(57)【要約】【課題】寸法や物性値の異なるマスチック接着剤を簡易迅速にモデル化する方法を提供すること。【解決手段】マスチック接着剤２２により接着される部分を含む部品２０、２１の有限要素解析を行うためにマスチック接着剤２２の解析モデルを生成するマスチック接着剤モデル化方法は、マスチック接着剤２２に関する情報を取得する情報取得ステップＳ１と、マスチック接着剤を複数のソリッド要素に分割する要素分割ステップＳ２と、情報取得ステップＳ１において取得されたマスチック接着剤２２に関する情報を、要素分割ステップＳ２において分割されたマスチック接着剤２２のソリッド要素に関する情報として設定する情報設定ステップＳ３とを有することを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスチック接着剤により接着される部分を含む部品の有限要素解析を行うためにマスチック接着剤の解析モデルを生成するマスチック接着剤モデル化方法において、
前記マスチック接着剤に関する情報を取得する情報取得ステップと、
前記マスチック接着剤を複数のソリッド要素に分割する要素分割ステップと、
前記情報取得ステップにおいて取得された前記マスチック接着剤に関する情報を、前記要素分割ステップにおいて分割された前記マスチック接着剤の前記ソリッド要素に関する情報として設定する情報設定ステップと、
を有することを特徴とするマスチック接着剤モデル化方法。
【請求項２】
前記情報設定ステップにおいて、前記ソリッド要素のそれぞれに設定される前記マスチック接着剤に関する情報は、前記マスチック接着剤の物性値である、
ことを特徴とする請求項１に記載のマスチック接着剤モデル化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システムにおいて、マスチック接着剤をモデル化する方法に関し、より詳細には、マスチック接着剤を複数のソリッド要素に分割してモデル化することにより、寸法や物性値の異なるマスチック接着剤を簡易迅速にモデル化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＡＥシステムは、熱、流体、電磁場、構造、気候等を解析するためのコンピュータシステムであり、プリプロセッサ部、ソルバ部およびポストプロセッサ部で構成される。
【０００３】
プリプロセッサ部は、解析対象の形状のモデル化（形状モデルの作成）、メッシュ分割（解析モデルの作成）、または、ヤング率やポアソン比等の物性値若しくは荷重条件や拘束条件等の解析条件の設定をＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介して行わせるソフトウェアである。
【０００４】
また、ソルバ部は、プリプロセッサ部で作成された解析用のデータに基づいて有限要素法（ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ））による解析等を行う演算処理部である。
【０００５】
また、ポストプロセッサ部は、ソルバ部が出力する変位や応力、温度など各種解析結果の後処理を行い、それら処理結果をディスプレイ等に表示する機能を有し、適切なフォーマットでファイリングを行ったり、設計データとして有益かどうかの評価または判断を行ったりするソフトウェアである。
【０００６】
係るＣＡＥシステムの中には、ソルバ部の解析結果に基づいて、より良い解析結果を得るためメッシュ分割を自動的に再実行するアダプティブメッシュ機能を備えたものもあり、また、形状モデルの形状要素に対して入力された解析条件を、形状モデルから生成された解析モデルの形状要素として承継させる機能を備えたものも知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３２２１１３７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のＣＡＥシステムは、解析対象の一部であるマスチック接着剤をモデル化する場合、１のマスチック接着剤を所定の１要素のソリッド要素でモデル化するので、マスチック接着剤の寸法や物性値が変化する度に、解析モデルであるソリッド要素の物性値が実際のマスチック接着剤の寸法や物性値に適した物性値になるよう調整させる必要があった。また、特許文献１に記載の発明も、マスチック接着剤のモデル化については言及していない。
【０００８】
