらに多くの演算量を必要とする。
【０００７】
本発明の目的は、物体同士の接触について解析する場合に演算量を低減させることができる解析装置、解析方法、解析処理プログラムおよび解析処理プログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、解析の対象となる物体について、解析モデルおよび解析条件を入力する入力手段と、
前記解析モデルおよび前記解析条件に基づいて、荷重が作用したときの物体の変形挙動を計算する解析手段と、
前記変形挙動に基づいて、物体の変形軌跡を立体として作成する立体作成手段と、
前記立体と他の物体とに干渉が生じたかどうかを判定し、干渉が生じていれば、前記立体と他の物体との接触領域を抽出する判定手段とを有することを特徴とする解析装置である。
【０００９】
また本発明は、抽出された接触領域に基づいて、前記解析手段にて作用させる荷重を変更する変更手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、解析の対象となる物体について、解析モデルおよび解析条件を入力する入力ステップと、
前記解析モデルおよび前記解析条件に基づいて、荷重が作用したときの物体の変形挙動を計算する解析ステップと、
前記変形挙動に基づいて、物体の変形軌跡を立体として作成する立体作成ステップと、
前記立体と他の物体とに干渉が生じたかどうかを判定し、干渉が生じていれば、前記立体と他の物体との接触領域を抽出する判定ステップとを有することを特徴とする解析方法である。
【００１１】
また本発明は、抽出された接触領域に基づいて、前記解析ステップにて作用させる荷重を変更する変更ステップをさらに含み、変更された荷重を用いて構造解析ステップで再度計算を行うことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、コンピュータに上記の解析方法を実行させるための解析処理プログラムである。
【００１３】
また本発明は、コンピュータに上記の解析方法を実行させるための解析処理プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、入力手段によって解析の対象となる物体について、解析モデルおよび解析条件が入力されると、解析手段が、前記解析モデルおよび前記解析条件に基づいて、荷重が作用したときの物体の変形挙動を計算する。立体作成手段は、前記変形挙動に基づいて、物体の変形軌跡を立体として作成する。判定手段は、前記立体と他の物体とに干渉が生じたかどうかを判定し、干渉が生じていれば、前記立体と他の物体との接触領域を抽出する。
【００１５】
変形軌跡と他方の物体との干渉を判定するので、微小物体との接触を解析するに当たり、一方の物体が他方の物体を貫通するような解析条件が設定されていたとしても、接触領域を抽出することが可能となる。これにより、初期ステップ数を細かく設定する必要がなくなり、演算量を低減することができる。
【００１６】
また本発明によれば、変更手段が、抽出された接触領域に基づいて、前記解析手段にて作用させる荷重を変更する。
【００１７】
解析手段は、変更された荷重に基づいて再度計算をすればよいので、再計算を繰り返す必要がなくなり、演算量を低減することができる。
【００１８】
また本発明によれば、入力ステップで解析の対象となる物体について、解析モデルおよび解析条件が入力されると、解析ステップで、前記解析モデルおよび前記解析条件に基づいて、荷重が作用したときの物体の変形挙動が計算される。立体作成ステップでは、前記変形挙動に基づいて、物体の変形軌跡が立体として作成される。判定ステップでは、前記立体と他の物体とに干渉が生じたかどうかを判定し、干渉が生じていれば、前記立体と他の物体との接触領域が抽出される。
【００１９】
変形軌跡と他方の物体との干渉を判定するので、微小物体との接触を解析するに当たり、一方の物体が他方の物体を貫通するような解析条件が設定されていたとしても、接触領域を抽出することが可能となる。これにより、初期ステップ数を細かく設定する必要がなくなり、演算量を低減することができる。
【００２０】
また本発明によれば、変更ステップでは、抽出された接触領域に基づいて、前記解析ステップで作用させる荷重が変更される。
【００２１】
解析ステップでは、変更された荷重に基づいて再度計算をすればよいので、再計算を繰り返す必要がなくなり、演算量を低減することができる。
【００２２】