上述の課題に鑑み、本発明は、寸法や物性値の異なるマスチック接着剤を簡易迅速にモデル化する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、第１の発明に係るマスチック接着剤モデル化方法は、マスチック接着剤により接着される部分を含む部品の有限要素解析を行うためにマスチック接着剤の解析モデルを生成するマスチック接着剤モデル化方法であって、前記マスチック接着剤に関する情報を取得する情報取得ステップと、前記マスチック接着剤を複数のソリッド要素に分割する要素分割ステップと、前記情報取得ステップにおいて取得された前記マスチック接着剤に関する情報を、前記要素分割ステップにおいて分割された前記マスチック接着剤の前記ソリッド要素に関する情報として設定する情報設定ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明に係るマスチック接着剤モデル化方法であって、前記情報設定ステップにおいて、前記ソリッド要素のそれぞれに設定される前記マスチック接着剤に関する情報は、前記マスチック接着剤の物性値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上述の手段により、本発明は、寸法や物性値の異なるマスチック接着剤を簡易迅速にモデル化する方法を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】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、いくつかの実施例に分けて、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明に係るＣＡＥシステムの概略ブロック図である。ＣＡＥシステム１００は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）１、ディスプレイ２、入力装置３、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）５から構成される。
【００１４】
ＨＤＤ１は、不揮発性の記憶装置であり、プリプロセッサ１０、ソルバ１１およびポストプロセッサ１２を記憶する。
【００１５】
ディスプレイ２は、ポストプロセッサ１２が出力する解析結果を表示するための表示装置である。
【００１６】
入力装置３は、剛性率、ヤング率、ポアソン比、減衰等の物性値をプリプロセッサ１０に入力するためのキーボードやマウス等である。
【００１７】
ＣＰＵ４は、演算処理装置であり、ＨＤＤ１に記憶されたプリプロセッサ１０、ソルバ１１およびポストプロセッサ１２をＲＡＭ５に展開し、解析対象の形状モデル化、解析モデル化、ＦＥＭ解析処理、画像処理等の処理を実行する。
【００１８】
ＲＡＭ５は、不揮発性メモリであり、プリプロセッサ１０、ソルバ１１およびポストプロセッサ１２等の作業領域を提供する。
【００１９】
図２は、マスチック接着剤のモデルを示す図である。図２（Ａ）は、マスチック接着剤解析モデルの斜視図を示し、図２（Ｂ）は、マスチック接着剤解析モデルの正面図を示す。プリプロセッサ１０にマスチック接着剤２２の物性値が入力されると、ＣＡＥシステム１００は、ディスプレイ２にマスチック接着剤の解析モデルを表示する。
【００２０】
ここで、マスチック接着剤とは、合成ゴムを主成分とした弾性接着剤で、車両のフード、ドア、ボンネット、ルーフまたはトランクリッド等の外板と補強板等の内板とを接着し、張り剛性を向上させたり、外板の振動と騒音を防止したりするために使用される。
【００２１】
マスチック接着剤の解析モデルは、第１部品２０、第２部品２１、および、第１部品２０と第２部品２１とを接着するマスチック接着剤２２で構成され、マスチック接着剤は、入力装置３を介して入力されたマスチック接着剤の寸法に基づいて、高さ方向に３分割、長さ方向および幅方向にそれぞれ２分割されて、複数のソリッド要素に自動的に分割される。
【００２２】
ここで、ソリッド要素とは、有限要素解析で使われる立体の表現方法であるソリッドモデルにより表現された要素であり、頂点、稜線、面および質量の情報をもち、実際の対象物に最も近い形状を表現する要素である。
【００２３】
なお、入力装置３を介して入力されるマスチック接着剤の物性値（ヤング率やポアソン比等）は、分割されたそれぞれのソリッド要素にそのまま適用される。
【００２４】
また、図２（Ｂ）に点線で示す要素２３は、マスチック接着剤の解析モデルの上面または下面の各節点と第１部品２０または第２部品２１の各節点とを結ぶ内挿拘束要素２３であり、第１部品２０または第２部品２１とマスチック接着剤２２との間の遷移領域をモデル化するためのものである。