また本発明によれば、上記の解析方法を解析処理プログラム、および解析処理プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体として提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施の一形態である解析装置１００の構成を示すブロック図である。
解析装置１００は、解析モデルおよび解析条件を定義するする解析モデル定義部１１０、入力された解析モデルおよび解析条件を用いて構造解析を行う解析部１２０、解析結果に基づいて物体の変形軌跡を立体化し、干渉部分を求めて接触位置を推定する接触位置推定部１３０とを含んで構成される。
【００２４】
解析モデル定義部１１０は、解析の対象となる解析モデルを解析モデルデータとして入力する解析モデル入力部１１１と、入力された解析モデルデータが格納される解析モデルデータベース１１２と、解析モデルに対する材料条件、境界条件、計算条件を解析条件データとして入力する解析条件入力部１１３と、入力された解析条件データが格納される解析条件データベース１１４とを備える入力手段である。
【００２５】
解析部１２０は、解析モデルデータベース１１２および解析条件データベース１１４から解析モデルデータおよび解析条件データを取得し、荷重が作用したときの物体の変形挙動を計算する解析手段である構造解析部１２１と、解析結果を格納する解析結果データベース１２２とを備える。
【００２６】
接触位置推定部１３０は、解析結果データベース１２２から解析結果を取得して物体の変形量を抽出し、その変形挙動から変形軌跡の立体を作成する立体作成手段である立体作成部１３１と、立体作成部１３１で作成された立体に対してブーリアン演算を行い、他物体との干渉部分の領域を抽出する判定手段である干渉部分領域抽出部１３２と、それらのデータをそれぞれ格納する立体データベース１３３、干渉結果データベース１３４と、干渉部分の領域に基づいて、接触位置まで変形が生ずる最適な荷重ステップを計算し、作用する荷重ステップを変更する変更手段である最適荷重ステップ計算部１３５を備える。
【００２７】
ＣＰＵ（中央演算処理装置）などの制御手段、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などの記憶手段、キーボードやマウスなどの入力手段、ディスプレイなどの表示手段で構成されるパーソナルコンピュータを、解析装置１００として機能させる場合、記憶手段に記憶されている解析処理プログラムを実行することで、入力手段を解析モデル入力部１１１、解析条件入力部１１３として機能させ、記憶手段を解析モデルデータベース１１２、解析条件データベース１１４、解析結果データベース１２２、立体データベース１３３、干渉結果データベース１３４として機能させ、制御手段を構造解析部１２１、立体作成部１３１、干渉部分領域抽出部１３２、最適荷重ステップ計算部１３５として機能させることができる。
【００２８】
以下では解析処理について詳細に説明する。
図２は、本実施形態の解析処理を示すフローチャートである。本実施形態では、図３に示すような解析モデルを一例として解析処理を行う。直方体形状を有する物体Ａと、微小円筒形状を有する拘束体(物体Ｂ)とがあり、物体Ａの長手方向一端部が固定され、長手方向他端部に、長手方向と垂直で物体Ｂに向かう方向に荷重Ｐを作用させたときの物体Ａと物体Ｂとの接触位置を検出する。
【００２９】
解析担当者が入力手段を操作することにより、解析モデル入力部１１１、解析条件入力部１１３を介して、解析の対象となる物体Ａおよび物体Ｂの寸法情報と、有限解析法による解析に必要な節点、エッジ、サーフェス等の要素情報と、で構成される解析モデル情報が入力され（ステップＳ１）、弾性係数等の材料定数と、拘束条件と、荷重条件等の境界条件と、最大ステップ数とで構成される解析条件情報が入力される（ステップＳ２）。入力された解析モデル情報および解析条件情報は、それぞれ解析モデルデータおよび解析条件データとして解析モデルデータベース１１２および解析条件データベース１１４へと記憶される。
【００３０】
解析担当者が入力手段を操作することにより、解析実行を指示する命令コマンドが入力されると、解析部１２０が構造解析を実行する。
【００３１】
構造解析部１２１が、解析モデルデータベース１１２から解析モデルデータの呼出を行い（ステップＳ３）、解析条件データベース１１３から解析条件データの呼出を行う（ステップＳ４）。
【００３２】