【００２５】
次に、従来のモデル化方法と本発明に係るモデル化方法の違いについて説明する。図３は、マスチック接着剤に作用する荷重により生じる変形を説明する図であり、図４および図５は、所定の要素数に分割されたマスチック接着剤に所定の荷重を加えた際に生じる変形の解析結果を示す図である。
【００２６】
最初に、図３（Ａ）は、本発明に従って、高さ方向に３分割、長さ方向および幅方向にそれぞれ２分割された（以下、「複数分割された」という。）マスチック接着剤２２Ａに垂直方向（圧縮方向）荷重ＶＬ（例えば、４０Ｎとする。）が上方から加えられた状態を示す。複数分割されたマスチック接着剤２２Ａに垂直方向荷重ＶＬが加えられると、図３（Ｂ）に示すように、複数分割されたマスチック接着剤２２Ａは、変形量ＶＤ１だけ下方にひずみ、複数分割されたマスチック接着剤２２Ｂの状態となる。
【００２７】
また、図３（Ｃ）は、従来のＣＡＥシステムにおいて、複数分割されておらず１要素として扱われる（以下、「複数分割されていない」という。）マスチック接着剤２２Ｃに垂直方向荷重ＶＬが上方から加えられた状態を示す。複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｃに垂直方向荷重ＶＬが加えられると、図３（Ｄ）に示すように、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｃは、変形量ＶＤ２だけ下方にひずみ、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｄの状態となる。
【００２８】
ここで、複数分割されたマスチック接着剤２２Ａのソリッド要素のそれぞれと、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｃとは、同じ物性値を持つものとして変形量が算出されており、その分割数の違いから変形量ＶＤ１と変形量ＶＤ２とは異なる値を有することとなる。一般的に、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｃは、弾性体である接着剤の変形を表現できず、実物より剛性が高めになる傾向があり、そのため、従来のＣＡＥシステムにおいては、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｃの物性値を変更して再度解析処理を実行し、実物に近い剛性が出るまで物性値の合わせこみが行われる。
【００２９】
一方、本発明に従って複数分割されたマスチック接着剤２２Ａは、入力装置３を介して入力された物性値に基づいて算出された解析結果が、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｃに比べ、実物により近い剛性を示し、ユーザは、入力装置３を介して最初に入力された物性値を変更して物性値の合わせこみを行う必要がない。
【００３０】
図３（Ｅ）は、複数分割されたマスチック接着剤２２Ｅの上面に水平方向（せん断方向）荷重ＨＬ（例えば、４０Ｎとする。）が左方から加えられた状態を示す。複数分割されたマスチック接着剤２２Ｅに水平方向荷重ＨＬが加えられると、図３（Ｆ）に示すように、複数分割されたマスチック接着剤２２Ｅの上面は、変形量ＨＤ１だけ右方にひずみ、複数分割されたマスチック接着剤２２Ｆの状態となる。
【００３１】
また、図３（Ｇ）は、従来のＣＡＥシステムにおいて、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｇの上面に水平方向荷重ＨＬが左方から加えられた状態を示す。複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｇに水平方向荷重ＨＬが加えられると、図３（Ｈ）に示すように、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｇは、変形量ＨＤ２だけ右方にひずみ、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｈの状態となる。
【００３２】
ここで、垂直方向加重の場合と同様、複数分割されたマスチック接着剤２２Ｅのソリッド要素のそれぞれと、複数分割されていないマスチック接着剤２２Ｇとは、同じ物性値を持つものとして変形量が算出されており、その分割数の違いから変形量ＨＤ１と変形量ＨＤ２とは異なる値を有することとなる。従来のＣＡＥシステムにおいて物性値の合わせこみが必要となる点は垂直方向荷重の場合と同様である。