境界条件として与えられた垂直荷重Ｐは、段階的に一定増加量ごとに増加させた荷重ステップｄＰとして物体Ａに作用する。すなわち、初期荷重をＰ０とすると、Ｐ＝Ｐ０、Ｐ＝Ｐ１＝Ｐ０＋ｄＰ、Ｐ＝Ｐ２＝Ｐ１＋ｄＰ、・・・、Ｐ＝ＰＮ＝Ｐ（Ｎ−１）＋ｄＰと増加する。
【００３３】
演算するに当たって演算ステップを増加させる（ステップＳ５）。ただし、初期の演算の場合はステップ数の増加は行わない。
【００３４】
演算ステップに応じた荷重ステップを計算し、図４に示すように、有限解析法に基づいて物体Ａの変形を計算する構造解析を行う（ステップＳ６）。計算結果は計算結果データベース１２２へ記憶される。計算結果には、物体Ａの表面を構成する各節点要素の変位量、節点と節点とをつなぐエッジ要素の変位量が含まれる。ここで、物体Ａの表面は、物体Ｂと接触するであろう平面であり、物体Ｂに対向する面である。
【００３５】
次に、解析モデル同士の干渉より接触部分の推定を行う。
立体作成部１３１が、計算結果データベース１２２から物体Ａの表面を構成する節点要素の変位量、および節点と節点とをつなぐエッジ要素の変位量を呼び出し（ステップＳ７）、図５に示すように節点要素とエッジ要素の軌跡から要素立体Ｃを作成する（ステップＳ８）。要素立体Ｃは、節点と節点を結ぶエッジとで囲まれた徴小平面が、物体Ａの荷重による変形時に通過した空間を表す。要素立体Ｃは、徴小平面ごとに作成され、作成された要素立体Ｃは、立体データベース１３３へと記憶される。
【００３６】
干渉部分領域抽出部１３２が、要素立体Ｃごとにブーリアン演算を行い物体Ｂのモデルと干渉するか否かを判断する。
【００３７】
全ての要素立体Ｃと、物体Ｂのモデルとが干渉していないと判断されたときはステップＳ１０に進み、演算ステップが解析条件データベース１１４に記憶されている最大ステップ数に達したか否かを判断する。最大ステップ数に達していれば、計算結果が計算結果データベース１１２へと記録され、解析処理を終了する。達していなければステップＳ５に戻る。
【００３８】
少なくとも１つの要素立体Ｃと、物体Ｂのモデルとが干渉していると判断されたときはステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、図６に示すように干渉部分領域抽出部１３２が、ブーリアン演算を行った結果から、物体Ｂとの干渉が確認された要素立体Ｃを構成する節点、および物体Ｂの節点の抽出を行う。要素立体Ｃについては変形前の節点の座標Ｘ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｘ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と変形後の節点の座標Ｘ１’（ｘ１’，ｙ１’，ｚ１’）、Ｘ２’（ｘ２’，ｙ２’，ｚ２’）が、物体Ｂについては重心位置の座標ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）、がそれぞれ干渉結果データとして干渉結果データベース１３４へと記憶される。
【００３９】
次に、干渉部分領域抽出部１３２は、物体Ａと物体Ｂとの接触面を推定する（ステップＳ１２）。この推定では、干渉結果データに基づいて、変形前の物体Ａの徴小平面と、物体Ｂとの距離を求め、その距離分移動した徴小平面を接触面として推定する。
【００４０】
具体的には、図７に示すように、干渉結果データベース１３４に記憶されている変形前の節点を点Ｘ、その節点の変形後の節点を点Ｘ’とし、線分Ｘ−Ｘ’と物体Ｂとの重なり部分のうち最も点Ｘに近い節点をｘとし、Ｘ−ｘ間の距離ｍを計算する。
【００４１】
なお、線分Ｘ−Ｘ’と物体Ｂとが必ず重なるように、たとえば、隣合う節点の距離（Ｘ１とＸ２との距離）を物体Ｂの直径よりも短くするなど、予め要素立体を細かくして計算を行うことが好ましい。
【００４２】
最適荷重ステップ計算部１３５は、変形による徴小平面の移動距離Ｍと、変形前の徴小平面から接触面までの距離ｍに基づいて、最適な荷重ステップｄＰ’を計算する（ステップＳ１３）。
【００４３】
移動距離Ｍは、Ｘ−Ｘ’間の距離として計算できるので、ＭとステップＳ１２で算出したｍとに基づいて、ｄＰ’＝ｄＰ×（ｍ／Ｍ）を計算して最適な荷重ステップとする。ここで、線分Ｘ−Ｘ’と物体Ｂとの重なりが無ければｍ＝Ｍとする。物体Ａの多数の節点において上記と同様の処理を行い、算出されたｄＰ’のうち最も小さいｄＰ’を選択する。選択した荷重ステップを次の演算ステップの増分としてステップＳ５に戻る。ステップＳ５以降では、図８に示すようにＰ２’＝Ｐ１＋ｄＰ’として演算を行う。