【００３３】
次に、図４および図５により、実際の解析結果を用いて変形量の違いを説明する。
【００３４】
図４は、高さ６ｍｍ、長さ６０ｍｍ、幅６０ｍｍのマスチック接着剤に圧縮方向およびせん断方向の荷重を加え、分割後の要素数に応じて変形量がどのように変化するかを示す図である。図４（Ａ）は、「高さ方向の要素数」を示す列４０、「圧縮による変形量」を示す列４１および「せん断による変形量」を示す列４２から構成される表であり、図４（Ｂ）は、横軸に「高さ方向の要素数」、縦軸に「圧縮による変形量」をとったグラフであり、図４（Ｃ）は、横軸に「高さ方向の要素数」、縦軸に「せん断による変形量」をとったグラフである。なお、変形量の単位はミリメートルであり、「高さ方向の要素数」とは、例えば、要素数３は、高さ方向に３分割された状態をいう。また、長さ方向および幅方向には分割されていない。
【００３５】
図４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、「圧縮による変形量」および「せん断による変形量」は、「高さ方向の要素数」が３以上になると、略一定で、要素数１および２の場合に比べ、実物により近い剛性を示すものとなる。また、解析処理に要する計算量は、要素数の増大と共に増大するため、「高さ方向の要素数」として最適な要素数には、変形量が略一定となる中で最小の要素数である３が選択される。
【００３６】
図４（Ｄ）は、マスチック接着剤全体の「要素数」を示す列４３および「圧縮による変形量」を示す列４４から構成される表であり、図４（Ｅ）は、横軸に「要素数」、縦軸に「圧縮による変形量」をとったグラフである。
【００３７】
列４３の２行目の「３」は、要素数が３であることを示し、高さ方向に３分割されたマスチック接着剤を意味する。また、列４３の３行目の「１２」は、要素数が１２であることを示し、高さ方向に３分割、長さ方向および幅方向にそれぞれ２分割されたマスチック接着剤を意味する。高さ方向を３分割に固定するのは、上述の解析結果に基づく。また、その他同様に、例えば、列４３の３行目の「２７」は、高さ方向に３分割、長さ方向および幅方向にそれぞれ３分割されたマスチック接着剤を意味し、列４３の４行目の「４８」は、高さ方向に３分割、長さ方向および幅方向にそれぞれ４分割されたマスチック接着剤を意味する。
【００３８】
図４（Ｅ）に示すように、「圧縮による変形量」は、「要素数」が２７以上になると、略一定になり、「要素数」が３または１２の場合に比べ、実物により近い剛性を示すものとなる。そのため、マスチック接着剤の「要素数」として最適な要素数には、変形量が略一定となる中で最小の要素数である２７（高さ方向に３分割、長さ方向および幅方向にそれぞれ３分割）が選択される。なお、この場合は、要素数が３または１２の場合でも、圧縮による変形量に大きな差はないので、選択されてもよい場合がある。
【００３９】
図５は、高さ４ｍｍ、長さ１５ｍｍ、幅２２ｍｍのマスチック接着剤に圧縮方向およびせん断方向の荷重を加え、分割数に応じて変形量がどのように変化するかを示す図である。なお、複数分割されていないマスチック接着剤および複数分割されたマスチック接着剤のソリッド要素のそれぞれには、物性値として、例えば、ヤング率０．１０５、ポアソン比０．４５、減衰０．１８８が適用される。
【００４０】
図５（Ａ）は、「高さ方向の要素数」を示す列５０、「圧縮による変形量」を示す列５１および「せん断による変形量」を示す列５２から構成される表であり、図５（Ｂ）は、横軸に「高さ方向の要素数」、縦軸に「圧縮による変形量」をとったグラフであり、図５（Ｃ）は、横軸に「高さ方向の要素数」、縦軸に「せん断による変形量」をとったグラフである。
【００４１】
図４と同様に、図５（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、「圧縮による変形量」および「せん断による変形量」は、「高さ方向の要素数」が３以上になると、略一定になり、要素数１および２の場合に比べ、実物により近い剛性を示すものとなる。また、解析処理に要する計算量は、要素数の増大と共に増大するため、「高さ方向の要素数」として最適な要素数には、変形量が略一定となる中で最小の要素数である３が選択される。
【００４２】
図５（Ｄ）は、マスチック接着剤全体の「要素数」を示す列５３および「圧縮による変形量」を示す列５４から構成される表であり、図５（Ｅ）は、横軸に「要素数」、縦軸に「圧縮による変形量」をとったグラフである。
【００４３】
図４とは異なり、図５（Ｅ）では、「圧縮による変形量」は、「要素数」が１２以上になると、略一定になり、「要素数」が３の場合と比べ、実物により近い剛性を示すものとなる。そのため、マスチック接着剤の「要素数」として最適な要素数には、変形量が略一定となる中で最小の要素数である１２（高さ方向に３分割、長さ方向および幅方向にそれぞれ２分割）が選択される。
【００４４】
以上、図４（Ｅ）および図５（Ｅ）の解析結果を踏まえ、マスチック接着剤の寸法に関係なく、複数分割されたマスチック接着剤のソリッド要素数には、１２（高さ方向に３分割、長さ方向および幅方向にそれぞれ２分割）が最適であると思われる。
【００４５】
次に、上述の解析結果に基づいたＣＡＥシステム１００によるマスチック接着剤の解析モデルの生成方法を以下に説明する。
【００４６】
図６は、ＣＡＥシステム１００がマスチック接着剤の解析モデルを作成する処理の流れを示すフローチャートである。
【００４７】
最初に、ＣＡＥシステム１００は、プリプロセッサ１０を起動し、入力装置３を介してマスチック接着剤２２の寸法（高さ、長さ、幅）および物性値に関する情報を入力させてこれらの情報を取得する（ステップＳ１の情報取得ステップ）。次に、ＣＡＥシステム１００は、マスチック接着剤２２を、高さ方向に３つ、長さ方向および幅方向に２つのソリッド要素に、それぞれ自動的に分割する（ステップＳ２の要素分割ステップ）。最後に、ＣＡＥシステム１００は、入力装置３を介して入力させたマスチック接着剤の物性値を、複数分割されたマスチック接着剤のソリッド要素の物性値として設定する（ステップＳ３の情報設定ステップ）。なお、マスチック接着剤の寸法および物性値は、ＨＤＤ１に予め記憶させておいてもよい。
【００４８】
このように、本発明に係るＣＡＥシステム１００は、マスチック接着剤の解析モデルを作成する際に、入力されたマスチック接着剤の寸法を自動的に、高さ方向に３分割し、長さ方向および幅方向に２分割することにより、実物に近い剛性を表現することが可能となり、物性値を再入力させたり、物性値の合わせこみをさせたりする必要がないようにすることができる。
【００４９】
また、本発明に係るＣＡＥシステム１００は、複数分割される前のマスチック接着剤の物性値を、複数分割された後のマスチック接着剤の各ソリッド要素の物性値としてそのまま使用することができる。これにより、分割前と分割後とで異なる物性値を入力する必要が無く、１のマスチック接着剤は、対応する１の物性値を有するものとして管理が容易になる。また、複数存在するマスチック接着剤のそれぞれに対応した物性値をＨＤＤ１等に記憶管理しておくことで、マスチック接着剤の解析モデル化を簡易迅速に行わせることができる。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５１】
例えば、上述の実施例では、長さ方向の分割数と幅方向の分割数とを同じ分割数とするが、長さ方向の分割数と幅方向の分割数とを異なる分割数として最適な分割数を予め設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係るＣＡＥシステムの概略ブロック図である。
【図２】マスチック接着剤のモデルを示す図である。
【図３】マスチック接着剤に作用する荷重により生じる変形を説明する図である。
【図４】複数の要素数に分割されたマスチック接着剤に荷重を加えた際に生じる変形の解析結果を示す図（その１）である。
【図５】複数の要素数に分割されたマスチック接着剤に荷重を加えた際に生じる変形の解析結果を示す図（その２）である。
【図６】マスチック接着剤の解析モデルを作成する処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１      ＨＤＤ
２      ディスプレイ
３      入力装置
４      ＣＰＵ
５      ＲＡＭ
１０    プリプロセッサ
１１    ソルバ
１２    ポストプロセッサ
２０    第１部品
２１    第２部品
２２、２２Ａ〜２２Ｈ  マスチック接着剤
２３    内挿拘束要素
４０、５０  高さ方向の要素数を示す列
４１、４４、５１、５４  圧縮による変形量を示す列
４２、５２  せん断による変形量を示す列
４３、５３  要素数を示す列
１００  ＣＡＥシステム
【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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