【００４４】
接触面を推定することで、荷重ステップを細かくした繰り返し計算を行わなくとも接触までの最適な荷重ステップを求めることができる。
【００４５】
以上のように、面の移動軌跡である要素立体を用いてブーリアン演算を行うことで、徴小物体との接触であっても貫通することなく干渉が生じたことを検出することができる。したがって、初期のステップ数を細分化しなくてもよいので演算量を少なくすることができる。また、接触面を推定することで最適な荷重ステップを算出することができるので、演算量を少なくすることができる。上記の実施形態では、一方の物体が変形し、他方の物体が拘束されている場合についての解析処理について説明しているが、２つの物体に荷重が作用して両物体が変形するような場合であっても、両物体の軌跡を立体として作成すれば、解析可能である。
【００４６】
以上で説明した解析装置１００は、コンピュータに上記接触解析処理を機能させるための解析処理プログラムとして実現してもよい。この解析処理プログラムは、コンピュータで読取り可能な記録媒体に格納されている。本発明では、この記録媒体として、マイクロコンピュータで処理が行われるために必要なメモリ、例えばＲＯＭ（リードオンリメモリ）のようなものそのものが記録媒体であってもよいし、また外部記憶装置としてプログラム読取装置が設けられ、そこに解析処理プログラムが記録された記録媒体を挿入することで読取り可能な記録媒体であってもよい。
【００４７】
いずれの場合においても、格納されている解析処理プログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行させる構成であってもよいし、あるいは解析処理プログラムを読み出し、読み出されたプログラムを、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードし、そのプログラムを実行する構成であってもよい。ダウンロード用のプログラムは予め装置本体に格納していればよい。
【００４８】
また、記録媒体は、装置本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ（Compact-Disc Read Only Memory）／ＭＯ（Magneto-Optical）ディスク／ＭＤ（Mini Disc）／ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクのディスク系、ＩＣ（Integrated Circuit）カード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。なお、通信ネットワークから解析処理プログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予め装置本体に格納しておくか、あるいは別の記録媒体からインストールされるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の一形態である解析装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態の解析処理を示すフローチャートである。
【図３】解析モデルの一例を示す図である。
【図４】荷重の作用に伴う物体Ａの変形を示す図である。
【図５】要素立体Ｃを説明するための図である。
【図６】干渉結果データベース１３４の記憶内容を示す図である。
【図７】接触面の推定方法を説明するための図である。
【図８】再計算するときの物体Ａの変形を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００  解析装置
１１０  解析モデル定義部
１１１  解析モデル入力部
１１２  解析モデルデータベース
１１３  解析条件入力部
１１４  解析条件データベース
１２０  解析部
１２１  構造解析部
１２２  解析結果データベース
１３０  接触位置推定部
１３１  立体作成部
１３２  干渉部分領域抽出部
１３３  立体データベース
１３４  干渉結果データベース
１３５  最適荷重ステップ計算部
【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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